機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第03講-平面四桿機(jī)構(gòu)

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第三講：平面連桿機(jī)構(gòu)主要內(nèi)容概述四桿機(jī)構(gòu)的類(lèi)型四桿機(jī)構(gòu)的演化四桿機(jī)構(gòu)的工作特性思考題平面四桿機(jī)構(gòu)概述平面四桿機(jī)構(gòu)概述共同特點(diǎn)：原動(dòng)件1的運(yùn)動(dòng)都要經(jīng)過(guò)一個(gè)不直接與機(jī)架相聯(lián)的中間構(gòu)件2才能傳動(dòng)到傳動(dòng)件3，中間構(gòu)件2稱(chēng)為連桿。機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)副一般均為低副，故此類(lèi)機(jī)構(gòu)也稱(chēng)低副機(jī)構(gòu)。當(dāng)原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律不變，可通過(guò)改變各構(gòu)件的相對(duì)長(zhǎng)度來(lái)使從動(dòng)件得到不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。連桿機(jī)構(gòu)中的構(gòu)件總呈現(xiàn)桿的形狀，故常稱(chēng)構(gòu)件為桿。連桿機(jī)構(gòu)常用其所含的桿數(shù)而命名，故有四桿機(jī)構(gòu)、六桿機(jī)構(gòu)等。平面四桿機(jī)構(gòu)概述連架桿—用低副與機(jī)架相聯(lián)接的構(gòu)件。連桿—不與機(jī)架聯(lián)接的構(gòu)件。曲柄—能相對(duì)于機(jī)架作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的連架桿。搖桿—不能相對(duì)于機(jī)架作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的連架桿。整轉(zhuǎn)副—聯(lián)接的兩構(gòu)件能相對(duì)作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副。擺轉(zhuǎn)副—聯(lián)接的兩構(gòu)件不能相對(duì)作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副。曲柄連桿搖桿連架桿連架桿整轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副基本類(lèi)型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(Crank-rockermechanism)機(jī)架曲柄搖桿基本類(lèi)型雙搖桿機(jī)構(gòu)(Double-rockermechanism)機(jī)架搖桿搖桿基本類(lèi)型雙曲柄機(jī)構(gòu)(Double-crankmechanism)曲柄曲柄四桿機(jī)構(gòu)的演化1.更改構(gòu)件的形狀和運(yùn)動(dòng)尺寸四桿機(jī)構(gòu)的演化2.更改運(yùn)動(dòng)副的尺寸四桿機(jī)構(gòu)的演化3.選不同的構(gòu)件為機(jī)架有曲柄的條件證明∵a+d≤b+c；b≤(d-a)+c，即a+b≤c+d；c≤(d-a)+b，即a+c≤b+d；∴a≤b，a≤c，a≤d有周轉(zhuǎn)副的條件①最短桿長(zhǎng)度+最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度≤其余兩桿長(zhǎng)度之和，此條件稱(chēng)為桿長(zhǎng)條件；②組成該周轉(zhuǎn)副的兩桿中必有一桿為最短桿。有曲柄的條件①滿(mǎn)足桿長(zhǎng)條件；②最短桿為連架桿或機(jī)架。例題

⑴AD桿為最短桿(0

AD

20)

例1已知鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)ABCD，其中AB

20mm，BC

50mm，CD

40mm,AD為機(jī)架。改變AD桿長(zhǎng)，分析機(jī)構(gòu)的類(lèi)型變化。aBbADdCc機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件：AD

50

20

40AD

10mm最長(zhǎng)桿整轉(zhuǎn)副整轉(zhuǎn)副最短桿DCaBbAdc雙曲柄機(jī)構(gòu)例題

⑵AD桿長(zhǎng)介于最短桿與最長(zhǎng)桿之間(20

AD

50)機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件：20

50

AD

40AD

30mmaBbADdCc最短桿最長(zhǎng)桿整轉(zhuǎn)副整轉(zhuǎn)副曲柄搖桿機(jī)構(gòu)aBbADdCc例題

⑶AD桿為最長(zhǎng)桿(50

AD

110)機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件：AD

20

40

50最長(zhǎng)桿最短桿AD

70mmaBbADdCc整轉(zhuǎn)副整轉(zhuǎn)副曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

當(dāng)10

AD

30和70

AD

110時(shí)，由于不滿(mǎn)足桿長(zhǎng)條件，機(jī)構(gòu)無(wú)整轉(zhuǎn)副，為雙搖桿機(jī)構(gòu)。思考

帶導(dǎo)桿的四桿機(jī)構(gòu)具有整轉(zhuǎn)副的條件aBbADdCc此時(shí)不論以任何桿為機(jī)架，機(jī)構(gòu)均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。則機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)；當(dāng)最短桿為連架桿時(shí)，如果各桿長(zhǎng)度不滿(mǎn)足桿長(zhǎng)條件，則機(jī)構(gòu)無(wú)周轉(zhuǎn)副，則機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；當(dāng)最短桿的相對(duì)桿為機(jī)架時(shí)，當(dāng)最短桿為機(jī)架時(shí)，機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。如果鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)各桿長(zhǎng)度滿(mǎn)足桿長(zhǎng)條件，結(jié)論急回特性ABCDB2C2曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

B1C1AD

極限位置1連桿與曲柄拉伸共線極限位置2連桿與曲柄重疊共線

極位夾角

—機(jī)構(gòu)從動(dòng)件處于兩極限位置時(shí)，主動(dòng)件在對(duì)應(yīng)位置所夾的銳角。

工作行程(慢行程)曲柄轉(zhuǎn)過(guò)180o

，搖桿擺角

，耗時(shí)t1，平均角速度

m1

t1

180o

180o

返回行程(快行程)曲柄轉(zhuǎn)過(guò)180o

，搖桿擺角

，耗時(shí)t2，平均角速度

m2

t2急回特性

常用行程速度變化系數(shù)K來(lái)衡量急回運(yùn)動(dòng)的相對(duì)程度。

設(shè)計(jì)具有急回要求的機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)先確定K值，再計(jì)算

。B2C2

B1C1AD

180o-

180o+

傳力特性

壓力角和傳動(dòng)角

有效分力F

Fcos

Fsin

徑向壓力F

Fsin

=Fcos

角越大，F(xiàn)

越大，F(xiàn)

越小，對(duì)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)越有利。

連桿機(jī)構(gòu)中，常用傳動(dòng)角的大小及變化情況來(lái)衡量機(jī)構(gòu)傳力性能的優(yōu)劣。

F

F

F

壓力角

—作用在從動(dòng)件上的力的方向與著力點(diǎn)速度方向所夾銳角。

傳動(dòng)角

—壓力角的余角。

ABDC傳力特性

傳動(dòng)角

出現(xiàn)極值的位置及計(jì)算C1B1abcdDA

1

2

min為

1和

2中的較小值者。為了保證機(jī)構(gòu)具有良好的傳力性能，設(shè)計(jì)時(shí)通常要求

min

40o；對(duì)于高速和大功率傳動(dòng)機(jī)械，

min

50o。傳動(dòng)角總?cè)′J角B2C2傳力特性

死點(diǎn)位置F

=0

連桿與曲柄在兩個(gè)共線位置時(shí)，主動(dòng)件搖桿通過(guò)連桿作用于從動(dòng)件曲柄上的力F通過(guò)其回轉(zhuǎn)中心，

0，曲柄不能轉(zhuǎn)動(dòng)。

F

=0

不管在主動(dòng)件上作用多大的驅(qū)動(dòng)力，都不能在從動(dòng)件上產(chǎn)生有效分力的機(jī)構(gòu)位置，稱(chēng)為機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置。傳力特性如何使機(jī)構(gòu)順利通過(guò)死點(diǎn)位置？

利用飛輪慣性

機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列傳力特性ABDC利用死點(diǎn)位置飛機(jī)起落架工件PABCD1234工件ABCD1234工件P鉆孔夾具

T

0ABCDFF

0問(wèn)題討論：下列機(jī)構(gòu)有無(wú)急回特性，若有，標(biāo)出極位夾角

。aBbACa)aBbACeb)aBbACec)d)aCABb＝0a+bC2b-aC1

a+bC2b-aC1

C2C1

問(wèn)題討論：標(biāo)出下列機(jī)構(gòu)在圖示位置的壓力角．傳動(dòng)