《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課件-第三章 平面連桿機(jī)構(gòu)

第三章平面連桿機(jī)構(gòu)

第三章

平面連桿機(jī)構(gòu)【本章導(dǎo)讀】平面連桿機(jī)構(gòu)是一種應(yīng)用極為廣泛的機(jī)構(gòu)，在各行各業(yè)以及日常生活的機(jī)械設(shè)備中經(jīng)常見到。簡(jiǎn)單的平面連桿機(jī)構(gòu)是平面四桿機(jī)構(gòu)，它是組成多桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)。在平面四桿機(jī)構(gòu)中，又以鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)為基本形式。其他形式均可以由鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)演化而來(lái)。因此，本章將以鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)為主要研究對(duì)象，討論平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性和設(shè)計(jì)方法。3.1平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)由若干個(gè)構(gòu)件通過低副連接，且所有構(gòu)件在相互平行平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)稱為平面連桿機(jī)構(gòu)。由四個(gè)構(gòu)件通過低副連接而構(gòu)成的平面連桿機(jī)構(gòu)，稱為平面四桿機(jī)構(gòu)。它是平面連桿機(jī)構(gòu)中最常見的形式，也是組成多桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)。

第三章

平面連桿機(jī)構(gòu)3.2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式及曲柄存在的條件3.2.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式及應(yīng)用當(dāng)四桿機(jī)構(gòu)各構(gòu)件之間以轉(zhuǎn)動(dòng)副連接時(shí)，稱該機(jī)構(gòu)為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。圖3-1所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，固定不動(dòng)的桿4稱為機(jī)架，與機(jī)架相連的桿1與桿3，稱為連架桿；其中能相對(duì)機(jī)架作整周回轉(zhuǎn)的連架桿稱為曲柄，僅能在某一角度范圍內(nèi)作往復(fù)擺動(dòng)的連架桿稱為搖桿；連接兩連架桿的桿2稱為連桿，連桿2通常作平面復(fù)合運(yùn)動(dòng)。根據(jù)連架桿運(yùn)動(dòng)形式的不同，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)可分為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)，雙搖桿機(jī)構(gòu)三種基本形式。

1．曲柄搖桿機(jī)構(gòu)具有一個(gè)曲柄，一個(gè)搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)（參見圖3-1）。圖3-2所示的送料機(jī)構(gòu)即為兩個(gè)完全相同的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)組合而成。

圖3-1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)圖3-2送料機(jī)構(gòu)

第三章

平面連桿機(jī)構(gòu)

第三章

平面連桿機(jī)構(gòu)2．雙曲柄機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)曲柄的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，稱為雙曲柄機(jī)構(gòu)（參見圖3-4）。雙曲柄機(jī)構(gòu)中，常見的還有平行四邊形機(jī)構(gòu)和逆平行四邊形機(jī)構(gòu)。（1）平行四邊形機(jī)構(gòu)平行四邊形機(jī)構(gòu)如圖3-6所示，兩曲柄長(zhǎng)度相等，且連桿與機(jī)架的長(zhǎng)度也相等，呈平行四邊形。（2）逆平行四邊形機(jī)構(gòu)逆平行四邊形機(jī)構(gòu)如圖3-8（a）所示，兩曲柄長(zhǎng)度相等，且連桿與機(jī)架的長(zhǎng)度也相等但不平行。

3．雙搖桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩連架桿均為搖桿，稱為雙搖桿機(jī)構(gòu)（參見圖3-9（a））。

圖3-6平行四邊形機(jī)構(gòu)圖

第三章

平面連桿機(jī)構(gòu)圖3-8逆平行四邊形機(jī)構(gòu)圖及其應(yīng)用

第三章

平面連桿機(jī)構(gòu)圖3-9雙搖桿機(jī)構(gòu)及門座起重機(jī)變幅機(jī)構(gòu)

第三章

平面連桿機(jī)構(gòu)

第三章

平面連桿機(jī)構(gòu)3.2.2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在的條件和基本類型的判別鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)三種基本類型的主要區(qū)別在于是否存在曲柄和存在幾個(gè)曲柄，實(shí)質(zhì)取決于各桿的相對(duì)長(zhǎng)度以及選取哪一桿作為機(jī)架。1．曲柄存在條件

2．基本類型的判別若鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和時(shí)：最短桿是曲柄時(shí)，為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；最短桿是機(jī)架時(shí)，為雙曲柄機(jī)構(gòu)；最短桿是連桿時(shí)，為雙搖桿機(jī)構(gòu)。

第三章

平面連桿機(jī)構(gòu)3.3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化形式上節(jié)介紹了鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式，在實(shí)際機(jī)械中，為了滿足各種工作的需要還有許多形式不同的平面機(jī)構(gòu)。它們?cè)谕庑魏蜆?gòu)造上雖然存在較大差別，但在運(yùn)動(dòng)特性上卻有許多相似之處。其實(shí)它們都是通過鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)演化而來(lái)的。3.3.1曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和偏心輪機(jī)構(gòu)3.3.2曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)可看成是改變曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的機(jī)架演化而來(lái)的。如圖3-17（a）所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，若改取桿1為機(jī)架，即可得圖3-17（b）所示的機(jī)構(gòu)。其中桿4對(duì)滑塊3的運(yùn)動(dòng)起導(dǎo)路作用，故稱為導(dǎo)桿。圖3-17曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的演化

第三章

平面連桿機(jī)構(gòu)

3.3.3移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和曲柄搖塊機(jī)構(gòu)1．移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)在圖3-17（a）所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，若取滑塊3為機(jī)架時(shí)，則演化為導(dǎo)桿在滑塊中移動(dòng)的移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（參見圖3-17（d））。圖3-21所示的抽水唧筒即為其應(yīng)用之一。圖3-21抽水唧筒圖

第三章

平面連桿機(jī)構(gòu)2．曲柄搖塊機(jī)構(gòu)在圖3-17（a）所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，若取桿2為機(jī)架時(shí)，則演化為曲柄搖塊機(jī)構(gòu)（圖3-17（c））。該機(jī)構(gòu)中桿1為曲柄，繞B點(diǎn)回轉(zhuǎn)時(shí)，桿4相對(duì)于滑塊3滑動(dòng)，并與滑塊3一起繞C點(diǎn)擺動(dòng)。這種機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于擺缸式內(nèi)燃機(jī)和液壓驅(qū)動(dòng)裝置中。例如，在圖3-22所示的自卸汽車車廂自動(dòng)翻轉(zhuǎn)卸料機(jī)構(gòu)中，當(dāng)擺動(dòng)式油缸3內(nèi)的壓力油推動(dòng)活塞桿4從油缸3中伸出，車廂1繞車身2的B點(diǎn)傾轉(zhuǎn)，將貨物自動(dòng)卸下。圖3-22自卸汽車圖

第三章

平面連桿機(jī)構(gòu)3.3.4曲柄移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)在圖3-23（a）所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，若將轉(zhuǎn)動(dòng)副B擴(kuò)大，可等效為圖3-23（b）所示的機(jī)構(gòu)。若圓弧槽mm的半徑逐漸增加至無(wú)窮長(zhǎng)時(shí)，則演化為圖3-23（c）所示的機(jī)構(gòu)。此時(shí)連桿2轉(zhuǎn)化為沿直線mm移動(dòng)的滑塊2；轉(zhuǎn)動(dòng)副C則變?yōu)橐苿?dòng)副，滑塊3轉(zhuǎn)化為移動(dòng)導(dǎo)桿。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)便演化為具有兩個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)，此機(jī)構(gòu)稱為曲柄移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。圖3-23曲柄移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

第三章

平面連桿機(jī)構(gòu)

第三章

平面連桿機(jī)構(gòu)3.4平面四桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特性平面四桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特性有急回特性、傳力特性和死點(diǎn)位置等。3.4.1急回特性3.4.2傳力特性平面連桿機(jī)構(gòu)不僅要保證實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)要求，而且應(yīng)當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)效率高，并具有良好的傳力特性。通常用壓力角或傳動(dòng)角表明連桿機(jī)構(gòu)的傳力特性。3.4.3死點(diǎn)位置在圖3-29所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，若搖桿CD為主動(dòng)件，曲柄AB為從動(dòng)件時(shí)，當(dāng)連桿BC與曲柄AB處于共線位置時(shí)，連桿BC與曲柄AB之間的傳動(dòng)角＝0°，壓力角=90°，這時(shí)搖桿CD經(jīng)連桿BC傳給從動(dòng)件曲柄AB的力通過曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)中心A，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩為零，從動(dòng)件不轉(zhuǎn)，機(jī)構(gòu)停頓，機(jī)構(gòu)所處的這種位置稱為死點(diǎn)位置，有時(shí)把死點(diǎn)位置簡(jiǎn)稱死點(diǎn)。圖3-29曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)

第三章

平面連桿機(jī)構(gòu)

第三章

平面連桿機(jī)構(gòu)3.5圖解法設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是指根據(jù)工作要求選定機(jī)構(gòu)的類型，并確定機(jī)構(gòu)的幾何尺寸。平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法有圖解法、解析法和實(shí)驗(yàn)法三種。其中，圖解法直觀、清晰，簡(jiǎn)單易行，但精確程度稍差，因此常用于解決一些常見的較為簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)問題；解析法精確度較好，但計(jì)算求解復(fù)雜，適用于計(jì)算機(jī)求解；實(shí)驗(yàn)法和圖解法有類似之處，但工作瑣碎，主要用于設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)要求比較復(fù)雜的四桿機(jī)構(gòu)。3.5.1按連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)1．給定連桿三個(gè)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)2．給定連桿的兩個(gè)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)3.5.2按給定行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)1．設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)2．設(shè)計(jì)曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

第三章

平面連桿機(jī)構(gòu)※3.6多桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介前面學(xué)過的基本機(jī)構(gòu)，遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際使用要求，但是有了