機(jī)械零部件設(shè)計(jì) 第2版 課件 學(xué)習(xí)情境二 任務(wù)2.3設(shè)計(jì)平面連桿機(jī)構(gòu)

《機(jī)械零部件設(shè)計(jì)》

情境二

設(shè)計(jì)

內(nèi)燃機(jī)中的常用機(jī)構(gòu)

1、了解內(nèi)燃機(jī)的組成及工作原理，學(xué)會(huì)進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)分析。2、掌握平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖繪制與自由度計(jì)算。3、掌握平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。4、掌握凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。5、培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程實(shí)際問題的能力，勇于創(chuàng)新、敬業(yè)樂業(yè)的工作作風(fēng)和良好的職業(yè)道德以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。學(xué)習(xí)目標(biāo)任務(wù)二任務(wù)三任務(wù)四任務(wù)一工作任務(wù)內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)分析平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖繪制與自由度計(jì)算平面連桿機(jī)的設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)三平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作任務(wù)1、理解鉸接四桿機(jī)構(gòu)基本形式、演化形式的應(yīng)用；2、掌握鉸接四桿機(jī)構(gòu)的工作特性；3、學(xué)會(huì)按給定連桿位置、行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)。學(xué)習(xí)目標(biāo)1、鉸接四桿機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用；2、含有一個(gè)移動(dòng)副的平面四桿機(jī)構(gòu)；3、平面四桿機(jī)構(gòu)的工作特性；4、平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。主要內(nèi)容定義：若干個(gè)剛性構(gòu)件用平面低副聯(lián)接而成的機(jī)構(gòu)，稱為平面連桿機(jī)構(gòu)，也可稱為平面低副機(jī)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)：平面連桿機(jī)構(gòu)中相鄰構(gòu)件之間的接觸面為平面或圓柱面，加工方便，接觸面上的比壓小、易潤滑、磨損輕，適用于傳遞較大載荷的場合。缺點(diǎn)：高速時(shí)會(huì)引起較大的振動(dòng)，因此常用于速度較低的場合。最簡單的平面連桿機(jī)構(gòu)是由四個(gè)構(gòu)件組成的，簡稱平面四桿機(jī)構(gòu)。

一、平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式及演化平面四桿機(jī)構(gòu)的類型平面四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)(全轉(zhuǎn)動(dòng)副)含有移動(dòng)副的平面四桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

雙曲柄機(jī)構(gòu)

雙搖桿機(jī)構(gòu)

曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

曲柄搖塊機(jī)構(gòu)移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)1、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的組成鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，固定不動(dòng)的構(gòu)件為機(jī)架；與機(jī)架相聯(lián)的構(gòu)件為連架桿，連架桿中，能繞機(jī)架的固定鉸鏈作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的稱為曲柄，僅能在一定角度范圍內(nèi)往復(fù)擺動(dòng)的稱為搖桿；聯(lián)接兩連架桿且不與機(jī)架直接相聯(lián)的構(gòu)件稱為連桿。一、平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式及演化（1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)鉸接四桿機(jī)構(gòu)的兩個(gè)連架桿中，若一桿為曲柄，另一桿為搖桿，則此機(jī)構(gòu)稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。2、鉸接四桿機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用2、鉸接四桿機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用（1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雷達(dá)天線調(diào)整機(jī)構(gòu)，即為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。天線固定在搖桿3上，當(dāng)主動(dòng)件曲柄1回轉(zhuǎn)時(shí)，通過連桿2使搖桿3（天線）擺動(dòng)。并要求搖桿3的擺動(dòng)達(dá)到一定的擺角，以保證天線具有指定的擺角。2、鉸接四桿機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用（1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)下圖是汽車前窗刮雨器，當(dāng)主動(dòng)曲柄AB回轉(zhuǎn)時(shí)，通過連桿BC使從動(dòng)搖桿CD作往復(fù)擺動(dòng)，利用搖桿CD的延長部分實(shí)現(xiàn)刮雨動(dòng)作。2、鉸接四桿機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用（1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)當(dāng)搖桿為原動(dòng)件時(shí)，可將搖桿的往復(fù)擺動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍恼苻D(zhuǎn)動(dòng)，如下圖所示的縫紉機(jī)踏板。（2）雙曲柄機(jī)構(gòu)若鉸接四桿機(jī)構(gòu)中的兩連架桿均為曲柄，則此機(jī)構(gòu)稱為雙曲柄機(jī)構(gòu)。2、鉸接四桿機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)

2、鉸接四桿機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用（2）雙曲柄機(jī)構(gòu)

（3）雙搖桿機(jī)構(gòu)若鉸接四桿機(jī)構(gòu)中的兩連架桿均為搖桿，則此四桿機(jī)構(gòu)稱為雙搖桿機(jī)構(gòu)，雙搖桿機(jī)構(gòu)在實(shí)際中的應(yīng)用主要是通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，將主動(dòng)搖桿的擺角放大或縮小，使從動(dòng)搖桿得到所需的擺角；或者利用連桿上某點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)現(xiàn)所需的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

起重機(jī)為雙搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用的例子。在雙搖桿AB和CD的配合下，使懸掛在E點(diǎn)的貨物，能沿近似水平的方向移動(dòng)。2、鉸接四桿機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用

（3）雙搖桿機(jī)構(gòu)

2、鉸接四桿機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用

（3）雙搖桿機(jī)構(gòu)下圖所示的飛機(jī)起落架收放機(jī)構(gòu)即為雙搖桿機(jī)構(gòu)。飛機(jī)起飛后，需將輪5收起；飛機(jī)著陸前，要把輪5放下。這些動(dòng)作是由主動(dòng)搖桿1通過連桿2、從動(dòng)搖桿3帶動(dòng)著陸輪5予以實(shí)現(xiàn)的。2、鉸接四桿機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用

（3）雙搖桿機(jī)構(gòu)在雙搖桿機(jī)構(gòu)中，若兩搖桿長度相等，則稱為等腰梯形機(jī)構(gòu)，如圖所示的汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)就是這種雙搖桿機(jī)構(gòu)。2、鉸接四桿機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用

汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

3、鉸接四桿機(jī)構(gòu)中曲柄存在的條件

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)三種基本形式的區(qū)別在于機(jī)構(gòu)中是否有曲柄存在。而且，由于在生產(chǎn)實(shí)際中，驅(qū)動(dòng)機(jī)械的原動(dòng)機(jī)（電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等）一般都是做整周轉(zhuǎn)動(dòng)的，因此要求機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件也能做整周轉(zhuǎn)動(dòng)，即原動(dòng)件為曲柄。通過理論可證明，機(jī)構(gòu)在什么條件下存在曲柄，與其機(jī)構(gòu)的各構(gòu)件相對(duì)尺寸的大小以及取哪個(gè)構(gòu)件為機(jī)架有關(guān)。

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在條件為：

1）連架桿和機(jī)架中必有一桿是最短桿；

2）最短桿與最長桿長度之和小于或等于其它兩桿長度之和。（稱為桿長條件）

上述兩個(gè)條件必須同時(shí)滿足，否則機(jī)構(gòu)不存在曲柄。

3、鉸接四桿機(jī)構(gòu)中曲柄存在的條件

對(duì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)三種基本形式的具體判別方法：

(1)當(dāng)最短桿與最長桿的長度之和大于其他兩桿的長度之和時(shí)，只能是雙搖桿機(jī)構(gòu)。

(2)當(dāng)最短桿與最長桿的長度之和小于或等于其他兩桿的長度之和時(shí)：

①最短桿為機(jī)架，是雙曲柄機(jī)構(gòu)；

②最短桿相鄰桿為機(jī)架，是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；

③最短桿的對(duì)面桿為機(jī)架，是雙搖桿機(jī)構(gòu)。3、鉸接四桿機(jī)構(gòu)中曲柄存在的條件訓(xùn)練：判別機(jī)構(gòu)的形式

已知各構(gòu)件長度如下圖所示，若分別以構(gòu)件AB、BC、CD、DA為機(jī)架，分別得到何種機(jī)構(gòu)？（1）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

可看做曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中搖桿長度變?yōu)闊o窮大，形狀變?yōu)榛瑝K而演變成的機(jī)構(gòu)。4、鉸接四桿機(jī)構(gòu)的演化形式（2）偏心輪機(jī)構(gòu)通過擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副B而形成的。

4、鉸接四桿機(jī)構(gòu)的演化形式（3）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)當(dāng)改變曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的固定構(gòu)件時(shí)，可得到各種形式的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。導(dǎo)桿為能在滑塊中作相對(duì)移動(dòng)的構(gòu)件。4、鉸接四桿機(jī)構(gòu)的演化形式（3）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

4、鉸接四桿機(jī)構(gòu)的演化形式擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)增加機(jī)架長度（4）搖塊機(jī)構(gòu)和定塊機(jī)構(gòu)當(dāng)取曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的連桿2為機(jī)架時(shí)，則成為搖塊機(jī)構(gòu)。

4、鉸接四桿機(jī)構(gòu)的演化形式（4）搖塊機(jī)構(gòu)和定塊機(jī)構(gòu)當(dāng)取曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的滑塊3為機(jī)架時(shí)，桿1可作整周回轉(zhuǎn)，桿4作往復(fù)移動(dòng)，故稱為定塊機(jī)構(gòu)。4、鉸接四桿機(jī)構(gòu)的演化形式歸納：

四桿機(jī)構(gòu)的各種類型之間具有一定的內(nèi)在聯(lián)系。它們之間可以通過以下三種方式進(jìn)行演化：１、改變構(gòu)件的相對(duì)長度或形狀。如改變鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中構(gòu)件的相對(duì)長度與形狀，可將其演化成含有移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)；又如改變導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中構(gòu)件的相對(duì)長度，形成了擺動(dòng)導(dǎo)桿和轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。２、擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副半徑，可形成偏心輪機(jī)構(gòu)。３、通過選取不同構(gòu)件做機(jī)架，可得到具有不同運(yùn)動(dòng)特性的四桿機(jī)構(gòu)。如導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、搖塊機(jī)構(gòu)、定塊機(jī)構(gòu)都是通過對(duì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)換機(jī)架演化而來的。1、急回特性在工程實(shí)際中，往往要求做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的從動(dòng)件，在工作行程時(shí)的速度慢些，使得工作平穩(wěn)，而空回行程時(shí)的速度快些，以縮短非生產(chǎn)時(shí)間，從而提高生產(chǎn)率，這種特性就是所謂的急回特性。二、平面連桿機(jī)構(gòu)的工作特性

下圖曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，設(shè)曲柄AB為主動(dòng)件，搖桿CD為從動(dòng)件。曲柄AB作等速轉(zhuǎn)動(dòng)，其回轉(zhuǎn)一周，搖桿CD往復(fù)擺動(dòng)一次。曲柄AB在回轉(zhuǎn)一周的過程中，有兩次與連桿BC共線，可得曲柄AB與連桿BC重疊和延伸的兩個(gè)位置B1AC1、AB2C2，這時(shí)，從動(dòng)搖桿CD分別處于兩個(gè)位置C1D和C2D，稱為極限位置，ψ稱為最大擺角。主動(dòng)曲柄AB在對(duì)應(yīng)的兩個(gè)位置之間所夾的銳角θ稱為極位夾角。1、急回特性行程速比系數(shù)

為了表示從動(dòng)件作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)急回的程度，常用v1與v2的比值K來表示，K稱為行程速比系數(shù)，即

可見，極位夾角θ越大，K就越大，表示急回程度越大；當(dāng)θ=０°時(shí)，K=1，表示機(jī)構(gòu)無急回作用。因此，行程速比系數(shù)K可表示機(jī)構(gòu)的急回程度，K越大，生產(chǎn)率越高。

下圖所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，從動(dòng)搖桿3所受的力F與力作用點(diǎn)C的速度vc間所夾的銳角α稱為壓力角。2、壓力角與傳動(dòng)角

由圖可知：Ft=Fcosα,Fr=Fsinα

壓力角α越小，F(xiàn)t越大，所作的有用功也越大，傳力性能越好。為度量方便，常用壓力角α的余角γ（桿2與桿3所夾的銳角）來判斷連桿機(jī)構(gòu)的傳力性能，γ角稱為傳動(dòng)角。因γ=90°-α，α越小，γ越大，說明機(jī)構(gòu)的傳力性能越好。2、壓力角與傳動(dòng)角傳動(dòng)角等于零度的機(jī)構(gòu)位置稱為死點(diǎn)位置。發(fā)生死點(diǎn)的條