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1、,機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ),第2章,平面連桿機(jī)構(gòu),,,關(guān)鍵知識點,1、平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計； 2、平面四桿機(jī)構(gòu)最小傳動角的確定。,難 點,,,,第2章平面連桿機(jī)構(gòu),1、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式、應(yīng)用及其演化； 2、平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件、急回運動及行程速比系數(shù)、壓力角和傳動角、死點位置； 3、用圖解法分別按行程速比系數(shù)K、連桿預(yù)定位置設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)；解析法按兩連架桿預(yù)定對應(yīng)位置設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)；用實驗法按兩連架桿多對對應(yīng)位置和預(yù)定軌跡設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)。,本章教學(xué)內(nèi)容,2.1 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式、特性及應(yīng)用 2.2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的曲柄存在條件 2.3 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化 2.4 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計 總 結(jié),,,
2、,第2章平面連桿機(jī)構(gòu),,,,,,,2.1 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式、特性及應(yīng)用,,,,第2章平面連桿機(jī)構(gòu),內(nèi)燃機(jī)、鶴式吊、火車輪、手動沖床、橢圓儀、機(jī)械手爪、旋轉(zhuǎn)式葉片泵、雷達(dá)調(diào)整機(jī)構(gòu)、縫紉機(jī)、公共汽車開關(guān)門、折疊傘等。,特點：有一作平面運動的構(gòu)件，稱為連桿。,特點： 由于是低副機(jī)構(gòu)，兩構(gòu)件之間為面接觸，因此接觸面上的壓 強(qiáng)小、便于潤滑、磨損較輕，可以承受較大的載荷,改變構(gòu)件的相對長度，從動件運動規(guī)律不同。,連桿曲線豐富?？蓾M足不同要求。,定義：若干剛性構(gòu)件由低副（轉(zhuǎn)動、移動）連接組成的平面機(jī)構(gòu)，稱為平面連桿機(jī)構(gòu)。,應(yīng)用實例：,,,,第2章平面連桿機(jī)構(gòu),缺點： 構(gòu)件和運動副多，累積誤差大、運動精
3、度低、效率低。,產(chǎn)生動載荷（慣性力），不適用于高速的場合 。,設(shè)計復(fù)雜，難以實現(xiàn)精確的軌跡。,在平面連桿機(jī)構(gòu)中最常用、最基本的是四桿機(jī)構(gòu) 本章重點內(nèi)容是介紹四桿機(jī)構(gòu)。,,,,第2章平面連桿機(jī)構(gòu),平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式是鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)；其它四桿機(jī)構(gòu)都是由它演變得到的。,名詞解釋： 連架桿與機(jī)架相聯(lián)的構(gòu)件； 連桿不與機(jī)架相聯(lián)的構(gòu)件,連桿作平面運動.,三種基本型式：,（1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu),特征：若兩連架桿中一桿為曲柄，另一桿為搖桿時，此機(jī)構(gòu)稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu),作用：將曲柄的整周回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動。 如雷達(dá)天線。,,,,第2章平面連桿機(jī)構(gòu),應(yīng)用舉例,圖2-2 雷達(dá)調(diào)整機(jī)構(gòu) 圖2-3 縫紉機(jī)的踏板機(jī)構(gòu)
4、,,,,第2章平面連桿機(jī)構(gòu),當(dāng)曲柄作勻速轉(zhuǎn)動時，搖桿往復(fù)擺動的平均速度是不一樣的，這種特性稱為急回特性。,極位夾角: 曲柄AB與連桿BC兩次共線位置所夾的銳角，稱為極位夾角，用 表示。,圖2-4 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的急回運動,2.1.1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的三個特性,1 急回運動,,,,第2章平面連桿機(jī)構(gòu),為了表示急回特性的急回程度，可用行程速比系數(shù)K 表示，即,當(dāng)給定行程速比系數(shù)K 時，將式(2-1)整理后，可得極位夾角 的計算公式：,由以上分析可知：平面連桿機(jī)構(gòu)有無急回特性取決于有無極位夾角 ， 越大，K 值越大，急回程度越顯著，但機(jī)構(gòu)運動的平穩(wěn)性也越差。因此在設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)其工作要求，恰當(dāng)?shù)剡x擇K值
5、，在一般機(jī)械中1
6、置一定是：主動件與機(jī)架共線兩處之一。,當(dāng)BCD最小或最大時，都有可能出現(xiàn)min,當(dāng)BCD90時，,,,,第2章平面連桿機(jī)構(gòu),搖桿為主動件，且連桿與曲柄兩次共線時，有0,此時機(jī)構(gòu)不能運動.稱此位置為：“死點”,避免措施： 兩組機(jī)構(gòu)錯開排列，如火車輪機(jī)構(gòu); 靠飛輪的慣性（如內(nèi)燃機(jī)、縫紉機(jī)等）。,3 . 機(jī)構(gòu)的死點位置,,,,第2章平面連桿機(jī)構(gòu),事物都是一分為二的也可以利用死點進(jìn)行工作：飛機(jī)起落架、鉆床夾具等。,飛機(jī)起落架,圖2-7 夾緊裝置,,,,第2章平面連桿機(jī)構(gòu),作用：將等速回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榈人倩蜃兯倩剞D(zhuǎn)。,應(yīng)用實例：如葉片泵、慣性篩等。,在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩連架桿均為曲柄，則該機(jī)構(gòu)稱為雙曲柄機(jī)構(gòu)
7、。,旋轉(zhuǎn)式葉片泵 慣性篩中的雙曲柄機(jī)構(gòu),2.1.2 雙曲柄機(jī)構(gòu),,,,第2章平面連桿機(jī)構(gòu),實例：圖2-10天平機(jī)構(gòu) 圖2-13 機(jī)車車輪聯(lián)動機(jī)構(gòu),特例：平行四邊形機(jī)構(gòu),特征：兩連架桿等長且平行，連桿作平動,特例：反平行四邊形機(jī)構(gòu) 其運動特點是兩曲柄的角速度大小不等、轉(zhuǎn)向相反。,,,,第2章平面連桿機(jī)構(gòu),在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩連架桿均為搖桿，則該機(jī)構(gòu)稱為雙搖桿機(jī)構(gòu)。,圖2-14 為港口用鶴式起重機(jī) 圖2-15 汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu),2.1.3 雙搖桿機(jī)構(gòu),,,,第2章平面連桿機(jī)構(gòu),圖2-16所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，設(shè)連架桿1為曲柄，連架桿3為搖桿。下面反推出機(jī)構(gòu)中各桿的相對長度之間的關(guān)系。
8、,l3(l2 l1)+ l4,則由AC2D可得：三角形任意兩邊之和大于第三邊,則由AC1D可得：,l1+ l2 l3 + l4,l4(l2 l1)+ l3,AB為最短桿, l1+ l3 l2 + l4,將以上三式兩兩相加得： l1 l2, l1 l3, l1 l4, l1+ l4 l2 + l3,2.2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的曲柄存在條件,,,,第2章平面連桿機(jī)構(gòu),鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有一個曲柄的條件是： (1) 滿足桿長條件,即最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和. (2) 曲柄是最短桿；,如何判斷鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型?我們得出如下結(jié)論：在滿足桿長條件的情況下： （1）取最短桿相鄰的構(gòu)件（構(gòu)件
9、2或構(gòu)件4）為機(jī)架時，得曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。 （2）取最短桿（構(gòu)件1）為機(jī)架，得雙曲柄機(jī)構(gòu)。 （3）取最短桿（構(gòu)件3）的對邊為機(jī)架，得為雙搖桿機(jī)構(gòu)。,鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)變更機(jī)架后機(jī)構(gòu)的演化,,,,第2章平面連桿機(jī)構(gòu),圖2-18 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的演化,2.3 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化,2.3.1 改變構(gòu)件的形狀和運動尺寸,,,,第2章平面連桿機(jī)構(gòu),圖4-20 回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),圖2-21牛頭刨床的擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),圖2-19曲柄滑塊機(jī)構(gòu),2.3.2 取不同的構(gòu)件為機(jī)架,,,,第2章平面連桿機(jī)構(gòu),圖2-22自卸卡車翻斗機(jī)構(gòu),圖2-23 手動抽水機(jī),,,,第2章平面連桿機(jī)構(gòu),2.3.3 擴(kuò)大轉(zhuǎn)動副,,,,第2章平面連桿機(jī)構(gòu),生
10、產(chǎn)實踐中的要求是多種多樣的，給定的條件也各不相同，歸納起來，四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計主要分為兩類問題： （1）按給定的位置和運動規(guī)律設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)； （2）按給定的運動軌跡設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)。,四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計的方法有圖解法、解析法和實驗法。一般來說，圖解法比較直觀、易懂，尺寸精度較差；解析法計算繁瑣，但精確較高；實驗法形象直觀，但過程復(fù)雜。下面主要介紹圖解法，個別實例介紹一下解析法和實驗法。,2.4 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計,,第2章平面連桿機(jī)構(gòu),計算180(K-1)/(K+1);,已知：CD桿長，擺角及K， 設(shè)計此機(jī)構(gòu)。步驟如下：,任取一點D，作等腰三角形 腰長為CD，夾角為;,作C2PC1C2，作C1P使,作
11、P C1C2的外接圓，則A點必在此圓上。,選定A，設(shè)曲柄為l1 ，連桿為l2 ，則:,以A為圓心，A C1為半徑作弧交于E,得： l1 =EC2/ 2,,A C1=l2- l1,= l1 =( A C2A C1)/ 2,C2C1P=90,交于P;,A C2= l1+l2,曲柄搖桿機(jī)構(gòu),2.4.1 按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計四桿機(jī)構(gòu),1. 曲柄搖桿機(jī)構(gòu),,,,第2章平面連桿機(jī)構(gòu),圖2-26 按行程速比系數(shù)K 設(shè)計曲柄滑塊機(jī)構(gòu),已知K，滑塊行程H，偏距e，設(shè)計此機(jī)構(gòu) 。,計算:180(K-1)/(K+1);,作C1 C2 H,作C1PC1C2，作C2P使,作P C1C2的外接圓，則A點必在此圓上。
12、,選定A，設(shè)曲柄為l1 ，連桿為l2 ，則:,以A為圓心，A C1為半徑作弧交于E,得： l1 =EC2/ 2,, A C2=l2+l1,C1C2P=90,交于P;,A C1=l2- l1,2.曲柄滑塊機(jī)構(gòu),,,,第2章平面連桿機(jī)構(gòu),分析： 由于與導(dǎo)桿擺角相等，設(shè)計此 機(jī)構(gòu)時，僅需要確定曲柄的長度 a。,計算180(K-1)/(K+1);,任選C作mCn ，,據(jù)lAC 取A點 , 則曲柄的長度 : lAB= lAC sin( /2)。,作角分線;,已知：機(jī)架長度lAC ，K，設(shè)計此機(jī)構(gòu)。,導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),3. 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),,,,第2章平面連桿機(jī)構(gòu),圖2-28 按給定連桿位置設(shè)計鉸鏈四桿機(jī)構(gòu),已知：連
13、桿BC的長度 lBC 和它的三個位置，試設(shè)計該鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。,b) 給定連桿兩組位置,有唯一解。,有無窮多組解。,2.4.2 按給定連桿的2個或3個位置設(shè)計四桿機(jī)構(gòu),,,,第2章平面連桿機(jī)構(gòu),在圖2-29所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，已知兩連架桿AB和CD的對應(yīng)轉(zhuǎn)角i=（i），求各構(gòu)件的長度l1、l2、l3和l4。,建立坐標(biāo)系如圖所示，可寫出以下矢量方程式：,將上式分別向x及y軸投影， 可得如下兩個代數(shù)方程：,2.4.3 按給定的兩連架桿對應(yīng)位置設(shè)計四桿機(jī)構(gòu),1解析法,,,,第2章平面連桿機(jī)構(gòu),,消去，整理后得：,,,為簡化上式，再令:,,則有:,,,,第2章平面連桿機(jī)構(gòu),式中只有P0、P1及P2、三
14、個待定參數(shù)，所以該機(jī)構(gòu)最多滿足兩連架桿AB和CD的三組對應(yīng)轉(zhuǎn)角1、1 ，2、2和3、3。若僅給定連架桿組對應(yīng)轉(zhuǎn)角1、1 和2、2，則方程組中只能得到兩個方程，P0、P1、P2三個參數(shù)中的一個可以任意給定，所以有無窮個解。欲使其有確定的解，可以添加其他的附加條件。,上式中有P0、P1、P2、0 及0 五個待定參數(shù)。若將連架桿AB和CD的五組對應(yīng)轉(zhuǎn)角分別上式，五個方程組可以求出五個待定參數(shù)P0、P1、P2、0及0 。然后代入公式,可求得m、n、p的值，最后根據(jù)實際情況確定連架桿AB的長度l1，則其余三構(gòu)件的長度l2、l3和l4就可完全確定了。,若兩連架桿的起始角 0=0=0，則式則成為:,,,,,
15、第2章平面連桿機(jī)構(gòu),下表給出了兩連架桿六組對應(yīng)轉(zhuǎn)角關(guān)系。用實驗法求解:,實驗法設(shè)計四桿機(jī)構(gòu),1)首先在一張紙上取固定軸A的位置，作原動件角位移i,2)任意取原動件長度AB,3)任意取連桿長度BC，作 一系列圓弧Ki;,4)在一張透明紙上取固定軸D，作角位移i,5) 取一系列從動件長度作同心圓弧。,6) 兩圖疊加，移動透明紙，使Ki與DDi的交點Ci 落在同一圓弧上。,實驗法設(shè)計四桿機(jī)構(gòu),,,,第2章平面連桿機(jī)構(gòu),連桿作平面運動,其上各點的軌跡均不相同。,B, C點的軌跡為圓弧;,其余各點的軌跡為一條 封閉曲線。,設(shè)計目標(biāo): 就是要確定一組桿長參數(shù), 使連桿上某點的軌跡滿足設(shè)計要求。,2.4.4
16、 按給定的運動軌跡設(shè)計四桿機(jī)構(gòu),1 實驗法,,,,第2章平面連桿機(jī)構(gòu),,2圖譜法,,,,第2章平面連桿機(jī)構(gòu),圖譜法按軌跡設(shè)計四桿機(jī)構(gòu),,,,第2章平面連桿機(jī)構(gòu),1.四桿機(jī)構(gòu)的基本形式、演化及應(yīng)用；,2.曲柄存在條件、傳動角、壓力角、死點、急回特性：極位夾角和行程速比系數(shù)等物理含義，并熟練掌握其確定方法；,3.掌握按連桿二組位置、三組位置、連架桿三組對應(yīng)位置、行程速比系數(shù)設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)的原理與方法。,本章重點：,,,,總 結(jié),第2章平面連桿機(jī)構(gòu),1 連桿機(jī)構(gòu)是由若干構(gòu)件用低副聯(lián)接而成的.,2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式。而其他各種類型的四桿機(jī)構(gòu)都可以看做是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)通過三種方式演化而成，即:1)轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)化成移動副,2)取不同的構(gòu)件為機(jī)架,3)擴(kuò)大轉(zhuǎn)動副,3 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有一個曲柄的條件是：1） 曲柄是最短桿； 2） 最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和。,4. 極位夾角與行程速比系數(shù)K之間有如下關(guān)系：,,5. 四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計主要分為兩類問題：（1）按給定的位置和運動規(guī)律設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)；（2）按給定的運動軌跡設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)。設(shè)計的方法有圖解法、解析法和實驗法。一般設(shè)計多采用圖解法,作業(yè)：2-1------2-9,,,,結(jié)束,,第2章平面連桿機(jī)構(gòu),
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