四連桿機構及其設計.ppt

章連桿機構及其設計 從本章開始系統(tǒng)介紹幾種常用機構的原理、類型、 應用及設計 機械原理教學內容體系 機構分析 機構設計 機械設計 結構分析 力分析 運動分析 連桿機構 輪 系 齒輪機構 凸輪機構 其他常用機構 機械系統(tǒng)動力學設計 機械系統(tǒng)方案設計 機構創(chuàng)新設計 研 究 內 容 4-1平面四桿機構的基本類型及其演 化 4-2平面四桿機構的基本特性 4-3 平面連桿機構設計 * 4-4 多桿機構 本章內容 平面連桿機構的基本型式及其演化和應用。 曲柄存在條件、傳動角、死點、急回運動、 行程速比系數(shù)等基本概念。 設計平面四桿機構的方法。 能用解析法和圖解法對平面四桿機構進行 運動分析。 曲柄存在條件的全面分析、平面多桿機構的 傳動角和平面四桿機構最小傳動角的確定 。 重點 ： 難點 ： 連桿機構的定義 連桿機構是 由低副 (Lower-pair)將若干構件連接而成 的低副機構。 連桿機構的分類 連桿機構 平面連桿機構 空間連桿機構 組成機構的所有構件都在相互平行的平 面內運動的連桿機構。 (planar linkage) (spatial linkage) 平面連桿機構的幾個基本概念： 機架 平面連桿機構中的固定構件。 連架桿 平面連桿機構中與機架 相連的構件。 連桿 連接連架桿的活動構件。 曲柄 連架桿中能繞機架作 整軸轉動的構件。 搖桿 連架桿中只能在某一范 圍內繞機架作往復擺動的構件。 請區(qū)分構 件名稱 連 架 桿 周轉副 能作整周轉動的轉動副。 擺轉副 不能作整周轉動的轉動副。 請區(qū)分一 下 轉動副 連桿機構是一種應用十分廣泛的機構，人造衛(wèi) 星太陽能板的展開機構，機械手的傳動機構，折疊 傘的收放機構以及人體假肢等等，都是連桿機構。 曲柄滑塊機構、鉸鏈四桿機構、導桿機構是最常見 的連桿機構型式。 這些機構的共同特點是其原動件 1的運 動都要經過一個不直接與機架相聯(lián)的中間構 件 2才能傳動從動件 3，這個不直接與機架相 聯(lián)的中間構件稱為 連桿 ，而把具有連桿的這 些機構統(tǒng)稱為 連桿機構 。 構件可長，用于遠距離的操作。如挖掘機、車閘。 杠桿特性，用于增力。 運動形式多樣，可用于運動轉換。 連架桿位置對應，用于控制。 連桿位置多變，用于特定運動規(guī)律。 連桿曲線豐富，用于特定軌跡。 運動形式多樣，可用于運動轉換。 平面連桿機構的優(yōu)點 1、 平面連桿機構屬于低副機構，運動副為面接觸，壓 強小，承載能力大，耐沖擊，并且便于潤滑，磨損小。 2、 其運動副元素多為平面或圓柱面，制造比較容易， 而且靠其本身的幾何封閉來保證構件運動，結構簡單， 工作可靠。 3、可以實現(xiàn)不同的運動規(guī)律和特點軌跡要求。 平面連桿機構的缺點 3、不易精確地滿足各種運動規(guī)律和運動軌跡 的要求。 1、當機構復雜時累計誤差較大，影響其傳動 精度。 2、慣性力不容易平衡，不適合于高速傳動。 例如：多自由度的機械手；四足、六足步行 機等，已經不限于運動學的范圍，還注重動 力學方面的研究。 近年來國內外在連桿機構的研究方面都有 長足的發(fā)展，不再限于單自由度四桿機構的研 究，也注重多自由度、多桿機構的分析和綜合。 平面連桿機構中，其構件多呈桿狀，故 常簡稱為 “ 桿 ” 。連桿機構可根據(jù)機構中所 含桿數(shù)而命名，如： 四桿機構、五桿機構、 六桿機構、多桿機構 等。 平面連桿機構中最簡單、應用最廣的是 四桿機構，其他多桿機構都是在它的基礎上 擴充而成的，本章重點討論四桿機構及其設 計。 由于計算機的普及，很多智能化軟件為 平面連桿機構的設計和研究奠定了基礎，連 桿機構的應用前景廣闊。 4-1 平面四桿機構的基本類型 及其演化 二、鉸鏈四桿機構的基本類型、應用及其演化 一、鉸鏈四桿機構中曲柄存在的條件 三、具有移動副的四桿機構及其演化 鉸鏈四桿機構 機構中的全部運動副均為 轉動 副 時的四桿機構為鉸鏈四桿機構。 鉸鏈四桿機構是平面連桿機構中最基本的 形式，其它各種平面連桿機構都可以看成是由 它演變而來的。 連架桿 曲柄 機架 連架桿 搖桿 連桿 鉸鏈四桿機構的基本類型 曲柄搖桿機構 雙曲柄機構 雙搖桿機構 根據(jù)連架桿是曲柄還是搖桿，分類如下： 鉸 鏈 四 桿 機 構 1）兩連架桿中一為曲柄，另一為搖桿 2）兩連架桿均為曲柄 3）兩連架桿均為搖桿 可根據(jù) 曲柄的 數(shù)量和 存在與 否進行 判定。 如何判定 曲柄是否 存在？ B 1 C A B D B 2 C 1 C 2 一、鉸鏈四桿機構中曲柄存在的條件 曲柄的兩個極限位置 AB1、 AB2。 a b c d AB整周轉動 B1C1D和 B2C2D存在 cbda B1C1D中 a b c d B2C2D中 cadb )( badc )( cbda dbca dcba 桿 長 條 件 .dacaba ，且 A、 B均為周轉副 周轉副存在條件： 1）最短桿長度 + 最長桿長度 其余兩桿長度之和。 2）組成該周轉副的兩桿中必有一桿為 最短桿 。 條件 1）稱為 桿長條件 。 不滿足桿長條件時，則沒有周轉 副，而只能獲得雙搖桿機構。 滿足桿長條件時，有最短桿參與構成的轉動副都是 周轉副，而其余轉動副則是擺轉副。 a b c d 2）其最短桿為連架桿或機架。 四桿機構有曲柄的條件： 1）各桿的長度應滿足桿長條件，即 最短桿長度 + 最長桿長度 其余兩桿長度之和。 曲柄搖桿機構 雙曲柄機構 雙搖桿機構 圖 4-3 a）， b）， P58 圖 4-3 c） 圖 4-3 d） 曲柄搖桿機構 雙曲柄機構 雙搖桿機構 鉸 鏈 四 桿 機 構 二、鉸鏈四桿機構的基本類型、應用及其演化 周轉副 周轉副 擺轉副 擺轉副 機架 選用不同的構件 曲柄搖桿機構 ？ 曲柄搖桿機構 一種演化方法 機構的倒置 機構的倒置 ：選用運 動鏈中不同構件為機 架以獲得不同機構的 演化方法。 A B C D 1）曲柄搖桿機構 ： 取與最短桿相鄰的構件為機架。 曲柄搖桿機構的應用 顎式破碎機機構 1）此種機構常以曲柄為原動件，將曲柄的連續(xù) 轉動轉變?yōu)閾u桿的往復擺動。 雷達天線機構 攪拌機機機構 此時連桿作平面運動，連 桿上各點的軌跡能形成不 同的封閉曲線。 玩具狗腿的動作也利用連 桿曲線的特殊軌跡。 2）此種機構中，若以搖桿為原動件，則可將搖 桿的往復擺動轉變?yōu)榍倪B續(xù)轉動。 2）雙曲柄機構 當以短邊為機架時，為一般雙曲柄機構。 兩曲柄的轉動方向相同或相反。 雙曲柄機構的應用 慣性篩機構 將原動曲柄的等速轉動轉變?yōu)閺膭忧淖兯俎D 動，從而使篩子具有較大慣性力而篩分物料。 東莞理工學院專用 A D C B 1 2 3 4 旋轉式葉片泵 A D C B 1 2 3 A B D C 1 2 3 4 E 6 慣性篩機構 在雙曲柄機構中，若相 對兩桿的長度相等且 平行，兩曲柄的轉向 相同，稱為正平行四 邊形機構。 正平行四邊形機構： 1）兩曲柄以相同速度同向轉動； 2）連桿作平動，始終與機架平行。 正平行四邊形機構的兩個顯著特點： 平行四邊形機構的應用 蒸汽機車驅動裝置 攝影升降機構 用正平行四邊形機構傳遞動力 用連桿作平移運動 作者：潘存云教授 耕地 料斗 D C A B 播種 機 料 斗 機 構 在雙曲柄機構中，若相對兩桿的長度相等， 但不平行 (BC與 AD)， 兩曲柄轉向相反（ AB與 CD）， 稱為反平行四邊形機構。 反平行四邊形機構（逆平行四邊形機構）： 車門開閉機構 （主、從動曲柄反向轉動。） 四輪拖車轉向機構 東莞理工學院專用 作者：潘存云教授 反平行四邊形機構 雙曲柄機構中兩相對桿的長度分 別相等 ， 但不平行 。 -車門開閉機構 反向 F A E D G B C A B E F D C G 注： 平行四邊形機構在共線位置出 現(xiàn)運動不確定 。 采用兩組機構錯開排列 。 火車輪 3）雙搖桿機構 (double crock mechanism) 2）若鉸鏈四桿機構各桿的長度不滿足桿長條件，則無周轉 副，此時不論以何桿為機架，均為雙搖桿機構。 1）若鉸鏈四桿機構各桿的長度滿足桿長條件，取與最短桿 相對的構件為機架。 45 25 60 35 最短桿長度 + 最長桿長度 其余兩桿長度之和。 東莞理工學院專用 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授 A B D C E 雙搖桿機構特征：兩個搖桿 應用舉例：鑄造翻箱機構 特例：等腰梯形機構 汽車轉向機構 、 風扇搖頭機構 C B A B D C 風扇座 蝸輪 蝸桿 電機 A B A B C 蝸桿 A B D C 可使連桿到達兩個固定的位置。 鑄造翻箱機構 風扇搖頭機構 風扇殼體固裝于連 架桿 AB上。 5蝸輪， 6蝸桿 構件 2與構件 5固連 在一起。 通過構件 2的整周轉動， 實現(xiàn)搖桿 AB 的往復擺 動。 等腰梯形機構 ：在雙 搖桿機構中若兩搖桿 長度相等，則稱為等 腰梯形機構。 汽車前輪轉向機構 鶴式起重機機構 懸點 E上懸掛的重物在近似水平直線上運動， 避免重物平移時因不必要的升降而消耗能量。 4）泛菱形機構 A D 1 B C 2 3 4A 1 B 3 4 D C 2 A D C 3 4 （ 1 ） （ 2 ） 若四桿機構的兩相鄰桿長度兩兩相等，則機構將變?yōu)榉毫?形機構，如下圖 a）、 b）、 c） 圖 a）雙曲柄機構 圖 b）曲柄搖桿機構 圖 c）二桿機構 泛菱形機構有 3個周轉副，一個擺轉副。 當其以短桿為機架時為雙 曲柄機構；當其以長桿為機架時為曲柄搖桿機構，這種機構當相鄰 兩桿重疊在一起時，將退化為二桿機構，其運動不確定。 機構的演化 機構的演化 將基本機構進行變換，得到新機構的方法。 常見的演化方法： 1）改變構件的形狀和運動尺寸； 2）改變運動副的尺寸； 3）選用不同的構件為機架； 4）運動副元素的逆換。 1) 得到所要求的運動性能； 2) 改善受力狀況； 3) 滿足結構設計要求。 機構演化目的： 各種演化機構的外形雖然各不相同，但它們 的性質以及分析和設計方法卻常常是相同或 類似的，這就為連桿機構的研究提供了方便。 e.g.選用不同構件為機架 (0360 ) (0360 ) (<360 ) (<360 ) 1 2 3 4 A B C D 雙曲柄機構 (0360 ) (0360 ) (<360 ) (<360 ) 1 2 3 4 A B D C 雙 搖桿機構 (0360 ) (0360 ) (<360 ) 1 2 3 4 A B C D ( 0 ) 對心式曲柄滑塊機構 ( e = 0 ) 曲柄滑塊機構根據(jù)偏距 e不同分類： 曲柄滑塊機構的應用： 活塞式內燃機 往復式水泵 沖 床 曲柄滑塊機構的演化機構 1）導桿機構 2）搖塊機構 3）定塊機構 4）雙滑塊機構 變換單移動副機構的機架。 再次改變相 對 桿長，將另 一個轉動副演化為移動副。 4 3 2 1 定塊機構 (一 ) 變換單移動副機構的機架 曲柄滑塊機構 B A 1 2 3 4 C 導桿機構 1 2 3 4 曲柄搖塊機構 1 4 3 2 導桿機構 1 2 3 4 曲柄滑塊機構中，當取桿 1為機架 時，即得。 桿 4稱為導桿，滑塊 3相對導桿 4作相對滑動，并隨桿 2一起轉 動， 一般取桿 2為原動件 。 應用：回轉式液壓泵、牛頭刨床、插床等機器的主體機構。 曲柄滑塊機構 B A 1 2 3 4 C 導桿機構 1）轉動導桿機構 B A 1 2 3 4 C 2）擺動導桿機構 3 A 1 2 4 C B 導 桿 機 構 均可作整周轉動和桿時，桿當 4221 ll 只能作往復擺動桿作整周轉動時，桿當 4,221 ll 轉動導桿機構 D 回 轉 式 液 壓 泵 插床主體機構 (ABBC ） A 刨床主體機構的另一種形式 曲柄滑塊機構 B A 1 2 3 4 C 曲柄搖塊機構 1 4 3 2 曲柄滑塊機構中，當取桿 2為機架 時，即得搖塊機構。 搖塊機構一般取桿 1或桿 4為原動件， 當桿 1作轉動或擺動時，桿 4相對滑 塊 3滑動，并一起繞 C點擺動。 應用： e.g.液壓驅動裝置、擺缸式內燃機、卡車車廂自動翻 轉卸料機構。 搖塊機構 曲柄搖塊機構 擺缸式內燃機機構 左側四桿機構位移量小，減振功能差 挖掘機相鄰兩桿之間的開合動 作也是由搖塊機構來實現(xiàn)的。 作者：潘存云教授 應用實例 B 2 3 4 C 1 A 自卸卡車舉升機構 應用實例 A 4 A 1 3 1 3 C 4 A A 1 4 曲柄滑塊機構 B A 1 2 3 4 C 滑塊 3為定塊，一般取桿 1為原動 件，桿 2繞 C點往復擺動，而桿 4 僅相對滑塊 3作往復移動。 4 3 2 1 定塊機構 定塊機構（ 移動導桿機構） 曲柄滑塊機構中，當滑塊 3為 機架時，即得定塊機構。 應用： e.g.抽水泵、抽油泵。 移動導桿機構（定塊機構） 抽水泵 手 動 抽 油 泵 A B C 3 2 1 4 東莞理工學院專用 (二 ) 改變構件的形狀和運動尺寸 偏心曲柄滑塊機構 對心曲柄滑塊機構 曲柄搖桿機構 曲柄滑塊機構 (slider-crank mechanism) 雙滑塊機構 正弦機構 s =l sin l 1 2 3 4 1 2 3 4 s 正弦機構 曲柄滑塊機構 B A 1 2 3 4 C a a 鉸鏈 B相對于鉸鏈 C運動的軌跡為圓弧 aa 1 2 3 4 將連桿 2做成滑塊形 式，并使之沿圓弧 導軌運動。 作（ 1）的轉化，并將 連桿 2長度增至無限長 s i n1ls 通常稱其為正弦機構。 正弦機構多應用在一些儀表和解算裝置中。 （ 1） （ 2） 正弦機構的應用 sinas 縫紉機針機構 雙滑塊（轉塊）機構 將鉸鏈四桿機構的其中兩桿桿長增至無窮大，可演化為具有兩個移 動副的四桿機構 雙滑塊（轉塊）機構。 按照兩個移動副所處的位置不同，雙滑塊機構可分為四種形式： （ 1）兩移動副不相鄰 a） 圖的正切機構（其從動件 3的 位移與主動件 1的轉角正切成正比） （ 2）兩移動副相鄰且其 中一個與機架相連 b） 圖的正弦機構（其從動件 3的 位移與曲柄 1的轉角正弦成正比） 特點：從動構件與主動構件的接觸點到 轉軸的距離是隨主動構件的位移變化的。 （ 3）兩移動副相鄰但都不與機架相連 上圖所示的十字滑塊機構即為此種機構。常用作聯(lián) 軸器，可以主動補償主、從動軸由于對中不良而產 生的位置誤差。 雙轉塊機構 （ 4）兩移動副相鄰且都與機架相連 雙滑塊機構 縫紉機針桿機構 橢圓儀機構 在橢圓儀中，當兩個滑塊在機架的滑槽中移動時，連 桿上各點的軌跡是長短半徑不同的橢圓。 東莞理工學院專用 (三 )改變運動副的尺寸 偏心輪機構 (eccentric mechanism) e 當因為結構需要使曲柄尺寸過小而不便加工，或因運動要求 需要加大曲柄的重量以增大慣性力時，可將回轉副 B同心放 大至將 A也包括在內，即桿 1放大為圓盤 1，圓盤 1的幾何中 心為 B，轉動中心為偏心 A。 稱圓盤 1為偏心輪，該機構稱為偏心輪機構。偏心輪中 A點和 B點之距稱為偏心距 e，它與原曲柄等長，其余各桿長也對應 相等。 偏心輪機構應用 沖剪床 應用于剪床、沖床、顎式破碎機等機械中。 作業(yè)： 思考題： 4-1、 4-3 習題： 4-1、 4-2 第二節(jié) 平面四桿機構的基本特性 一、急回特性及行程速比系數(shù) K 二、壓力角與傳動角 三、機構的死點位置 四、連桿機構運動的連續(xù)性 一、急回特性和行程速比系數(shù) K 2、急回運動 (quick-return motion) 3、行程速比系數(shù) K 1、極位夾角 1、極位夾角 曲柄搖桿機構中 曲柄與連桿 兩次共線位置 時曲柄之間所夾銳角 稱為極位夾角。 當 AB與 BC兩次共線時，輸出件 CD處于兩極限位置。 搖桿 在兩極限位置所夾角稱為擺角 。 極位夾角 ： 當搖桿處于兩極限位置時，對應的曲柄 位置線所夾的銳角。 B2 C2 B1 C1 A 2 11 C 3 4 B D a b c d 擺角 極位夾角 B2 C2 B1 C1 曲柄轉角 180 1 對應的時間 111 /t 搖桿點 C的 平均速度 1 A 2 11 C 3 4 B D a b c d 2 1802 122 /t 擺角 極位夾角 v1 v2 1211 /tCCv 2122 /tCCv 2、 急回運動 (quick-return motion) t1t2 v2v1 在曲柄等速回轉的情況下 ，搖桿往復 擺動速度快慢不同的運動，稱為 急回運動 。 v2v1 為了衡量搖桿急回作用的程度，用行 程速比系數(shù)表示 . 3、行程速比系數(shù) (coefficient of travel speed variation) k 為了衡量搖桿急回作用的程度，把從 動件往復擺動平均速度的比值（大于 1） 稱為行程速比系數(shù)，即 度從動件慢速行程平均速 度從動件快速行程平均速k 由 1 1180 k k 1 8 0 1 8 0 2 1 1 2 1 1 2 1 3 3 t t k 極為夾角 為 四桿機構有無急回運動，取決于 曲柄與 連桿共線位置的夾角 ，即有無極位夾角 ， 不論是何種機構，只要機構在運行過程中 具 有極位夾角 ，則該機構就具有急回作用 。 角越大，則 K值越大，說明急回運動的 性質也越顯著。 曲柄滑塊機構中，原動件 AB以 等速轉動 1 C1 B1 B2 H C2 偏置曲柄滑塊機構 2 A B 1 3 4 C a b 1 2222 )()( eabebaH 0 ,有急回特性。 曲柄擺動導桿機構 2 1 B2 B1 有急回特性。 B1 B2 H H=2a, 0 ,無急回特性。 3 1 4 A 對心曲柄滑塊機構 B 2 C a b 1 C 1 C2 1 A B 二、壓力角和傳動角 1、壓力角 (pressure angle) 從動件 CD受的 力 F的作用線與力作 用點 C的絕對速度 vc 所夾銳角，稱為 此 位置 的壓力角。 在不計摩擦力、重力、慣性力的條件下，機構中 驅使 輸出件 運動的 力的方向線 與 輸出件 上 受力點的速 度方向線 所夾的銳角 。 vc F 1 A B C D 1 2 3 4 vc F F1 F2 1 A B C D 1 2 3 4 co s1 FF 由力的分解： 沿著速度方向的有效分力 s in2 FF 垂直于 Ft的分力 vc F F1 F2 1 A B C D 1 2 3 4 力 F2 只能使鉸鏈 C、 D產生壓軸力，希望它越小越好； 力 F1 越大，推動機構的有效分力就越大，傳力效 果就 越好， 即 越小越好。 因此，對連桿機構中的 壓力角 提出了限制，最大不 能超過 40 50， 即： < = 40 50 vc F F1 F2 1 A B C D 1 2 3 4 越小，受力越好 。 越大，受力越好 。 2、傳動角 (transmission angle） 壓力角的余角 稱為機構在此位置的傳動角。 = 90- A C B D vB F F vc a A B 1 3 4 C b 1 2 vc A B C 1 2 1 F F 0 vB3 B 1 2 3 1 A C 機構在運轉過程中，傳動角 隨機構 的位置不同而變化，為保證 機構的傳力效果， 40m in 平面四桿機構的最小傳動角位置 原動件為 AB 當 為銳角時，傳動角 4 vc A B C D 1 F 1 2 3 當 為鈍角時，傳動角 180 f F 1 vc D F 1 C A B F2 1 2 3 4 a b c d 在三角形 ABD中： BD=a+d-2adcos (1) 在三角形 BCD中： BD=b+c-2bccos (2) (1)=(2)得： bc addacb 2 co s2co s 2222 是隨各 桿長 和 原動件轉角 的變化而變化的。 在三角形 ABD中： BD=a+d-2adcos (1) 在三角形 BCD中： BD=b+c-2bccos (2) 設 a、 b、 c、 d各桿長確定 當 = 0時，即 曲柄與機架重疊共線， cos =+1, 取最小值。 bc adcb 2 )(c o s 222 m i n bc addacb 2 co s2co s 2222 當 =180時，即 曲柄與機架拉直共線 ， cos =-1, 取最大值。 bc dacb 2 )(co s 222 m ax bc addacb 2 co s2co s 2222 曲柄搖桿機構的最小傳動角 min必出 現(xiàn)在 曲柄與機架共線的 兩個 位置上 ，即 為 min或 max時的兩個位置， 比較這兩個 位置傳動角， 即可求出最小傳動角 min。 即： min = min min = 180 - max 4 vc A B C D 1 F 1 2 3 以 AB為原動件的曲柄搖桿機構， m i nm axm i nm i n )180(, m a xm i n, 當曲柄和機架處于兩共線位置時，連桿和輸出件的夾角 最小和最大（ ）。 B2 D A max C2 B1 min C1 曲柄滑塊機構 min何時出現(xiàn)？ F vc D B1 C1 b ea a r c sin m a x max 3 4 2 a A B 1 C b 1 b ea a r c c os mi n C 1 A 2 3 B 4 b aa r c s i n m a x b aa r c c o s m in 導桿機構 vB3 F 0 圖 1 B 1 2 3 1 A C 圖 2 B 4 A d 1 2 a C 3 e vB3 F 三、機構的死點位置 指從動件的傳動角 =0 (或 =90 ) 時機構所處的位置。 （不考慮構件的重力、 慣性力和運動副中的摩擦力的影響） 1、死點 (dead point)位置 B2 C2 vB 踏板 縫紉機主運動機構 腳 A B1 C1 D FB 畫出壓力角 1 C 2 3 4 A B D a b c d vB FB 對于曲柄搖桿機構，當搖桿 1為主動件，當連桿 與曲柄共線時的位置，即：搖桿處于兩個極限位置時， 經過連桿 2傳給從動曲柄 3的驅動力 F， 通過曲柄的轉 動中心 A。 對從動曲柄 3的有效力矩為零，故不能推動 曲柄轉動 ,機構處于卡死位置， 機構的這種位置稱 為 死點位置 。 此時傳動角 =0 （或 =90）。 機構是否有死點位置與哪一構 件為主動件有關。 曲柄搖桿機構，當曲柄為主動件時無死 點位置，但有極限位置，當搖桿為主動 件時有死點位置。 曲柄滑塊機構，當以滑塊 3為主動件時有 死點位置。 平行四邊形機構，連桿與曲柄共線時傳 動角為 0 （ 轉向點 ），從動曲柄可能向正 反兩個方向轉動，機構運動不確定，平行四 邊形機構可能變成反平行四邊形機構。 雙搖桿機構，也有 死點位置，在實際 設計中常采用限制 擺桿的角度來避免 死點位置。 死點位置的克服辦法 例：縫紉機借 助于帶輪的慣 性通過死點。 （ 1）利用飛輪慣性來克服死點位置 蒸汽機車車輪聯(lián)動機構，左右車輪兩組 曲柄滑塊機構中，曲柄 AB與 AB位置錯開 90 。 （ 2）利用機構錯位排列法來克服死點位置。 2、死點位置在機構中的作用 鉆床工件夾緊機構 飛機起落架機構 東莞理工學院專用 作者：潘存云教授 a b d c C B A D 平面四桿機構具有 周轉副 可能 存在 曲柄 。 b(d a)+ c 則由 BCD可得： 則由 B”C”D可得： a+d b + c c(d a)+ b AB為最 短 桿 a+b c + d 1.平面四桿機構有曲柄的條件 C” a b c d- a 設 ad， 同理有： da, db, dc AD為最 短 桿 將以上三式兩兩相加得： a b, ac, ad B” 東莞理工學院專用 （ 2） 連架桿或機架之一為 最短桿 。 可知： 當滿足桿長條件時 ， 其 最短桿 參與構成的轉動 副 都是 周轉副 。 曲柄存在的條件 ： （ 1） 最長桿與最短桿的長度之和應 其他兩桿長度之和 此時，鉸鏈 A為周轉副。 若取 BC為機架，則結論相同，可知鉸鏈 B也是周轉副。 稱為 桿長條件 。 A B C D a b c d 東莞理工學院專用 作者：潘存云教授 （ 1） 當滿足桿長條件時 ， 說明存在周轉副 ， 當選擇 不同的構件作為機架時 ， 可得不同的機構 。 如： 曲柄搖桿 1 、 曲柄搖桿 2 、 雙曲柄 、 雙搖桿機構 。 分析說明 （判斷機構類型的步驟） （ 2） 當不滿足桿長條件時，無周轉副，此時無論 取哪一桿件為機架，均為雙搖桿機構。 最短桿為連架桿 最短桿為機架 最短桿為連桿 東莞理工學院專用 作者：潘存云教授 A B C D 2. 急回運動與行程速比系數(shù) 在 曲柄搖桿機構 中 ， 當 曲柄 與 連桿 兩次共線時 ， 搖桿位于兩 個極限位置 ， 簡稱 極位 (extreme position)。 (1) 當曲柄以 逆時針 轉過 180 + 時 ， 搖桿從 C1D位置擺 到 C2D。 所花時間為 t1 , 平均速度 為 V1 , 那么有： /)180(1 t 1211 tCCV )180/(21 CC B1 C1 曲柄搖桿機構 3D 180 C2 B2 此兩處曲柄之間的夾角 稱為 極位夾角 (crack angle between extreme positions)。 搖桿之間的夾角稱為 擺角 （ C1DC2） 東莞理工學院專用 作者：潘存云教授 B1 C1 A D C2 (2) 當曲柄以 繼續(xù)轉過 180 - 時，搖桿從 C2D位 置擺到 C1D， 所花時間為 t2 ,平均速度 為 V2 , 那么有： 180 - /)180(2 t 顯然： t1 t2 V2 V1 搖桿的這種特性稱為 急回運動 (quick-return motion)。 稱 K為 行程速比系數(shù) (advance-to return-time ratio)。 1 2 V VK 180 180 2 1 t t 2)且 越大， K值越大，急回性質越明顯。 說明 :1)只要 0 ， 就有 K1， 存在急回運動。 1 1180 K K 3)設計 新 機械時，往往先給定 K值，于是 : 2212 tCCV )18 0/(21 CC 121 221 tCC tCC B2 東莞理工學院專用 曲柄滑塊機構 （ 偏置 ） 的急回特性 急回特性應用： 節(jié)省返程時間，如 牛頭刨 、往復式 輸送機等。 180 180 - 導桿機構 的急回特性 180 180 - 思考題： 對心 曲柄滑塊機構 的急回特性如何？ 東莞理工學院專用 作者：潘存云教授 F F F” 當 BCD 90 時 ， BCD 3.壓力角和傳動角 (1)壓力角 (pressure angle)： 從動件驅動力 F與力作用點 絕對速度 之間所夾 銳角 。 設計時要求 : min 40- 50 (3) min出現(xiàn)的位置： 當 BCD90 時 ， 180 - BCD 切向分力 : F= Fcos 法向分力 : F”= Fcos F 對傳動有利 。 = Fsin (+ = 90 ) 可以證明 ：此位置一定是： 曲柄 與 機架兩次共線位置之一 。 A B C D C D B A F F” F (2)傳動角 (transmission angle) 可用 的大小來表示機構傳力性能的好壞 。 當 BCD最小或最大時 ， 都有可能出現(xiàn) min (Vc) 東莞理工學院專用 作者：潘存云教授 車門 C1 B1 a b c d D A 證明：由余弦定律有： (第一次共線 ) B 1C1D arccosb2+c2-(d-a)2/(2bc) (8-7a) B2C2D arccosb2+c2-(d+a)2/(2bc) 若 B1C1D 90 ,則 若 B2C2D90 , 則 1 B1C1D 2 180 -B 2C2D (8-7b) (4)機構的傳動角一般在運 動鏈最終一個從動件上度量 。 v 1 min B 1C1D, 180 -B 2C2Dmin C2 B2 2 F (第二次共線 ) 東莞理工學院專用 作者：潘存云教授 F 4.機構的死點位置 (1)定義 搖桿 為主動件， 且 連桿與曲柄兩次共線 時 ，有： 此時 機構不能運動 . (2)避免措施： 兩組機構錯開排列 ， 如 火車輪機構 ; 稱此位置為： “死點” (dead point) 0 靠 飛輪的慣性 （ 如內燃機 、 縫紉機等 ） 。 F A E D G B C A B E F D C G 0 F 0 東莞理工學院專用 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授 工件 A B C D 1 2 3 4 P A B C D 1 2 3 P 鉆孔夾具 =0 T A B D C 飛機起落架 B C =0 F (3)利用死點進行工作 ： 飛機起落架 、 鉆夾具 等 。 東莞理工學院專用 作者：潘存云教授 四 .鉸鏈四桿機構的運動連續(xù)性 (1) 定義 ：指 連桿 機構能否連續(xù)實現(xiàn)給定的 各個 位置。 (2) 名詞：可行域： 搖桿的運動范圍。 不可行域： 搖桿不能達到的區(qū)域。 錯位不連續(xù)： 設計時不能要求從一個可行域跳過不可行域進入另 一個可行域。 錯序不連續(xù)： 右圖，要求連桿依次占據(jù) B1C1、 B2C2、 B3C3，則只有 當曲柄 AB逆時針 轉動才是可能的，而當 AB順時針 轉動，則不能滿足 預期的次序要求，稱這種不連續(xù)問題為 錯序不連續(xù)。 錯序不連續(xù) (3) 設計連桿機構時，應滿足運動連續(xù)性條件。 C1 C2 C1 C2 C C A D B D A B1 C1 B2 C2 B3 C3 2 2 3 3