第二章 平面連桿機構(gòu) 及其設(shè)計 主要內(nèi)容 2.1 2.1 平面四桿機構(gòu)基本形式、演變及其應(yīng)平面四桿機構(gòu)基本形式、演變及其應(yīng) 用用 2.2 2.2 平面四桿機構(gòu)設(shè)計中的共性問題平面四桿機構(gòu)設(shè)計中的共性問題 2.3 2.3 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計 若干個構(gòu)件全用低副低副聯(lián)接而成的機構(gòu)，也 稱之為低副機構(gòu)低副機構(gòu)。 一、 連桿機構(gòu)連桿機構(gòu) 二、連桿機構(gòu)的分類二、連桿機構(gòu)的分類 1、根據(jù)構(gòu)件之間的相對運動分為 ： 平面連桿機構(gòu)平面連桿機構(gòu) 空間連桿機構(gòu)空間連桿機構(gòu) 2 2、根據(jù)機構(gòu)中構(gòu)件數(shù)目分、根據(jù)機構(gòu)中構(gòu)件數(shù)目分 四桿機構(gòu)四桿機構(gòu)、五桿機構(gòu)五桿機構(gòu)、六桿機構(gòu)六桿機構(gòu)、 四桿機構(gòu) 六桿機構(gòu) 三、平面連桿機構(gòu)的特點 n適用于傳遞較大的動力，常用于動力機械 n依靠運動副元素的幾何形面保持構(gòu)件間的相互接觸，且 易于制造，易于保證所要求的制造精度 n能夠?qū)崿F(xiàn)多種運動軌跡曲線和運動規(guī)律，工程上常用來 作為直接完成某種軌跡要求的執(zhí)行機構(gòu) 不足之處： n不宜于傳遞高速運動 n可能產(chǎn)生較大的運動累積誤差 機械手機械手 四、平面連桿機構(gòu)的應(yīng)用 舉升 汽車中那些部位用到連桿機構(gòu) 飛機起落架 火車頭火車頭 內(nèi)燃機內(nèi)燃機 起重裝置 礦山礦山顎式碎礦機顎式碎礦機 將大石頭壓成小石頭將大石頭壓成小石頭 機器馬機器馬 機架 連架桿連架桿 連架桿連架桿 連桿 在連架桿連架桿中，能繞其 軸線回轉(zhuǎn)360者稱為曲曲 柄柄；僅能繞其軸線往復(fù) 擺動者稱為搖桿搖桿。 一、平面四桿機構(gòu)的基本形式 1）曲柄搖桿機構(gòu)：一個連架桿為曲柄，另一個為搖桿。 2）雙曲柄機構(gòu)：兩連架桿均為曲柄。 3）雙搖桿機構(gòu)：兩連架桿均為搖桿。 2-1 平面四桿機構(gòu)的基本形式、演變及其應(yīng)用 4 1 1 2 2 3 3 1、轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)化為移動副 二、平面四桿機構(gòu)的演變 4 1 1 2 2 3 3 4 1 1 2 2 3 3 曲柄滑塊機構(gòu) 鉸鏈四桿機構(gòu) 2) 對心對心曲柄滑塊機構(gòu) 1) 偏置偏置曲柄滑塊機構(gòu) e e A A B B C C 3 3 2 2 1 1 A A B B C C 3 3 2 2 1 1 曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu) 2 2 s s 2 2 A A B B 1 1 正弦機構(gòu) 曲柄移動導(dǎo)桿機構(gòu) 1 1 B B C C 3 3 A A 3 3 2、取不同構(gòu)件為機架（機構(gòu)倒置） 1）鉸鏈四桿機構(gòu)的倒置 直動滑桿直動滑桿機構(gòu) （定塊定塊機構(gòu)） 曲柄搖塊搖塊機構(gòu) 2）單滑塊機構(gòu)的倒置 曲柄滑塊機構(gòu)曲柄轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu) 自卸卡車翻斗機構(gòu)及其運動簡圖自卸卡車翻斗機構(gòu)及其運動簡圖 搖塊機構(gòu)廣泛應(yīng)用于擺動式內(nèi)燃機和液壓驅(qū)動裝置內(nèi) 。如圖所示自卸卡車翻斗機構(gòu)及其運動簡圖。在該機構(gòu)中， 因為液壓油缸3繞鉸鏈C擺動，故稱為搖塊。 抽水唧筒機構(gòu)抽水唧筒機構(gòu) 直動滑桿機構(gòu) 曲柄擺動導(dǎo)桿機構(gòu)及應(yīng)用 3）其他機構(gòu)的倒置 ? ? 3、擴大轉(zhuǎn)動副 將轉(zhuǎn)動副B加大，直至把 轉(zhuǎn)動副A包括進去，成為 幾何中心是B，轉(zhuǎn)動中心 為A的偏心圓盤。 2-2 平面四桿機構(gòu)設(shè)計中的共性問題 一、平面四桿機構(gòu)有曲柄有曲柄的條件 二、平面四桿機構(gòu)輸出件的急回特性急回特性 三、平面機構(gòu)的壓力角壓力角和傳動角傳動角、死點死點 四、運動的連續(xù)性 B DA C 1 2 3 4 a b c d B2B2 A A C C B1B1 D D EE FF G G F F E E GG d+ad+a |d-a|d-a| |b-c|b-c| b+cb+c 一、平面四桿機構(gòu)有曲柄有曲柄的條件 為什么關(guān)注有 曲柄條件？ 欲使連架桿AB成為曲柄，則必須使AB通過 與機架共線的兩個位置， 三角形 任意兩邊之和必大于第三邊 任意兩邊之差小于第三邊 即必須滿足 a+d b+c (2-1) |d-a| |b-c| (2-2) 欲使連架桿AB成為曲柄，則必須使AB通過 與機架共線的兩個位置，即必須滿足 a+db+c (1) |d-a|b-c| (2) ab ac ad 從而可得 (1) 若da，則可得 a+bc+d (若bc) a+cb+d (若cb) a+db+c 結(jié)論（平面鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄的條件）： 1）連架桿連架桿與機架機架中必有一桿為四桿機構(gòu)中的最短桿 最短桿； 2）最短桿最短桿與最長桿最長桿之和應(yīng) 其余兩桿其余兩桿的桿長之和 。（桿長和條件桿長和條件） (2) 若da 則可得 1、若滿足桿長和條件滿足桿長和條件： u 以最短桿的相鄰構(gòu)件為機架，則最短桿為曲柄，另一連 架桿為搖桿，即該機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)； u 以最短桿為機架，則兩連架桿為曲柄，該機構(gòu)為雙曲柄雙曲柄 機構(gòu)機構(gòu)； u 以最短桿的對邊構(gòu)件為機架，則無曲柄存在，即該機構(gòu) 為雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)。 2、若不滿足桿長和條件不滿足桿長和條件，該機構(gòu)是雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)。 注意：鉸鏈四桿機構(gòu)必須滿足四構(gòu)件組成的封閉多邊形條件封閉多邊形條件 ：最長桿的桿長 t t 2 2 問問: : 是否 存在無無急 回特性的 四桿機構(gòu) ? = v2 / v1 =（C1C2 / t2 ）/ （ C1C2 / t1 ） = t1 / t2 = 1 / 2 = ( 180( 180+ ) / ( 180-) / ( 180- ) ) 輸出件空回行程的平均速度 輸出件工作行程的平均速度 k k = = 180 180（k-1k-1）/ /（k+1k+1） 行程速度變化系數(shù) 連桿機構(gòu)輸出件具有急回特性的條件：連桿機構(gòu)輸出件具有急回特性的條件： 1 1）原動件原動件等角速整周轉(zhuǎn)動等角速整周轉(zhuǎn)動 2 2）輸出件輸出件具有正、反行程的具有正、反行程的往復(fù)運動往復(fù)運動 3 3）極位夾角極位夾角 0 0 C C2 2 C2 B B1 C1 B2 C 曲柄滑塊機構(gòu)問 問: : 是否 存在無急無急 回特性回特性的 曲柄滑塊 機構(gòu)? A C C1 1 B B2 2 B B1 1 B B C C A A A B1 D C B2 = 導(dǎo)桿機構(gòu)的急回 問問: : 是否存在無急回?zé)o急回 特性特性的導(dǎo)桿機構(gòu)? F1 = Fcos F2 = Fsin A B C D F vc F1 F2 1、機構(gòu)壓力角機構(gòu)壓力角:在不計摩擦力、慣性力和重力的條 件下，機構(gòu)中驅(qū)使輸出件運動的力的方向線輸出件運動的力的方向線與輸出 件上受力點的速度方向速度方向間所夾的銳角銳角，稱為機構(gòu)壓壓 力角力角，通常用表示。 三、平面機構(gòu)的壓力角 和傳動角、死點 傳動角：壓力角的余角。 機構(gòu)的傳動角和壓力角作出如下規(guī)定： min；= 3060； max。 、分別為許用傳動角和許用壓力角。 vc A B C D F F1 F2 通常用表示. F v F A B C 1 2 3 vB3 F vB3 A B C 1 2 3 = 0 = 90 n n vB3 F A B C 2 3 1 vF = arccosb2+c2-d2-a2+2adcos/2bc. = 0, min= arccosb2+c2-(d-a)2/2bc B C min F2 A B C D F vcF1 a b c d F Vc = 或 = 180- B C max = 180, max= arccosb2+c2-(d+a)2/2bc min=min , 180-maxmin 2、最小傳動角的確定 B A B C C e ab min= =arccos（ a+e)/b 為提高機械傳動效率，應(yīng)使其最小傳動角處于工 作阻力較小的空回行程中。 cos=（asin +e)/b a b B B A C B C C min 在不計構(gòu)件的重力、慣性力和運動副中的摩擦阻 力的條件下，當(dāng)機構(gòu)處于傳動角=0（=90）的 位置下，無論給機構(gòu)主動件的驅(qū)動力或驅(qū)動力矩有多 大，均不能使機構(gòu)運動，這個位置稱為機構(gòu)的死點位死點位 置置。 F1 = Fcos F2 = Fsin D A B C F v B F D A C v 3、機構(gòu)的死點位置 連桿機構(gòu)的運動連續(xù)性：指該機構(gòu)在運動中能夠連續(xù) 實現(xiàn)給定的各個位置。 錯位不連續(xù)：在左圖中，當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)動時，搖桿不可能從CD位置轉(zhuǎn)到CD位 置，把連桿機構(gòu)的這種運動不連續(xù)稱為錯位不連續(xù)。即：不可能要求從動 件在兩個不連通的可行域可行域內(nèi)（C1DC2，C1DC2）連續(xù)運動。 錯序不連續(xù)：在右圖中，要求連桿依次占據(jù)B1C1、B2C2、B3C3，當(dāng)AB沿逆時 針轉(zhuǎn)動可以滿足要求，但沿順時針轉(zhuǎn)動，則不能滿足連桿預(yù)期的次序要求 ，把機構(gòu)的這種運動不連續(xù)問題稱為錯序不連續(xù)。 A (B)B C C1 C2 C1 C C2 1 2 D B1 B3 B2 C1C3 C2 A D 四、運動的連續(xù)性 可行域：可行域：當(dāng)曲柄AB連續(xù)轉(zhuǎn)動時 ，搖桿CD可以在其擺角或 范圍內(nèi)往復(fù)擺動，稱此兩個范 圍為機構(gòu)的可行域。 四桿機構(gòu)的設(shè)計合理性判據(jù)? 機構(gòu)類型與有曲柄 急回特性原則急回特性原則 最大壓力角原則最大壓力角原則 注意”死點” 連續(xù)性問題 23 23 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計 一、基本問題一、基本問題 根據(jù)機構(gòu)所提出的運動條件，確定機構(gòu)的 運動學(xué)尺寸，畫出機構(gòu)運動簡圖。 根據(jù)根據(jù)給定的運動規(guī)律給定的運動規(guī)律（位移、速度和加速（位移、速度和加速 度）設(shè)計四桿機構(gòu)度）設(shè)計四桿機構(gòu) 根據(jù)根據(jù)給定的運動軌跡給定的運動軌跡設(shè)計四桿機構(gòu)設(shè)計四桿機構(gòu) 綜合綜合功能功能 1 1）實現(xiàn)剛體的給定位置）實現(xiàn)剛體的給定位置 舉例： 自動送機構(gòu) 翻轉(zhuǎn)機構(gòu) A0A0 A1A1 B1B1 B0B0B3B3 A3A3 A2A2 B2B2 E2E2 E1E1 E3E3 2 2 1 1 自動送料機構(gòu)自動送料機構(gòu) 翻轉(zhuǎn)機構(gòu) 已知：已知：2 2個位置個位置B1-C1B1-C1 、B2-C2B2-C2，及鉸鏈，及鉸鏈 安裝平面安裝平面ADAD 2 2）實現(xiàn)預(yù)定運動規(guī)律的設(shè)計）實現(xiàn)預(yù)定運動規(guī)律的設(shè)計 汽車雨刮 實現(xiàn)輸出構(gòu)件的急回特性 實現(xiàn)兩連架桿的對應(yīng)角位移、角 速度和角加速度 3 3）實現(xiàn)預(yù)定運動軌跡的設(shè)計）實現(xiàn)預(yù)定運動軌跡的設(shè)計 演示軟件 4) 4) 實現(xiàn)綜合功能實現(xiàn)綜合功能 實現(xiàn)連桿位置實現(xiàn)連桿位置:上、剪 下比須連續(xù)通過確定 位置 實現(xiàn)軌跡實現(xiàn)軌跡：刀刃按一 定軌跡運動 實現(xiàn)速度要求實現(xiàn)速度要求：在剪 切區(qū)的水平速度有要 求 二、平面四桿機構(gòu)的設(shè)計二、平面四桿機構(gòu)的設(shè)計 設(shè)計方法 幾何法 解析法 實驗法 1、給定連桿位置連桿位置設(shè)計四桿機構(gòu) A A D D B B2 2 C C2 2 B B3 3 C C3 3 B B1 1 C C1 1 2、給定行程速度變化系數(shù)行程速度變化系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu) 鉸鏈四桿機構(gòu)-設(shè)計過程 曲柄滑塊機構(gòu)-設(shè)計過程 導(dǎo)桿機構(gòu)-設(shè)計過程 B1B1 AB=(AC2-AC1)/2 BC=(AC1+AC2)/2 AC1=BC-AB AC2=BC+AB 確定比例尺 C1C1 D D C2C2 B2B2 O O 9090 - - 9090 - - 鉸鏈四桿機構(gòu)-設(shè)計過程 A A 步驟：步驟： 已知：C1 、C2位置（行程H），K,e A C1 B1 B2 B C o e C2 900- 900- 曲柄滑塊機構(gòu)-設(shè)計過程 確定比例尺ml 畫出C1、C2及