1、會計學1機械原理機械原理(yunl)課件平面連桿機構及其課件平面連桿機構及其設計設計第一頁，共80頁。連桿機構的應用連桿機構的應用(yngyng)實例：抽油機實例：抽油機第1頁/共79頁第二頁，共80頁。內燃機內燃機第2頁/共79頁第三頁，共80頁。鶴式起重機鶴式起重機第3頁/共79頁第四頁，共80頁。自卸機構自卸機構(jgu)第4頁/共79頁第五頁，共80頁。平行四邊形機構平行四邊形機構(jgu)第5頁/共79頁第六頁，共80頁。起水起水 機構機構(jgu)第6頁/共79頁第七頁，共80頁。縫紉機縫紉機第7頁/共79頁第八頁，共80頁。雷達雷達(lid)機構機構第8頁/共79頁第九頁，共80

2、頁。開鏈機械手開鏈機械手第9頁/共79頁第十頁，共80頁。開門開門(ki mn)機構機構第10頁/共79頁第十一頁，共80頁。應用應用(yngyng)(yngyng)實例：實例：特征：有一作平面復雜運動的構件，稱為特征：有一作平面復雜運動的構件，稱為(chn wi)(chn wi)連桿。連桿。特點：特點：采用低副。面接觸、承載大、便于潤滑、不易磨損采用低副。面接觸、承載大、便于潤滑、不易磨損 形狀簡單形狀簡單(jindn)(jindn)、易加工、容易獲得較高的、易加工、容易獲得較高的制造精度。制造精度。改變桿的相對長度，從動件運動規律不同。改變桿的相對長度，從動件運動規律不同。連桿曲線豐富。可

3、滿足不同要求。連桿曲線豐富。可滿足不同要求。定義：定義：由低副（轉動、移動）連接組成的平面機構。由低副（轉動、移動）連接組成的平面機構。3 31 1 連桿機構及其傳動特點連桿機構及其傳動特點內燃機內燃機、鶴式吊鶴式吊、火車輪火車輪、手動沖床手動沖床、牛頭刨床牛頭刨床、橢圓儀橢圓儀、機械手爪機械手爪、開窗戶支撐、公共汽車開關門、折疊傘、折、開窗戶支撐、公共汽車開關門、折疊傘、折疊床、疊床、 牙膏筒拔管機、單車制動操作機構等。牙膏筒拔管機、單車制動操作機構等。第11頁/共79頁第十二頁，共80頁。缺點：缺點：構件和運動副多，累積誤差大、運動精度構件和運動副多，累積誤差大、運動精度(jn d)低、效

4、率低、效率低。低。產生動載荷（慣性力），不適合產生動載荷（慣性力），不適合(shh)高速高速。設計設計(shj)復雜，難以實現精確的軌跡復雜，難以實現精確的軌跡。分類分類:本章重點內容是介紹本章重點內容是介紹四桿機構。四桿機構。平面連桿機構平面連桿機構空間連桿機構空間連桿機構常以構件數命名：常以構件數命名：四桿機構四桿機構、多桿機構多桿機構。第12頁/共79頁第十三頁，共80頁。基本型式鉸鏈四桿機構基本型式鉸鏈四桿機構(jgu)(jgu)，其它其它四桿機構四桿機構(jgu)(jgu)都是由它演變得到都是由它演變得到的。的。名詞解釋：名詞解釋：機架機架；共有(n yu)三種基本型式：（1 1）曲

5、柄）曲柄(qbng)(qbng)搖桿搖桿機構機構特征：特征：曲柄搖桿曲柄搖桿作用：作用：將曲柄的整周回轉轉變為搖桿的往復擺動。將曲柄的整周回轉轉變為搖桿的往復擺動。 如雷達天線。如雷達天線。連桿連桿作平面運動的構件；作平面運動的構件；搖桿搖桿作定軸擺動的構件；作定軸擺動的構件；曲柄曲柄作整周定軸回轉的構件；作整周定軸回轉的構件；周轉副周轉副能作能作360360相對回轉的運動副；相對回轉的運動副；擺轉副擺轉副只只能作有限角度擺動的運動副。能作有限角度擺動的運動副。曲柄曲柄連桿連桿搖桿搖桿32 平面四桿機構的類型和應用平面四桿機構的類型和應用1.平面四桿機構的基本型式平面四桿機構的基本型式機架機架

6、連架桿連架桿連架桿連架桿與機架相聯的構件；與機架相聯的構件；第13頁/共79頁第十四頁，共80頁。作者(zuzh)：潘存云教授作者(zuzh)：潘存云教授ABC1243DABDC1243（2 2）雙曲柄）雙曲柄(qbng)(qbng)機構機構特征特征：兩個曲柄：兩個曲柄作用：作用：將等速回轉轉變將等速回轉轉變為為等速等速或或變速變速回轉。回轉。雷達天線俯仰機構雷達天線俯仰機構曲柄主動曲柄主動縫紉機踏板機構縫紉機踏板機構應用實例：應用實例：如如葉片泵、慣性篩葉片泵、慣性篩等。等。2143搖桿主動搖桿主動3124第14頁/共79頁第十五頁，共80頁。作者(zuzh)：潘存云教授A AD DC CB

7、 B1 12 23 34 4旋轉式葉片泵旋轉式葉片泵作者：潘存云教授A AD DC CB B1 12 23 3ABDC1234E6慣性篩機構慣性篩機構31第15頁/共79頁第十六頁，共80頁。作者(zuzh)：潘存云教授ABCD耕地耕地料斗料斗DCAB作者：潘存云教授耕地耕地料斗料斗DCAB實例實例(shl)(shl)：火：火車輪車輪特例特例(tl)(tl)：平行四邊形：平行四邊形機構機構AB = CD特征：特征：兩連架桿等長且平行，兩連架桿等長且平行， 連桿作平動連桿作平動BC = ADABDC攝影平臺攝影平臺作者：潘存云教授ADBC作者：潘存云教授BC天平天平播種機料斗機構播種機料斗機構第

8、16頁/共79頁第十七頁，共80頁。作者(zuzh)：潘存云教授作者(zuzh)：潘存云教授作者(zuzh)：潘存云教授反平行四邊形機構反平行四邊形機構-車門開閉機構車門開閉機構反向反向FAEDGBCABEFDCG平行四邊形機構在共線位置出現運動不平行四邊形機構在共線位置出現運動不確定。確定。采用兩組機構錯開排列。采用兩組機構錯開排列。火車輪火車輪第17頁/共79頁第十八頁，共80頁。作者(zuzh)：潘存云教授作者(zuzh)：潘存云教授作者(zuzh)：潘存云教授ABDCE（3 3）雙搖桿機構雙搖桿機構特征：特征：兩個搖桿兩個搖桿應用舉例：鑄造翻箱機構應用舉例：鑄造翻箱機構特例：特例：等腰

9、梯形機構汽車轉向機構等腰梯形機構汽車轉向機構、風扇搖頭機構、風扇搖頭機構BCABDC風扇座風扇座蝸輪蝸輪蝸桿蝸桿電機電機ABDCEABDCE電機電機ABDC風扇座風扇座蝸輪蝸輪蝸桿蝸桿電機電機ABDC風扇座風扇座蝸輪蝸輪蝸桿蝸桿ABDC第18頁/共79頁第十九頁，共80頁。雙曲柄雙曲柄(qbng)機構機構雙搖桿機構雙搖桿機構(jgu)平面四桿機構平面四桿機構(jgu)(jgu)的基本的基本型式型式曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構第19頁/共79頁第二十頁，共80頁。作者(zuzh)：潘存云教授(1) (1) 改變構件的形狀改變構件的形狀(xngzhun)(xngzhun)和運和運動尺寸動尺寸偏心曲柄偏

10、心曲柄(qbng)滑塊機構滑塊機構對心曲柄滑塊機構對心曲柄滑塊機構曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構雙滑塊機構雙滑塊機構 正弦機構正弦機構s=l sin l2.2.平面四桿機構的演化型式平面四桿機構的演化型式l偏置曲柄滑塊機構，偏置曲柄滑塊機構，e0e0，滑塊滑塊運動線與曲柄回轉中心不共線；運動線與曲柄回轉中心不共線；l對心曲柄滑塊機構，對心曲柄滑塊機構， e=0e=0，滑塊運動，滑塊運動線與曲柄回轉中心共線；線與曲柄回轉中心共線；e第20頁/共79頁第二十一頁，共80頁。(2)(2)改變運動改變運動(yndng)(yndng)副的尺副的尺寸寸偏心輪機構偏心輪機構(jgu)下圖所

11、示為兩種偏心輪機構。構件為圓盤，其幾何中心為B。因運動時該圓盤繞軸轉動，故稱為偏心輪。、之間的距離e 稱為偏心距。按照相對運動關系，可畫出機構運動簡圖如圖中紅線所示。由圖可知，偏心輪是將轉動副擴大到包括轉動副而形成的，偏心距e 即為曲柄的長度。 當曲柄長度很小或傳遞很大的動力時，通常都把曲柄做成偏心輪。這樣一方面提高了偏心軸的強度和剛度(因軸頸的直徑增大了)；另一方面當軸頸位于中部時也便于安裝整體式連桿，使結構簡化。因此，偏心輪機構廣泛應用于傳力較大的剪床、沖床(chngchung)、顎式破碎機、內燃機等機械中。第21頁/共79頁第二十二頁，共80頁。(0360)(0360)(360)(360

12、)1234ABCD曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構雙曲柄雙曲柄(qbng)機構機構(0360)(0360)(360)(360)1234ABDC雙搖桿機構雙搖桿機構(jgu)(0360)(0360)(360)1234ABCD(360)取不同構件為機架各構件取不同構件為機架各構件間的相對運動間的相對運動(xin du yn dn)關系不變關系不變整周轉動副整周轉動副(3)(3)選不同的構件為機架選不同的構件為機架第22頁/共79頁第二十三頁，共80頁。(3)(3)選不同選不同(b tn)(b tn)的構件的構件為機架為機架導桿機構導桿機構擺動導桿機構擺動導桿機構轉動導桿機構轉動導桿機構314A2BC曲柄滑

13、塊機構曲柄滑塊機構314A2BC組成移動組成移動(ydng)副的兩活動構件，畫成桿狀的構件稱為導桿，畫成塊狀的構件稱副的兩活動構件，畫成桿狀的構件稱為導桿，畫成塊狀的構件稱為滑塊。為滑塊。第23頁/共79頁第二十四頁，共80頁。牛頭刨床牛頭刨床(ni tu po chun)應用應用(yngyng)實例實例:作者：潘存云教授ABDC1243C2C1小型小型(xioxng)刨床刨床作者：潘存云教授ABDCE123456第24頁/共79頁第二十五頁，共80頁。應用實例應用實例B234C1A自卸卡車舉升機構自卸卡車舉升機構(3)(3)選不同選不同(b tn)(b tn)的構的構件為機架件為機架ACB1

14、234應用實例應用實例B34C1A2應用實例應用實例4A1B23C應用實例應用實例13C4AB2應用實例應用實例A1C234B導桿機構導桿機構314A2BC曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構314A2BC搖塊機構搖塊機構314A2BC第25頁/共79頁第二十六頁，共80頁。作者(zuzh)：潘存云教授(3)(3)選不同選不同(b tn)(b tn)的構件的構件為機架為機架314A2BC直動滑桿機構直動滑桿機構手搖唧筒手搖唧筒(jtng)這種通過選擇不同構件作為機架以獲得不同機構的方法稱這種通過選擇不同構件作為機架以獲得不同機構的方法稱為：為：機構的倒置機構的倒置BC3214A導桿機構導桿機構314A2B

15、C曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構314A2BC搖塊機構搖塊機構314A2BCABC3214第26頁/共79頁第二十七頁，共80頁。橢圓橢圓(tuyun)儀機構儀機構實例：選擇雙滑塊機構中的不同實例：選擇雙滑塊機構中的不同(b (b tn)tn)構件構件 作為機架可得不同作為機架可得不同(b tn)(b tn)的機的機構構作者：潘存云教授1234正弦正弦(zhngxin)機構機構3214(4)(4)運動副元素的逆換運動副元素的逆換將低副兩運動副元素的包容關系進行逆換，不影響兩構將低副兩運動副元素的包容關系進行逆換，不影響兩構件之間的相對運動。件之間的相對運動。導桿機構導桿機構4321搖塊機構搖塊機構3

16、214第27頁/共79頁第二十八頁，共80頁。作者(zuzh)：潘存云教授abdcCBAD平面四桿機構具有整轉副平面四桿機構具有整轉副可能存在可能存在(cnzi)(cnzi)曲柄曲柄。b(d a)+ c則由則由BCD可得：可得：則由則由B”C”D可得：可得：a+d b + cc(d a)+ bAB為最短桿為最短桿最長桿與最短桿的長度(chngd)之和其他兩桿長度(chngd)之和 a+b c + d33 有關平面四桿機構的一些基本知識有關平面四桿機構的一些基本知識1.1.平面平面四桿機構四桿機構有曲柄的條件有曲柄的條件C”abdcADd- - a設設adad，同理有：，同理有： da, db,

17、 dcAD為最短桿為最短桿ad中必有一個是機架將以上三式兩兩相加得：將以上三式兩兩相加得：什么條件下存在整轉副？什么條件下存在整轉副？a b, ac, ad第28頁/共79頁第二十九頁，共80頁。連架桿或機架之一為最短桿。連架桿或機架之一為最短桿。可知可知(k zh)(k zh)：當滿足桿長條件時，其最短桿參與構成的轉：當滿足桿長條件時，其最短桿參與構成的轉動副都是整轉副。動副都是整轉副。曲柄曲柄(qbng)(qbng)存在的條存在的條件：件：最長桿與最短桿的長度最長桿與最短桿的長度(chngd)之和應之和應其他兩桿長度其他兩桿長度(chngd)之和之和此時，鉸鏈此時，鉸鏈A為整轉副。為整轉副

18、。若取若取BC為機架，則結論相同，可知鉸鏈為機架，則結論相同，可知鉸鏈B也是整轉副。也是整轉副。 稱為稱為桿長條件桿長條件。作者：潘存云教授ABCDabcd第29頁/共79頁第三十頁，共80頁。作者(zuzh)：潘存云教授當滿足桿長條件時，說明存在整轉副，當選擇不同當滿足桿長條件時，說明存在整轉副，當選擇不同(b (b tn)tn)的構件作為機架時，可得不同的構件作為機架時，可得不同(b tn)(b tn)的機構。如的機構。如： 曲柄搖桿曲柄搖桿1 1 、曲柄搖桿、曲柄搖桿2 2 、雙曲柄、雙曲柄、 雙搖桿機構。雙搖桿機構。當不滿足桿長條件當不滿足桿長條件(tiojin)(tiojin)時，不

19、存時，不存在整轉副，在整轉副，只能是只能是雙搖桿機構雙搖桿機構第30頁/共79頁第三十一頁，共80頁。ACDB第31頁/共79頁第三十二頁，共80頁。CADB例例3-1如圖所示的鉸鏈四桿機構中，已知如圖所示的鉸鏈四桿機構中，已知LBC=500mm，LCD=350mm，LAD=300mm，AD為機架，試問為機架，試問(shwn)：3）若此機構為雙搖桿機構，求）若此機構為雙搖桿機構，求LAB的取值范圍。的取值范圍。第32頁/共79頁第三十三頁，共80頁。作者(zuzh)：潘存云教授ABCD2.2.急回運動急回運動(yndng)(yndng)與行程速比與行程速比系數系數在曲柄搖桿機構中，當曲柄與連桿

20、兩次共線時，搖桿位于在曲柄搖桿機構中，當曲柄與連桿兩次共線時，搖桿位于(wiy)(wiy)兩個極限位置，簡稱極位。兩個極限位置，簡稱極位。當曲柄以當曲柄以逆時針轉過逆時針轉過180180+時，搖桿從時，搖桿從C1D位置位置擺到擺到C2D。所花時間為所花時間為t1 , , 平均速度為平均速度為V1, ,那么有：那么有：/ )180(1t1211tCCV )180/(21CCB1C1AD180180C2B2此兩處曲柄之間的夾角此兩處曲柄之間的夾角 稱為稱為極位夾角極位夾角。第33頁/共79頁第三十四頁，共80頁。作者(zuzh)：潘存云教授B1C1ADC2當曲柄以當曲柄以繼續繼續(jx)(jx)轉

21、過轉過180180-時，搖桿從時，搖桿從C2D,C2D,置置擺到擺到C1DC1D，所花時間為，所花時間為t2 ,t2 ,平均速度為平均速度為V2 ,V2 ,那么有：那么有： 180180-/)180(2t因曲柄(qbng)轉角不同，故搖桿來回擺動的時間不一樣，平均速度也不等。顯然：顯然：t t1 1 tt2 2 V V2 2 V V1 1搖桿的這種特性稱為搖桿的這種特性稱為急回運動急回運動。用以下比值表示急回程度稱稱K為為行程速比系數行程速比系數。12VVK 18018021tt且且越大，越大，K值越大，急回性質越明顯。值越大，急回性質越明顯。 只要只要 0 ， 就有就有 KK1所以可通過分析

22、機構中是否存在以及的大小來判斷機構是否有急回運動或運動的程度。11180KK設計新機械時，往往先給定設計新機械時，往往先給定K值，于是值，于是: 2212tCCV)180/(21CC121221tCCtCC第34頁/共79頁第三十五頁，共80頁。作者(zuzh)：潘存云教授FF F”當當BCD90BCD90時，時， BCDBCD3.壓力壓力(yl)角和傳動角和傳動角角壓力壓力(yl)(yl)角：角：從動件驅動力從動件驅動力F F與力作用點絕對速度之間所夾銳角，與力作用點絕對速度之間所夾銳角，。設計時要求設計時要求: : minmin5050minmin出現的位置：出現的位置：當當BCD90BC

23、D90時，時， 180180- BCD- BCD切向分力切向分力: : F F= Fcos= Fcos法向分力法向分力: : F F”= Fcos= Fcos F F對傳動有利對傳動有利。=Fsin=Fsin稱稱為為傳動角傳動角。此位置一定是：此位置一定是：主動件與機架共線兩處之一。主動件與機架共線兩處之一。為了保證機構良好的傳力性能ABCDCDBAFF”F可用可用的大小來表示機構傳動力性能的好壞的大小來表示機構傳動力性能的好壞, ,當當BCDBCD最小或最大時，都有可能出現最小或最大時，都有可能出現minmin如何確定如何確定minmin呢？呢？第35頁/共79頁第三十六頁，共80頁。作者(

24、zuzh)：潘存云教授車門車門C1B1abcdDA由余弦由余弦(yxin)(yxin)定律有：定律有： B1C1D B1C1Darccosb2+c2-(d-a)2/2bcarccosb2+c2-(d-a)2/2bc BB2 2C C2 2D Darccosbarccosb2 2+c+c2 2-(d+a)-(d+a)2 2/2bc/2bc若若B B1 1C C1 1D90D90, ,則則若若B B2 2C C2 2D90D90, , 則則1 1B B1 1C C1 1D D2 2180180-B-B2 2C C2 2D D機構的傳動角一般在運動鏈機構的傳動角一般在運動鏈最終一個最終一個(y )(

25、y )從動件上從動件上度量。度量。v1 1minminBB1 1C C1 1D, 180D, 180-B-B2 2C C2 2DDminminC2B22 2F F第36頁/共79頁第三十七頁，共80頁。作者(zuzh)：潘存云教授F4.機構的死點機構的死點(s din)位置位置搖桿為主動件，且連桿搖桿為主動件，且連桿與曲柄與曲柄(qbng)(qbng)兩次共兩次共線時，有：線時，有：此時此時機構不能運動機構不能運動. .避免措施：避免措施： 兩組機構錯開排列，兩組機構錯開排列，如如火車輪機構火車輪機構; ;稱此位置為：稱此位置為：“死點死點”0 0靠靠飛輪的慣性飛輪的慣性（如內燃機、縫紉機等）

26、。（如內燃機、縫紉機等）。FAEDGBCABEFDCG0 0F0 0第37頁/共79頁第三十八頁，共80頁。作者(zuzh)：潘存云教授作者(zuzh)：潘存云教授工件工件ABCD1234PABCD1234工件工件P鉆孔鉆孔(zun kn)夾具夾具=0=0TABDC飛機起落架飛機起落架ABCD=0=0F也可以利用死點進行工作也可以利用死點進行工作：飛機起落架、鉆夾具起落架、鉆夾具等。等。第38頁/共79頁第三十九頁，共80頁。作者(zuzh)：潘存云教授作者(zuzh)：潘存云教授5.鉸鏈鉸鏈(jiolin)四桿機構的運動連續性四桿機構的運動連續性指連桿機構能否連續實現給定的各個位置。指連桿機

27、構能否連續實現給定的各個位置。可行域：可行域：搖桿的運動范圍（搖桿的運動范圍（C C1 1DCDC2 2） or (Cor (C1 1DCDC2 2) ) 。不可行域：不可行域：搖桿不能達到的區域。搖桿不能達到的區域。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。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。稱此為稱此為錯位不連續。錯位不連續。錯序不連續錯序不連續設計連桿機構時，應滿足運動連續性條件。設計連桿機構時，應滿足運動連續性條件。C1C2C1C2CCADBDAB1C1B2C2B3C3DAB1C1B2C2B3C3第39頁/共79頁第四十頁，共80頁。3 34 4 平面

28、四桿機構平面四桿機構(jgu)(jgu)的的設計設計 1.連桿機構設計的基本問題連桿機構設計的基本問題2. 用解析法設計四桿機構用解析法設計四桿機構3.用作圖法設計四桿機構用作圖法設計四桿機構3.2按兩連架桿三組對應位置設計四桿機構按兩連架桿三組對應位置設計四桿機構3.1按預定連桿位置設計四桿機構按預定連桿位置設計四桿機構3.3按連桿上任意標志線的三組對應位置設計四桿機構按連桿上任意標志線的三組對應位置設計四桿機構3.4按給定的行程速比系數按給定的行程速比系數K設計四桿機構設計四桿機構第40頁/共79頁第四十一頁，共80頁。一、平面四桿機構設計的主要一、平面四桿機構設計的主要(zhyo)(zh

29、yo)任務：任務： 根據機構所要完成的運動功能而提出的設計條件（運動條件、幾何條件和傳力條件等），進行：根據機構所要完成的運動功能而提出的設計條件（運動條件、幾何條件和傳力條件等），進行： 機構選型根據給定的運動要求選擇機構選型根據給定的運動要求選擇(xunz)(xunz)機構的類型；機構的類型； 尺度綜合確定各構件的尺度參數尺度綜合確定各構件的尺度參數( (長度尺寸長度尺寸) )，畫出機構運動，畫出機構運動 簡圖。簡圖。連桿機構設計的基本問題連桿機構設計的基本問題 1)滿足預定滿足預定(ydng)的運動規律的運動規律(函數生成問題函數生成問題) 2)滿足預定的連桿位置要求滿足預定的連桿位置要

30、求3)滿足預定軌跡的要求滿足預定軌跡的要求第41頁/共79頁第四十二頁，共80頁。作者(zuzh)：潘存云教授作者(zuzh)：潘存云教授ADCB飛機飛機(fij)起落架起落架BC1)滿足預定的運動規律滿足預定的運動規律(函數生成問題函數生成問題) 預定的運動規律預定的運動規律-飛機起落架飛機起落架 函數機構函數機構- y=logx函數機構函數機構要求兩連架桿的轉角滿足函數要求兩連架桿的轉角滿足函數 y=logxxy=logxABCD 二、二、 連桿機構設計的基本問題連桿機構設計的基本問題-三類設計要求三類設計要求第42頁/共79頁第四十三頁，共80頁。作者(zuzh)：潘存云教授三類三類(s

31、n li)設計要求：設計要求：2)滿足預定的連桿位置要求，如鑄造滿足預定的連桿位置要求，如鑄造(zhzo)翻翻箱機構。箱機構。要求連桿在兩個位置要求連桿在兩個位置垂直地面且相差垂直地面且相差180 BCABDC第43頁/共79頁第四十四頁，共80頁。三類三類(sn li)設計要求：設計要求：3)滿足預定軌跡的要求滿足預定軌跡的要求(yoqi)，如攪拌機、鶴式起重機，如攪拌機、鶴式起重機構。構。第44頁/共79頁第四十五頁，共80頁。鶴式起重機：鶴式起重機：第45頁/共79頁第四十六頁，共80頁。給定給定(i dn)的設的設計條件：計條件：1)幾何條件（給定連架桿或連桿幾何條件（給定連架桿或連桿

32、(lin n)的的位置）位置）2)運動運動(yndng)條件條件（給定（給定K）3)動力條件動力條件（給定（給定minmin）設計方法：設計方法：圖解法、解析法、實驗法圖解法、解析法、實驗法平面四桿機構運動設計的問題概括成下述兩個基本問題平面四桿機構運動設計的問題概括成下述兩個基本問題（2 2）實現已知軌跡問題）實現已知軌跡問題（1 1）實現已知運動規律問題；）實現已知運動規律問題；第46頁/共79頁第四十七頁，共80頁。平面四桿機構平面四桿機構(jgu)的一些基本知識的一些基本知識 1、平面四桿機構(jgu)的曲柄存在條件C2A1a4b3cdBD2以最短桿為機架，則此機構為以最短桿為機架，則

33、此機構為雙曲柄機構雙曲柄機構；以最短桿的相鄰構件為機架，則此機構為以最短桿以最短桿的相鄰構件為機架，則此機構為以最短桿為曲柄的為曲柄的曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構；且且：13以最短桿的對邊構件為機架，則此機構為以最短桿的對邊構件為機架，則此機構為雙搖桿機構雙搖桿機構。 最短桿與最長桿的長度之和小于或等于其它兩桿最短桿與最長桿的長度之和小于或等于其它兩桿 長度之和長度之和 滿足桿長和條件滿足桿長和條件推論：如果最短桿與最長桿的長度之和大于其它兩桿長度之和（不滿足桿長和條件推論：如果最短桿與最長桿的長度之和大于其它兩桿長度之和（不滿足桿長和條件(tiojin)），），則不論選哪個構件為機架，則不論選哪

34、個構件為機架， 都為雙搖桿機構。都為雙搖桿機構。連架桿或機架之一為最短桿。連架桿或機架之一為最短桿。第47頁/共79頁第四十八頁，共80頁。2 急回作用與行程速度變化急回作用與行程速度變化(binhu)系數系數(coefficient of travel speed variation)空回行程平均速度空回行程平均速度(pn jn s d)v2與工作行程平均速度與工作行程平均速度(pn jn s d)v1之比。之比。11180KK180180212112ttvvK1） 平面平面(pngmin)四桿機構具有急回特性的條件：四桿機構具有急回特性的條件：（1）原動件作等速整周轉動；）原動件作等速整周

35、轉動；（2）輸出件作往復運動；）輸出件作往復運動；（3）0第48頁/共79頁第四十九頁，共80頁。曲柄曲柄(qbng)滑塊機構的急回滑塊機構的急回特性特性應用：節省返程應用：節省返程(fn chn)時間，時間，如牛頭刨、往復式輸送機等。如牛頭刨、往復式輸送機等。思考題：對心曲柄思考題：對心曲柄(qbng)滑塊機構的急回特性如何？滑塊機構的急回特性如何？對于需要有急回運動的機構，常常是根據需要的行程速比系數K, 先求出 ，然后在設計各構件的尺寸。C1B1B2HC2偏置曲柄滑塊機構偏置曲柄滑塊機構2AB134eCab12222)()(eabebaH0,有急回特性。有急回特性。B1B2HH=2a,

36、0,無急回特性。無急回特性。314A對心曲柄滑塊機構對心曲柄滑塊機構B2Cab1C1C221B2B11AB有急回特性。有急回特性。導桿機構導桿機構的急回特性的急回特性 第49頁/共79頁第五十頁，共80頁。3 壓力壓力(yl)角、傳動角角、傳動角1）壓力）壓力(yl)角角(pressure angle)與傳動角與傳動角(transmission angle) 在不計摩擦力、重力、慣性力的條件在不計摩擦力、重力、慣性力的條件(tiojin)下，機構中驅使從動件運動的下，機構中驅使從動件運動的力的方向線與從動件上受力點的速度方向線所夾的銳角。力的方向線與從動件上受力點的速度方向線所夾的銳角。壓力角

37、：壓力角：傳動角：傳動角：壓力角的余角。vcFF1F21ABCD1234越小，傳力越好越小，傳力越好。越大，傳力越好越大，傳力越好。 min王王樹樹才才B2 DAmaxC2B1minC1第50頁/共79頁第五十一頁，共80頁。4、機構的死點、機構的死點(s din)位置位置(dead point positions)畫出壓力角畫出壓力角1C234ABDabcdvBFB死點：死點：當機構處于傳動角當機構處于傳動角0（或壓力角（或壓力角90）的機構位置的機構位置F0 0F0 0第51頁/共79頁第五十二頁，共80頁。5. 運動運動(yndng)的連續性的連續性遇到的運動不連續遇到的運動不連續(li

38、nx)問題有：問題有：1.錯序不連續錯序不連續(linx)1C234ABD11C2CC1C2C21C3234AB2DC1C2B1B32.錯位不連續錯位不連續王樹王樹才才王王樹樹才才第52頁/共79頁第五十三頁，共80頁。1)按預定連桿位置按預定連桿位置(wi zhi)設計四桿機設計四桿機構構a)給定給定(i dn)連桿連桿兩組位置兩組位置有唯一有唯一(wi y)解解。B2C2AD將鉸鏈將鉸鏈A、D分別選在分別選在B1B2，C1C2連線的垂直平分線上任意連線的垂直平分線上任意位置都能滿足設計要求。位置都能滿足設計要求。b)給定連桿上鉸鏈給定連桿上鉸鏈BC的三組位置的三組位置有無窮多組解。有無窮多

39、組解。ADB2C2B3C3DB1C1三、三、 用作圖法設計四桿機構用作圖法設計四桿機構AB1C1ABCD第53頁/共79頁第五十四頁，共80頁。1)按預定連桿位置按預定連桿位置(wi zhi)設計四桿機設計四桿機構構a)給定給定(i dn)連桿連桿兩組位置兩組位置有唯一有唯一(wi y)解解。B2C2AD將鉸鏈將鉸鏈A、D分別選在分別選在B1B2，C1C2連線的垂直平分線上任意連線的垂直平分線上任意位置都能滿足設計要求。位置都能滿足設計要求。b)給定連桿上鉸鏈給定連桿上鉸鏈BC的三組位置的三組位置有無窮多組解。有無窮多組解。ADB2C2B3C3DB1C1三、三、 用作圖法設計四桿機構用作圖法設

40、計四桿機構AB1C1第54頁/共79頁第五十五頁，共80頁。ADB1C1已知已知: 固定固定(gdng)鉸鏈鉸鏈A、D和連架桿的對應位置，確和連架桿的對應位置，確定活動鉸鏈定活動鉸鏈 B、C的位置。的位置。2)按兩連架桿預定的對應位置設計按兩連架桿預定的對應位置設計(shj)四桿機構四桿機構機構機構(jgu)的轉化的轉化原理原理第55頁/共79頁第五十六頁，共80頁。作者(zuzh)：潘存云教授B22B22E21B1 1E1按兩連架桿三組對應位置設計按兩連架桿三組對應位置設計(shj)四桿機構四桿機構任意選定構件任意選定構件(gujin)AB(gujin)AB的長度的長度連接連接B2 E2、D

41、B2的得的得B2 E2D繞繞D 將將B2 E2D旋轉旋轉1 1 -2 2得得B2點點已知已知:機架長度機架長度d和兩連架桿三組對應位置。和兩連架桿三組對應位置。AdDB333E3設計步驟：設計步驟： 第56頁/共79頁第五十七頁，共80頁。作者(zuzh)：潘存云教授連接連接(linji)B3 E3(linji)B3 E3、DB3DB3得得 B3 E3DB3 E3D將將B3E3D繞繞D旋旋 轉轉1 1 -3 3得得B3點點2)按兩連架桿三組按兩連架桿三組(sn z)對應位置設計四桿對應位置設計四桿機構機構已知已知:機架長度機架長度d和兩連架桿三組對應位置。和兩連架桿三組對應位置。2B22E21

42、B1 1E1AdDB333E3B2B3任意選定構件任意選定構件AB的長度的長度連接連接B2 E2、DB2的得的得B2 E2D繞繞D 將將B2 E2D旋轉旋轉1 1 -2 2得得B2點點設計步驟：設計步驟： 第57頁/共79頁第五十八頁，共80頁。作者(zuzh)：潘存云教授2B22E21B1 1E1AdDB333E3B2B3由由B1 B2 B3 B1 B2 B3 三點三點(sn din) (sn din) 求圓心求圓心C1 C1 。2)按兩連架桿三組對應位置按兩連架桿三組對應位置(wi zhi)設計四桿設計四桿機構機構已知已知:機架長度機架長度d和兩連架桿三組對應位置。和兩連架桿三組對應位置。

43、C1B2C2B3C3連接連接B3 E3、DB3得得 B3 E3D將將B3E3D繞繞D旋旋 轉轉1 1 -3 3得得B3點點任意選定構件任意選定構件AB的長度的長度連接連接B2 E2、DB2的得的得B2 E2D繞繞D 將將B2 E2D旋轉旋轉1 1 -2 2得得B2點點設計步驟：設計步驟： 第58頁/共79頁第五十九頁，共80頁。作者(zuzh)：潘存云教授AD3)按連桿上任意標志線的三組對應按連桿上任意標志線的三組對應(duyng)位置設計位置設計四桿機構四桿機構已知已知: 機架長度機架長度d和連桿上某一標志線的三組對應位置和連桿上某一標志線的三組對應位置(wi zhi)： M1N1、 M2N

44、2 、 M3N3 ，求鉸鏈，求鉸鏈B、C的位置的位置(wi zhi)。分析分析: 鉸鏈鉸鏈A、D相對于鉸鏈相對于鉸鏈B、C的運動軌跡各為一圓弧，依據的運動軌跡各為一圓弧，依據轉化原理，將連桿固定作為機架，得一轉化機構，在轉化機構中，轉化原理，將連桿固定作為機架，得一轉化機構，在轉化機構中，AD成為連桿。只要求出原機架成為連桿。只要求出原機架AD相對于標志線的三組對應位置，原問題就轉化為按連桿三組位置設計四桿機構的問題。相對于標志線的三組對應位置，原問題就轉化為按連桿三組位置設計四桿機構的問題。B1ADM1N1M2M3N2N3A”D”C1ADA”D”剛化機構位形剛化機構位形得多邊形得多邊形 M2

45、N2AD， 移動多邊形使移動多邊形使 M2N2 、M1N1重合；重合；在位置在位置3重復前兩步驟；重復前兩步驟；設計步驟：設計步驟： 分別過分別過AAA”和和DDD” 求作圓心，得求作圓心，得B、C點。點。第59頁/共79頁第六十頁，共80頁。作者(zuzh)：潘存云教授E 4)按給定的行程速比按給定的行程速比(s b)系數系數K設計四桿機構設計四桿機構(1) 曲柄曲柄(qbng)搖桿機構搖桿機構計算計算180(K-1)/(K+1);已知：已知：CD桿長，擺角桿長，擺角及及K， 設計此機構。步驟如下設計此機構。步驟如下：任取一點任取一點D D，作等腰三角形，作等腰三角形 腰長為腰長為CDCD，

46、夾角為，夾角為;作作C2PC1C2，作，作C1P使使作作P P C1C2的外接圓，則的外接圓，則A A點必在此圓上。點必在此圓上。 C2C1P=90, ,交于交于P;P; 90-PDAC1C2選定選定A A，設曲柄為，設曲柄為a ，連桿為，連桿為b ，則，則: :以以A A為圓心，為圓心，A A C2為半徑作弧交于為半徑作弧交于E,E,得：得： a =EC1/ 2 b = A = A C1EC1/ 2,A,A C2= =b- - a= = a =( A A C1A A C2)/ 2 A A C1= = a+ +b DC1C2第60頁/共79頁第六十一頁，共80頁。ADB1C1作圖法設計四桿機構

47、作圖法設計四桿機構(jgu)轉化為按已知連桿的轉化為按已知連桿的幾組位置設計幾組位置設計機構機構(jgu)的轉化的轉化原理原理第61頁/共79頁第六十二頁，共80頁。作者(zuzh)：潘存云教授E 按給定按給定(i dn)的行程速比系數的行程速比系數K設計四桿機構設計四桿機構曲柄曲柄(qbng)搖桿機構搖桿機構任取一點任取一點D D，作等腰三角形，作等腰三角形 腰長為腰長為CDCD，夾角為，夾角為;作作C2PC1C2，作，作C1P使使作作P P C1C2的外接圓，則的外接圓，則A A點必在此圓上。點必在此圓上。 C2C1P=90, ,交于交于P;P; 90-PDAC1C2 DC1C2計算計算1

48、80(K-1)/(K+1);第62頁/共79頁第六十三頁，共80頁。作者(zuzh)：潘存云教授E222ae(2) 曲柄曲柄(qbng)滑塊機構滑塊機構H已 知已 知 K K ， 滑 塊 行 程， 滑 塊 行 程(xngchng)H(xngchng)H，偏距，偏距e e，設計此機構設計此機構 。計算計算: 180180(K-1)/(K+1);(K-1)/(K+1);作作C1 C2 H H作射線作射線C1O O 使使C2C1O=90, , 以以O O為圓心，為圓心，C1O O為半徑作圓。為半徑作圓。以以A A為圓心，為圓心，A A C1為半徑作弧交于為半徑作弧交于E,E,得：得：作射線作射線C2

49、O O使使C1C2 O=90。 作偏距線作偏距線e e，交圓弧于，交圓弧于A A，即為所求。，即為所求。C1C29090-o9090-Aa=EC2/ 2b= Ab= A C2EC2/ 2第63頁/共79頁第六十四頁，共80頁。作者(zuzh)：潘存云教授作者(zuzh)：潘存云教授ADmn=D(3) 導桿機構導桿機構(jgu)分析：分析： 由于由于與與導桿擺角導桿擺角相等相等，設計此，設計此 機構時，僅需要確定曲柄機構時，僅需要確定曲柄 a。計算計算180180(K-1)/(K+1);(K-1)/(K+1);任選任選D D作作mDnmDn，取取A A點，使得點，使得AD=d, AD=d, 則則

50、: : a=dsin(a=dsin(/2)/2)=Ad作角分線作角分線; ;已知：已知：機架長度機架長度d，K，設計此機構。設計此機構。？第64頁/共79頁第六十五頁，共80頁。二、二、 用解析用解析(ji x)法設計四桿機法設計四桿機構構思路：首先建立包含思路：首先建立包含(bohn)機構的各尺度參數和運動機構的各尺度參數和運動變量在內的解析關系式，然后根據已知的運動變量求解變量在內的解析關系式，然后根據已知的運動變量求解所需的機構尺度參數。所需的機構尺度參數。1)按給定的運動按給定的運動(yndng)規律設計四桿機構規律設計四桿機構2)按預定的連桿位置設計四桿機構按預定的連桿位置設計四桿機

51、構3)按預定的運動軌跡設計四桿機構按預定的運動軌跡設計四桿機構按預定兩連架桿對應位置設計按預定兩連架桿對應位置設計按期望函數設計按期望函數設計第65頁/共79頁第六十六頁，共80頁。xyABCD12341)按給定按給定(i dn)的運動規律設計四桿機構的運動規律設計四桿機構給定連架桿對應位置：給定連架桿對應位置：構件構件(gujin)3和構件和構件(gujin)1滿足滿足以下位置關系：以下位置關系：abcd建立建立(jinl)(jinl)坐標系坐標系, ,設構件長度為：設構件長度為：a a 、b b、c c、d d在在x,yx,y軸上投影可得：軸上投影可得：a+b= c+d機構尺寸比例放大時，

52、不影響各構件相對轉角機構尺寸比例放大時，不影響各構件相對轉角. . a coc(1i i +0)+ bcos2i i =c cos(3i i + 0 )+d a sin(1i i +0)+ b sin2i i = c sin(3i i + 0 ) 3i if (1i i ) i =1, 2, 3n設計此四桿機構設計此四桿機構( (求各構件長度求各構件長度) )。1i i3i i2i i 令：令： a/a=1 b/a= l c/a= m d/a= nxyABCD1234abcd1 1i i3 3i i2i i 00第66頁/共79頁第六十七頁，共80頁。P1P2令令: : P0消去消去2i2i整

53、理整理(zhngl)(zhngl)得：得：cos(1i+0)cos(1i+0)m cos(3i+0 )-(m/n)cos(3i+0 -m cos(3i+0 )-(m/n)cos(3i+0 -1i -0 ) 1i -0 ) +(m2+n2+1-l2)/(2n)+(m2+n2+1-l2)/(2n)代入移項代入移項(y xin)(y xin)得：得： lcos2 i= n+mcos(3i+0 ) lcos2 i= n+mcos(3i+0 )cos(1i+0 )cos(1i+0 )lsin2 i= msin(3i+0 )sin(1i+0 )則上式簡化則上式簡化(jinhu)(jinhu)為：為：coc

54、(1i+0 )coc(1i+0 )P0cos(3i+0 ) P0cos(3i+0 ) P1 cos(3i+0 P1 cos(3i+0 -1i -0 )+ P2-1i -0 )+ P2式中包含有式中包含有p0，p1，p2，0，0五個待定參數五個待定參數, ,故四桿機故四桿機構最多可按兩連架桿的五組對應未知精確求解。構最多可按兩連架桿的五組對應未知精確求解。當當i5i5時，一般不能求得精確解，只能用最小二乘法近似求解。時，一般不能求得精確解，只能用最小二乘法近似求解。當當i5i5時，可預定部分參數，有無窮多組解。時，可預定部分參數，有無窮多組解。第67頁/共79頁第六十八頁，共80頁。舉例：設計舉

55、例：設計(shj)(shj)一四桿機構一四桿機構滿 足 連 架 桿 三 組 對 應 位 置滿 足 連 架 桿 三 組 對 應 位 置.(0=0 0=0).(0=0 0=0)1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 34545 50 50 90 90 80 80 135 135 110 1101 11 13 33 3代入方程代入方程(fngchng)得得： cos90cos90=P=P0 0cos80cos80+P+P1 1cos(80cos(80-90-90)+P)+P2 2 cos135cos135=P=P0 0cos110cos110+P+P1 1cos(110cos(110-135-135)+P)+P2 2解得相對解得相對(xingdu)(xingdu)