第5章平面連桿機構(gòu)設(shè)計§5-1平面連接機構(gòu)的特點與基本型式§5-2平面連桿機構(gòu)的工作特性§5-3平面連桿機構(gòu)的設(shè)計

主要內(nèi)容

各構(gòu)件的運動平面重合或相互平行的連桿機構(gòu)四桿機構(gòu)1.平面連桿機構(gòu)的定義結(jié)構(gòu)最簡單應(yīng)用最廣泛五桿機構(gòu)六桿機構(gòu)2.連桿機構(gòu)的特點1)結(jié)構(gòu)簡單、易于制造、成本低廉。2)是低副連接的機構(gòu)，故承載能力大。3)連桿機構(gòu)可實現(xiàn)運動規(guī)律與運動軌跡的多樣化。4)可進行遠(yuǎn)距離的傳動。5)連桿機構(gòu)不宜應(yīng)用在高速運轉(zhuǎn)場合。用于受力較大的場合挖掘機連桿機構(gòu)應(yīng)用十分廣泛，但不適用于高速傳動。用于受力較大的場合挖掘機破碎機連桿機構(gòu)應(yīng)用十分廣泛，但不適用于高速傳動。用于實現(xiàn)各種不同的運動規(guī)律要求慣性篩用以實現(xiàn)給定軌跡要求攪拌機抓片機3.平面四桿機構(gòu)的基本型式基本型式－鉸鏈四桿機構(gòu)，其它四桿機構(gòu)都是由它演變得到的名詞解釋：曲柄—作整周定軸回轉(zhuǎn)的構(gòu)件；連桿—不與機架相連的構(gòu)件；連架桿—與機架相聯(lián)的構(gòu)件；搖桿—作定軸擺動的構(gòu)件；周轉(zhuǎn)副—可360度相對回轉(zhuǎn)的運動副；擺轉(zhuǎn)副—只能作有限角度擺動的運動副。連桿機架曲柄搖桿湘潭大學(xué)專用三種基本型式：（1）曲柄搖桿機構(gòu)特征：曲柄＋搖桿作用：將曲柄的整周回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動。如雷達天線。ABDC12432143124雷達天線俯仰機構(gòu)縫紉機踏板機構(gòu)(1)曲柄搖桿機構(gòu)的應(yīng)用抓片機抽油機(1)曲柄搖桿機構(gòu)的應(yīng)用攪拌機送料機構(gòu)(1)曲柄搖桿機構(gòu)的應(yīng)用玩具烏龜刮雨刷(1)曲柄搖桿機構(gòu)的應(yīng)用湘潭大學(xué)專用（2）雙曲柄機構(gòu)特征：兩個曲柄作用：將等速回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榈人倩蜃兯倩剞D(zhuǎn)。如慣性篩等。湘潭大學(xué)專用ABDC1234E6耕地料斗DCAB實例：火車輪慣性篩機構(gòu)特例：平行四邊形機構(gòu)AB=CD特征：兩連架桿等長且平行，連桿作平動香皂成型機。BC=ADABCD31B’C’ABDC耕地料斗DCAB、攝影平臺ADBC、天平、播種機料斗機構(gòu)反平行四邊形機構(gòu)--車門開閉機構(gòu)反向(2)雙曲柄機構(gòu)的應(yīng)用慣性篩插床機構(gòu)

平行四邊形機構(gòu)的應(yīng)用攝影機升降臺天平機構(gòu)汽車車門開閉機構(gòu)

反平行四邊形機構(gòu)的應(yīng)用汽車車門開閉機構(gòu)

反平行四邊形機構(gòu)的應(yīng)用湘潭大學(xué)專用ABDCE（3）雙搖桿機構(gòu)特征：兩個搖桿應(yīng)用舉例：鑄造翻箱機構(gòu)特例：等腰梯形機構(gòu)－汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu)、風(fēng)扇搖頭機構(gòu)ABDCB’C’ABDC風(fēng)扇座蝸輪蝸桿電機電機ABDC風(fēng)扇座蝸輪蝸桿電機ABDC風(fēng)扇座蝸輪蝸桿ABDCEABDCE鶴式起重機(3)雙搖桿機構(gòu)的應(yīng)用爐門啟閉機構(gòu)大型翻型機

雙搖桿機構(gòu)的特例若兩搖桿長度相等等腰梯形機構(gòu)汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)4.平面四桿機構(gòu)的演化型式(1)改變構(gòu)件的形狀和運動尺寸偏心曲柄滑塊機構(gòu)對心曲柄滑塊機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)雙滑塊機構(gòu)

正弦機構(gòu)φss=lsin

φ曲柄滑塊機構(gòu)的應(yīng)用汽車車門開閉機構(gòu)內(nèi)燃機機構(gòu)(2)改變運動副的尺寸(3)選不同的構(gòu)件為機架偏心輪機構(gòu)導(dǎo)桿機構(gòu)314A2BC314A2BC曲柄滑塊機構(gòu)擺動導(dǎo)桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)小型刨床牛頭刨床應(yīng)用實例ABDCE123456ABDC1243C2C1(3)選不同的構(gòu)件為機架搖塊機構(gòu)314A2BC導(dǎo)桿機構(gòu)314A2BC314A2BC曲柄滑塊機構(gòu)ACB1234應(yīng)用實例B234C1A自卸卡車舉升機構(gòu)應(yīng)用實例B34C1A2應(yīng)用實例4A1B23C應(yīng)用實例13C4AB2φ應(yīng)用實例A1C234Bφ(3)選不同的構(gòu)件為機架搖塊機構(gòu)314A2BC導(dǎo)桿機構(gòu)314A2BC314A2BC曲柄滑塊機構(gòu)ACB1234應(yīng)用實例B234C1A自卸卡車舉升機構(gòu)應(yīng)用實例B34C1A2應(yīng)用實例4A1B23C應(yīng)用實例13C4AB2φ應(yīng)用實例A1C234Bφ(3)選不同的構(gòu)件為機架搖塊機構(gòu)314A2BC導(dǎo)桿機構(gòu)314A2BC314A2BC曲柄滑塊機構(gòu)314A2BC直動滑桿機構(gòu)手搖唧筒這種通過選擇不同構(gòu)件作為機架以獲得不同機構(gòu)的方法稱為：----機構(gòu)的倒置BC3214AABC3214(4)運動副元素的逆換將低副兩運動副元素的包容關(guān)系進行逆換，不影響兩構(gòu)件之間的相對運動。橢圓儀機構(gòu)例：選擇雙滑塊機構(gòu)中的不同構(gòu)件作為機架可得不同的機構(gòu)導(dǎo)桿機構(gòu)搖塊機構(gòu)正弦機構(gòu)3214123443213214轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)導(dǎo)桿機構(gòu)的分類擺動導(dǎo)桿機構(gòu)機架長>曲柄長機架長<曲柄長擺動導(dǎo)桿機構(gòu)的應(yīng)用擺動導(dǎo)桿機構(gòu)的應(yīng)用牛頭刨床主運動機構(gòu)小型刨床轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)的應(yīng)用搖塊機構(gòu)的應(yīng)用卸料定塊機構(gòu)/移動導(dǎo)桿機構(gòu)的應(yīng)用(3)轉(zhuǎn)動副的銷釘擴大平面四桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)單滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)導(dǎo)桿機構(gòu)曲柄搖塊機構(gòu)移動導(dǎo)桿機構(gòu)對心曲柄滑塊機構(gòu)偏置曲柄滑塊機構(gòu)擺動導(dǎo)桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)雙滑塊機構(gòu)雙滑塊機構(gòu)正弦機構(gòu)雙轉(zhuǎn)塊機構(gòu)正切機構(gòu)橢圓儀十字滑塊聯(lián)軸器平行四邊形機構(gòu)反平行四邊形機構(gòu)等腰梯形機構(gòu)5.2平面四桿機構(gòu)的工作特性鉸鏈四桿機構(gòu)1.曲柄存在條件周轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副aabcbcd藍(lán)色三角形成立紅色三角形成立◆最短桿與最長桿之和小于等于其它兩桿長度之和周轉(zhuǎn)副存在的條件:GrashofCriterion◆構(gòu)成周轉(zhuǎn)副的構(gòu)件之一必為最短桿Grashoflinkagemechanism1）最短桿與最長桿之和小于等于其余兩桿長度之和曲柄存在條件:2）最短桿作連架桿或機架桿長條件滿足桿長條件最短桿作連架桿曲柄搖桿機構(gòu)最短桿作機架雙曲柄機構(gòu)最短桿作連桿雙搖桿機構(gòu)不滿足桿長條件雙搖桿機構(gòu)（最短桿的鄰邊作機架）（最短桿的對邊作機架）滿足周轉(zhuǎn)副存在條件的雙搖桿機構(gòu)不滿足周轉(zhuǎn)副存在條件的雙搖桿機構(gòu)例1：若要以AD為機架得到雙搖桿機構(gòu)，試求CD桿長的范圍。解：1.機構(gòu)存在周轉(zhuǎn)副,即Lmin+Lmax≤Li+Lj,

且以最短桿的對邊為機架）：2）40≤LCD≤

80

：70≤LCD≤902.機構(gòu)不存在周轉(zhuǎn)副（即Lmin+Lmax>Li+Lj），且能形成封閉形：1）0<LCD<

40

：2）40≤LCD≤

80

：3)80<LCD<170：10<LCD<7090<LCD<170綜合：當(dāng)10<LCD<170時，得到雙搖桿機構(gòu)。不可能∵不滿足題意40+80≤50+LCD40+LCD≤80+50LCD+80>40+5040+80>50+LCD40+LCD>80+50∴70≤

LCD≤

80∴80<LCD≤90∴10<LCD<40∴40≤LCD<70∴90<LCD<1703)80<LCD<170：1）0<LCD<

40

：2.急回特性(Quick-returnMotion)ABCDB2C2B1C1AD極限位置1連桿與曲柄拉伸共線極限位置2連桿與曲柄重疊共線極位夾角(Crankanglebetweentwolimitpositions)

—從動件處于兩極限位置時，原動件在對應(yīng)位置所夾的銳角。

工作行程(慢行程)曲柄轉(zhuǎn)過180o，搖桿擺角，耗時t1180o180o返回行程(快行程)曲柄轉(zhuǎn)過180o，搖桿擺角，耗時t2

設(shè)計具有急回要求的機構(gòu)時，應(yīng)先確定K值，再計算。B2C2B1C1AD180o-180o+行程速度變化系數(shù)(Coefficientoftravelspeedvariation)對心曲柄滑塊機構(gòu)偏置曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)的極位夾角

有急回

無急回擺動導(dǎo)桿機構(gòu)的極位夾角

注意：具有特定尺寸的曲柄搖桿機構(gòu)可能無急回運動，即：θ=0°、K=1，C1C2=2AB。曲柄搖桿機構(gòu)一定有急回嗎?

壓力角越小，傳動角越大，對機構(gòu)的傳動越有利。

連桿機構(gòu)中，常用傳動角的大小及變化情況來衡量機構(gòu)傳力性能的優(yōu)劣。FF

F3.壓力角和傳動角ABDC傳動角

—壓力角的余角。壓力角—作用在從動件上的力的方向與著力點速度方向所夾銳角。通常min40o對于高速和大功率傳動機械min50ov

IfBCD<90o

then=BCD

IfBCD>90othen=180o-BCD

機構(gòu)中，最小傳動角在哪里?

最小傳動角出現(xiàn)在曲柄與機架兩次共線位置之一。傳動角出現(xiàn)極小值的計算C1B1abcdDA12

min=min{1,2}B2C2曲柄滑塊機構(gòu)的最小傳動角在何處？如何計算？abem曲柄滑塊機構(gòu)的最小傳動角在何處？如何計算？4.死點位置F

=0

連桿與曲柄在兩個共線位置時，主動件搖桿通過連桿作用于從動件曲柄上的力F

通過其回轉(zhuǎn)中心，

0，曲柄不能轉(zhuǎn)動。

F

=0

不管在主動件上作用多大的驅(qū)動力，都不能在從動件上產(chǎn)生有效分力的機構(gòu)位置，稱為機構(gòu)的死點位置。(Deadpoint)主動件的兩個極限位置1）曲柄搖桿機構(gòu)：出現(xiàn)在以搖桿為原動件，連桿與從動曲柄共線的兩位置；2）曲柄滑塊機構(gòu)：出現(xiàn)在以滑塊為原動件，連桿與從動曲柄共線的兩位置；3）擺動導(dǎo)桿機構(gòu)：出現(xiàn)在以導(dǎo)桿為原動件，導(dǎo)桿與從動曲柄垂直的兩位置。死點出現(xiàn)的位置：死點可能出現(xiàn)的現(xiàn)象運動卡死機構(gòu)運動不確定死點可能出現(xiàn)的現(xiàn)象運動卡死機構(gòu)運動不確定1)加虛約束克服反轉(zhuǎn)克服死點的措施2)加飛輪依靠習(xí)慣性順利通過死點3)相同機構(gòu)錯位排列火車聯(lián)動機構(gòu)ABDC死點位置的利用自鎖夾具ABCDFF

0飛機起落架死點位置的利用之三5.3平面連桿機構(gòu)的設(shè)計

到目前為止，平面連桿機構(gòu)設(shè)計只考慮了機構(gòu)的運動尺寸，還未考慮構(gòu)件的材料、結(jié)構(gòu)、強度等一系列因素。因此這種設(shè)計通常叫做綜合。

綜合的要求可歸納為二大類2）實現(xiàn)給定的運動曲線1）實現(xiàn)給定的運動規(guī)律1.概述SynthesisDesign

方法2）解析法1）圖解法簡單易懂、精度低、費時精度高，需借助計算機MotiongenerationPathgeneration1)已知連桿的預(yù)定位置設(shè)計鉸鏈四桿機構(gòu)2.圖解法設(shè)計四桿機構(gòu)Graph