第八章平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)

Chapter8PlanarLinkageanditsDesign§8-1平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)連桿（coupler)：不直接與機(jī)架相聯(lián)的中間構(gòu)件。平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)：4）不適合高速場(chǎng)合；2）構(gòu)件運(yùn)動(dòng)形式和運(yùn)動(dòng)規(guī)律具有多樣性；3）連桿曲線具有多樣性；5）運(yùn)動(dòng)精度不高；6）設(shè)計(jì)計(jì)算復(fù)雜。1）傳力大，易加工；連桿機(jī)構(gòu)（linkage）：具有連桿的機(jī)構(gòu)。§8-2平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用

TypeandApplicationofPlanarFour-barLinkages一、平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式

基本型式：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)機(jī)架（frame)

連架桿：曲柄（crank)

搖桿（rocker)

連桿（coupler)

轉(zhuǎn)動(dòng)副(revolutepair)：

周轉(zhuǎn)副：兩構(gòu)件能做整周相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)

擺轉(zhuǎn)副：兩構(gòu)件不能做整周相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)1。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(crank-rockermechanism)

2。雙曲柄機(jī)構(gòu)(doublecrankmechanism)

平行四邊形機(jī)構(gòu)反平行四邊形機(jī)構(gòu)3。雙搖桿機(jī)構(gòu)(doublerockermechanism)二、平面四桿機(jī)構(gòu)的演化型式1。改變構(gòu)件的形狀和相對(duì)尺寸2.改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸3。選用不同的構(gòu)件為機(jī)架ABC為回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)ABC為擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)4。運(yùn)動(dòng)副元素的逆換

a)構(gòu)件2包容3b)構(gòu)件3包容2§8-3平面四桿機(jī)構(gòu)的工作特性

WorkingCharacteristicsofPlanarFour-barLinkages若AB為曲柄，A必為周轉(zhuǎn)副，要滿足的條件：

1）假設(shè)a

d:AB能占據(jù)AB’:a+db+c(1)AB能占據(jù)

AB”:b(d-a)+cc(d-a)+ba+bd+c(2)a+cd+b(3)(1)+(2)得ac(1)+(3)得ab(4)

又假設(shè)ad由1）、2）可得A為周轉(zhuǎn)副的條件：一、平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件（2）當(dāng)四桿機(jī)構(gòu)ABCD不滿足桿長(zhǎng)條件時(shí)，如何？四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件：1）各桿長(zhǎng)滿足桿長(zhǎng)條件；2）最短桿為連架桿或機(jī)架。思考下面的問(wèn)題：(1)當(dāng)四桿機(jī)構(gòu)ABCD滿足桿長(zhǎng)條件時(shí)，且AB為最短桿，則A、B、C、D四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的性質(zhì)？當(dāng)最短桿為連架桿時(shí)，見(jiàn)圖a)、b)，為何種機(jī)構(gòu)？當(dāng)最短桿為機(jī)架時(shí)，見(jiàn)圖c)，為何種機(jī)構(gòu)？當(dāng)最短桿為連桿時(shí)，見(jiàn)圖d)，為何種機(jī)構(gòu)？a)b)c)d)二、急回運(yùn)動(dòng)和行程速比系數(shù)

Quick-returnmotionandadvance-toreturn-timeratio原動(dòng)件曲柄AB等速回轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)AB位于AB1時(shí)，從動(dòng)件CD位于左極限位置C1D；當(dāng)AB位于AB2時(shí)，從動(dòng)件CD位于右極限位置CD2。AB1與AB2（或延長(zhǎng)線）所夾的銳角叫極位夾角(crankanglebetweenextremepositions)。當(dāng)AB從AB1轉(zhuǎn)到AB2時(shí)轉(zhuǎn)過(guò)

1角，CD由C1D轉(zhuǎn)到C2D時(shí)轉(zhuǎn)過(guò)

，所用時(shí)間為t1,當(dāng)AB從AB2轉(zhuǎn)到AB1的時(shí)轉(zhuǎn)過(guò)

2角，CD由C2D轉(zhuǎn)到C1D時(shí)轉(zhuǎn)過(guò)

，所用時(shí)間為t2,因

1>

2,t1>t2v2>v1,具有急回運(yùn)動(dòng)。行程速比系數(shù):下列機(jī)構(gòu)是否有急回運(yùn)動(dòng)：三、四桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角和死點(diǎn)

Transmissionangleanddeadpointoffour-barlinkages1。壓力角和傳動(dòng)角(pressureangleand

Transmissionangle)原動(dòng)件AB經(jīng)連桿BC傳給從動(dòng)件CD的力（不考慮摩擦和慣性力）P:Pt=Pcos

=Psin(有效分力）

Pn=Psin(正壓力）機(jī)構(gòu)的壓力角：

在不計(jì)摩擦?xí)r，從動(dòng)件的受力方向與受力點(diǎn)的速度方向所夾的銳角。機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角：壓力角的余角。

=90-在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，、是變化的，設(shè)計(jì)時(shí)

min[]2.死點(diǎn)（deadpoint）當(dāng)機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件通過(guò)連桿作用于從動(dòng)件上的力P恰好通過(guò)其回轉(zhuǎn)中心，而不能使從動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)，出現(xiàn)頂死現(xiàn)象。機(jī)構(gòu)的這種位置稱謂死點(diǎn)。機(jī)構(gòu)必須克服死點(diǎn)才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)?？朔傈c(diǎn)可借助構(gòu)件慣性或采取相同機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列的方法。工程上也常利用死點(diǎn)來(lái)工作。四、四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性：當(dāng)主動(dòng)件連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件也能連續(xù)地占據(jù)預(yù)定的各個(gè)位置，稱為機(jī)構(gòu)具有運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性。

3、3‘為可行域；

3

、3‘為不可行域。錯(cuò)位不連續(xù)：

錯(cuò)序不連續(xù)：設(shè)計(jì)連桿機(jī)構(gòu)時(shí)，要檢查其運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性。主要內(nèi)容1．

連桿機(jī)構(gòu)：具有連桿的低副機(jī)構(gòu)。連桿：不直接與機(jī)架相聯(lián)的中間構(gòu)件。2．

平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，它包含：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)3．

平面四桿機(jī)構(gòu)的演化方法：（1）

改變構(gòu)件的形狀和相對(duì)尺寸；（2）

改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸；（3）

選不同的構(gòu)件為機(jī)架；（4）

運(yùn)動(dòng)副元素的逆換。4．

平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件：（1）

各桿長(zhǎng)滿足桿長(zhǎng)條件：最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和應(yīng)小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和；（2）

最短桿為連架桿或機(jī)架。5.急回運(yùn)動(dòng)（1）急回運(yùn)動(dòng)：當(dāng)連機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件為等速回轉(zhuǎn)時(shí)，從動(dòng)件空回行程的平均速度v2大于從動(dòng)件工作行程的平均速度v1，這種運(yùn)動(dòng)性質(zhì)稱謂急回運(yùn)動(dòng)。急回運(yùn)動(dòng)的程度用行程速比系數(shù)K來(lái)衡量。（2）

行程速比系數(shù)：是從動(dòng)件空回行程的平均速度v2與從動(dòng)件工作行程的平均速度v1的比值。

(3)

極位夾角：當(dāng)機(jī)構(gòu)從動(dòng)件處于兩極限位置時(shí)，主動(dòng)件曲柄在相應(yīng)兩位置所夾的角。

(4)

判斷機(jī)構(gòu)是否有急回運(yùn)動(dòng)：

根據(jù)機(jī)構(gòu)是否有極位夾角，若極位夾角不等于零，表明機(jī)構(gòu)有急回運(yùn)動(dòng)，且極位夾角愈大，機(jī)構(gòu)的急回運(yùn)動(dòng)愈顯著。6.

機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角與死點(diǎn)：（1）

壓力角：在不計(jì)摩擦?xí)r，主動(dòng)件通過(guò)連桿作用于從動(dòng)件上的力P的作用線與其作用點(diǎn)速度方向所夾的銳角，稱謂機(jī)構(gòu)在此位置的壓力角。（2）

傳動(dòng)角：機(jī)構(gòu)壓力角的余角，稱謂機(jī)構(gòu)在此位置的傳動(dòng)角。傳動(dòng)角常用來(lái)衡量機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性能：機(jī)構(gòu)傳動(dòng)角愈大，壓力角愈小，力P的有效分力Pt愈大，機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率愈高。多數(shù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中傳動(dòng)角是變化的，為了使機(jī)構(gòu)傳動(dòng)質(zhì)量良好，一般規(guī)定機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角（3）當(dāng)機(jī)構(gòu)以曲柄為主動(dòng)件時(shí)，機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架共線的兩位置之一。（4）死點(diǎn)：當(dāng)機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件通過(guò)連桿作用于從動(dòng)件上的力P恰好通過(guò)其回轉(zhuǎn)中心，而不能使從動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)，出現(xiàn)頂死現(xiàn)象。機(jī)構(gòu)的這種位置稱謂死點(diǎn)。機(jī)構(gòu)必須克服死點(diǎn)才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)?？朔傈c(diǎn)可借助構(gòu)件慣性或采取相同機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列的方法。工程上也常利用死點(diǎn)來(lái)工作。思考題

8-1

曲柄搖桿機(jī)構(gòu)存在的條件是什么?雙曲柄機(jī)構(gòu)存在的條件是什么?雙搖桿機(jī)構(gòu)存在的條件是什么?8-2

在什么條件下，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)具有急回特性？

8-3

在四桿機(jī)構(gòu)中，能實(shí)現(xiàn)急回特性的機(jī)構(gòu)有哪幾種？

8-4

在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，以曲柄為主動(dòng)件時(shí)，一定具有急回特性嗎？

8-5

何謂機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角？它與壓力角的關(guān)系？傳動(dòng)角大小對(duì)四桿機(jī)構(gòu)的工作有什么影響？

8-6

在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，以曲柄為主動(dòng)件時(shí)，最小傳動(dòng)角將出現(xiàn)在何位置？

8-7

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)在死點(diǎn)位置時(shí)，驅(qū)動(dòng)力任意增加也不能使機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，這與機(jī)構(gòu)的自鎖現(xiàn)象是否相同？為什么？

8-8

雙搖桿機(jī)構(gòu)會(huì)不會(huì)出現(xiàn)死點(diǎn)位置？雙曲柄機(jī)構(gòu)會(huì)不會(huì)出現(xiàn)死點(diǎn)位置？

8-9.試分析左下圖導(dǎo)桿