1、第8章平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì),81連桿機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)特點(diǎn),83平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí),84平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),82平面四桿機(jī)構(gòu)的類(lèi)型和應(yīng)用,應(yīng)用實(shí)例：,破碎機(jī)、汽車(chē)車(chē)窗刮雨器、縫紉針、飛機(jī)起落架、開(kāi)窗戶(hù)支撐、鶴式吊、雷達(dá)、慣性篩、折疊傘、折疊床、攪拌機(jī)等。,81連桿機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)特點(diǎn),特點(diǎn)：承載能力大,制造比較簡(jiǎn)單,可實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的預(yù)期運(yùn)動(dòng)規(guī)律,定義：原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)一般要經(jīng)過(guò)一個(gè)不與機(jī)架直接相連的中間構(gòu)件（稱(chēng)為連桿）才能傳動(dòng)從動(dòng)件。一般由低副連接組成的機(jī)構(gòu)。,設(shè)計(jì)可采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),平面連桿機(jī)構(gòu)的類(lèi)型,在眾多的平面連桿機(jī)構(gòu)中找一個(gè)研究對(duì)象：四桿機(jī)構(gòu)。,最簡(jiǎn)單的平面連桿機(jī)構(gòu)是：二桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用：電機(jī)、風(fēng)扇、

2、蹺蹺板,最常見(jiàn)的是：四桿機(jī)構(gòu),還有：多桿機(jī)構(gòu)如六桿機(jī)構(gòu),82平面四桿機(jī)構(gòu)的類(lèi)型和應(yīng)用,搖桿作擺動(dòng)的連架桿；,曲柄作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的連架桿；,周轉(zhuǎn)副能作360相對(duì)回轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)副；,擺動(dòng)副只能作有限角度擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副。,曲柄,連桿,搖桿,一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)（以不同構(gòu)件為機(jī)架）,設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,特例：平行四邊形機(jī)構(gòu)（等速）,特征：兩連架桿等長(zhǎng)且平行，連桿作平動(dòng),攝影平臺(tái),天平,播種機(jī)料斗機(jī)構(gòu),實(shí)例：火車(chē)輪,設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,反平行四邊形機(jī)構(gòu),-車(chē)門(mén)開(kāi)閉機(jī)構(gòu),平行四邊形機(jī)構(gòu)在共線(xiàn)位置出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)不確定。采用兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)開(kāi)排列，如機(jī)車(chē)車(chē)輪。,設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)

3、計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,（3）雙搖桿機(jī)構(gòu),特征：兩個(gè)搖桿,舉例：鑄造翻箱機(jī)構(gòu),特例：等腰梯形機(jī)構(gòu)汽車(chē)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu),、港口用起重吊車(chē),設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,(1)改變構(gòu)件的形狀和運(yùn)動(dòng)尺寸,二、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化,偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu),對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu),曲柄搖桿機(jī)構(gòu),曲柄滑塊機(jī)構(gòu),雙滑塊機(jī)構(gòu),正弦機(jī)構(gòu),=lsin,設(shè)計(jì)：潘存云,(2)改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸,(3)選不同的構(gòu)件為機(jī)架,偏心輪機(jī)構(gòu),橢圓儀機(jī)構(gòu),正弦機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì)：潘存云,例：選擇雙滑塊機(jī)構(gòu)中的不同構(gòu)件作為機(jī)架可得不同的機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì)：潘存云,平面四桿機(jī)構(gòu)具有整轉(zhuǎn)副可能存在曲柄。,桿1為曲柄，作

4、整周回轉(zhuǎn)，必有兩次與機(jī)架共線(xiàn),l2(l4l1)+l3,則由BCD可得：,則由B”C”D可得：,l1+l4l2+l3,l3(l4l1)+l2,AB為最短桿,83平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí),l1+l2l3+l4,l4-l1,將以上三式兩兩相加得：l1l2,l1l3,l1l4,l1+l3l2+l4,1、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件,B”,設(shè)計(jì)：潘存云,2）連架桿或機(jī)架之一為最短桿。,可知：當(dāng)滿(mǎn)足桿長(zhǎng)條件時(shí)，其最短桿參與構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副都是整轉(zhuǎn)副。,曲柄存在的條件：,1）最長(zhǎng)桿與最短桿的長(zhǎng)度之和應(yīng)其他兩桿長(zhǎng)度之和,此時(shí)，鉸鏈A為整轉(zhuǎn)副。,若取BC為機(jī)架，則結(jié)論相同，可知鉸鏈B也是整轉(zhuǎn)副。,稱(chēng)為桿長(zhǎng)條件。,最長(zhǎng)桿與

5、最短桿的長(zhǎng)度之和應(yīng)其他兩桿長(zhǎng)度之和。,取最短桿的對(duì)面桿為機(jī)架,取最短桿為機(jī)架,最長(zhǎng)桿與最短桿的長(zhǎng)度之和其他兩桿長(zhǎng)度之和,結(jié)論：,設(shè)計(jì)：潘存云,2、急回運(yùn)動(dòng),在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄與連桿兩次共線(xiàn)時(shí)，搖桿位于兩個(gè)極限位置，簡(jiǎn)稱(chēng)極位。,當(dāng)曲柄以逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)180+時(shí)，搖桿從C1D位置擺到C2D。,所花時(shí)間為t1,平均速度為V1,那么有：,曲柄搖桿機(jī)構(gòu),此兩處曲柄之間的夾角稱(chēng)為極位夾角。,180,設(shè)計(jì)：潘存云,當(dāng)曲柄以繼續(xù)轉(zhuǎn)過(guò)180-時(shí)，搖桿從C2D位置擺到C1D，所花時(shí)間為t2,平均速度為V2,那么有：,180-,顯然：t1t2V2V1,搖桿的這種特性稱(chēng)為急回運(yùn)動(dòng)。,稱(chēng)K為行程速比系數(shù)。,且越大，K

6、值越大，急回性質(zhì)越明顯。,只要0，就有K1,設(shè)計(jì)新機(jī)械時(shí)，往往先給定K值，于是:,設(shè)計(jì)：潘存云,當(dāng)BCD90時(shí)，BCD,3、壓力角和傳動(dòng)角,壓力角：從動(dòng)件驅(qū)動(dòng)力F與力作用點(diǎn)絕對(duì)速度之間所夾銳角。,設(shè)計(jì)時(shí)要求:min50,min出現(xiàn)的位置：,當(dāng)BCD90時(shí)，,180-BCD,切向分力:F=Fcos,法向分力:F=Fcos,F,對(duì)傳動(dòng)有利。,=Fsin,稱(chēng)為傳動(dòng)角。,此位置一定是：主動(dòng)件與機(jī)架共線(xiàn)兩處之一。,可用的大小來(lái)表示機(jī)構(gòu)傳動(dòng)力性能的好壞,當(dāng)BCD最小或最大時(shí)，都有可能出現(xiàn)min,證明：由BAD和BCD可以寫(xiě)出,BD2=l12+l42-2l1l4cosBADBD2=l22+l32-2l2l3

7、cosBCD,當(dāng)BAD=0或BAD=180時(shí)，BCD分別取得最小和最大值。,所以，此位置一定是：主動(dòng)件與機(jī)架共線(xiàn)兩處之一。,設(shè)計(jì)：潘存云,由余弦定律有：B1C1Darccosl22+l32-(l4-l1)2/2l2l3,B2C2Darccosl22+l32-(l4+l1)2/2l2l3,若B1C1D90,則,若B2C2D90,則,1B1C1D,2180-B2C2D,機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角一般在運(yùn)動(dòng)鏈最終一個(gè)從動(dòng)件上度量。,minB1C1D,180-B2C2Dmin,設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,4、機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置,搖桿為主動(dòng)件，且連桿與曲柄兩次共線(xiàn)時(shí)，有：,此時(shí)機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng).,避免措施：兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)開(kāi)(死點(diǎn)

8、)排列，如火車(chē)輪機(jī)構(gòu);,稱(chēng)此位置為：,“死點(diǎn)”,0,靠慣性（如內(nèi)燃機(jī)、縫紉機(jī)等）。,0,0,設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,鉆孔夾具,飛機(jī)起落架,也可以利用死點(diǎn)進(jìn)行工作：飛機(jī)起落架、鉆夾具等。,83平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題,機(jī)構(gòu)選型根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)要求選擇機(jī)構(gòu)的類(lèi)型；,運(yùn)動(dòng)尺寸設(shè)計(jì)確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖參數(shù)：轉(zhuǎn)動(dòng)副中心之間的距離；移動(dòng)副位置尺寸,同時(shí)要滿(mǎn)足其他輔助條件：,a)結(jié)構(gòu)條件（如要求有曲柄、桿長(zhǎng)比恰當(dāng)、運(yùn)動(dòng)副結(jié)構(gòu)合理等）;,b)動(dòng)力條件（如min）;,c)運(yùn)動(dòng)連續(xù)性條件等。,設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)要求：,1)滿(mǎn)足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)，如:飛機(jī)起落架、函數(shù)機(jī)構(gòu)。,函數(shù)機(jī)構(gòu),

9、要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角滿(mǎn)足函數(shù)y=logx,飛機(jī)起落架,設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)要求：,1)滿(mǎn)足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)，如:飛機(jī)起落架、函數(shù)機(jī)構(gòu)。,2)滿(mǎn)足預(yù)定的構(gòu)件位置要求，如鑄造翻箱機(jī)構(gòu)。,要求連桿在兩個(gè)位置垂直地面且相差180,設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,要求連桿上E點(diǎn)的軌跡為一條卵形曲線(xiàn),要求連桿上E點(diǎn)的軌跡為一條水平直線(xiàn),設(shè)計(jì)要求：,1)滿(mǎn)足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)，如:飛機(jī)起落架、函數(shù)機(jī)構(gòu)。,2)滿(mǎn)足預(yù)定的構(gòu)件位置要求，如鑄造翻箱機(jī)構(gòu)。,3)滿(mǎn)足預(yù)定的軌跡要求，如:鶴式起重機(jī)、攪拌機(jī)等。,鶴式起重機(jī),攪拌機(jī),給定的設(shè)計(jì)條件：,1)幾何條件（給定連架桿或連桿的位置）,2)運(yùn)動(dòng)

10、條件（給定K）,3)動(dòng)力條件（給定min）,設(shè)計(jì)方法：圖解法、解析法、實(shí)驗(yàn)法,設(shè)計(jì)：潘存云,一、按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),1)曲柄搖桿機(jī)構(gòu),計(jì)算180(K-1)/(K+1);,已知：CD桿長(zhǎng)，擺角及K，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。步驟如下：,任取一點(diǎn)D，作等腰三角形腰長(zhǎng)為CD，夾角為;,作C2PC1C2，作C1P使,作PC1C2的外接圓，則A點(diǎn)必在此圓上。,選定A，設(shè)曲柄為l1，連桿為l2，則:,以A為圓心，AC2為半徑作弧交于E,得：l1=EC1/2l2=AC1EC1/2,AC2=l2-l1,=l1=(AC1AC2)/2,C2C1P=90,交于P;,AC1=l1+l2,設(shè)計(jì)：潘存云,從動(dòng)件位于兩個(gè)

11、極限位置是，對(duì)應(yīng)曲柄的兩位置將一整圓分成兩部分，其優(yōu)弧圓心角稱(chēng)為曲柄的工進(jìn)運(yùn)動(dòng)角，劣弧圓心角稱(chēng)為曲柄回程運(yùn)動(dòng)角。極位夾角：主動(dòng)件為曲柄而從動(dòng)件有極限位置的平面連桿機(jī)構(gòu)，其極位夾角為曲柄的回程運(yùn)動(dòng)角的補(bǔ)角。,設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,2)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),分析：由于與導(dǎo)桿擺角相等，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)時(shí)，僅需要確定曲柄a。,計(jì)算180(K-1)/(K+1);,任選D作mDn，,取A點(diǎn)，使得AD=d,則:a=dsin(/2)。,作角分線(xiàn);,已知：機(jī)架長(zhǎng)度d，K，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。,設(shè)計(jì)：潘存云,3)曲柄滑塊機(jī)構(gòu),已知K，滑塊行程H，偏距e，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。,計(jì)算:180(K-1)/(K+1);,作C1C2H,作射線(xiàn)C1O使

12、C2C1O=90,以O(shè)為圓心，C1O為半徑作圓。,以A為圓心，AC1為半徑作弧交于E,得：,作射線(xiàn)C2O使C1C2O=90。,作偏距線(xiàn)e，交圓弧于A，即為所求。,l1=EC2/2,l2=AC2EC2/2,設(shè)計(jì)：潘存云,二、按預(yù)定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),a)給定連桿兩組位置,有唯一解。,將鉸鏈A、D分別選在B1B2，C1C2連線(xiàn)的垂直平分線(xiàn)上任意位置都能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。,b)給定連桿上鉸鏈BC的三組位置,有無(wú)窮多組解。,設(shè)計(jì)：潘存云,三、給定兩連架桿對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),給定連架桿對(duì)應(yīng)位置：構(gòu)件3和構(gòu)件1滿(mǎn)足以下位置關(guān)系：,建立坐標(biāo)系,設(shè)構(gòu)件長(zhǎng)度為：l1、l2、l3、l4,在x,y軸上投影可得：,機(jī)

13、構(gòu)尺寸比例放大時(shí)，不影響各構(gòu)件相對(duì)轉(zhuǎn)角.,l1coc+l2cos=l3cos+l4,l1sin+l2sin=l3sin,if(i)i=1,2,3n設(shè)計(jì)此四桿機(jī)構(gòu)(求各構(gòu)件長(zhǎng)度)。,令：l1=1,代入移項(xiàng)得：l2cos=l4l3coscos,則化簡(jiǎn)為：cocP0cosP1cos()P2,代入兩連架桿的三組對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角參數(shù)，得方程組：,l2sin=l3sinsin,coc1P0cos1P1cos(11)P2,coc2P0cos2P1cos(22)P2,coc3P0cos3P1cos(33)P2,可求系數(shù):P0、P1、P2,以及:l2、l3、l4,舉例：設(shè)計(jì)一四桿機(jī)構(gòu)滿(mǎn)足連架桿三組對(duì)應(yīng)位置：,代入方程得

14、：,cos90=P0cos80+P1cos(80-90)+P2,cos135=P0cos110+P1cos(110-135)+P2,解得相對(duì)長(zhǎng)度:P0=1.533,P1=-1.0628,P2=0.7805,各桿相對(duì)長(zhǎng)度為：,選定構(gòu)件l1的長(zhǎng)度之后，可求得其余桿的絕對(duì)長(zhǎng)度。,cos45=P0cos50+P1cos(50-45)+P2,l1=1,l4=-l3/P1=1.442,l2=(l42+l32+1-2l3P2)1/2=1.783,l3=P0=1.553,設(shè)計(jì)：潘存云,實(shí)驗(yàn)法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),1)首先在一張紙上取固定軸A的位置，作原動(dòng)件角位移i,2)任意取原動(dòng)件長(zhǎng)度AB,3)任意取連桿長(zhǎng)度BC，作一系列圓弧;,4)在一張透明紙上取固定軸D，作角位移i,5)取一系列從動(dòng)件長(zhǎng)度作同心圓弧。,6)兩圖疊加，移動(dòng)透明紙，使ki落在同一圓弧上。,設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,四、按預(yù)定的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),攪拌機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì)