1、書名：機械設(shè)計基礎(chǔ) 第2版 ISBN： 978-7-111-08526-3 作者：胡家秀 出版社：機械工業(yè)出版社 本書配有電子課件,高等職業(yè)教育機械類專業(yè)核心技術(shù)課程,機械設(shè)計基礎(chǔ) 第三章 平面連桿機構(gòu),浙江機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陳 峰 鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 徐剛濤,教學(xué)課件 編創(chuàng)制作,第三章 平面連桿機構(gòu),第二節(jié) 平面四桿機構(gòu)的基本形式及其演化,第三節(jié) 平面四桿機構(gòu)存在曲柄的條件和幾 個基本概念,第四節(jié) 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,第一節(jié) 概述,第一節(jié) 概述,機構(gòu)實例:內(nèi)燃機、鶴式吊、火車輪、手動沖床、牛頭刨床、橢圓儀、機械手爪等。,特征：有一作平面運動的構(gòu)件，稱為連桿。,特點： 采用低副。面接觸、承載

2、大、便于潤滑、不易磨損 形狀簡單、易加工、容易獲得較高的制造精度。,改變桿的相對長度，從動件運動規(guī)律不同。,連桿曲線豐富。可滿足不同要求。,定義：由低副（轉(zhuǎn)動、移動）連接組成的平面機構(gòu)。,缺點： 構(gòu)件和運動副多，累積誤差大、運動精度低、效率低。,產(chǎn)生動載荷（慣性力），不適合高速。,設(shè)計復(fù)雜，難以實現(xiàn)精確的軌跡。,分類:,平面連桿機構(gòu),空間連桿機構(gòu),常以構(gòu)件數(shù)命名：如四桿機構(gòu)、多桿機構(gòu)。,本章重點內(nèi)容是介紹四桿機構(gòu)。,一、平面四桿機構(gòu)的基本型式:,基本型式鉸鏈四桿機構(gòu)，構(gòu)件間聯(lián)接都是轉(zhuǎn)動副 。,名詞解釋： 曲柄整周定軸回轉(zhuǎn)的構(gòu)件；,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

3、整周回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動。 如雷達天線、縫紉機踏板機構(gòu)等。,連桿作平面運動的構(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；,曲柄,連桿,搖桿,第二節(jié) 平面四桿機構(gòu)的基本形式及其演化,設(shè)計：潘存云,（2）雙曲柄機構(gòu),特征：兩個曲柄，1、3；,作用：將等速回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榈人倩蜃兯倩剞D(zhuǎn)。,雷達天線俯仰機構(gòu),應(yīng)用實例：如葉片泵、慣性篩等。,曲柄主動,設(shè)計：潘存云,設(shè)計：潘存云,旋轉(zhuǎn)式葉片泵,設(shè)計：潘存云,設(shè)計：潘存云,設(shè)計：潘存云,設(shè)計：潘存云,實例：火車輪,特例：平行四邊形機構(gòu),特征：兩連架桿等長且平行， 連桿作平動,攝影平臺,天平,播種機料斗機構(gòu),設(shè)計：潘存云,設(shè)計：潘存云,設(shè)計：潘存云

4、,設(shè)計：潘存云,反平行四邊形機構(gòu),車門開閉機構(gòu),平行四邊形機構(gòu)在共線位置出現(xiàn)運動不確定。,采用兩組機構(gòu)錯開排列。,設(shè)計：潘存云,設(shè)計：潘存云,設(shè)計：潘存云,（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),風扇搖頭機構(gòu)、,飛機起落架,設(shè)計：潘存云,設(shè)計：潘存云,設(shè)計：潘存云,設(shè)計：潘存云,設(shè)計：潘存云,設(shè)計：潘存云,(1) 改變構(gòu)件的形狀和運動尺寸,二、四桿機構(gòu)的演化形式,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),=l sin ,設(shè)計：潘存云,(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),設(shè)計

5、：潘存云,設(shè)計：潘存云,牛頭刨床,應(yīng)用實例:,小型插床,(3)選不同的構(gòu)件為機架,(3)選不同的構(gòu)件為機架,設(shè)計：潘存云,手搖唧筒,平面四桿機構(gòu)具有整轉(zhuǎn)副可能存在曲柄。,第三節(jié) 平面四桿機構(gòu)存在曲柄的條件和幾個基本概念,鉸鏈四桿機構(gòu)三種基本形式的區(qū)別在于機構(gòu)中是否存在曲柄和有幾個曲柄 。,曲柄存在的條件：,最長桿與最短桿的長度之和應(yīng)其他兩桿長度之和。,連架桿桿與機架中必有一桿為最短桿。,1. 構(gòu)件和條件：,2. 最短桿條件:,一、鉸鏈四桿機構(gòu)存在曲柄的條件:,作者：潘存云教授,當滿足構(gòu)件和條件時，說明存在整轉(zhuǎn)副，當選擇不同的構(gòu)件作為機架時，可得不同的機構(gòu)。如 曲柄搖桿1 、曲柄搖桿2 、雙曲柄

6、、 雙搖桿機構(gòu)。,1.平面四桿機構(gòu)的極位,在曲柄搖桿機構(gòu)中，當曲柄與連桿兩次共線時，搖桿位于兩個極限位置，簡稱極位。,此兩處曲柄之間的夾角 稱為極位夾角。,二、平面四桿機構(gòu)的運動特性,兩個極位間的夾角，稱為最大擺角。,2.急回特性,當曲柄以逆時針轉(zhuǎn)過180+時，搖桿從C1D位置 擺到C2D。,所花時間為t1 , 平均速度為V1,那么有：,當曲柄以繼續(xù)轉(zhuǎn)過180-時，搖桿從C2D,置擺到C1D，所花時間為t2 ,平均速度為V2 ,那么有：,顯然：t1 t2 V2 V1,搖桿的這種特性稱為急回運動。,設(shè)計：潘存云,180-,K稱為行程速比系數(shù)。,且越大，K值越大，急回性質(zhì)越明顯。,只要 0 ， 就

7、有 K1,設(shè)計新機械時，往往先給定K值，于是:,1.壓力角和傳動角,從動件上受力點的速度方向與所受作用力方向之間所夾的銳角，稱為機構(gòu)的壓力角，用表示。,切向分力: F= Fcos,法向分力: F”= Fsin, F,對傳動有利。,=Fsin,稱為傳動角。,可用的大小來表示機構(gòu)傳動力性能的好壞,三、平面四桿機構(gòu)的傳力特性,=Fcos,當 90時， ,設(shè)計時要求: min50,min出現(xiàn)的位置：,當 90時，,180-,此位置一定是：主動件與機架共線兩處之一。,當最小或最大時，都有可能出現(xiàn)min,設(shè)計：潘存云,2.止點位置,搖桿為主動件，且連桿與曲柄兩次共線時，有：,此時機構(gòu)不能運動。,避免措施：

8、 兩組機構(gòu)錯開排列，如火車輪機構(gòu);,稱此位置為：,“止點”,0,靠飛輪的慣性（如內(nèi)燃機、縫紉機等）。,0,0,設(shè)計：潘存云,設(shè)計：潘存云,鉆孔夾具,飛機起落架,也可以利用死點進行工作：飛機起落架、鉆夾具等。,第四節(jié) 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,連桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題,機構(gòu)選型根據(jù)給定的運動要求選擇 機構(gòu)的類型；,尺度綜合確定各構(gòu)件的尺度參數(shù)(長 度尺寸)。,設(shè)計方法：圖解法、解析法、實驗法,設(shè)計：潘存云,三類設(shè)計要求：,1)滿足預(yù)定的運動規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對應(yīng)，如:,2)滿足預(yù)定的連桿位置要求，如鑄造翻箱機構(gòu)。,要求連桿在兩個位置垂直地面且相差180,飛機起落架、函數(shù)機構(gòu)。,設(shè)計：潘存云,設(shè)計：潘存云

9、,鶴式起重機,攪拌機構(gòu),要求連桿上E點的軌跡為一條卵形曲線,要求連桿上E點的軌跡為一條水平直線,三類設(shè)計要求：,1)滿足預(yù)定的運動規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對應(yīng)，如: 飛機起落架、函數(shù)機構(gòu)。,2)滿足預(yù)定的連桿位置要求，如鑄造翻箱機構(gòu)。,3)滿足預(yù)定的軌跡要求，如: 鶴式起重機、攪拌機等。,1、按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計四桿機構(gòu),1) 曲柄搖桿機構(gòu),計算180(K-1)/(K+1);,已知：CD桿長，擺角及K，設(shè)計此機構(gòu)。 步驟如下：,任取一點D，作等腰三角形 腰長為CD，夾角為;,作C2PC1C2，作C1P使,作P C1C2的外接圓，則A點必在此圓上。,選定A，設(shè)曲柄為l1 ，連桿為l2 ，則:,以

10、A為圓心，A C2為半徑作弧交于E,得： l1 =EC1/ 2 l2 = A C1EC1/ 2,A C2=l2- l1, l1 =( A C1A C2)/ 2,C2C1P=90,交于P;,A C1= l1+l2,設(shè)計：潘存云,一、圖解法,設(shè)計：潘存云,設(shè)計：潘存云,2) 導(dǎo)桿機構(gòu),分析： 由于與導(dǎo)桿擺角相等，設(shè)計此 機構(gòu)時，僅需要確定曲柄 a。,計算180(K-1)/(K+1);,任選D作mDn，,取A點，使得AD=d, 則: a=dsin(/2)。,作角分線;,已知：機架長度d，K，設(shè)計此機構(gòu)。,3) 曲柄滑塊機構(gòu),已知K，滑塊行程H，偏距e，設(shè)計此機構(gòu)。,設(shè)計：潘存云,2、按預(yù)定連桿位置設(shè)

11、計四桿機構(gòu),1)給定連桿兩組位置,有唯一解。,將鉸鏈A、D分別選在B1B2，C1C2連線的垂直平分線上任意位置都能滿足設(shè)計要求。,2)給定連桿上鉸鏈BC的三組位置,有無窮多組解。,設(shè)計：潘存云,設(shè)計：潘存云,按預(yù)定的運動軌跡設(shè)計四桿機構(gòu),攪拌機構(gòu),二、實驗法,設(shè)計：潘存云,連桿作平面運動,其上各點的軌跡均不相同。,B, C點的軌跡為圓弧;,其余各點的軌跡為一條 封閉曲線。,設(shè)計目標: 就是要確定一組桿長參數(shù), 使連桿上某點的軌跡滿足設(shè)計要求。,連桿曲線,設(shè)計：潘存云,設(shè)計：潘存云,三、解析法,給定連架桿對應(yīng)位置： 構(gòu)件3和構(gòu)件1滿足以下位置關(guān)系：,建立坐標系,設(shè)構(gòu)件長度為：l1 、l2、l3、

12、l4,在x,y軸上投影可得：,機構(gòu)尺寸比例放大時，不影響各構(gòu)件相對轉(zhuǎn)角.,l1 coc + l2 cos = l3 cos + l4,l1 sin + l2 sin = l3 sin ,if (i ) i =1, 2, 3n 設(shè)計此四桿機構(gòu)(求各構(gòu)件長度)。,令： l1 =1,代入移項得： l2 cos = l4 l3 cos cos ,則化簡為：cocP0 cos P1 cos( ) P2,代入兩連架桿的三組對應(yīng)轉(zhuǎn)角參數(shù)，得方程組：,l2 sin = l3 sin sin ,coc1P0 cos1 P1 cos(1 1 ) P2,coc2P0 cos2 P1 cos(2 2 ) P2,coc3P0 cos3 P1 cos(3 3 ) P2,可求系數(shù):P0 、P1、P2,以及: l2 、 l3、 l4,將相對桿長乘以任意比例系數(shù)，所得機構(gòu)都能滿足轉(zhuǎn)角要求。若給定兩組對應(yīng)位置，則有無窮多組解。,舉例：設(shè)計一四桿機構(gòu)滿足連架桿三組對應(yīng)位置：,代入方程得：,cos90 =P0cos80 +P1cos(80-90) +P2,cos135=P0cos110+P1cos(110-135)+P2,解