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第二章 平面連桿機構 及其設計,主要內容,2.1 平面四桿機構基本形式、演變及其應用 2.2 平面四桿機構設計中的共性問題 2.3 平面四桿機構的設計,若干個構件全用低副聯(lián)接而成的機構，也稱之為低副機構。,一、 連桿機構,二、連桿機構的分類,1、根據(jù)構件之間的相對運動分為： 平面連桿機構 空間連桿機構,2、根據(jù)機構中構件數(shù)目分,四桿機構、五桿機構、六桿機構、…,四桿機構,六桿機構,三、平面連桿機構的特點,適用于傳遞較大的動力，常用于動力機械 依靠運動副元素的幾何形面保持構件間的相互接觸，且易于制造，易于保證所要求的制造精度 能夠實現(xiàn)多種運動軌跡曲線和運動規(guī)律，工程上常用來作為直接完成某種軌跡要求的執(zhí)行機構 不足之處： 不宜于傳遞高速運動 可能產(chǎn)生較大的運動累積誤差,機械手,四、平面連桿機構的應用,舉升,汽車中那些部位用到連桿機構,飛機起落架,火車頭,內燃機,起重裝置,礦山顎式碎礦機 將大石頭壓成小石頭,機器馬,機架,連桿,在連架桿中，能繞其軸線回轉360°者稱為曲柄；僅能繞其軸線往復擺動者稱為搖桿。,一、平面四桿機構的基本形式,1）曲柄搖桿機構：一個連架桿為曲柄，另一個為搖桿。 2）雙曲柄機構：兩連架桿均為曲柄。 3）雙搖桿機構：兩連架桿均為搖桿。,§2-1 平面四桿機構的基本形式、演變及其應用,1、轉動副轉化為移動副,二、平面四桿機構的演變,,,,曲柄滑塊機構,鉸鏈四桿機構,2) 對心曲柄滑塊機構,1) 偏置曲柄滑塊機構,,曲柄滑塊機構,正弦機構,曲柄移動導桿機構,,1,,,B,C,3,,,2、取不同構件為機架（機構倒置）,1）鉸鏈四桿機構的倒置,直動滑桿機構 （定塊機構）,曲柄搖塊機構,2）單滑塊機構的倒置,曲柄滑塊機構,曲柄轉動導桿機構,自卸卡車翻斗機構及其運動簡圖,搖塊機構廣泛應用于擺動式內燃機和液壓驅動裝置內。如圖所示自卸卡車翻斗機構及其運動簡圖。在該機構中，因為液壓油缸3繞鉸鏈C擺動，故稱為搖塊。,抽水唧筒機構,直動滑桿機構,曲柄擺動導桿機構及應用,3）其他機構的倒置…,?,3、擴大轉動副,將轉動副B加大，直至把轉動副A包括進去，成為幾何中心是B，轉動中心為A的偏心圓盤。,§2-2 平面四桿機構設計中的共性問題,一、平面四桿機構有曲柄的條件 二、平面四桿機構輸出件的急回特性 三、平面機構的壓力角和傳動角、死點 四、運動的連續(xù)性,一、平面四桿機構有曲柄的條件,為什么關注有曲柄條件？,欲使連架桿AB成為曲柄，則必須使AB通過與機架共線的兩個位置，,三角形 任意兩邊之和必大于第三邊 任意兩邊之差小于第三邊 即必須滿足 a+d ≤ b+c (2-1) |d-a| ≥ |b-c| (2-2),欲使連架桿AB成為曲柄，則必須使AB通過與機架共線的兩個位置，即必須滿足 a+d≤b+c (1) |d-a|≥|b-c| (2),結論（平面鉸鏈四桿機構有曲柄的條件）： 1）連架桿與機架中必有一桿為四桿機構中的最短桿； 2）最短桿與最長桿之和應 ≤ 其余兩桿的桿長之和。（桿長和條件）,(2) 若d≤a 則可得,,1、若滿足桿長和條件： 以最短桿的相鄰構件為機架，則最短桿為曲柄，另一連架桿為搖桿，即該機構為曲柄搖桿機構； 以最短桿為機架，則兩連架桿為曲柄，該機構為雙曲柄機構； 以最短桿的對邊構件為機架，則無曲柄存在，即該機構為雙搖桿機構。 2、若不滿足桿長和條件，該機構是雙搖桿機構。,注意：鉸鏈四桿機構必須滿足四構件組成的封閉多邊形條件：最長桿的桿長 其余三桿長度之和。,鉸鏈四桿機構類型的判斷條件,,,顯然，需滿足: a+e ≤ b,曲柄滑塊機構有曲柄的條件,,,,C”,B”,a,b,B,C,,C’,B’,,,,,,,,導桿機構有曲柄的條件,擺動導桿機構有曲柄的條件,a,,,,d,e ≤ d-a,a,,,,d,d+e ≤ a,轉動導桿機構有曲柄的條件,,二、平面四桿機構輸出件的急回特性,,擺角,極位夾角,CD左行耗時: t2 = ?2 / ?,?1=180°+θ, ?2=180°-θ,CD右行耗時: t1 = ?1 / ?,顯然：若θ≠0，則：t1 t2,問: 是否存在無急回特性的四桿機構?,= v2 / v1 =（C1C2 / t2 ）/ （ C1C2 / t1 ） = t1 / t2 = ?1 / ?2 = ( 180°+θ) / ( 180°-θ ),輸出件空回行程的平均速度 ————————————— 輸出件工作行程的平均速度,k =,θ= 180°（k-1）/（k+1）,行程速度變化系數(shù),連桿機構輸出件具有急回特性的條件： 1）原動件等角速整周轉動 2）輸出件具有正、反行程的往復運動 3）極位夾角θ?0,C2,C2,,B,B1,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,C1,B2,C,,θ,曲柄滑塊機構,問: 是否存在無急回特性的曲柄滑塊機構?,A,導桿機構的急回,問: 是否存在無急回特性的導桿機構?,F1 = Fcosα F2 = Fsinα,,1、機構壓力角:在不計摩擦力、慣性力和重力的條件下，機構中驅使輸出件運動的力的方向線與輸出件上受力點的速度方向間所夾的銳角，稱為機構壓力角，通常用α表示。,三、平面機構的壓力角和傳動角、死點,傳動角：壓力角的余角。,機構的傳動角和壓力角作出如下規(guī)定： γmin≥[γ]；[γ]= 30?60°； αmax≤[α]。 [γ]、[α]分別為許用傳動角和許用壓力角。,通常用γ表示.,,,α= 0° γ= 90°,δ= arccos{[b2+c2-d2-a2+2adcos?]/2bc}.,? = 0?, δmin= arccos{[b2+c2-(d-a)2]/2bc},,γ=δ,或γ = 180?-δ,? = 180?, δmax= arccos{[b2+c2-(d+a)2]/2bc},γmin=[δmin , 180?-δmax]min,2、最小傳動角的確定,,,B’,,,,,,,,,,,,,,A,B,C,,,e,a,b,,,?,,?,?min= ?’=arccos（a+e)/b,為提高機械傳動效率，應使其最小傳動角處于工作阻力較小的空回行程中。,cos?=（asin?+e)/b,,,,在不計構件的重力、慣性力和運動副中的摩擦阻力的條件下，當機構處于傳動角γ=0°（α=90°）的位置下，無論給機構主動件的驅動力或驅動力矩有多大，均不能使機構運動，這個位置稱為機構的死點位置。,,F1 = Fcosα F2 = Fsinα,3、機構的死點位置,連桿機構的運動連續(xù)性：指該機構在運動中能夠連續(xù)實現(xiàn)給定的各個位置。,錯位不連續(xù)：在左圖中，當曲柄轉動時，搖桿不可能從CD位置轉到C‘D位置，把連桿機構的這種運動不連續(xù)稱為錯位不連續(xù)。即：不可能要求從動件在兩個不連通的可行域內（C1DC2，C’1DC‘2）連續(xù)運動。 錯序不連續(xù)：在右圖中，要求連桿依次占據(jù)B1C1、B2C2、B3C3，當AB沿逆時針轉動可以滿足要求，但沿順時針轉動，則不能滿足連桿預期的次序要求，把機構的這種運動不連續(xù)問題稱為錯序不連續(xù)。,,四、運動的連續(xù)性,可行域：當曲柄AB連續(xù)轉動時，搖桿CD可以在其擺角φ或φ'范圍內往復擺動，稱此兩個范圍為機構的可行域。,四桿機構的設計合理性判據(jù)?,機構類型與有曲柄 急回特性原則 最大壓力角原則 注意”死點” 連續(xù)性問題,§2–3 平面四桿機構的設計,一、基本問題 根據(jù)機構所提出的運動條件，確定機構的運動學尺寸，畫出機構運動簡圖。 根據(jù)給定的運動規(guī)律（位移、速度和加速度）設計四桿機構 根據(jù)給定的運動軌跡設計四桿機構 綜合功能,1）實現(xiàn)剛體的給定位置,舉例： 自動送機構 翻轉機構,,自動送料機構,,,,,翻轉機構,已知：2個位置B1-C1、B2-C2，及鉸鏈安裝平面AD,,,,,,,2）實現(xiàn)預定運動規(guī)律的設計,汽車雨刮,實現(xiàn)輸出構件的急回特性,實現(xiàn)兩連架桿的對應角位移、角速度和角加速度,3）實現(xiàn)預定運動軌跡的設計,演示軟件,4) 實現(xiàn)綜合功能,實現(xiàn)連桿位置:上、剪下比須連續(xù)通過確定位置 實現(xiàn)軌跡：刀刃按一定軌跡運動 實現(xiàn)速度要求：在剪切區(qū)的水平速度有要求,二、平面四桿機構的設計,設計方法 幾何法 解析法 實驗法,,,,,,,,,,,,,,,,,1、給定連桿位置設計四桿機構,2、給定行程速度變化系數(shù)設計四桿機構,鉸鏈四桿機構-設計過程 曲柄滑塊機構-設計過程 導桿機構-設計過程,B1,AB=(AC2-AC1)/2 BC=(AC1+AC2)/2,AC1=BC-AB AC2=BC+AB,確定比例尺,,,,,,,,C1,D,,C2,B2,,,鉸鏈四桿機構-設計過程,步驟：,,,已知：C1 、C2位置（行程H），K,e,,,,A,曲柄滑塊機構-設計過程,確定比例尺ml 畫出C1、C2及偏心距e; 已知K，求θ 以90o-?為底邊角，C1-C2為底邊作等腰三角形C1oC2 以三角形頂點o為圓心作輔助圓 圓與偏心距交點即為A點 以公式：AB=(AC2-AC1)/2；得桿長lAB 以公式：BC=(AC1+AC2)/2；得桿長lBC 結束,已知：,曲柄導桿機構-設計過程,平行四邊形機構,反平行四邊形機構,平行四邊形機構,