CH08 平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計

1、第八章第八章 平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計8-1 連桿機構(gòu)及其傳動特點連桿機構(gòu)及其傳動特點8-2 平面四桿機構(gòu)的類型和應(yīng)用平面四桿機構(gòu)的類型和應(yīng)用8-3 平面四桿機構(gòu)的基本知識平面四桿機構(gòu)的基本知識8-4 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計8-5 多桿機構(gòu)多桿機構(gòu) 連桿機構(gòu)常用其所含的桿數(shù)而命名， 故此類機構(gòu)統(tǒng)稱為連桿機構(gòu)。8-1 連桿機構(gòu)及其傳動特點連桿機構(gòu)及其傳動特點1.應(yīng)用舉例契貝謝夫四足步行機構(gòu)（圖片、動畫）2.連桿機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)擺動導(dǎo)桿機構(gòu)此類機構(gòu)的共同特點：l機構(gòu)的原動件1和從動件3的運動都需要經(jīng)過連桿2來傳動。l機構(gòu)中的運動副一般均為低副。 故此類機構(gòu)也稱低副機構(gòu)

2、。l連桿機構(gòu)中的構(gòu)件多呈現(xiàn)桿的形狀，故有四桿機構(gòu)、六桿機構(gòu)等。例8-1 鉸鏈四桿機構(gòu) 故常稱構(gòu)件為桿。 構(gòu)件多呈現(xiàn)桿的形狀； 可實現(xiàn)多種運動變換和運動規(guī)律； 連桿曲線形狀豐富，可滿足各種軌跡要求。缺點： 運動鏈長，累積誤差大，效率低； 慣性力難以平衡，動載荷大，不宜用于高速運動； 一般只能近似滿足運動規(guī)律要求。連桿機構(gòu)及其傳動特點連桿機構(gòu)及其傳動特點(2/2)3.傳動特點 運動副一般為低副；優(yōu)點：8-2 平面四桿機構(gòu)的類型和應(yīng)用平面四桿機構(gòu)的類型和應(yīng)用1.四桿機構(gòu)的類型（1）基本型式鉸鏈四桿機構(gòu)等腰梯形機構(gòu)（2）演化形式 其他型式的四桿機構(gòu)可以認為是由基本型式的四桿機構(gòu)演化而來的， 其演化方法

3、有：1）改變構(gòu)件的形狀及運動尺寸2）改變運動副的尺寸曲柄搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)平行四邊形機構(gòu)逆平行四邊形機構(gòu)例8-2 鉸鏈四桿機構(gòu)的倒置曲柄滑塊機構(gòu)的倒置雙滑塊機構(gòu)的倒置4）運動副元素的逆換2.四桿機構(gòu)的應(yīng)用（1）基本型式四桿機構(gòu)的應(yīng)用（2）演化型式四桿機構(gòu)的應(yīng)用平面四桿機構(gòu)的類型和應(yīng)用平面四桿機構(gòu)的類型和應(yīng)用(2/2)3）選用不同的構(gòu)件為機架（即機構(gòu)的倒置）8-3 平面四桿機構(gòu)的基本知識平面四桿機構(gòu)的基本知識1.鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄的條件 最短桿長度最長桿長度其余兩桿長度之和； 組成該周轉(zhuǎn)副的兩桿中必有一桿為最短桿。（2）鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄的條件 最短桿為連架桿或機架。例8-3 鉸鏈四桿

4、機構(gòu)（1）周轉(zhuǎn)副的條件1）各桿長度滿足桿長條件其中第一個條件稱為桿長條件。 各桿長度應(yīng)滿足桿長條件；2）各桿長度不滿足桿長條件 此時不論以何桿為機架，機構(gòu)均為雙搖桿機構(gòu)。 則機構(gòu)為雙曲柄機構(gòu)； 當最短桿為連架桿時，如果各桿長度不滿足桿長條件，則機構(gòu)無周轉(zhuǎn)副，例8-4 偏置曲柄滑塊機構(gòu)偏置曲柄滑塊機構(gòu)有曲柄的條件： 連架桿長度偏距連桿的長度； 連架桿為最短桿。對心曲柄滑塊機構(gòu)有曲柄的條件： 連架桿長度連桿的長度； 連架桿為最短桿。平面四桿機構(gòu)的基本知識平面四桿機構(gòu)的基本知識(2/5)則機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)；當最短桿的相對桿為機架時， 當最短桿為機架時，機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)。結(jié)論：如果鉸鏈四桿機構(gòu)各桿長

5、度滿足桿長條件，2.急回運動和行程速比系數(shù)（1）急回運動 當主動件曲柄等速轉(zhuǎn)動時，從動件搖桿擺回的平均速度大于擺出的平均速度，搖桿的這種運動特性稱為急回運動。（2）行程速比系數(shù)Kv2v1K =180 180 =結(jié)論且 角越大，K值越大，機構(gòu)的急回性質(zhì)也越顯著。例8-5 牛頭刨床機構(gòu)當機構(gòu)存在極位夾角 時，機構(gòu)便具有急回運動特性；例8-6 對心曲柄滑塊機構(gòu)例8-7 偏置曲柄滑塊機構(gòu)平面四桿機構(gòu)的基本知識平面四桿機構(gòu)的基本知識(3/5) 連桿BC與從動件CD之間所夾的銳角 稱為四桿機構(gòu)在此位置的傳動角。且 90 90 最小傳動角的確定： 對于曲柄搖桿機構(gòu)， min出現(xiàn)在主動件曲柄與機架共線的兩位置

6、之一。為了保證機構(gòu)傳力性能良好，應(yīng)使min40 50。3四桿機構(gòu)的傳動角 對于曲柄搖桿機構(gòu)，以搖桿CD為主動件，則當連桿與從動件曲柄共線時，機構(gòu)的傳動角0， 這時主動件CD 通過連桿作用于從動件AB上的力恰好通過其回轉(zhuǎn)中心，出現(xiàn)了不能使構(gòu)件AB 轉(zhuǎn)動的“頂死” 現(xiàn)象， 機構(gòu)的這種位置稱為“死點”。4.死點例8-9 曲柄滑塊機構(gòu)例8-10 擺動導(dǎo)桿機構(gòu)例8-8 曲柄搖桿機構(gòu)平面四桿機構(gòu)的基本知識平面四桿機構(gòu)的基本知識(4/5)（1）克服死點的方法 1）利用安裝飛輪加大慣性的方法，借慣性作用使機構(gòu)闖過死點。 2）采用將兩組以上的同樣機構(gòu)組合使用，且使各組機構(gòu)的死點位置相互錯開排列的方法。（2）死點

7、的應(yīng)用例8-11 飛機起落架收放機構(gòu)例8-12 折疊式桌的折疊機構(gòu)平面四桿機構(gòu)的基本知識平面四桿機構(gòu)的基本知識(5/5)5連桿機構(gòu)的運動連續(xù)性8-4 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計1. 連桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題例8-13 流量指示機構(gòu)例8-14 牛頭刨床機構(gòu)（2）滿足預(yù)定的連桿位置要求 連桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題是根據(jù)給定的要求選定機構(gòu)的型式，確定各構(gòu)件的尺寸，同時還要滿足結(jié)構(gòu)條件、動力條件和運動連續(xù)條件等。（1）滿足預(yù)定的運動規(guī)律的要求即滿足兩連架桿預(yù)定的對應(yīng)位置要求（又稱實現(xiàn)函數(shù)的問題)；即要求連桿能占據(jù)一系列預(yù)定位置例8-15 小型電爐爐門的開閉機構(gòu)滿足給定行程速比系數(shù)K的要求等。（又稱

8、剛體導(dǎo)引問題）。（3）滿足預(yù)定的軌跡要求 圖解法、解析法和實驗法。 即要求在機構(gòu)的運動過程中，連桿上某些點的軌跡能滿足預(yù)定的軌跡要求。 例8-16 鶴式起重機例8-17 攪拌機構(gòu)連桿機構(gòu)的設(shè)計方法有：2. 用解析法設(shè)計四桿機構(gòu)（1）按預(yù)定的運動規(guī)律設(shè)計1）按預(yù)定的兩連架桿對應(yīng)的位置設(shè)計2）按期望函數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu)（2）按預(yù)定的連桿位置設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計(2/6)（3）按預(yù)定的運動軌跡設(shè)計例1 例23. 用作圖法設(shè)計四桿機構(gòu)ABCD固定鉸鏈 A、D ：活動鉸鏈 B、C ： 圓心 圓或圓弧BiCii =1、2、NEiFi圖解設(shè)計問題作圖求解各鉸鏈中心的位置問題。各鉸鏈間的運動關(guān)

9、系：3.1 圖解設(shè)計的基本原理平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計(3/6) 接下來，將原機構(gòu)的各位置的構(gòu)型均視為剛體，并向某一選定位置相對移動，使新機架的各桿位置重合，便可得新連桿相對于新機架的各個位置，即實現(xiàn)了機構(gòu)的倒置。 這樣，就將求活動鉸鏈的位置問題轉(zhuǎn)化為求固定鉸鏈的位置問題了。這種方法又稱為反轉(zhuǎn)法。 為了求活動鉸鏈的位置，可將待求活動鉸鏈所在的桿視作新機架，而將其相對的桿視為新連桿。機構(gòu)的倒置原理平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計(4/6)3.2圖解設(shè)計的具體方法（1）按連桿預(yù)定的位置設(shè)計1）已知活動鉸鏈中心的位置2）已知固定鉸鏈中心的位置求解條件討論：當N3時，當N2時，當N4時

10、，當N5時，（2）按兩連架桿預(yù)定的對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)1）已知兩連架桿三對對應(yīng)位置2）已知兩連架桿四對對應(yīng)位置有唯一解；有無窮多解；可能有無窮多解；可能有解或無解；平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計(5/6)（3）按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu)例8-18 曲柄搖桿機構(gòu)例8-19 曲柄滑塊機構(gòu)例8-20 擺動導(dǎo)桿機構(gòu)4. 用實驗法設(shè)計四桿機構(gòu)（1）按兩連架桿的多對對應(yīng)位置設(shè)計（2）按預(yù)定的軌跡設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計(6/6)8-5 多桿機構(gòu)多桿機構(gòu)1.多桿機構(gòu)的功用（1）取得有利的傳動角（2）獲得較大的機械效益（3）改變從動件的運動特性（4）實現(xiàn)從動件帶停歇的運動（5）擴大機構(gòu)從動件的行程（6）使機構(gòu)從動件的行程可調(diào)（7）實現(xiàn)特定要求下的平面導(dǎo)引 結(jié)論 由于多桿機構(gòu)的尺度參數(shù)較多，因此它可以滿足更為復(fù)雜的或?qū)崿F(xiàn)更加精確的運動規(guī)律要求和軌跡要求。但其設(shè)計也較困難。（1）多桿機構(gòu)的分類1）按桿數(shù)分五桿、六桿、八桿機構(gòu)等；2）按自由度分單自由度、兩自由度和三自由度多桿機構(gòu)。（2）六桿機構(gòu)的分類1）瓦特（Watt）型，有型、型兩種。多桿機構(gòu)多桿機構(gòu)(2/3)2.多桿機構(gòu)的類型a)b)a)b)瓦特型斯蒂