四連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì).ppt

章連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì),從本章開(kāi)始系統(tǒng)介紹幾種常用機(jī)構(gòu)的原理、類(lèi)型、應(yīng)用及設(shè)計(jì),研究?jī)?nèi)容,4-1平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類(lèi)型及其演化 4-2平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性 4-3 平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) *4-4 多桿機(jī)構(gòu),本章內(nèi)容,平面連桿機(jī)構(gòu)的基本型式及其演化和應(yīng)用。 曲柄存在條件、傳動(dòng)角、死點(diǎn)、急回運(yùn)動(dòng)、行程速比系數(shù)等基本概念。 設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的方法。 能用解析法和圖解法對(duì)平面四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。,曲柄存在條件的全面分析、平面多桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角和平面四桿機(jī)構(gòu)最小傳動(dòng)角的確定。,重點(diǎn)：,難點(diǎn)：,連桿機(jī)構(gòu)的定義,連桿機(jī)構(gòu)是由低副(Lower-pair)將若干構(gòu)件連接而成的低副機(jī)構(gòu)。,連桿機(jī)構(gòu)的分類(lèi),連桿機(jī)構(gòu),平面連桿機(jī)構(gòu),空間連桿機(jī)構(gòu),組成機(jī)構(gòu)的所有構(gòu)件都在相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的連桿機(jī)構(gòu)。,(planar linkage),(spatial linkage),平面連桿機(jī)構(gòu)的幾個(gè)基本概念：,機(jī)架平面連桿機(jī)構(gòu)中的固定構(gòu)件。,連架桿平面連桿機(jī)構(gòu)中與機(jī)架相連的構(gòu)件。,連桿連接連架桿的活動(dòng)構(gòu)件。,曲柄連架桿中能繞機(jī)架作整軸轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)件。,搖桿連架桿中只能在某一范圍內(nèi)繞機(jī)架作往復(fù)擺動(dòng)的構(gòu)件。,請(qǐng)區(qū)分構(gòu)件名稱(chēng),周轉(zhuǎn)副能作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副。,擺轉(zhuǎn)副不能作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副。,請(qǐng)區(qū)分一下,轉(zhuǎn)動(dòng)副,連桿機(jī)構(gòu)是一種應(yīng)用十分廣泛的機(jī)構(gòu)，人造衛(wèi)星太陽(yáng)能板的展開(kāi)機(jī)構(gòu)，機(jī)械手的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，折疊傘的收放機(jī)構(gòu)以及人體假肢等等，都是連桿機(jī)構(gòu)。,曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)是最常見(jiàn)的連桿機(jī)構(gòu)型式。,這些機(jī)構(gòu)的共同特點(diǎn)是其原動(dòng)件1的運(yùn)動(dòng)都要經(jīng)過(guò)一個(gè)不直接與機(jī)架相聯(lián)的中間構(gòu)件2才能傳動(dòng)從動(dòng)件3，這個(gè)不直接與機(jī)架相聯(lián)的中間構(gòu)件稱(chēng)為連桿，而把具有連桿的這些機(jī)構(gòu)統(tǒng)稱(chēng)為連桿機(jī)構(gòu)。,構(gòu)件可長(zhǎng)，用于遠(yuǎn)距離的操作。如挖掘機(jī)、車(chē)閘。,杠桿特性，用于增力。,運(yùn)動(dòng)形式多樣，可用于運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換。,連架桿位置對(duì)應(yīng)，用于控制。,連桿位置多變，用于特定運(yùn)動(dòng)規(guī)律。,連桿曲線(xiàn)豐富，用于特定軌跡。,運(yùn)動(dòng)形式多樣，可用于運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換。,平面連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn),1、平面連桿機(jī)構(gòu)屬于低副機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)副為面接觸，壓強(qiáng)小，承載能力大，耐沖擊，并且便于潤(rùn)滑，磨損小。,2、其運(yùn)動(dòng)副元素多為平面或圓柱面，制造比較容易，而且靠其本身的幾何封閉來(lái)保證構(gòu)件運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠。,3、可以實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和特點(diǎn)軌跡要求。,平面連桿機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn),3、不易精確地滿(mǎn)足各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)軌跡的要求。,1、當(dāng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜時(shí)累計(jì)誤差較大，影響其傳動(dòng)精度。,2、慣性力不容易平衡，不適合于高速傳動(dòng)。,例如：多自由度的機(jī)械手；四足、六足步行機(jī)等，已經(jīng)不限于運(yùn)動(dòng)學(xué)的范圍，還注重動(dòng)力學(xué)方面的研究。,平面連桿機(jī)構(gòu)中最簡(jiǎn)單、應(yīng)用最廣的是四桿機(jī)構(gòu)，其他多桿機(jī)構(gòu)都是在它的基礎(chǔ)上擴(kuò)充而成的，本章重點(diǎn)討論四桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)。,4-1 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類(lèi)型及其演化,二、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類(lèi)型、應(yīng)用及其演化,一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中曲柄存在的條件,三、具有移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)及其演化,鉸鏈四桿機(jī)構(gòu),機(jī)構(gòu)中的全部運(yùn)動(dòng)副均為轉(zhuǎn)動(dòng)副時(shí)的四桿機(jī)構(gòu)為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。,鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是平面連桿機(jī)構(gòu)中最基本的形式，其它各種平面連桿機(jī)構(gòu)都可以看成是由它演變而來(lái)的。,連架桿曲柄,機(jī)架,連架桿搖桿,連桿,鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類(lèi)型,曲柄搖桿機(jī)構(gòu),雙曲柄機(jī)構(gòu),雙搖桿機(jī)構(gòu),根據(jù)連架桿是曲柄還是搖桿，分類(lèi)如下：,鉸鏈四桿機(jī)構(gòu),1）兩連架桿中一為曲柄，另一為搖桿,2）兩連架桿均為曲柄,3）兩連架桿均為搖桿,可根據(jù)曲柄的數(shù)量和存在與否進(jìn)行判定。,如何判定曲柄是否存在？,一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中曲柄存在的條件,曲柄的兩個(gè)極限位置AB1、AB2。,B1C1D中,B2C2D中,桿長(zhǎng)條件,A、B均為周轉(zhuǎn)副,周轉(zhuǎn)副存在條件：,1）最短桿長(zhǎng)度 + 最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度 其余兩桿長(zhǎng)度之和。 2）組成該周轉(zhuǎn)副的兩桿中必有一桿為最短桿。,條件1）稱(chēng)為桿長(zhǎng)條件。,不滿(mǎn)足桿長(zhǎng)條件時(shí)，則沒(méi)有周轉(zhuǎn)副，而只能獲得雙搖桿機(jī)構(gòu)。,滿(mǎn)足桿長(zhǎng)條件時(shí)，有最短桿參與構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副都是周轉(zhuǎn)副，而其余轉(zhuǎn)動(dòng)副則是擺轉(zhuǎn)副。,2）其最短桿為連架桿或機(jī)架。,四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件：,1）各桿的長(zhǎng)度應(yīng)滿(mǎn)足桿長(zhǎng)條件，即 最短桿長(zhǎng)度 + 最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度 其余兩桿長(zhǎng)度之和。,曲柄搖桿機(jī)構(gòu),雙曲柄機(jī)構(gòu),雙搖桿機(jī)構(gòu),圖4-3 a），b），P58,圖4-3 c）,圖4-3 d）,二、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類(lèi)型、應(yīng)用及其演化,周轉(zhuǎn)副,周轉(zhuǎn)副,擺轉(zhuǎn)副,擺轉(zhuǎn)副,曲柄搖桿機(jī)構(gòu),？,一種演化方法機(jī)構(gòu)的倒置,機(jī)構(gòu)的倒置：選用運(yùn)動(dòng)鏈中不同構(gòu)件為機(jī)架以獲得不同機(jī)構(gòu)的演化方法。,A,B,C,D,1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：,取與最短桿相鄰的構(gòu)件為機(jī)架。,曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用,顎式破碎機(jī)機(jī)構(gòu),1）此種機(jī)構(gòu)常以曲柄為原動(dòng)件，將曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動(dòng)。,雷達(dá)天線(xiàn)機(jī)構(gòu),攪拌機(jī)機(jī)機(jī)構(gòu),此時(shí)連桿作平面運(yùn)動(dòng)，連桿上各點(diǎn)的軌跡能形成不同的封閉曲線(xiàn)。,玩具狗腿的動(dòng)作也利用連桿曲線(xiàn)的特殊軌跡。,2）此種機(jī)構(gòu)中，若以搖桿為原動(dòng)件，則可將搖桿的往復(fù)擺動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍倪B續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。,2）雙曲柄機(jī)構(gòu),當(dāng)以短邊為機(jī)架時(shí)，為一般雙曲柄機(jī)構(gòu)。,兩曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同或相反。,雙曲柄機(jī)構(gòu)的應(yīng)用,慣性篩機(jī)構(gòu),將原動(dòng)曲柄的等速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閺膭?dòng)曲柄的變速轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使篩子具有較大慣性力而篩分物料。,東莞理工學(xué)院專(zhuān)用,旋轉(zhuǎn)式葉片泵,在雙曲柄機(jī)構(gòu)中，若相對(duì)兩桿的長(zhǎng)度相等且平行，兩曲柄的轉(zhuǎn)向相同，稱(chēng)為正平行四邊形機(jī)構(gòu)。,正平行四邊形機(jī)構(gòu)：,1）兩曲柄以相同速度同向轉(zhuǎn)動(dòng)；,2）連桿作平動(dòng)，始終與機(jī)架平行。,平行四邊形機(jī)構(gòu)的應(yīng)用,蒸汽機(jī)車(chē)驅(qū)動(dòng)裝置,攝影升降機(jī)構(gòu),用正平行四邊形機(jī)構(gòu)傳遞動(dòng)力,用連桿作平移運(yùn)動(dòng),播種機(jī)料斗機(jī)構(gòu),在雙曲柄機(jī)構(gòu)中，若相對(duì)兩桿的長(zhǎng)度相等，但不平行(BC與AD)，兩曲柄轉(zhuǎn)向相反（AB與CD），稱(chēng)為反平行四邊形機(jī)構(gòu)。,反平行四邊形機(jī)構(gòu)（逆平行四邊形機(jī)構(gòu)）：,車(chē)門(mén)開(kāi)閉機(jī)構(gòu) （主、從動(dòng)曲柄反向轉(zhuǎn)動(dòng)。）,東莞理工學(xué)院專(zhuān)用,作者：潘存云教授,反平行四邊形機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)中兩相對(duì)桿的長(zhǎng)度分別相等，但不平行。,-車(chē)門(mén)開(kāi)閉機(jī)構(gòu),注：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。,火車(chē)輪,3）雙搖桿機(jī)構(gòu)(double crock mechanism),2）若鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)各桿的長(zhǎng)度不滿(mǎn)足桿長(zhǎng)條件，則無(wú)周轉(zhuǎn)副，此時(shí)不論以何桿為機(jī)架，均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。,1）若鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)各桿的長(zhǎng)度滿(mǎn)足桿長(zhǎng)條件，取與最短桿相對(duì)的構(gòu)件為機(jī)架。,最短桿長(zhǎng)度 + 最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度 其余兩桿長(zhǎng)度之和。,東莞理工學(xué)院專(zhuān)用,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,雙搖桿機(jī)構(gòu)特征：兩個(gè)搖桿,應(yīng)用舉例：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),、風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu),可使連桿到達(dá)兩個(gè)固定的位置。,鑄造翻箱機(jī)構(gòu),風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu),風(fēng)扇殼體固裝于連架桿AB上。,5蝸輪，6蝸桿,構(gòu)件2與構(gòu)件5固連在一起。,通過(guò)構(gòu)件2的整周轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)搖桿AB 的往復(fù)擺動(dòng)。,等腰梯形機(jī)構(gòu)：在雙搖桿機(jī)構(gòu)中若兩搖桿長(zhǎng)度相等，則稱(chēng)為等腰梯形機(jī)構(gòu)。,汽車(chē)前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu),鶴式起重機(jī)機(jī)構(gòu),懸點(diǎn)E上懸掛的重物在近似水平直線(xiàn)上運(yùn)動(dòng)，避免重物平移時(shí)因不必要的升降而消耗能量。,4）泛菱形機(jī)構(gòu),若四桿機(jī)構(gòu)的兩相鄰桿長(zhǎng)度兩兩相等，則機(jī)構(gòu)將變?yōu)榉毫庑螜C(jī)構(gòu)，如下圖a）、b）、c）,圖a）雙曲柄機(jī)構(gòu),圖b）曲柄搖桿機(jī)構(gòu),圖c）二桿機(jī)構(gòu),泛菱形機(jī)構(gòu)有3個(gè)周轉(zhuǎn)副，一個(gè)擺轉(zhuǎn)副。當(dāng)其以短桿為機(jī)架時(shí)為雙曲柄機(jī)構(gòu)；當(dāng)其以長(zhǎng)桿為機(jī)架時(shí)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)當(dāng)相鄰兩桿重疊在一起時(shí)，將退化為二桿機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動(dòng)不確定。,機(jī)構(gòu)的演化,機(jī)構(gòu)的演化將基本機(jī)構(gòu)進(jìn)行變換，得到新機(jī)構(gòu)的方法。,常見(jiàn)的演化方法：,1）改變構(gòu)件的形狀和運(yùn)動(dòng)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；,4）運(yùn)動(dòng)副元素的逆換。,1) 得到所要求的運(yùn)動(dòng)性能；,2) 改善受力狀況；,3) 滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。,機(jī)構(gòu)演化目的：,各種演化機(jī)構(gòu)的外形雖然各不相同，但它們的性質(zhì)以及分析和設(shè)計(jì)方法卻常常是相同或類(lèi)似的，這就為連桿機(jī)構(gòu)的研究提供了方便。,e.g.選用不同構(gòu)件為機(jī)架,雙曲柄機(jī)構(gòu),雙搖桿機(jī)構(gòu),曲柄搖桿機(jī)構(gòu),曲柄搖桿機(jī)構(gòu),雙曲柄機(jī)構(gòu),雙搖桿機(jī)構(gòu),1、曲柄滑塊機(jī)構(gòu),三、具有移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)及其演化,改變相對(duì)桿長(zhǎng)、轉(zhuǎn)動(dòng)副演化為移動(dòng)副。,具有移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)的基本形式。,偏置式曲柄滑塊機(jī)構(gòu) （ e 0 ),對(duì)心式曲柄滑塊機(jī)構(gòu) ( e = 0 ),曲柄滑塊機(jī)構(gòu)根據(jù)偏距e不同分類(lèi)：,曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的應(yīng)用：,活塞式內(nèi)燃機(jī),往復(fù)式水泵,沖床,曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的演化機(jī)構(gòu),1）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),2）搖塊機(jī)構(gòu),3）定塊機(jī)構(gòu),4）雙滑塊機(jī)構(gòu),變換單移動(dòng)副機(jī)構(gòu)的機(jī)架。,再次改變相對(duì)桿長(zhǎng)，將另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副演化為移動(dòng)副。,(一) 變換單移動(dòng)副機(jī)構(gòu)的機(jī)架,曲柄滑塊機(jī)構(gòu),曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)取桿1為機(jī)架時(shí)，即得。,桿4稱(chēng)為導(dǎo)桿，滑塊3相對(duì)導(dǎo)桿4作相對(duì)滑動(dòng)，并隨桿2一起轉(zhuǎn)動(dòng)，一般取桿2為原動(dòng)件。,應(yīng)用：回轉(zhuǎn)式液壓泵、牛頭刨床、插床等機(jī)器的主體機(jī)構(gòu)。,導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),1）轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),2）擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),插床主體機(jī)構(gòu)(AB<BC),刨床主體機(jī)構(gòu),擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)( ABBC ）,A,刨床主體機(jī)構(gòu)的另一種形式,曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)取桿2為機(jī)架時(shí)，即得搖塊機(jī)構(gòu)。,搖塊機(jī)構(gòu)一般取桿1或桿4為原動(dòng)件，當(dāng)桿1作轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)時(shí)，桿4相對(duì)滑塊3滑動(dòng)，并一起繞C點(diǎn)擺動(dòng)。,應(yīng)用：e.g.液壓驅(qū)動(dòng)裝置、擺缸式內(nèi)燃機(jī)、卡車(chē)車(chē)廂自動(dòng)翻轉(zhuǎn)卸料機(jī)構(gòu)。,搖塊機(jī)構(gòu),曲柄搖塊機(jī)構(gòu),擺缸式內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu),左側(cè)四桿機(jī)構(gòu)位移量小，減振功能差,挖掘機(jī)相鄰兩桿之間的開(kāi)合動(dòng)作也是由搖塊機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。,作者：潘存云教授,滑塊3為定塊，一般取桿1為原動(dòng)件，桿2繞C點(diǎn)往復(fù)擺動(dòng)，而桿4僅相對(duì)滑塊3作往復(fù)移動(dòng)。,定塊機(jī)構(gòu)（移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)）,曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)滑塊3為機(jī)架時(shí)，即得定塊機(jī)構(gòu)。,應(yīng)用：e.g.抽水泵、抽油泵。,移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（定塊機(jī)構(gòu)）,抽水泵,手動(dòng)抽油泵,東莞理工學(xué)院專(zhuān)用,(二) 改變構(gòu)件的形狀和運(yùn)動(dòng)尺寸,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) (slider-crank mechanism),雙滑塊機(jī)構(gòu),正弦機(jī)構(gòu),=l sin ,1,2,3,4,1,2,3,4,正弦機(jī)構(gòu),曲柄滑塊機(jī)構(gòu),將連桿2做成滑塊形式，并使之沿圓弧導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)。,作（1）的轉(zhuǎn)化，并將連桿2長(zhǎng)度增至無(wú)限長(zhǎng),通常稱(chēng)其為正弦機(jī)構(gòu)。,正弦機(jī)構(gòu)多應(yīng)用在一些儀表和解算裝置中。,（1）,（2）,正弦機(jī)構(gòu)的應(yīng)用,縫紉機(jī)針機(jī)構(gòu),雙滑塊（轉(zhuǎn)塊）機(jī)構(gòu),將鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的其中兩桿桿長(zhǎng)增至無(wú)窮大，可演化為具有兩個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)雙滑塊（轉(zhuǎn)塊）機(jī)構(gòu)。,按照兩個(gè)移動(dòng)副所處的位置不同，雙滑塊機(jī)構(gòu)可分為四種形式：,（1）兩移動(dòng)副不相鄰,a） 圖的正切機(jī)構(gòu)（其從動(dòng)件3的位移與主動(dòng)件1的轉(zhuǎn)角正切成正比）,（2）兩移動(dòng)副相鄰且其中一個(gè)與機(jī)架相連,b） 圖的正弦機(jī)構(gòu)（其從動(dòng)件3的位移與曲柄1的轉(zhuǎn)角正弦成正比）,特點(diǎn)：從動(dòng)構(gòu)件與主動(dòng)構(gòu)件的接觸點(diǎn)到轉(zhuǎn)軸的距離是隨主動(dòng)構(gòu)件的位移變化的。,（3）兩移動(dòng)副相鄰但都不與機(jī)架相連,上圖所示的十字滑塊機(jī)構(gòu)即為此種機(jī)構(gòu)。常用作聯(lián)軸器，可以主動(dòng)補(bǔ)償主、從動(dòng)軸由于對(duì)中不良而產(chǎn)生的位置誤差。,雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu),（4）兩移動(dòng)副相鄰且都與機(jī)架相連,縫紉機(jī)針桿機(jī)構(gòu),橢圓儀機(jī)構(gòu),在橢圓儀中，當(dāng)兩個(gè)滑塊在機(jī)架的滑槽中移動(dòng)時(shí)，連桿上各點(diǎn)的軌跡是長(zhǎng)短半徑不同的橢圓。,東莞理工學(xué)院專(zhuān)用,(三)改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸,偏心輪機(jī)構(gòu)(eccentric mechanism),當(dāng)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)需要使曲柄尺寸過(guò)小而不便加工，或因運(yùn)動(dòng)要求需要加大曲柄的重量以增大慣性力時(shí)，可將回轉(zhuǎn)副B同心放大至將A也包括在內(nèi)，即桿1放大為圓盤(pán)1，圓盤(pán)1的幾何中心為B，轉(zhuǎn)動(dòng)中心為偏心A。,稱(chēng)圓盤(pán)1為偏心輪，該機(jī)構(gòu)稱(chēng)為偏心輪機(jī)構(gòu)。偏心輪中A點(diǎn)和B點(diǎn)之距稱(chēng)為偏心距e，它與原曲柄等長(zhǎng)，其余各桿長(zhǎng)也對(duì)應(yīng)相等。,偏心輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用,沖剪床,應(yīng)用于剪床、沖床、顎式破碎機(jī)等機(jī)械中。,作業(yè)：,思考題：4-1、4-3,習(xí)題：4-1、4-2,第二節(jié) 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性,一、急回特性及行程速比系數(shù)K,二、壓力角與傳動(dòng)角,三、機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置,四、連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性,一、急回特性和行程速比系數(shù)K,2、急回運(yùn)動(dòng)(quick-return motion),3、行程速比系數(shù)K,1、極位夾角,1、極位夾角,曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中曲柄與連桿兩次共線(xiàn)位置時(shí)曲柄之間所夾銳角 稱(chēng)為極位夾角。,當(dāng)AB與BC兩次共線(xiàn)時(shí)，輸出件CD處于兩極限位置。搖桿在兩極限位置所夾角稱(chēng)為擺角。,曲柄轉(zhuǎn)角,對(duì)應(yīng)的時(shí)間,搖桿點(diǎn)C的 平均速度,),),2、急回運(yùn)動(dòng)(quick-return motion),t1t2,v2v1,在曲柄等速回轉(zhuǎn)的情況下 ，搖桿往復(fù)擺動(dòng)速度快慢不同的運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)為急回運(yùn)動(dòng)。,v2v1,為了衡量搖桿急回作用的程度，用行程速比系數(shù)表示.,3、行程速比系數(shù)(coefficient of travel speed variation) k,為了衡量搖桿急回作用的程度，把從動(dòng)件往復(fù)擺動(dòng)平均速度的比值（大于1）稱(chēng)為行程速比系數(shù)，即,由,極為夾角為,四桿機(jī)構(gòu)有無(wú)急回運(yùn)動(dòng)，取決于曲柄與連桿共線(xiàn)位置的夾角，即有無(wú)極位夾角，不論是何種機(jī)構(gòu)，只要機(jī)構(gòu)在運(yùn)行過(guò)程中具有極位夾角，則該機(jī)構(gòu)就具有急回作用。 角越大，則K值越大，說(shuō)明急回運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)也越顯著。,有急回特性。,曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),有急回特性。,二、壓力角和傳動(dòng)角,1、壓力角(pressure angle),從動(dòng)件CD受的力F的作用線(xiàn)與力作用點(diǎn)C的絕對(duì)速度vc 所夾銳角，稱(chēng)為此位置的壓力角。,在不計(jì)摩擦力、重力、慣性力的條件下，機(jī)構(gòu)中驅(qū)使輸出件運(yùn)動(dòng)的力的方向線(xiàn)與輸出件上受力點(diǎn)的速度方向線(xiàn)所夾的銳角。,由力的分解： 沿著速度方向的有效分力,垂直于Ft的分力,力F2 只能使鉸鏈C、D產(chǎn)生壓軸力，希望它越小越好；,力F1 越大，推動(dòng)機(jī)構(gòu)的有效分力就越大，傳力效果就越好，即 越小越好。,因此，對(duì)連桿機(jī)構(gòu)中的壓力角提出了限制，最大不能超過(guò) 4050， 即： < = 4050,越小，受力越好。,越大，受力越好。,2、傳動(dòng)角(transmission angle）,壓力角的余角稱(chēng)為機(jī)構(gòu)在此位置的傳動(dòng)角。 = 90- ,機(jī)構(gòu)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，傳動(dòng)角 隨機(jī)構(gòu)的位置不同而變化，為保證機(jī)構(gòu)的傳力效果，,平面四桿機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角位置,原動(dòng)件為AB,在三角形ABD中：BD=a+d-2adcos (1) 在三角形BCD中：BD=b+c-2bccos (2),(1)=(2)得：,是隨各桿長(zhǎng)和原動(dòng)件轉(zhuǎn)角的變化而變化的。,在三角形ABD中：BD=a+d-2adcos (1) 在三角形BCD中：BD=b+c-2bccos (2),設(shè)a、b、c、d各桿長(zhǎng)確定 當(dāng) = 0時(shí)，即曲柄與機(jī)架重疊共線(xiàn)，cos =+1, 取最小值。,當(dāng) =180時(shí)，即曲柄與機(jī)架拉直共線(xiàn)，cos =-1, 取最大值。,曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角 min必出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架共線(xiàn)的兩個(gè)位置上，即 為 min或 max時(shí)的兩個(gè)位置，比較這兩個(gè)位置傳動(dòng)角，即可求出最小傳動(dòng)角min。,即： min = min min = 180- max,以AB為原動(dòng)件的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，,當(dāng)曲柄和機(jī)架處于兩共線(xiàn)位置時(shí)，連桿和輸出件的夾角 最小和最大（ ）。,曲柄滑塊機(jī)構(gòu)min何時(shí)出現(xiàn)？,導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),三、機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置,指從動(dòng)件的傳動(dòng)角 =0(或=90)時(shí)機(jī)構(gòu)所處的位置。（不考慮構(gòu)件的重力、慣性力和運(yùn)動(dòng)副中的摩擦力的影響）,1、死點(diǎn)(dead point)位置,對(duì)于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)搖桿1為主動(dòng)件，當(dāng)連桿與曲柄共線(xiàn)時(shí)的位置，即：搖桿處于兩個(gè)極限位置時(shí)，經(jīng)過(guò)連桿2傳給從動(dòng)曲柄3的驅(qū)動(dòng)力F，通過(guò)曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)中心A。對(duì)從動(dòng)曲柄3的有效力矩為零，故不能推動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng),機(jī)構(gòu)處于卡死位置，機(jī)構(gòu)的這種位置稱(chēng)為死點(diǎn)位置。,此時(shí)傳動(dòng)角 =0 （或=90）。,機(jī)構(gòu)是否有死點(diǎn)位置與哪一構(gòu)件為主動(dòng)件有關(guān)。,曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)曲柄為主動(dòng)件時(shí)無(wú)死點(diǎn)位置，但有極限位置，當(dāng)搖桿為主動(dòng)件時(shí)有死點(diǎn)位置。,曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，當(dāng)以滑塊3為主動(dòng)件時(shí)有死點(diǎn)位置。,平行四邊形機(jī)構(gòu)，連桿與曲柄共線(xiàn)時(shí)傳動(dòng)角為0 （轉(zhuǎn)向點(diǎn)），從動(dòng)曲柄可能向正反兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不確定，平行四邊形機(jī)構(gòu)可能變成反平行四邊形機(jī)構(gòu)。,雙搖桿機(jī)構(gòu)，也有死點(diǎn)位置，在實(shí)際設(shè)計(jì)中常采用限制擺桿的角度來(lái)避免死點(diǎn)位置。,死點(diǎn)位置的克服辦法,例：縫紉機(jī)借助于帶輪的慣性通過(guò)死點(diǎn)。,（1）利用飛輪慣性來(lái)克服死點(diǎn)位置,蒸汽機(jī)車(chē)車(chē)輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，左右車(chē)輪兩組曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，曲柄AB與AB位置錯(cuò)開(kāi)90。,（2）利用機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列法來(lái)克服死點(diǎn)位置。,2、死點(diǎn)位置在機(jī)構(gòu)中的作用,鉆床工件夾緊機(jī)構(gòu),飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu),東莞理工學(xué)院專(zhuān)用,作者：潘存云教授,平面四桿機(jī)構(gòu)具有周轉(zhuǎn)副可能存在曲柄。,b(d a)+ c,則由BCD可得：,則由B”C”D可得：,a+d b + c,c(d a)+ b,AB為最短桿, a+b c + d,1.平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件,d- a,設(shè)a<d,且連架桿a能整周回轉(zhuǎn)，則必有兩次與機(jī)架共線(xiàn), a+ c b + d,若設(shè)ad，同理有： da, db, dc,AD為最短桿,將以上三式兩兩相加得： a b, ac, ad,B”,東莞理工學(xué)院專(zhuān)用,（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)副都是周轉(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為周轉(zhuǎn)副。,若取BC為機(jī)架，則結(jié)論相同，可知鉸鏈B也是周轉(zhuǎn)副。,稱(chēng)為桿長(zhǎng)條件。,東莞理工學(xué)院專(zhuān)用,作者：潘存云教授,（1）當(dāng)滿(mǎn)足桿長(zhǎng)條件時(shí)，說(shuō)明存在周轉(zhuǎn)副，當(dāng)選擇不同的構(gòu)件作為機(jī)架時(shí)，可得不同的機(jī)構(gòu)。如： 曲柄搖桿1 、曲柄搖桿2 、雙曲柄、 雙搖桿機(jī)構(gòu)。,分析說(shuō)明（判斷機(jī)構(gòu)類(lèi)型的步驟）,（2）當(dāng)不滿(mǎn)足桿長(zhǎng)條件時(shí)，無(wú)周轉(zhuǎn)副，此時(shí)無(wú)論取哪一桿件為機(jī)架，均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。,最短桿為連架桿,最短桿為機(jī)架,最短桿為連桿,東莞理工學(xué)院專(zhuān)用,作者：潘存云教授,2. 急回運(yùn)動(dòng)與行程速比系數(shù),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(extreme position)。,(1) 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) 3D,180,此兩處曲柄之間的夾角 稱(chēng)為極位夾角(crack angle between extreme positions)。 搖桿之間的夾角稱(chēng)為 擺角（C1DC2）,東莞理工學(xué)院專(zhuān)用,作者：潘存云教授,(2) 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：t1 t2 V2 V1,搖桿的這種特性稱(chēng)為急回運(yùn)動(dòng)(quick-return motion)。,稱(chēng)K為行程速比系數(shù)(advance-to return-time ratio)。,2)且越大，K值越大，急回性質(zhì)越明顯。,說(shuō)明:1)只要 0 ， 就有 K1，存在急回運(yùn)動(dòng)。,3)設(shè)計(jì)新機(jī)械時(shí)，往往先給定K值，于是:,B2,東莞理工學(xué)院專(zhuān)用,曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（偏置）的急回特性,急回特性應(yīng)用：節(jié)省返程時(shí)間，如牛頭刨、往復(fù)式輸送機(jī)等。,180,180-,導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的急回特性,180,180-,思考題： 對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的急回特性如何？,東莞理工學(xué)院專(zhuān)用,作者：潘存云教授,當(dāng)BCD90時(shí)， BCD,3.壓力角和傳動(dòng)角,(1)壓力角(pressure angle)： 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:min40- 50,(3)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 (+ =90),可以證明：此位置一定是：曲柄與機(jī)架兩次共線(xiàn)位置之一。,(2)傳動(dòng)角(transmission angle) 可用的大小來(lái)表示機(jī)構(gòu)傳力性能的好壞。,當(dāng)BCD最小或最大時(shí)，都有可能出現(xiàn)min,(Vc),東莞理工學(xué)院專(zhuān)用,作者：潘存云教授,證明：由余弦定律有： (第一次共線(xiàn)) B1C1Darccosb2+c2-(d-a)2/(2bc) (8-7a),B2C2Darccosb2+c2-(d+a)2/(2bc),若B1C1D90,則,若B2C2D90, 則,1B1C1D,2180-B2C2D (8-7b),(4)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,(第二次共線(xiàn)),東莞理工學(xué)院專(zhuān)用,作者：潘存云教授,4.機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置,(1)定義 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).,(2)避免措施： 兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)開(kāi)排列，如火車(chē)輪機(jī)構(gòu);,稱(chēng)此位置為：,“死點(diǎn)” (dead point),0,靠飛輪的慣性（如內(nèi)燃機(jī)、縫紉機(jī)等）。,0,0,東莞理工學(xué)院專(zhuān)用,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,鉆孔夾具,飛機(jī)起落架,(3)利用死點(diǎn)進(jìn)行工作：飛機(jī)起落架、鉆夾具等。,東莞理工學(xué)院專(zhuān)用,作者：潘存云教授,四.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)連續(xù)性,(1) 定義：指連桿機(jī)構(gòu)能否連續(xù)實(shí)現(xiàn)給定的各個(gè)位置。,(2) 名詞：可行域：搖桿的運(yùn)動(dòng)范圍。,不可行域：搖桿不能達(dá)到的區(qū)域。,錯(cuò)位不連續(xù)：設(shè)計(jì)時(shí)不能要求從一個(gè)可行域跳過(guò)不可行域進(jìn)入另 一個(gè)可行域。,錯(cuò)序不連續(xù)：右圖，要求連桿依次占據(jù)B1C1、B2C2、B3C3，則只有當(dāng)曲柄AB逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)才是可能的，而當(dāng)AB順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，則不能滿(mǎn)足預(yù)期的次序要求，稱(chēng)這種不連續(xù)問(wèn)題為錯(cuò)序不連續(xù)。,錯(cuò)序不連續(xù),(3) 設(shè)計(jì)連桿機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)滿(mǎn)足運(yùn)動(dòng)連續(xù)性條件。,