精密機(jī)械設(shè)計(jì) 第4章 平面連桿機(jī)構(gòu)

1、§2 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本性質(zhì),§3 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),§1 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式及其演化,,平面連桿機(jī)構(gòu),第四章 平面連桿機(jī)構(gòu),特點(diǎn)：①全部低副（面接觸），利于潤(rùn)滑，磨損小、傳載大、壽命長(zhǎng)；②易加工，精度高，制造成本低。③運(yùn)動(dòng)鏈較長(zhǎng)，所以運(yùn)動(dòng)累積誤差大，不能精確實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)計(jì)算較復(fù)雜。,平面連桿機(jī)構(gòu),平面機(jī)構(gòu)+低副聯(lián)接 (轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副)最常用→平面四桿機(jī)構(gòu)（ 四個(gè)構(gòu)件→四根

2、桿) →鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)（全由轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)）,機(jī)架： 固定的桿件連架桿：與機(jī)架相連的桿連桿： 連接連架桿的桿,§1 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式和特性,一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型及特點(diǎn),組成,曲柄：能轉(zhuǎn)動(dòng)360º的連架桿搖桿：不能轉(zhuǎn)動(dòng)360º的連架桿,,,1.曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：連架桿┌曲柄→(一般)原動(dòng)件→勻速轉(zhuǎn)動(dòng) └搖桿→(一般)從動(dòng)件→變速往復(fù)擺動(dòng),分類：,曲柄搖桿機(jī)構(gòu),特征：曲柄＋

3、搖桿,作用：將曲柄的整周回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動(dòng)。,雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu),(天線→搖桿)→調(diào)整天線 俯仰角的大小,2 . 雙曲柄機(jī)構(gòu)： 連架桿均為曲柄→ ┌主動(dòng)曲柄: 勻速轉(zhuǎn)動(dòng) └從動(dòng)曲柄: 變速轉(zhuǎn)動(dòng),作用：將等速回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榈人倩蜃兯倩剞D(zhuǎn)。,機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu),特例：平行四邊形機(jī)構(gòu),特征：兩連架桿等長(zhǎng)且平行， 連桿作平動(dòng)。,平行四邊形機(jī)構(gòu)存在運(yùn)動(dòng)不確定位置。,可采用兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)

4、開排列的方法予以克服。,3.雙搖桿機(jī)構(gòu)－連架桿均為搖桿,例: 鶴式起重機(jī)的變速機(jī)構(gòu): CD(桿3)為原動(dòng)件, 懸掛重物的E 點(diǎn)在連桿上→保持E點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡在近似水平線上。（平移貨物→平穩(wěn)、減小能量消耗）,從動(dòng)件作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的平面連桿機(jī)構(gòu)中，若從動(dòng)件工作行程的平均速度小于回程的平均速度，則稱該機(jī)構(gòu)具有急回特性。,在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)從動(dòng)件（搖桿）位于兩極限位置時(shí)，曲柄與連桿共線。此時(shí)對(duì)應(yīng)的主動(dòng)曲柄之間所夾的銳角θ叫作極位夾角。,二.急

5、回運(yùn)動(dòng)和行程速比系數(shù),（以曲柄搖桿機(jī)構(gòu)為例）,工作行程時(shí)間＞空回行程時(shí)間,設(shè)曲柄以ω逆時(shí)針勻速旋轉(zhuǎn)。從AB1轉(zhuǎn)到AB2，轉(zhuǎn)過(guò)180°+θ時(shí)為工作行程，所花時(shí)間為t1 ；此時(shí)搖桿從C1D擺到C2D，平均速度為V1,則有：,曲柄從AB2 繼續(xù)轉(zhuǎn)過(guò)180°-θ到AB1時(shí)為回程，所花時(shí)間為t2 ,此時(shí)搖桿從C2D擺到C1D，平均速度為V2 ,那么有,顯然 t1 >t2 V2 > V1 即該機(jī)構(gòu)具有

6、急回特性,θ－極位夾角(搖桿處于兩極位時(shí)，對(duì)應(yīng)曲柄所夾銳角),θ↑→K ↑ →急回運(yùn)動(dòng)性質(zhì)↑,(5-5),(5-4),設(shè)計(jì)時(shí)往往先給定 K 值，再計(jì)算θ，即,為能定量描述急回運(yùn)動(dòng)，將回程平均速度V2 與工作行程平均速度V1之比定義為行程速度變化系數(shù) K,三、壓力角和傳動(dòng)角,1.壓力角α,BC是二力桿,驅(qū)動(dòng)力F沿BC方向,作用在從動(dòng)件上的驅(qū)動(dòng)力F與該力作用 點(diǎn)絕對(duì)速度VC之間所夾的銳角。,α↓ → 有效力,VC沿連桿BC (⊥CD)

7、,分析:,Ft= Fcosα↑ →（方便）,γ↑,? Ft↑,? 對(duì)傳動(dòng)有利。,常用γ的大小來(lái)表示機(jī)構(gòu)傳力性能的好壞,γ是α的余角。,2.傳動(dòng)角γ,傳動(dòng)角?：連桿與從動(dòng)桿所夾銳角 ? =90°－ ? 壓力角越小(即傳動(dòng)角越大)，有用的分力越大。 所以傳動(dòng)角是衡量機(jī)構(gòu)受力大小的一個(gè)重要參數(shù)。,因此設(shè)計(jì)時(shí)一般要求: γmin≥40°,當(dāng)∠BCD最小或最大時(shí)，即在主動(dòng)曲柄與機(jī)架共線的位置，都有可能出現(xiàn)γmin,由

8、于在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，γ角是變化的，,?min 出現(xiàn)在什么位置？,主動(dòng)件與機(jī)架共線的兩個(gè)位置之一,傳動(dòng)角最小.,從動(dòng)件與連桿共線（? =0） →卡死,存在死點(diǎn)條件：,有極限位置（從動(dòng)件與連桿共線）,措 施：,死點(diǎn),四.死點(diǎn)位置,飛輪自身慣性,平面四桿機(jī)構(gòu)具有整轉(zhuǎn)副 ? 則可能存在曲柄。,設(shè)l1 < l4,連架桿若能整周回轉(zhuǎn)，必有兩次與機(jī)架共線。,? l1+l2 ≤ l3 + l4,? l1+ l3 ≤ l2 + l4,l

9、1+l4≤ l2 + l3,由△B2C2D可得：,由△B1C1D可得：,,l2≤(l4– l1) + l3,l3≤(l4 –l1) + l2,將以上三式兩兩相加得：,即：,l1≤ l2,l1≤l3,l1≤l4,AB 為最短桿,,§2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在的條件,取決于機(jī)構(gòu)各桿的相對(duì)長(zhǎng)度和機(jī)架的選擇,l1最短,推論1： 當(dāng)Lmax+Lmin? L+L′(其余兩桿長(zhǎng)度之和)時(shí) 最短桿是連架桿之一 ——曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 最

10、短桿是機(jī)架 ——雙曲柄機(jī)構(gòu) 最短桿是連桿 ——雙搖桿機(jī)構(gòu)推論2： 當(dāng)Lmax+Lmin> L+L′(其余兩桿長(zhǎng)度之和)時(shí) ——雙搖桿機(jī)構(gòu),曲柄存在的條件：(1)最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和(2)最短桿是連架桿或機(jī)架,1. 曲柄滑塊機(jī)構(gòu),§3 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化,演化方法：變桿長(zhǎng)、換機(jī)架、擴(kuò)大回轉(zhuǎn)副等,,,,曲柄

11、滑塊機(jī)構(gòu),對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu),偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu),,,l1＞ l2 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),l1＜ l2轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),,導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),調(diào)換機(jī)架,,2.導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),曲柄滑塊機(jī)構(gòu),（桿2和桿4均可整周回轉(zhuǎn)）,（桿4往復(fù)擺動(dòng)）,搖塊機(jī)構(gòu),→滑塊擺動(dòng),→滑塊為固定件,→滑塊移動(dòng)＋擺動(dòng),→滑塊移動(dòng),曲柄滑塊機(jī)構(gòu),曲柄滑塊機(jī)構(gòu),導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),搖塊機(jī)構(gòu),定塊機(jī)構(gòu),導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),定塊機(jī)構(gòu),3.搖塊機(jī)構(gòu) 、定塊機(jī)構(gòu),,,,,4.雙滑塊機(jī)構(gòu),正弦機(jī)構(gòu),正切機(jī)構(gòu),,,,,,,a