機(jī)械原理CH07平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計工程課件

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1、返回返回第七章第七章 平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計7-1 連桿機(jī)構(gòu)及其傳動特點連桿機(jī)構(gòu)及其傳動特點7-2 平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用7-3 有關(guān)有關(guān)四桿機(jī)構(gòu)的四桿機(jī)構(gòu)的一些一些基本知識基本知識7-4 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計 連桿機(jī)構(gòu)常用其所含的桿數(shù)而命名，故此類機(jī)構(gòu)統(tǒng)稱為連桿機(jī)構(gòu)。7-1 連桿機(jī)構(gòu)及其傳動特點連桿機(jī)構(gòu)及其傳動特點1.應(yīng)用舉例契貝謝夫四足步行機(jī)構(gòu)（圖片、動畫）2.連桿機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)此類機(jī)構(gòu)的共同特點：l機(jī)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(jī)構(gòu)中的運動副一般均為低副。故此類機(jī)構(gòu)也稱低副機(jī)構(gòu)。l連桿機(jī)構(gòu)

2、中的構(gòu)件多呈現(xiàn)桿的形狀，故有四桿機(jī)構(gòu)、六桿機(jī)構(gòu)等。例 鉸鏈四桿機(jī)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(jī)構(gòu)及其傳動特點連桿機(jī)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：7-2 平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用1.四桿機(jī)構(gòu)的類型（1）基本型式鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)等腰梯形機(jī)構(gòu)（2）演化形式 其他型式的四桿機(jī)構(gòu)可以認(rèn)為是由基本型式的四桿機(jī)構(gòu)演化而來的，其演化方法有：1）改變構(gòu)件的形狀及運動尺寸2

3、）改變運動副的尺寸曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)平行四邊形機(jī)構(gòu)逆平行四邊形機(jī)構(gòu)例鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的倒置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的倒置雙滑塊機(jī)構(gòu)的倒置2.四桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用（1）基本型式四桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用（2）演化型式四桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用(2/2)3）選用不同的構(gòu)件為機(jī)架（即機(jī)構(gòu)的倒置）7-3 有關(guān)四桿機(jī)構(gòu)的一些基本知識有關(guān)四桿機(jī)構(gòu)的一些基本知識1.鉸鏈四桿機(jī)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(jī)構(gòu)有曲柄的條件最短桿為連架桿或機(jī)架。例1 鉸鏈四桿機(jī)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

4、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(jī)架，機(jī)構(gòu)均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。則機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)；當(dāng)最短桿為連架桿時，如果各桿長度不滿足桿長條件，則機(jī)構(gòu)無周轉(zhuǎn)副，例2 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)的基本知識平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(2/5)則機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；當(dāng)最短桿的相對桿為機(jī)架時，當(dāng)最短桿為機(jī)架時，機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。結(jié)論：如果鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)各桿長度滿足桿長條件，2.急回運動和行程速比系數(shù)（1）急回運動 當(dāng)主動件曲柄等速轉(zhuǎn)動時，從

5、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(jī)構(gòu)的急回性質(zhì)也越顯著。例4 牛頭刨床機(jī)構(gòu)當(dāng)機(jī)構(gòu)存在極位夾角 時，機(jī)構(gòu)便具有急回運動特性；例2 對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)例3 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(3/5)例1 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 連桿BC與從動件CD之間所夾的銳角 稱為四桿機(jī)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(jī)構(gòu)，min出現(xiàn)在主動件曲柄與機(jī)架共線的兩位置之一。為了保證機(jī)構(gòu)傳力性能良好，應(yīng)使min40 50。3四桿機(jī)構(gòu)的傳動角 對于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

6、，以搖桿CD為主動件，則當(dāng)連桿與從動件曲柄共線時，機(jī)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(jī)構(gòu)的這種位置稱為“死點”。4.死點例2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)例3 擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)例1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識平面四桿機(jī)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(jī)構(gòu)闖過死點。2）采用將兩組以上的同樣機(jī)構(gòu)組合使用，且使各組機(jī)構(gòu)的死點位置相互錯開排列的方法。（2）死點的應(yīng)用例1 飛機(jī)起落架收放機(jī)構(gòu)例2 折疊式桌的折疊機(jī)構(gòu)平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(5/5)5連

7、桿機(jī)構(gòu)的運動連續(xù)性7-4 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計1.連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計的基本問題例1 流量指示機(jī)構(gòu)例2 牛頭刨床機(jī)構(gòu)（2）滿足預(yù)定的連桿位置要求 連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計的基本問題是根據(jù)給定的要求選定機(jī)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1 小型電爐爐門的開閉機(jī)構(gòu)滿足給定行程速比系數(shù)K的要求等。（又稱剛體導(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(jī)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1 鶴式起

8、重機(jī)例2 攪拌機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計方法有：2.用解析法設(shè)計四桿機(jī)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(jī)構(gòu)（2）按預(yù)定的連桿位置設(shè)計平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計平面四桿機(jī)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(jī)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)系：3.1 圖解設(shè)計的基本原理平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(3/6)接下來，將原機(jī)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(jī)架的各桿位置重合，便可

9、得新連桿相對于新機(jī)架的各個位置，即實現(xiàn)了機(jī)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(jī)架，而將其相對的桿視為新連桿。機(jī)構(gòu)的倒置原理平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計平面四桿機(jī)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)計已知活動鉸鏈中心的位置求解條件討論：當(dāng)N3時，當(dāng)N2時，當(dāng)N4時，當(dāng)N5時，（2）按兩連架桿預(yù)定的對應(yīng)位置設(shè)計四桿機(jī)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(jī)構(gòu)的設(shè)計平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(5/6

10、)（3）按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)例1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)例2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)例3 擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)4.用實驗法設(shè)計四桿機(jī)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(jī)構(gòu)的設(shè)計平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(6/6)8-5 多桿機(jī)構(gòu)多桿機(jī)構(gòu)1.多桿機(jī)構(gòu)的功用（1）取得有利的傳動角（2）獲得較大的機(jī)械利益（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(kuò)大機(jī)構(gòu)從動件的行程（6）使機(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)的分類1）按桿數(shù)分五桿、六桿、八桿機(jī)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(jī)構(gòu)。（2）六桿機(jī)構(gòu)的分類1）瓦特（Watt）型，有型、型兩種。多桿機(jī)構(gòu)多桿機(jī)構(gòu)(2/3)2.多桿機(jī)構(gòu)的類型瓦特型斯蒂芬森型瓦特型瓦特型2）斯蒂芬森（Stephenson）型，有型、型、型三種。斯蒂芬森型斯蒂芬森型斯蒂芬森型多桿機(jī)構(gòu)多桿機(jī)構(gòu)(3/3)（3）六桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用契貝謝夫四足機(jī)器人契貝謝夫四足機(jī)器人 它是利用連桿曲線特性，當(dāng)一對角足運動處在曲線的直線段時則著地靜止不動，而另一對角足則處在曲線段作邁足運動，從而可實現(xiàn)類似動物的足行運動。