機(jī)械原理CH07平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)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(jì)平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)7-1 連桿機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)特點(diǎn)連桿機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)特點(diǎn)7-2 平面四桿機(jī)構(gòu)的類(lèi)型和應(yīng)用平面四桿機(jī)構(gòu)的類(lèi)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(shí)基本知識(shí)7-4 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 連桿機(jī)構(gòu)常用其所含的桿數(shù)而命名，故此類(lèi)機(jī)構(gòu)統(tǒng)稱(chēng)為連桿機(jī)構(gòu)。7-1 連桿機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)特點(diǎn)連桿機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)特點(diǎn)1.應(yīng)用舉例契貝謝夫四足步行機(jī)構(gòu)（圖片、動(dòng)畫(huà)）2.連桿機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)此類(lèi)機(jī)構(gòu)的共同特點(diǎn)：l機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件1和從動(dòng)件3的運(yùn)動(dòng)都需要經(jīng)過(guò)連桿2來(lái)傳動(dòng)。l機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)副一般均為低副。故此類(lèi)機(jī)構(gòu)也稱(chēng)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(chēng)構(gòu)件為桿。構(gòu)件多呈現(xiàn)桿的形狀；可實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)變換和運(yùn)動(dòng)規(guī)律；連桿曲線(xiàn)形狀豐富，可滿(mǎn)足各種軌跡要求。缺點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)鏈長(zhǎng)，累積誤差大，效率低；慣性力難以平衡，動(dòng)載荷大，不宜用于高速運(yùn)動(dòng)；一般只能近似滿(mǎn)足運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求。連桿機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)特點(diǎn)連桿機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)特點(diǎn)(2/2)3.傳動(dòng)特點(diǎn)運(yùn)動(dòng)副一般為低副；優(yōu)點(diǎn)：7-2 平面四桿機(jī)構(gòu)的類(lèi)型和應(yīng)用平面四桿機(jī)構(gòu)的類(lèi)型和應(yīng)用1.四桿機(jī)構(gòu)的類(lèi)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(lái)的，其演化方法有：1）改變構(gòu)件的形狀及運(yùn)動(dòng)尺寸2

3、）改變運(yùn)動(dòng)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(lèi)型和應(yīng)用平面四桿機(jī)構(gòu)的類(lèi)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(shí)有關(guān)四桿機(jī)構(gòu)的一些基本知識(shí)1.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件最短桿長(zhǎng)度最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度其余兩桿長(zhǎng)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(zhǎng)度滿(mǎn)足桿長(zhǎng)條件其中第一個(gè)條件稱(chēng)為

4、桿長(zhǎng)條件。各桿長(zhǎng)度應(yīng)滿(mǎn)足桿長(zhǎng)條件；2）各桿長(zhǎng)度不滿(mǎn)足桿長(zhǎng)條件 此時(shí)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(shí)，如果各桿長(zhǎng)度不滿(mǎn)足桿長(zhǎng)條件，則機(jī)構(gòu)無(wú)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(zhǎng)度偏距連桿的長(zhǎng)度；連架桿為最短桿。對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)有曲柄的條件：連架桿長(zhǎng)度連桿的長(zhǎng)度；連架桿為最短桿。平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)(2/5)則機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；當(dāng)最短桿的相對(duì)桿為機(jī)架時(shí)，當(dāng)最短桿為機(jī)架時(shí)，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(zhǎng)度滿(mǎn)足桿長(zhǎng)條件，2.急回運(yùn)動(dòng)和行程速比系數(shù)（1）急回運(yùn)動(dòng) 當(dāng)主動(dòng)件曲柄等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從

5、動(dòng)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(yùn)動(dòng)特性稱(chēng)為急回運(yùn)動(dòng)。（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(shí)，機(jī)構(gòu)便具有急回運(yùn)動(dòng)特性；例2 對(duì)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(shí)平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)(3/5)例1 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 連桿BC與從動(dòng)件CD之間所夾的銳角 稱(chēng)為四桿機(jī)構(gòu)在此位置的傳動(dòng)角。且 90 90 最小傳動(dòng)角的確定：對(duì)于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，min出現(xiàn)在主動(dòng)件曲柄與機(jī)架共線(xiàn)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(dòng)角 對(duì)于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

6、，以搖桿CD為主動(dòng)件，則當(dāng)連桿與從動(dòng)件曲柄共線(xiàn)時(shí)，機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角0，這時(shí)主動(dòng)件CD 通過(guò)連桿作用于從動(dòng)件AB上的力恰好通過(guò)其回轉(zhuǎn)中心，出現(xiàn)了不能使構(gòu)件AB 轉(zhuǎn)動(dòng)的“頂死”現(xiàn)象，機(jī)構(gòu)的這種位置稱(chēng)為“死點(diǎn)”。4.死點(diǎn)例2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)例3 擺動(dòng)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(shí)平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)(4/5)（1）克服死點(diǎn)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(guò)死點(diǎn)。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(diǎn)位置相互錯(cuò)開(kāi)排列的方法。（2）死點(diǎn)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(shí)平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)(5/5)5連

7、桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)連續(xù)性7-4 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)1.連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題例1 流量指示機(jī)構(gòu)例2 牛頭刨床機(jī)構(gòu)（2）滿(mǎn)足預(yù)定的連桿位置要求 連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問(wèn)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(shí)還要滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)條件、動(dòng)力條件和運(yùn)動(dòng)連續(xù)條件等。（1）滿(mǎn)足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的要求即滿(mǎn)足兩連架桿預(yù)定的對(duì)應(yīng)位置要求（又稱(chēng)實(shí)現(xiàn)函數(shù)的問(wèn)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(mén)的開(kāi)閉機(jī)構(gòu)滿(mǎn)足給定行程速比系數(shù)K的要求等。（又稱(chēng)剛體導(dǎo)引問(wèn)題）。（3）滿(mǎn)足預(yù)定的軌跡要求 圖解法、解析法和實(shí)驗(yàn)法。即要求在機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，連桿上某些點(diǎn)的軌跡能滿(mǎn)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(jì)方法有：2.用解析法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)（1）按預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)1）按預(yù)定的兩連架桿對(duì)應(yīng)的位置設(shè)計(jì)2）按期望函數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)（2）按預(yù)定的連桿位置設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)(2/6)（3）按預(yù)定的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)例1 例23.用作圖法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)ABCD固定鉸鏈 A、D：活動(dòng)鉸鏈 B、C：圓心 圓或圓弧BiCii=1、2、NEiFi圖解設(shè)計(jì)問(wèn)題作圖求解各鉸鏈中心的位置問(wèn)題。各鉸鏈間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系：3.1 圖解設(shè)計(jì)的基本原理平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)(3/6)接下來(lái)，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(duì)移動(dòng)，使新機(jī)架的各桿位置重合，便可

9、得新連桿相對(duì)于新機(jī)架的各個(gè)位置，即實(shí)現(xiàn)了機(jī)構(gòu)的倒置。這樣，就將求活動(dòng)鉸鏈的位置問(wèn)題轉(zhuǎn)化為求固定鉸鏈的位置問(wèn)題了。這種方法又稱(chēng)為反轉(zhuǎn)法。為了求活動(dòng)鉸鏈的位置，可將待求活動(dòng)鉸鏈所在的桿視作新機(jī)架，而將其相對(duì)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(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)(4/6)3.2圖解設(shè)計(jì)的具體方法（1）按連桿預(yù)定的位置設(shè)計(jì)已知活動(dòng)鉸鏈中心的位置求解條件討論：當(dāng)N3時(shí)，當(dāng)N2時(shí)，當(dāng)N4時(shí)，當(dāng)N5時(shí)，（2）按兩連架桿預(yù)定的對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)1）已知兩連架桿三對(duì)對(duì)應(yīng)位置2）已知兩連架桿四對(duì)對(duì)應(yīng)位置有唯一解；有無(wú)窮多解；可能有無(wú)窮多解；可能有解或無(wú)解；平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)(5/6

10、)（3）按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)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(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)4.用實(shí)驗(yàn)法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)（1）按兩連架桿的多對(duì)對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)（2）按預(yù)定的軌跡設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)(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(dòng)角（2）獲得較大的機(jī)械利益（3）改變從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)特性（4）實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件帶停歇的運(yùn)動(dòng)（5）擴(kuò)大機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的行程（6）使機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的行程可調(diào)（7）實(shí)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(mǎn)足更為復(fù)雜的或?qū)崿F(xiàn)更加精確的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求和軌跡要求。但其設(shè)計(jì)也較困難。（1）多桿機(jī)構(gòu)的分類(lèi)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(lèi)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(lèi)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(xiàn)特性，當(dāng)一對(duì)角足運(yùn)動(dòng)處在曲線(xiàn)的直線(xiàn)段時(shí)則著地靜止不動(dòng)，而另一對(duì)角足則處在曲線(xiàn)段作邁足運(yùn)動(dòng)，從而可實(shí)現(xiàn)類(lèi)似動(dòng)物的足行運(yùn)動(dòng)。