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1、 第五章 平面連桿機構(gòu) 第一節(jié)概述第二節(jié)鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式及其演化 第三節(jié)平面四桿機構(gòu)曲柄存在的條件和幾個基本概念 第四節(jié) 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計 第一節(jié)概述 1、平面連桿機構(gòu)（圖5- 1） ： 若干剛性構(gòu)件用低副（回轉(zhuǎn)副、移動副）聯(lián)接而成的一種機構(gòu) 2、平面連桿機構(gòu)的特點: （1）優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、易于制造、接觸面大、壓強小而磨損小等 （2）缺點：因低副間隙大、位置誤差大、構(gòu)件數(shù)目多時誤差大機構(gòu)中3、分類 （1）四桿機構(gòu) （2）多桿機構(gòu) 第二節(jié)鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式及其演化一、基本型式（圖5-2）（一）鉸鏈四桿機構(gòu)：所有運動副均為轉(zhuǎn)動副的平面四桿機構(gòu)（二）組成：機架、連架桿、連桿（三）基本形式
2、（按兩連架桿運動形式分） 1、曲柄搖桿機構(gòu) 2、雙曲柄機構(gòu) 3、雙搖桿機構(gòu) 1、曲柄搖桿機構(gòu)(圖5-2a)（1）曲柄：能作整周回轉(zhuǎn)運動連架桿（2）搖桿：只能在一定角度范圍內(nèi)擺動連架桿（3）連桿：作一般平面運動 當(dāng)曲柄為原動件，搖桿為從動件時，可將曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變成搖桿的往復(fù)擺動。（圖53）以搖桿為原動件的，往復(fù)擺動，轉(zhuǎn)換成從動件曲柄的整周轉(zhuǎn)動。（圖54） 2、雙曲柄機構(gòu)（圖5- 2b） 兩連架桿均為可作整轉(zhuǎn)運動 如相對兩桿平行相等，則為平行四邊形機構(gòu)，是一種特殊的雙曲柄機構(gòu)。如圖55所示機車車輪的聯(lián)動機構(gòu) 3、雙搖桿機構(gòu)（圖52c） 兩連架桿l、3均為搖桿，僅能在有限的范圍內(nèi)往復(fù)擺動，則此種
3、鉸鏈四桿機構(gòu)稱為雙搖桿機構(gòu)。（圖5- 6） 二、鉸鏈四桿機構(gòu)的演化幾種不同型式的四桿機構(gòu)：（一）曲柄滑塊機構(gòu)（二）導(dǎo)桿機構(gòu)（三）含有兩個移動副的四桿機構(gòu) （一）曲柄滑塊機構(gòu)1、四桿機構(gòu)演化成曲柄滑快過程 2、稱為對心曲柄滑塊機構(gòu)（圖57b）： 滑塊移動的導(dǎo)路中心線通過曲柄回轉(zhuǎn)中心3、偏置曲柄滑塊機構(gòu)（圖57c）： 導(dǎo)路中心線不通過曲柄回轉(zhuǎn)中心A時，稱為e為偏距 （二）導(dǎo)桿機構(gòu)（圖58） 1、導(dǎo)桿機構(gòu)：把曲柄滑塊機構(gòu)的曲柄1為機架，桿4為導(dǎo)桿，滑塊3在導(dǎo)桿4上滑動，并隨連架桿2一起轉(zhuǎn)動的機構(gòu) 2、類型： 轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)（圖58a） 擺動導(dǎo)桿機構(gòu)（圖58b） （三）含有兩個移動副的四桿機構(gòu) 圖5-7
4、b曲柄滑塊機構(gòu)中，若再將其中轉(zhuǎn)動副C或B演化為移動副，則可得含兩個移動副的四桿機構(gòu)。 圖 59a為轉(zhuǎn)動副 C演化為移動副的過程，此機構(gòu)又稱正弦機構(gòu)。 若將圖57b所示曲柄滑塊機構(gòu)中的轉(zhuǎn)動副B演化為移動副，圖5-10a所示的正切機構(gòu)。 構(gòu)件1僅能在一定角度范圍內(nèi)擺動，并有關(guān)系 s atan （a為擺桿擺動中心至推桿導(dǎo)路中心的距離）。 第三節(jié)平面四桿機構(gòu)曲柄存在的條件和幾個基本概念一、曲柄存在的條件 知：圖5-11所示的四桿機構(gòu)ABCD中，設(shè)a、b、c、d分別代表各桿的長度，桿AB為曲柄，桿CD為搖桿，則各桿的長度應(yīng)保證曲柄在轉(zhuǎn)動中能順利通過與機架AD共線的兩個位置AB1、 AB2 曲柄存在的條件
5、為：1）曲柄是最短桿。2）最短桿與最長桿的長度之和小于或等于其余兩桿長度之和。 在鉸鏈四桿機構(gòu)中，最短桿與最長桿的長度之和小于或等于其余兩桿長度之和時，若以最短桿為機架，則構(gòu)成雙曲柄機構(gòu)（圖512a）； 若以最短桿相對的桿為機架，則構(gòu)成雙搖桿機構(gòu)（圖512b）； 若以最短桿任一相鄰桿為機架，則構(gòu)成曲柄搖桿機構(gòu)（圖512C）。 如果鉸鏈四桿機構(gòu)中的最短桿與最長桿長度之和大于其余兩桿長度之和時，則機構(gòu)中不管以哪個桿件為機架，只能構(gòu)成雙搖桿機構(gòu)。 二、壓力角與傳動角 1、壓力角（圖5-13 ）： 主動件AB通過連桿BC傳遞力給從動件CD上，C點的力F將沿著BC方向。C點的速度是垂直于 CD，則力 F
6、與Vc之間的夾角稱為壓力角。 2、傳動角： 連桿與從動件（搖桿）軸線之間所夾銳角稱為傳動角。 由圖可知，r90，角愈小，r角愈大，傳動效率愈高。 機構(gòu)在運轉(zhuǎn)過程中，傳動角r是變化的。 三、行程速度變化系數(shù) 圖514所示的擺動導(dǎo)桿機構(gòu)，曲柄AB等速回轉(zhuǎn)，當(dāng)曲柄由AB位置這時針轉(zhuǎn)過 1角到達AB位置時，擺動導(dǎo)桿由B/C擺過 角至BC，所需時間為t1，當(dāng)曲柄繼續(xù)轉(zhuǎn)過 角回到AB位置，導(dǎo)桿就由HC擺回至B / C的位置，所需時間為t2 1=180+ 2=180- 因12 故t1t2 導(dǎo)桿擺動的平均角速度 1 2 1= - 2=- t1 t2由此可知，導(dǎo)桿來回擺動的平均角速度不等，因此具有急回運動特征。
7、為了表達該特征的相對程度，設(shè) 2 t11180+ K= - =- =-=- 1 t22180-K+1180-K-1式中K機構(gòu)從動桿行程速度變化系數(shù)； 極位夾角，即曲柄在兩極限位置時 所夾銳角，也等于導(dǎo)桿的擺角 。 四桿機構(gòu)急回特征取決于： 機構(gòu)運動中有無極位夾角。 如圖515a所示的對心式曲柄滑塊機構(gòu)，極位夾角 0，故無急回特征。 圖515b所示的偏置式曲柄滑塊機構(gòu)及圖515c所示的曲柄搖桿機構(gòu)，極位夾角總大于零，故機構(gòu)運動中有急回特征。 四、死點位置（圖5-16） 1、死點位置： 連桿作用于曲柄上的力通過鉸鏈中心 ，不論力多大，都不能使曲柄轉(zhuǎn)動，機構(gòu)所處的這一位置稱為死點位置。 2、克服機構(gòu)
8、運轉(zhuǎn)過程中的死點位置和運動不確定的轉(zhuǎn)向點： （1）可在從動構(gòu)件上安裝轉(zhuǎn)動慣量大的飛輪； （2）將機構(gòu)錯位排列； 圖517所示的汽車發(fā)動機。 第四節(jié)平面四桿機構(gòu)的設(shè)計 一、平面四桿機構(gòu)的設(shè)計主要有兩類問題： 按照給定從動件的運動規(guī)律（位置、速度、加速度）設(shè)計四桿機構(gòu)； 按照給定軌跡設(shè)計四桿機構(gòu)。 二、平面四桿機構(gòu)設(shè)計的方法有： 1.圖解法 2.解析法 3.實驗法 三、圖解法 （一）按給定的行程速度變化系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu)（圖5- 18） 1知行程速度變化系數(shù)K，搖桿CD的長度和擺動的角度 ，要求設(shè)計四桿機構(gòu)。 設(shè)計步驟如下： 1）計算極位夾角 K-1 =180 - K+1 2）任意選定轉(zhuǎn)動副D的位置
9、，并按CD之長和角大小畫出搖桿的兩個極限位置C1D和C2D。 3）連接 C1C2，過 C2作 C1C2 N=90 ，過 C1 作直線C1M垂直于C1C2，C1M與C2N相交于P點。作C1C2P三點的外接圓，則圓弧PC1C上任意一點 A與 C1 、C2 連線的夾角上C1AC2均為所要求的極位夾角 。 4） A點位置確定后，按曲柄搖桿機構(gòu)極限位置，曲柄與連桿共線的原理可得 AC2ab，AC1ba，由此可求出。 曲柄長度 AC2AC1 a= - 2 連桿長度 bAC2aAC1a 2偏置曲柄滑塊機構(gòu) （圖519）： 知行程速度變化系數(shù)K，滑塊的行程s及偏距e，在計算出極位夾角后，作一直線C1C2S，它
10、代替了曲柄搖桿機構(gòu)中的弦線C1C2，然后按上述完全相同的方法作出曲柄回轉(zhuǎn)中心 A所在的圓弧C 1AC2。 （二）按給定連桿的兩個或三個位置設(shè)計四桿機構(gòu)（圖 520） B1 C1、 B2 C2、 B3 C3是連桿要通過的三個位置，該四桿機構(gòu)可如下求得 l）連接B1B2、B2B3、C1C2、C2C3。 2）分別作B1B2、B2B3的中垂線b12、b23，兩條中垂線相交于A點。 3）分別作 C1 C2、C2 C3的中垂線 C12、C23，兩條中垂線相交于 D點。 （三）按給定連架桿對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)（圖52la） 已知四桿機構(gòu)曲柄AB、機架CD的長度，AB的三個位置AB1、AB2、AB3和構(gòu)件CD
11、上某一直線DE的三個對應(yīng)位置DE1、DE2、DE3（即三組對應(yīng)擺角 1 、2 、3 和1、2、3），要求設(shè)計該鉸鏈四桿機構(gòu)（即要求求出連桿BC、搖桿CD的長度）。 設(shè)計步驟（該機構(gòu)的設(shè)計可以采用反轉(zhuǎn)法的原理）1）按給定機架的長度定出回轉(zhuǎn)中心A、D的位置，作出兩構(gòu)件三個對應(yīng)位置AB1、AB2、AB3和DE1、DE2、DE3。2）連接DB2、DB3及B2E2、B3E3，得DB2E2、DB3E3。 3）作DB2E1 DB2E2,DB3E1 DB3E3，得點B2和B3。4）作 B1B2、B2B3的垂直平分線，并相交于C1點，即為連桿B1C1、搖桿C1D連接點的鉸鏈中心。 二、解析法 （一）鉸鏈四桿機構(gòu)
12、的傳動特性及設(shè)計 l傳動特性(圖522) 鉸鏈四桿機構(gòu)中，各桿長度分別用a、b、c、d表示。主動桿AB的轉(zhuǎn)角中和從動桿DC的轉(zhuǎn)角 之間的關(guān)系可如下求得： cossintan 1 ad aAEADEBEDEB 又因最后得從動桿DC的轉(zhuǎn)角為： cos22 cos2cos cos222 2222 2222 addac adcba DBDCDBDCBC cos22 cos2arccoscossincot 22 222221 addac addcbaad aarc 從動桿的角速度：傳動比i )cos2(4 )cos2(sincoscos2 2222222 222222 12 addcbacb addcbadadadda adtd )cos2(4 )cos2(sincoscos2 2222222 22222212 addcbacb addcbadadadda addi 2近似線性鉸鏈四桿機構(gòu)設(shè)計(圖523a) 鉸鏈四桿機構(gòu)都具有非線性特性，但當(dāng)機構(gòu)處于特定位置附近工作時，卻具有近似線性特性。 曲柄滑塊機構(gòu)的傳動特性及設(shè)計： 1傳動特性： 表示滑塊位移S與曲柄角位移中之間的關(guān)系。
精密機械設(shè)計基礎(chǔ)-第五章 平面連桿機構(gòu)
