四連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計.ppt

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1、章連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計,從本章開始系統(tǒng)介紹幾種常用機(jī)構(gòu)的原理、類型、應(yīng)用及設(shè)計,研究內(nèi)容,4-1平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化 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 *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、傳動角、死點(diǎn)、急回運(yùn)動、行程速比系數(shù)等基本概念。 設(shè)計平面四桿機(jī)構(gòu)的方法。 能用解析法和圖解法對平面四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析。,曲柄存在條件的全面分析、平面多桿機(jī)構(gòu)的傳動角和平面四桿機(jī)構(gòu)最小傳動角的確定。,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,連桿機(jī)構(gòu),

2、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)動的連桿機(jī)構(gòu)。,,(planar linkage),(spatial linkage),平面連桿機(jī)構(gòu)的幾個基本概念：,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構(gòu)件。,曲柄連架桿中能繞機(jī)架作整軸轉(zhuǎn)動的構(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)擺動的構(gòu)件。,請區(qū)分構(gòu)件名稱,周轉(zhuǎn)副能作整周轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動副。,擺轉(zhuǎn)副不能作整周轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動副。,,請區(qū)分一下,轉(zhuǎn)動副,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)星太陽能板的展開機(jī)構(gòu)，機(jī)械手的傳動機(jī)構(gòu)，折疊傘的收放機(jī)構(gòu)以及人體假肢等等，都是

3、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)是其原動件1的運(yùn)動都要經(jīng)過一個不直接與機(jī)架相聯(lián)的中間構(gòu)件2才能傳動從動件3，這個不直接與機(jī)架相聯(lián)的中間構(gòu)件稱為連桿，而把具有連桿的這些機(jī)構(gòu)統(tǒng)稱為連桿機(jī)構(gòu)。,構(gòu)件可長，用于遠(yuǎn)距離的操作。如挖掘機(jī)、車閘。,杠桿特性，用于增力。,運(yùn)動形式多樣，可用于運(yùn)動轉(zhuǎn)換。,連架桿位置對應(yīng)，用于控制。,連桿位置多變，用于特定運(yùn)動規(guī)律。,連桿曲線豐富，用于特定軌跡。,運(yùn)動形式多樣，可用于運(yùn)動轉(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)動副為面接觸，壓強(qiáng)小，承載能力大，耐沖擊，并且便于潤滑，磨損小。

4、,2、其運(yùn)動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保證構(gòu)件運(yùn)動，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。,3、可以實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動規(guī)律和特點(diǎn)軌跡要求。,平面連桿機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn),3、不易精確地滿足各種運(yùn)動規(guī)律和運(yùn)動軌跡的要求。,1、當(dāng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜時累計誤差較大，影響其傳動精度。,2、慣性力不容易平衡，不適合于高速傳動。,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)動學(xué)的范圍，還注重動力學(xué)方面的研究。,平面連桿機(jī)構(gòu)中最簡單、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。,4-1 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化,二、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型、應(yīng)用及其

5、演化,一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中曲柄存在的條件,三、具有移動副的四桿機(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)動副均為轉(zhuǎn)動副時的四桿機(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,曲柄的兩個極限位置AB1

6、、AB2。,,,,,,B1C1D中,B2C2D中,,桿長條件,,,,A、B均為周轉(zhuǎn)副,周轉(zhuǎn)副存在條件：,1）最短桿長度 + 最長桿長度 其余兩桿長度之和。 2）組成該周轉(zhuǎn)副的兩桿中必有一桿為最短桿。,,條件1）稱為桿長條件。,不滿足桿長條件時，則沒有周轉(zhuǎn)副，而只能獲得雙搖桿機(jī)構(gòu)。,滿足桿長條件時，有最短桿參與構(gòu)成的轉(zhuǎn)動副都是周轉(zhuǎn)副，而其余轉(zhuǎn)動副則是擺轉(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）各桿的長度應(yīng)滿足桿長條件，即 最短桿長度 + 最長桿長度 其余兩桿長度之和。,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）,,

7、二、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型、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)常以曲柄為原動件，將曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動。,雷達(dá)天線機(jī)構(gòu),攪拌機(jī)機(jī)機(jī)構(gòu),此時連桿作平面運(yùn)動，連桿上各點(diǎn)的軌跡能形成不同的封閉曲線。,玩具狗腿的動作也利用連桿曲線的特殊軌跡。,2）此種機(jī)構(gòu)中，若以搖桿為原動件，則可將搖桿的往復(fù)擺動轉(zhuǎn)變?yōu)榍倪B續(xù)轉(zhuǎn)動。,2）雙曲柄機(jī)構(gòu),當(dāng)以短邊為機(jī)架

8、時，為一般雙曲柄機(jī)構(gòu)。,兩曲柄的轉(zhuǎn)動方向相同或相反。,雙曲柄機(jī)構(gòu)的應(yīng)用,慣性篩機(jī)構(gòu),將原動曲柄的等速轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)閺膭忧淖兯俎D(zhuǎn)動，從而使篩子具有較大慣性力而篩分物料。,東莞理工學(xué)院專用,旋轉(zhuǎn)式葉片泵,,在雙曲柄機(jī)構(gòu)中，若相對兩桿的長度相等且平行，兩曲柄的轉(zhuǎn)向相同，稱為正平行四邊形機(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；,2）連桿作平動，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)車驅(qū)動裝置,攝影升降機(jī)構(gòu),用正平行四邊形機(jī)構(gòu)傳遞動力,用連桿作平移運(yùn)動,,播種機(jī)料斗機(jī)構(gòu),在雙曲柄機(jī)構(gòu)中，若相對兩桿的長度相等，但不平行(BC與AD)，兩曲柄轉(zhuǎn)向相反（AB與CD），稱為反平行四邊形

9、機(jī)構(gòu)。,反平行四邊形機(jī)構(gòu)（逆平行四邊形機(jī)構(gòu)）：,車門開閉機(jī)構(gòu) （主、從動曲柄反向轉(zhuǎn)動。）,東莞理工學(xué)院專用,作者：潘存云教授,反平行四邊形機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)中兩相對桿的長度分別相等，但不平行。,--車門開閉機(jī)構(gòu),注：平行四邊形機(jī)構(gòu)在共線位置出現(xiàn)運(yùn)動不確定。,采用兩組機(jī)構(gòu)錯開排列。,火車輪,3）雙搖桿機(jī)構(gòu)(double crock mechanism),2）若鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)各桿的長度不滿足桿長條件，則無周轉(zhuǎn)副，此時不論以何桿為機(jī)架，均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。,1）若鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)各桿的長度滿足桿長條件，取與最短桿相對的構(gòu)件為機(jī)架。,最短桿長度 + 最長桿長度 其余兩桿長度之和。,東莞理工學(xué)院專用,作者：潘存云教授

10、,作者：潘存云教授,,,雙搖桿機(jī)構(gòu)特征：兩個搖桿,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。,通過構(gòu)件2的整周轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)搖桿AB 的往復(fù)擺動。,等腰梯形機(jī)構(gòu)：在雙搖桿機(jī)構(gòu)中若兩搖桿長度相等，則稱為等腰梯形機(jī)構(gòu)。,汽車前輪轉(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上運(yùn)動，避免重物平移時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)

11、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個周轉(zhuǎn)副，一個擺轉(zhuǎn)副。當(dāng)其以短桿為機(jī)架時為雙曲柄機(jī)構(gòu)；當(dāng)其以長桿為機(jī)架時為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)當(dāng)相鄰兩桿重疊在一起時，將退化為二桿機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動不確定。,,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。,常見的演化方法：,1）改變構(gòu)件的形狀和運(yùn)動尺寸；,,2）改變運(yùn)動副的尺寸；,3）選用不同的構(gòu)件為機(jī)架；,4）運(yùn)動副元素的逆換。,1) 得到所要求的運(yùn)動性能；,2) 改善受力狀況；,3) 滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。,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)計方法卻常常是相同或類似的，這就為連桿機(jī)構(gòu)的研究提

12、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、具有移動副的四桿機(jī)構(gòu)及其演化,改變相對桿長、轉(zhuǎn)動副演化為移動副。,具有移動副的四桿機(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：,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),,變換單移動副機(jī)構(gòu)的機(jī)架。,,,,再次改變相對桿長，將另一個轉(zhuǎn)動副演化為移動副。,(一) 變換單移動副機(jī)構(gòu)的機(jī)架,

13、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，即得。,桿4稱為導(dǎo)桿，滑塊3相對導(dǎo)桿4作相對滑動，并隨桿2一起轉(zhuǎn)動，一般取桿2為原動件。,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)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),2）擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),,轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),插床主體機(jī)構(gòu)(AB

14、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)相鄰兩桿之間的開合動作也是由搖塊機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。,作者：潘存云教授,滑塊3為定塊，一般取桿1為原動件，桿2繞C點(diǎn)往復(fù)擺動，而桿4僅相對滑塊3作往復(fù)移動。,定塊機(jī)構(gòu)（移動導(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，即得定塊機(jī)構(gòu)。,應(yīng)用：e.g.抽水泵、抽油泵。,移動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（定塊機(jī)構(gòu)）,抽水泵,手動抽油泵,東莞理工學(xué)院專用,(二) 改變構(gòu)件的形狀和運(yùn)動尺寸,,,,,,,偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu),對心曲柄滑塊機(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

15、,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。,作（1）的轉(zhuǎn)化，并將連桿2長度增至無限長,通常稱其為正弦機(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)的其中兩桿桿長增至無窮大，可演化為具有兩個移動副的四桿機(jī)構(gòu)雙滑塊（轉(zhuǎn)塊）機(jī)構(gòu)。,按照兩個移動副所處的位置不同，雙滑塊機(jī)構(gòu)可分為四種形式：,（1）兩移動副不相鄰,a） 圖的正切機(jī)構(gòu)（其從動件3的位移與主動件1的轉(zhuǎn)角正切成正比）,（2）兩移動副相鄰且其中一個與機(jī)架相連,b） 圖的正弦機(jī)構(gòu)（其從動件3的位移與曲柄1的轉(zhuǎn)

16、角正弦成正比）,,,,特點(diǎn)：從動構(gòu)件與主動構(gòu)件的接觸點(diǎn)到轉(zhuǎn)軸的距離是隨主動構(gòu)件的位移變化的。,（3）兩移動副相鄰但都不與機(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，可以主動補(bǔ)償主、從動軸由于對中不良而產(chǎn)生的位置誤差。,雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu),（4）兩移動副相鄰且都與機(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)兩個滑塊在機(jī)架的滑槽中移動時，連桿上各點(diǎn)的軌跡是長短半徑不同的橢圓。,東莞理工學(xué)院專用,(三)改變運(yùn)動副的尺寸,,偏心輪機(jī)構(gòu)(eccentric mechanism),,,,,當(dāng)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)需要使曲柄尺寸過小而不便加工，或因運(yùn)動要求需要加大曲柄的重量以增大慣性力時，可將回轉(zhuǎn)副B同心

17、放大至將A也包括在內(nèi)，即桿1放大為圓盤1，圓盤1的幾何中心為B，轉(zhuǎn)動中心為偏心A。,稱圓盤1為偏心輪，該機(jī)構(gòu)稱為偏心輪機(jī)構(gòu)。偏心輪中A點(diǎn)和B點(diǎn)之距稱為偏心距e，它與原曲柄等長，其余各桿長也對應(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、壓力角與傳動角,三、機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置,四、連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動的連續(xù)性,一、急回特性和行程速比系數(shù)K,2、急回運(yùn)動(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

18、連桿兩次共線位置時曲柄之間所夾銳角 稱為極位夾角。,當(dāng)AB與BC兩次共線時，輸出件CD處于兩極限位置。搖桿在兩極限位置所夾角稱為擺角。,,,,,,,,,,,曲柄轉(zhuǎn)角,對應(yīng)的時間,搖桿點(diǎn)C的 平均速度,,),),2、急回運(yùn)動(quick-return motion),t1t2,v2v1,在曲柄等速回轉(zhuǎn)的情況下 ，搖桿往復(fù)擺動速度快慢不同的運(yùn)動，稱為急回運(yùn)動。,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，把從動件往復(fù)擺動平均速度的比值（大于1）稱為行程速比

19、系數(shù)，即,由,極為夾角為,四桿機(jī)構(gòu)有無急回運(yùn)動，取決于曲柄與連桿共線位置的夾角，即有無極位夾角，不論是何種機(jī)構(gòu)，只要機(jī)構(gòu)在運(yùn)行過程中具有極位夾角，則該機(jī)構(gòu)就具有急回作用。 角越大，則K值越大，說明急回運(yùn)動的性質(zhì)也越顯著。,,有急回特性。,曲柄擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),,有急回特性。,二、壓力角和傳動角,1、壓力角(pressure angle),從動件CD受的力F的作用線與力作用點(diǎn)C的絕對速度vc 所夾銳角，稱為此位置的壓力角。,在不計摩擦力、重力、慣性力的條件下，機(jī)構(gòu)中驅(qū)使輸出件運(yùn)動的力的方向線與輸出件上受力點(diǎn)的速度方向線所夾的銳角。,,,由力的分解： 沿著速度方向的有效分力,垂直于Ft的分力,,力F

20、2 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，對連桿機(jī)構(gòu)中的壓力角提出了限制，最大不能超過 4050， 即： < = 4050,,越小，受力越好。,越大，受力越好。,2、傳動角(transmission angle）,壓力角的余角稱為機(jī)構(gòu)在此位置的傳動角。 = 90- ,,,,機(jī)構(gòu)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，傳動角 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)的最小傳動角位置,原動件為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

21、)得：,是隨各桿長和原動件轉(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各桿長確定 當(dāng) = 0時，即曲柄與機(jī)架重疊共線，cos =+1, 取最小值。,當(dāng) =180時，即曲柄與機(jī)架拉直共線，cos =-1, 取最大值。,,曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的最小傳動角 min必出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架共線的兩個位置上，即 為 min或 max時的兩個位置，比較這兩個位置傳動角，即可求出最小傳動角min。,即： min = min min = 180- max,以AB為原動件的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，,當(dāng)曲柄和機(jī)架處于兩共線位置

22、時，連桿和輸出件的夾角 最小和最大（ ）。,曲柄滑塊機(jī)構(gòu)min何時出現(xiàn)？,,,導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),,,三、機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置,指從動件的傳動角 =0(或=90)時機(jī)構(gòu)所處的位置。（不考慮構(gòu)件的重力、慣性力和運(yùn)動副中的摩擦力的影響）,1、死點(diǎn)(dead point)位置,,對于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)搖桿1為主動件，當(dāng)連桿與曲柄共線時的位置，即：搖桿處于兩個極限位置時，經(jīng)過連桿2傳給從動曲柄3的驅(qū)動力F，通過曲柄的轉(zhuǎn)動中心A。對從動曲柄3的有效力矩為零，故不能推動曲柄轉(zhuǎn)動,機(jī)構(gòu)處于卡死位置，機(jī)構(gòu)的這種位置稱為死點(diǎn)位置。,此時傳動角 =0 （或=90）。,機(jī)構(gòu)是否有死點(diǎn)位置與哪一構(gòu)件為主動件有關(guān)。,曲柄搖桿機(jī)

23、構(gòu)，當(dāng)曲柄為主動件時無死點(diǎn)位置，但有極限位置，當(dāng)搖桿為主動件時有死點(diǎn)位置。,曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，當(dāng)以滑塊3為主動件時有死點(diǎn)位置。,平行四邊形機(jī)構(gòu)，連桿與曲柄共線時傳動角為0 （轉(zhuǎn)向點(diǎn)），從動曲柄可能向正反兩個方向轉(zhuǎn)動，機(jī)構(gòu)運(yùn)動不確定，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)計中常采用限制擺桿的角度來避免死點(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死點(diǎn)。,（1）利用飛輪慣性來克服死點(diǎn)位置,蒸汽機(jī)車車輪聯(lián)動機(jī)構(gòu)，左右車輪兩組曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，曲柄AB與AB位置錯開90。,（2）利用機(jī)構(gòu)錯位排列法來克服死點(diǎn)位置。,2、死點(diǎn)位置在機(jī)構(gòu)中的作用,鉆床工件夾緊

24、機(jī)構(gòu),飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu),東莞理工學(xué)院專用,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

25、,（1）最長桿與最短桿的長度之和應(yīng)其他兩桿長度之和,此時，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。,稱為桿長條件。,東莞理工學(xué)院專用,作者：潘存云教授,（1）當(dāng)滿足桿長條件時，說明存在周轉(zhuǎn)副，當(dāng)選擇不同的構(gòu)件作為機(jī)架時，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)。,分析說明（判斷機(jī)構(gòu)類型的步驟）,（2）當(dāng)不滿足桿長條件時，無周轉(zhuǎn)副，此時無論取哪一桿件為機(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)院專用,作者：潘存云教授,2. 急回運(yùn)動與行程速比系數(shù),在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄與連桿兩次共線時，搖桿位于兩個極

26、限位置，簡稱極位(extreme position)。,(1) 當(dāng)曲柄以逆時針轉(zhuǎn)過180+時，搖桿從C1D位置擺到C2D。,所花時間為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 稱為極位夾角(crack angle between extreme positions)。 搖桿之間的夾角稱為 擺角（C1DC2）,東莞理工學(xué)院專用,,作者：潘存云教授,(2) 當(dāng)曲柄以繼續(xù)轉(zhuǎn)過180-時，搖桿從C2D位置擺到C1D，所花時間為t2 ,平均速度為V2 , 那么有：,,180-,顯然：t1 t2 V2 V1,搖桿的這種特性稱為急回運(yùn)動(quick-re

27、turn motion)。,稱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。,說明:1)只要 0 ， 就有 K1，存在急回運(yùn)動。,3)設(shè)計新機(jī)械時，往往先給定K值，于是:,,,B2,東莞理工學(xué)院專用,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： 對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的急回特性如何？,東莞理工學(xué)院專用,作者：潘存云教授,當(dāng)BCD90時， BCD,,3.壓力角和傳動角,(1)壓力角(pressure angle)：

28、 從動件驅(qū)動力F與力作用點(diǎn)絕對速度之間所夾銳角。,設(shè)計時要求:min40-- 50,(3)min出現(xiàn)的位置：,當(dāng)BCD90時，,180- BCD,切向分力: F= Fcos,法向分力: F”= Fcos,, F,對傳動有利。,= Fsin (+ =90),可以證明：此位置一定是：曲柄與機(jī)架兩次共線位置之一。,,(2)傳動角(transmission angle) 可用的大小來表示機(jī)構(gòu)傳力性能的好壞。,當(dāng)BCD最小或最大時，都有可能出現(xiàn)min,,,(Vc),東莞理工學(xué)院專用,作者：潘存云教授,,證明：由余弦定律有： (第一次共線) B1C1Darccosb2+c2-(d-a)2/(2bc

29、) (8-7a),B2C2Darccosb2+c2-(d+a)2/(2bc),若B1C1D90,則,若B2C2D90, 則,1B1C1D,2180-B2C2D (8-7b),(4)機(jī)構(gòu)的傳動角一般在運(yùn)動鏈最終一個從動件上度量。,,,,minB1C1D, 180-B2C2Dmin,,,(第二次共線),東莞理工學(xué)院專用,作者：潘存云教授,,4.機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置,(1)定義 搖桿為主動件，且連桿與曲柄兩次共線時，有：,此時機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動.,(2)避免措施： 兩組機(jī)構(gòu)錯開排列，如火車輪機(jī)構(gòu);,稱此位置為：,“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

30、專用,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)院專用,作者：潘存云教授,四.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動連續(xù)性,(1) 定義：指連桿機(jī)構(gòu)能否連續(xù)實(shí)現(xiàn)給定的各個位置。,(2) 名詞：可行域：搖桿的運(yùn)動范圍。,不可行域：搖桿不能達(dá)到的區(qū)域。,錯位不連續(xù)：設(shè)計時不能要求從一個可行域跳過不可行域進(jìn)入另 一個可行域。,錯序不連續(xù)：右圖，要求連桿依次占據(jù)B1C1、B2C2、B3C3，則只有當(dāng)曲柄AB逆時針轉(zhuǎn)動才是可能的，而當(dāng)AB順時針轉(zhuǎn)動，則不能滿足預(yù)期的次序要求，稱這種不連續(xù)問題為錯序不連續(xù)。,錯序不連續(xù),(3) 設(shè)計連桿機(jī)構(gòu)時，應(yīng)滿足運(yùn)動連續(xù)性條件。,