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返回,第八章 平面連桿機構及其設計,§8-1 連桿機構及其傳動特點,§8-2 平面四桿機構的類型和應用,§8-3 平面四桿機構的基本知識,§8-4 平面四桿機構的設計,§8-5 多桿機構,連桿機構常用其所含的桿數(shù)而命名，,故此類機構統(tǒng)稱為連桿機構。,§8-1 連桿機構及其傳動特點,1.應用舉例,契貝謝夫四足步行機構（圖片、動畫）,2.連桿機構,曲柄滑塊機構,擺動導桿機構,此類機構的共同特點：,機構的原動件1和從動件3的運動都需要經(jīng)過連桿2來傳動。,機構中的運動副一般均為低副。,故此類機構也稱低副機構。,連桿機構中的構件多呈現(xiàn)桿的形狀，,故有四桿機構、六桿機構等。,例8-1 鉸鏈四桿機構,故常稱構件為桿。,,,,構件多呈現(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。,,連桿機構及其傳動特點(2/2),3.傳動特點,運動副一般為低副；,優(yōu)點：,,,,§8-2 平面四桿機構的類型和應用,1.四桿機構的類型,（1）基本型式,鉸鏈四桿機構,等腰梯形機構,（2）演化形式,其他型式的四桿機構可以認為是由基本型式的四桿機構演化 而來的，,其演化方法有：,1）改變構件的形狀及運動尺寸,2）改變運動副的尺寸,,,,例8-2,鉸鏈四桿機構的倒置,曲柄滑塊機構的倒置,雙滑塊機構的倒置,4）運動副元素的逆換,2.四桿機構的應用,（1）基本型式四桿機構的應用,（2）演化型式四桿機構的應用,平面四桿機構的類型和應用(2/2),,3）選用不同的構件為機架,,,,（即機構的倒置）,§8-3 平面四桿機構的基本知識,1.鉸鏈四桿機構有曲柄的條件,最短桿長度＋最長桿長度≤其余兩桿長度之和；,組成該周轉副的兩桿中必有一桿為最短桿。,（2）鉸鏈四桿機構有曲柄的條件,最短桿為連架桿或機架。,例8-3 鉸鏈四桿機構,（1）周轉副的條件,1）各桿長度滿足桿長條件,,其中第一個條件稱為桿長條件。,各桿長度應滿足桿長條件；,2）各桿長度不滿足桿長條件,,,,此時不論以何桿為機架，機構均為雙搖桿機構。,則機構為雙曲柄機構；,當最短桿為連架桿時，,如果各桿長度不滿足桿長條件，,則機構無周轉副，,例8-4 偏置曲柄滑塊機構,偏置曲柄滑塊機構有曲柄的條件：,連架桿長度＋偏距≤連桿的長度；,連架桿為最短桿。,對心曲柄滑塊機構有曲柄的條件：,連架桿長度≤連桿的長度；,連架桿為最短桿。,平面四桿機構的基本知識(2/5),,則機構為曲柄搖桿機構；,當最短桿的相對桿為機架時，,當最短桿為機架時，,機構為雙搖桿機構。,結論：,如果鉸鏈四桿機構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,當主動件曲柄等速轉動時，從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)K,結論,且θ 角越大，K值越大，機構的急回性質(zhì)也越顯著。,例8-5 牛頭刨床機構,當機構存在極位夾角θ 時，機構便具有急回運動特性；,,例8-6 對心曲柄滑塊機構,例8-7 偏置曲柄滑塊機構,平面四桿機構的基本知識(3/5),,,,連桿BC與從動件CD之間所夾的銳角γ 稱為四桿機構在此位置 的傳動角。,且 γ ＝90°－ α ≤90°,最小傳動角的確定： 對于曲柄搖桿機構， γmin出現(xiàn)在主動件 曲柄與機架共線的兩位置之一。,為了保證機構傳力性能良好，,3．四桿機構的傳動角,,對于曲柄搖桿機構，以搖桿CD為主動件，則當連桿與從動件 曲柄共線時，機構的傳動角γ＝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中心，出現(xiàn)了不能使構件AB 轉動的“頂死” 現(xiàn)象，,機構的這種位置稱為“死點”。,4.死點,例8-9 曲柄滑塊機構,例8-10 擺動導桿機構,例8-8 曲柄搖桿機構,平面四桿機構的基本知識(4/5),,,,（1）克服死點的方法,1）利用安裝飛輪加大慣性的方法，借慣性作用使機構闖過死 點。,2）采用將兩組以上的同樣機構組合使用，且使各組機構的死 點位置相互錯開排列的方法。,（2）死點的應用,例8-11 飛機起落架收放機構,例8-12 折疊式桌的折疊機構,,平面四桿機構的基本知識(5/5),,,,5．連桿機構的運動連續(xù)性,§8-4 平面四桿機構的設計,1. 連桿機構設計的基本問題,例8-13 流量指示機構,例8-14 牛頭刨床機構,（2）滿足預定的連桿位置要求,連桿機構設計的基本問題是根據(jù)給定的要求選定機構的型式， 確定各構件的尺寸，同時還要滿足結構條件、動力條件和運動連 續(xù)條件等。,（1）滿足預定的運動規(guī)律的要求,即滿足兩連架桿預定的對應位置要求,（又稱實現(xiàn)函數(shù)的問題)；,即要求連桿能占據(jù)一系列預定位置,例8-15 小型電爐爐門的開閉機構,滿足給定行程速比系數(shù)K的要求等。,（又稱剛體導引問題）。,,,,（3）滿足預定的軌跡要求,圖解法、解析法和實驗法。,即要求在機構的運動過程中，連桿上某些點的軌跡能滿足預 定的軌跡要求。,例8-16 鶴式起重機,例8-17 攪拌機構,連桿機構的設計方法有：,2. 用解析法設計四桿機構,（1）按預定的運動規(guī)律設計,1）按預定的兩連架桿對應的位置設計,2）按期望函數(shù)設計四桿機構,（2）按預定的連桿位置設計,平面四桿機構的設計(2/6),,（3）按預定的運動軌跡設計,例1,例2,,,,3. 用作圖法設計四桿機構,,固定鉸鏈 A、D ：,,,活動鉸鏈 B、C ：,圓心,圓或圓弧,i =1、2、···、N,圖解設計問題——作圖求解各鉸鏈中心的位置問題。,各鉸鏈間的運動關系：,3.1 圖解設計的基本原理,平面四桿機構的設計(3/6),,,,,,接下來，將原機構的各位置的構型均視為剛體，并向某一選定位置相對移動，使新機架的各桿位置重合，便可得新連桿相對于新機架的各個位置，即實現(xiàn)了機構的倒置。,這樣，就將求活動鉸鏈的位置問題轉化為求固定鉸鏈的位置問題了。,這種方法又稱為反轉法。,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架，而將其相對的桿視為新連桿。,機構的倒置原理,平面四桿機構的設計(4/6),,,,3.2圖解設計的具體方法,（1）按連桿預定的位置設計,1）已知活動鉸鏈中心的位置,2）已知固定鉸鏈中心的位置,求解條件討論：,當N＝3時，,當N＝2時，,當N＝4時，,當N＝5時，,（2）按兩連架桿預定的對應位置設計四桿機構,1）已知兩連架桿三對對應位置,2）已知兩連架桿四對對應位置,,有唯一解；,有無窮多解；,可能有無窮多解；,可能有解或無解；,平面四桿機構的設計(5/6),,,,（3）按給定的行程速比系數(shù)設計四桿機構,例8-18 曲柄搖桿機構,例8-19 曲柄滑塊機構,例8-20 擺動導桿機構,4. 用實驗法設計四桿機構,（1）按兩連架桿的多對對應位置設計,（2）按預定的軌跡設計,,平面四桿機構的設計(6/6),,,,§8-5 多桿機構,1.多桿機構的功用,（1）取得有利的傳動角,（2）獲得較大的機械效益,（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）擴大機構從動件的行程,（6）使機構從動件的行程可調(diào),（7）實現(xiàn)特定要求下的平面導引,結論 由于多桿機構的尺度參數(shù)較多，因此它可以滿足更為 復雜的或?qū)崿F(xiàn)更加精確的運動規(guī)律要求和軌跡要求。但其設計也 較困難。,,,,（1）多桿機構的分類,1）按桿數(shù)分,五桿、六桿、八桿機構等；,2）按自由度分,單自由度、兩自由度和三自由度多桿機構。,（2）六桿機構的分類,1）瓦特（Watt）型，有Ⅰ型、Ⅱ型兩種。,多桿機構(2/3),,,2.多桿機構的類型,瓦特型,斯蒂芬森型,瓦特Ⅰ型,瓦特Ⅱ型,,,,2）斯蒂芬森（Stephenson）型，有Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型三種。,斯蒂芬森Ⅰ型,斯蒂芬森Ⅱ型,斯蒂芬森Ⅲ型,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,多桿機構(3/3),,（3）六桿機構的應用,契貝謝夫四足機器人,它是利用連桿曲線特性，當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。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,