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2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),1,第五章平面連桿機構(gòu),主要內(nèi)容概述平面四桿機構(gòu)的分類平面四桿機構(gòu)曲柄存在的條件和幾個基本概念平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,重點:平面四桿機構(gòu)的三種基本型式及運動特性，著重掌握曲柄搖桿機構(gòu)；平面四桿機構(gòu)存在曲柄的兩個條件；掌握鉸鏈平面四桿機構(gòu)的演化途徑。,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),2,一、定義許多構(gòu)件用低副（轉(zhuǎn)動副和移動副）連接組成的平面機構(gòu)。主要用來傳遞運動、放大位移或改變位移。,二、特點優(yōu)點：全低副（面接觸），利于潤滑，故磨損小、傳載大、壽命長；易加工，精度高，制造成本低等。缺點：不能精確實現(xiàn)復(fù)雜的運動規(guī)律，設(shè)計計算較復(fù)雜，慣性力不易平衡等。,5-1概述,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),3,最簡單的平面連桿機構(gòu)：,,二桿,最簡單,三桿不可能,,平面四桿機構(gòu),平面四桿機構(gòu),平面四桿機構(gòu)是能實現(xiàn)各種運動形式轉(zhuǎn)換的最簡單的連桿機構(gòu)。,由N個構(gòu)件用低副連接而成的機構(gòu)稱為平面N桿機構(gòu),2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),4,,,第2章平面連桿機構(gòu),主要內(nèi)容概述平面四桿機構(gòu)的分類平面四桿機構(gòu)曲柄存在的條件和幾個基本概念平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),5,5-2平面四桿機構(gòu)的分類,平面鉸鏈四桿機構(gòu)——全部用轉(zhuǎn)動副連接,一、鉸鏈四桿機構(gòu),連桿,連架桿,連架桿,機架,連桿——不與機架直接相連的構(gòu)件。,連架桿,曲柄——能繞與機架構(gòu)成的轉(zhuǎn)動副中心整周轉(zhuǎn)動。,搖桿(擺桿)——僅能在小于360的某一角度內(nèi)擺動。,機架——機構(gòu)的固定構(gòu)件。,,,各桿名稱,整轉(zhuǎn)副——組成轉(zhuǎn)動副的兩構(gòu)件能作整周相對轉(zhuǎn)動。,擺動副——組成轉(zhuǎn)動副的兩構(gòu)件只能在小于360內(nèi)相對轉(zhuǎn)動。,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),6,平面連桿機構(gòu)中的連架桿常作為運動和動力的輸入構(gòu)件(主動件)與輸出構(gòu)件(從動件)。機構(gòu)主動件與從動件的運動學(xué)性質(zhì)在很大程度上決定了機構(gòu)的性質(zhì)與用途。平面連桿機構(gòu)常以連架桿尤其是從動件的運動特征來定義機構(gòu)的名稱。,5-2平面四桿機構(gòu)的分類,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),7,曲柄搖桿機構(gòu),雙曲柄機構(gòu),雙搖桿機構(gòu),鉸鏈四桿機構(gòu),,,鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式,整轉(zhuǎn)副,擺動副,,,,,,,,,,,5-2平面四桿機構(gòu)的分類,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),8,顎式破碎機,整轉(zhuǎn)副,擺動副,1、曲柄搖桿機構(gòu),5-2平面四桿機構(gòu)的分類,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),9,牛頭刨床橫向自動進給機構(gòu),整轉(zhuǎn)副,擺動副,5-2平面四桿機構(gòu)的分類,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),10,,活塞泵,5-2平面四桿機構(gòu)的分類,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),11,雷達天線,5-2平面四桿機構(gòu)的分類,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),12,縫紉機踏板機構(gòu),2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),13,整轉(zhuǎn)副,整轉(zhuǎn)副,曲柄,曲柄,旋轉(zhuǎn)式水泵,2、雙曲柄機構(gòu),5-2平面四桿機構(gòu)的分類,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),14,,,,,,,A,B,D,C,,1,2,3,4,,E,6,,,,,,,,慣性篩機構(gòu),5-2平面四桿機構(gòu)的分類,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),15,,平行四邊形機構(gòu),5-2平面四桿機構(gòu)的分類,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),16,平行四邊形機構(gòu),5-2平面四桿機構(gòu)的分類,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),17,,車門啟閉機構(gòu),反平行四邊形機構(gòu),5-2平面四桿機構(gòu)的分類,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),18,平行四邊形機構(gòu)的運動不確定狀態(tài),平行四邊形機構(gòu),,5-2平面四桿機構(gòu)的分類,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),19,平行四邊形機構(gòu),解決方法：1.在主、從動曲柄上錯開一定的角度再安裝一組平行四邊形機構(gòu);,5-2平面四桿機構(gòu)的分類,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),20,解決方法：2.利用第三個平行曲柄來消除運動不確定狀態(tài)。,平行四邊形機構(gòu),5-2平面四桿機構(gòu)的分類,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),21,擺動副,擺動副,搖桿,搖桿,3、雙搖桿機構(gòu),5-2平面四桿機構(gòu)的分類,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),22,5-2平面四桿機構(gòu)的分類,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),23,鶴式起重機,搬運機構(gòu),5-2平面四桿機構(gòu)的分類,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),24,等腰梯形機構(gòu),5-2平面四桿機構(gòu)的分類,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),25,轉(zhuǎn)動副變成移動副,對心曲柄滑塊機構(gòu)e=0,偏置曲柄滑塊機構(gòu)e>0,二、含有一個移動副的四桿機構(gòu),1、曲柄滑塊機構(gòu),5-2平面四桿機構(gòu)的分類,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),26,偏置曲柄滑塊機構(gòu)e>0,對心曲柄滑塊機構(gòu)e=0,1、曲柄滑塊機構(gòu),5-2平面四桿機構(gòu)的分類,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),27,內(nèi)燃機,壓力機,1、曲柄滑塊機構(gòu),5-2平面四桿機構(gòu)的分類,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),28,5-2平面四桿機構(gòu)的分類,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),29,轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)(l1l2),2、導(dǎo)桿機構(gòu),5-2平面四桿機構(gòu)的分類,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),30,手搖唧筒,,3、搖塊機構(gòu)和定塊機構(gòu),自卸卡車舉升機構(gòu),這種通過選擇不同構(gòu)件作為機架以獲得不同機構(gòu)的方法稱為：機構(gòu)的倒置,5-2平面四桿機構(gòu)的分類,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),31,正切機構(gòu),兩個移動副不相鄰,正弦機構(gòu),兩個移動副相鄰且其中之一與機架關(guān)聯(lián),,,,,,,三、含有兩個移動副的四桿機構(gòu),5-2平面四桿機構(gòu)的分類,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),32,雙轉(zhuǎn)塊機構(gòu),兩個移動副相鄰且均不與機架關(guān)聯(lián),雙移塊機構(gòu),兩個移動副相鄰且均與機架關(guān)聯(lián),,,,,,5-2平面四桿機構(gòu)的分類,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),33,優(yōu)點：可增大軸頸的尺寸、提高構(gòu)件的強度和剛度，結(jié)構(gòu)簡化。,四、具有偏心輪的四桿機構(gòu),,,,,5-2平面四桿機構(gòu)的分類,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),34,篩料機構(gòu),手動沖床,五、四桿機構(gòu)的擴展,5-2平面四桿機構(gòu)的分類,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),35,小型刨床,5-2平面四桿機構(gòu)的分類,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),36,不能拆成多個四桿機構(gòu),5-2平面四桿機構(gòu)的分類,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),37,曲柄搖桿機構(gòu),雙曲柄機構(gòu),雙搖桿機構(gòu),鉸鏈四桿機構(gòu)的三種基本型式,,改變桿件長度用移動副取代回轉(zhuǎn)副,變更機架,擴大回轉(zhuǎn)副,鉸鏈四桿機構(gòu)的演化形式（一）含一個移動副（二）含兩個移動副,,四桿機構(gòu)的擴展——多桿機構(gòu),5-2平面四桿機構(gòu)的分類,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),38,5-3平面四桿機構(gòu)曲柄存在的條件和幾個基本概念,運動特性——傳遞和變換運動,傳力特性——實現(xiàn)力的傳遞和變換,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),39,鉸鏈四桿機構(gòu)是否存在整轉(zhuǎn)副取決于各桿的長度,一、鉸鏈四桿機構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件,以曲柄搖桿機構(gòu)為例討論整轉(zhuǎn)副存在條件,整轉(zhuǎn)副存在條件：最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度和。整轉(zhuǎn)副的位置：整轉(zhuǎn)副是由最短桿與其鄰邊組成的。,5-3平面四桿機構(gòu)曲柄存在的條件和幾個基本概念,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),40,鉸鏈四桿機構(gòu)的曲柄存在條件,曲柄搖桿機構(gòu),雙曲柄機構(gòu),雙搖桿機構(gòu),,,,,,,,,,,,D,A,B,C,,,,,A,B,C,D,,,,,,,,,,整轉(zhuǎn)副,擺轉(zhuǎn)副,,,,,(1)最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度和。(2)最短桿是連架桿或機架。,5-3平面四桿機構(gòu)曲柄存在的條件和幾個基本概念,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),41,推論1：當Lmax+Lmin≤L(其余兩桿長度之和)時最短桿是連架桿之一——曲柄搖桿機構(gòu)最短桿是機架—————雙曲柄機構(gòu)最短桿是連桿—————雙搖桿機構(gòu)推論2：當Lmax+Lmin>L(其余兩桿長度之和)時——雙搖桿機構(gòu),鉸鏈四桿機構(gòu)的曲柄存在條件(1)最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度和。(2)最短桿是連架桿或機架。,5-3平面四桿機構(gòu)曲柄存在的條件和幾個基本概念,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),42,二、壓力角和傳動角,有效分力F??Fcos??Fsin?徑向壓力F??Fsin?=Fcos??角越大，F(xiàn)?越大，F(xiàn)?越小，對機構(gòu)的傳動越有利。連桿機構(gòu)中，常用傳動角的大小及變化情況來衡量機構(gòu)傳力性能的優(yōu)劣。通常，機構(gòu)在運動過程中傳動角?是變化的，如何確定最小值？,壓力角?—作用在從動件上的驅(qū)動力的方向與該力作用點絕對速度之間所夾的銳角。傳動角?—壓力角的余角。,5-3平面四桿機構(gòu)曲柄存在的條件和幾個基本概念,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),43,,?min為?1和?2中的較小值者。為保證機構(gòu)具有良好的傳力性能，設(shè)計時通常?min≥40??50?；高速和大功率傳動機械，?min≥50。,傳動角總?cè)′J角,5-3平面四桿機構(gòu)曲柄存在的條件和幾個基本概念,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),44,,γ=0,連桿與曲柄在兩個共線位置時，主動件搖桿通過連桿作用于從動件曲柄上的力F通過其回轉(zhuǎn)中心，??0，曲柄不能轉(zhuǎn)動。,?=0,不管在主動件上作用多大的驅(qū)動力，都不能在從動件上產(chǎn)生有效分力的機構(gòu)位置，稱為機構(gòu)的死點位置。,三、死點位置,5-3平面四桿機構(gòu)曲柄存在的條件和幾個基本概念,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),45,為了使機器能夠連續(xù)的工作必須要使機構(gòu)能夠順利通過死點位置,利用飛輪慣性,機構(gòu)錯位排列,5-3平面四桿機構(gòu)曲柄存在的條件和幾個基本概念,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),46,利用死點位置工作,飛機起落架,??0,鉆孔夾具,思考：雙曲柄機構(gòu)和雙搖桿機構(gòu)是否存在死點位置？,5-3平面四桿機構(gòu)曲柄存在的條件和幾個基本概念,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),47,四、行程速度變化系數(shù)（急回特性）,急回是指機構(gòu)可以使機器的工作行程耗時較長，而返回程耗時較短。,以曲柄搖桿機構(gòu)為例討論其急回特性,極限位置1連桿與曲柄拉伸共線,極限位置2連桿與曲柄重疊共線,極位夾角?—機構(gòu)從動件處于兩極限位置時，主動件在對應(yīng)位置所夾的銳角。,5-3平面四桿機構(gòu)曲柄存在的條件和幾個基本概念,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),48,,?,,,180??,180??,工作行程(慢行程)曲柄轉(zhuǎn)過180+?，搖桿擺角?，耗時t1，平均角速度?m1???t1,返回行程(快行程)曲柄轉(zhuǎn)過180??，搖桿擺角?，耗時t2，平均角速度?m2???t2,5-3平面四桿機構(gòu)曲柄存在的條件和幾個基本概念,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),49,常用行程速度變化系數(shù)K來衡量急回運動的相對程度。,設(shè)計具有急回要求的機構(gòu)時，應(yīng)先確定K值，再計算?。,,?,,,180??,180??,?值越大，K越大，急回特性越明顯。,5-3平面四桿機構(gòu)曲柄存在的條件和幾個基本概念,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),50,,180??,,180??,曲柄滑塊機構(gòu)的極位夾角,慢行程,,,快行程,思考：1.對心曲柄滑塊機構(gòu)和擺動導(dǎo)桿機構(gòu)的極位夾角?2.急回特性的存在條件？3.雙曲柄機構(gòu)和雙搖桿機構(gòu)是否具有急回特性？,5-3平面四桿機構(gòu)曲柄存在的條件和幾個基本概念,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),51,思考：1.對心曲柄滑塊機構(gòu)和擺動導(dǎo)桿機構(gòu)的極位夾角?2.雙曲柄機構(gòu)和雙搖桿機構(gòu)是否具有急回特性？,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),52,5-4平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,平面四桿機構(gòu)設(shè)計的主要任務(wù)：根據(jù)給定的運動條件確定機構(gòu)運動簡圖的尺寸參數(shù)。有時為了使機構(gòu)設(shè)計得可靠、合理還應(yīng)考慮幾何條件和動力條件（如最小傳動角）等。,生產(chǎn)實踐中針對平面四桿機構(gòu)設(shè)計的常見問題：1.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)；2.按照給定點的運動軌跡設(shè)計四桿機構(gòu)。,四桿機構(gòu)設(shè)計的常見方法有：解析法——精確實驗法——簡便幾何作圖法——直觀,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),53,5-4平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,按照給定的行程速度變化系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu),,1.曲柄搖桿機構(gòu)已知條件：搖桿長度l3，擺角Ψ和行程速比系數(shù)K。,,,,,,,,,,,,,P,A,B1,C2,,90—θ,,θ,Ψ,,N,,θ,B2,M,設(shè)計過程：（1）求極位夾角；（2）作出搖桿的兩個極限位置；（3）連接C1和C2，并作C1M垂直于C1C2；（4）作出極位夾角，∠C1C2N＝90－θ，C2N與C1M交于點P；（5）作ΔPC1C2的外接圓，并在此圓上（除弧C1C2和弧EF外）取一點A作為曲柄的固定鉸鏈中心。（6）AC1=l2-l1，AC2=l2+l1，所以曲柄長度為l1=(AC2-AC1)/2。,E,F,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),54,討論（1）：如果給定曲柄的長度l1，如何確定鉸鏈中心A的位置？答：以點C2為圓心，以2l1為半徑作⊙C2，然后在外接圓上尋找一點A：當以A為圓心、以AC1為半徑作圓的時候，該圓應(yīng)與⊙C2相切，此時得到的A點就是鉸鏈中心。,5-4平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,,,,,,A,B1,,θ,B2,D,,,,,r=2l1,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),55,5-4平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,討論（2）：若給定鉸鏈中心D與A之間的偏心距e，如何確定鉸鏈中心A的位置？答：沿D向正上方量取e值作弦，該弦與外接圓相交于一點，此點即為鉸鏈中心A的位置。,,,,,,A,B1,,θ,B2,D,,,,,e,曲柄長度為l1=(AC2-AC1)/2,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),56,5-4平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,,,,l1,Ψ,,θ,l4,,,,,,,C,n,4,m,B2,B1,2.導(dǎo)桿機構(gòu)已知條件：機架長度l4、行程速比系數(shù)K。,設(shè)計步驟：（1）求出極位夾角，即求出擺角;（2）任選固定鉸鏈中心C，作出導(dǎo)桿的兩個極限位置CM和CN；（3）在擺角Ψ的平分線上取AC=l4，得出固定鉸鏈中心A的位置；（4）過A點作導(dǎo)桿極限位置的垂線，得出曲柄長度，l1=AB1。,A,,,,2020/4/26,精密機械設(shè)計基礎(chǔ)(NEPU),57,急回特性具有的三個條件：輸入整周勻速轉(zhuǎn)動；輸出往復(fù)擺動；極位夾角大于零。1.曲柄搖桿機構(gòu)的急回特性和死點位置；曲柄為主動件，有急回特性，連桿與主動件重疊，無死點位置。搖桿為主動件，一般不討論急回特性，但存在兩個死點位置。2.雙曲柄機構(gòu)的急回特性和死點位置；一曲柄做整周勻速轉(zhuǎn)動，一曲柄做變速整周變速轉(zhuǎn)動，連桿與從動件不重疊，無死點位置；從動件無往復(fù)運動，無急回特性。兩曲柄等長時，為平行四邊形機構(gòu)，存在兩個死點位置。3.雙搖桿機構(gòu)的急回特性和死點位置。無曲柄，無急回特性。無論哪個搖桿做主動件，均有從動搖桿與連桿共線機會，因此存在一個死點位置。,