湖理工機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件02平面連桿

第二章平面連桿機(jī)構(gòu)§2-0概述平面連桿機(jī)構(gòu)是許多構(gòu)件用低副（回轉(zhuǎn)副和移動(dòng)副）連接組成的平面機(jī)構(gòu)。最簡單的平面連桿機(jī)構(gòu)是由四個(gè)構(gòu)件組成的，簡稱平面四桿機(jī)構(gòu)。它是組成多桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)。

§2-1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式和特性一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式1。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)：全部用回轉(zhuǎn)副組成的平面由桿機(jī)構(gòu)，如圖2-1示。

機(jī)架，連架桿，連桿，曲柄，搖桿。2。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式（1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：兩連架桿，一為曲柄，另一為曲柄搖桿。（2）雙曲柄機(jī)構(gòu)：兩連架桿均為曲柄。（3）雙搖桿機(jī)構(gòu)：兩連架桿均為搖桿。圖2-1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的特性1。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)成2。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的特性曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的一些主要特性：如圖示2-4圖2-4返回

ABCDB1B2C1C2

123圖2-4曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的急回特性4返回1上頁返回下1返回下2行程速比系數(shù)K（2）死點(diǎn)位置對(duì)于圖2-4所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)搖桿擺到極限位置C1D和C2D時(shí)，連桿2與曲柄1共線。這時(shí)連桿加給曲柄的力將通過鉸鏈中心A，此力對(duì)A點(diǎn)不產(chǎn)生力矩，因此不能使曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)。機(jī)構(gòu)的這種位置稱為死點(diǎn)位置。圖2-52-6

返回壓力角

－作用在從動(dòng)件上的驅(qū)動(dòng)力P與該力作用點(diǎn)絕對(duì)速度Vc之間的夾角。傳動(dòng)角

－連桿與從動(dòng)搖桿之間所夾的角。ABCDB‘’B'C‘’1l12l23l34

C'

Pn

PPtVc圖２－７連桿機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動(dòng)角l4二、雙曲柄機(jī)構(gòu)1。雙曲柄機(jī)構(gòu)的形成：兩連架桿均為曲柄。2。平行四邊形機(jī)構(gòu)（平行雙曲柄機(jī)構(gòu)）

圖２－９a)AB1C1D所示。三、雙搖桿機(jī)構(gòu)1。雙搖桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)成：兩連架桿均為搖桿。2。等腰梯形機(jī)構(gòu)

圖２－１１，圖２－１２示。返回§2-2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的曲柄存在條件鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中是否存在曲柄，取決于機(jī)構(gòu)各桿的相對(duì)長度和機(jī)架的選擇。ABCDB'C‘’1l12l23l34

C'B''

圖2-13曲柄存在條件分析一、曲柄存在條件1。曲柄是最短桿。2。最短桿與最長桿長度之和小于或等

于其余兩桿長度之和。二、不同類型的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的形成條件1。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)（1）最短桿為曲柄（2）取最短桿相鄰的構(gòu)件為機(jī)架2。雙曲柄機(jī)構(gòu)取最短桿為機(jī)架3。雙搖桿機(jī)構(gòu)取最短桿的對(duì)邊(桿3）為機(jī)架，或者

最短桿與最長桿長度之和大于其余兩桿長度之和。兩連架桿2和4都不能作整周回轉(zhuǎn)。總結(jié)論：

由上述分析可知，最短桿和最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和是鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的必要條件。滿足這個(gè)條件的機(jī)構(gòu)究竟有一個(gè)曲柄、兩個(gè)曲柄或沒有曲柄，還需要根據(jù)取何桿為機(jī)架來判斷。§2－3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化通過用移動(dòng)副取代回轉(zhuǎn)副、變更桿件長度、變更機(jī)架和擴(kuò)大回轉(zhuǎn)副等途徑，還可以得到鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)其它深化形式。一、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

如圖２－１５曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)下一頁圖2-14返回ＡＢＣＤ４３１２A)BAC1234

DABC12344B)C)mmABC12344D)me圖2-15曲柄滑塊機(jī)構(gòu)返回ABC·123ABC·123ABC·123ABC·123A4PC321

=90°圖2-16曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的演化圖2-17擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)下一頁A）B）C）D）二、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

(L1<L2)

擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

(L1>L2)圖2-16,B,圖2-17三、搖塊機(jī)構(gòu)和定塊機(jī)構(gòu)四、雙滑塊機(jī)構(gòu)五、偏心輪機(jī)構(gòu)圖2-24圖2-16，C,D圖2-20至圖2-22除上述以外，生產(chǎn)中常用的某些多桿機(jī)構(gòu)，也可以看成是由若干四桿機(jī)構(gòu)組合擴(kuò)展形成的。圖2-25，手動(dòng)沖床；圖2-26篩料機(jī)構(gòu)下一頁圖2-18，2-19圖2-23返回返回返回HACD123Htg

圖2-20正切機(jī)構(gòu)l1sin

AB442

1圖2-21正切機(jī)構(gòu)圖2-22a)返回ABC圖2-24偏心輪機(jī)構(gòu)A)b)C)d)返回§2－4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)條件，確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)

簡圖的尺寸參數(shù)。

平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的類型（1）按給定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)（2）

按給定軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法1。解析法2。幾何作圖法3。實(shí)驗(yàn)法一、按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)1。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)已知：搖桿長度L3、擺角、行程速比K設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是確定鉸鏈中心A點(diǎn)的位置，定出其它三桿的尺寸l1、l2、l4。已知行程速比K可求得極位夾角

。圖2-4

l3D設(shè)計(jì)步驟：（1）由給定的行程速比系數(shù)K，求出極位夾角

（2）如圖2-27示，任選固定中心D的位置，做兩個(gè)極限位置C1D和C2D。圖2-4C1C2圖2-27（3）連接C1和C2，并作C1M垂直于C1C2M

(4)作

C1C2N=90

-

，

C1PC2=

N90

-

（5）作

PC1C2外接圓，圓上任取一點(diǎn)A作為鉸鏈固定中心。

C1AC2=

C1PC2=

A

（6）極限位置曲柄與連桿共線。AC1=l2－l1,AC2=l2+l1,,求得：B1C1=B2C2=l2,AD=l4PB1B22。導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)已知：機(jī)架長度L4、行程速比系數(shù)K圖2-28按K值設(shè)計(jì)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟：（1）求極位角

=（2）任選固定鉸鏈中心C，以夾角

作出導(dǎo)桿兩極限位置Cm和Cn。C

mn(3)作擺角

的平分線AC，并在線上取AC=l4，得固定鉸鏈中心A的位置。Al4(4)過A點(diǎn)作導(dǎo)桿極限位置的垂線AB1（或AB2），得l1=AB1.。B1B2

/2

/2

l1l1二、按給定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)圖2-29，鑄工車間翻臺(tái)振實(shí)式造型機(jī)的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。它利用一個(gè)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)翻臺(tái)的兩個(gè)工作位置。設(shè)計(jì)步驟：(1)根據(jù)給定條件，繪出連桿3的兩個(gè)位置B1C1和B2C2。B1C1C2B2（2）連接B1和B2，C1和C2；并作B1B2和C1C2的垂直平分線b12和c12;b12C12(3)由于A和D兩點(diǎn)可在b12和c12兩直線上任意選取，故有無窮多解。實(shí)際設(shè)計(jì)中，考慮其它因素，如最小傳動(dòng)角，各桿尺寸所允許的范圍等等。本機(jī)構(gòu)要求A、D在同一水平線上，且AD=BC。可唯一確定A、D位置。圖2-29造型機(jī)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)給定連桿三個(gè)位置，要求設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)，其設(shè)計(jì)過程與上述基本相同。如圖2-30示，由于B1、B2、B3三點(diǎn)位于以A為圓心的同一圓弧上，故運(yùn)用已知三點(diǎn)求圓心的方法。作B1B2和B2B3的垂直平分線，其交點(diǎn)為固定鉸鏈中心A。同理，作C1C2和C2C3的垂直平分線，其交點(diǎn)為固定鉸鏈中心D。圖2-30給定連桿三個(gè)位置的設(shè)計(jì)B1B2B3C1C2C3A三、按照給定兩連架桿對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)圖2-31機(jī)構(gòu)封閉多邊形xyABcD

圖2-31示，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，已知連架桿AB和CD的三對(duì)對(duì)應(yīng)位置

1、

1；

2、

2；

3、

3，要求確定各桿的長度l1、l2、l3、l4現(xiàn)以解析法求解。此機(jī)構(gòu)各桿長度比例不變，各桿轉(zhuǎn)角間關(guān)系不變，只需確定各桿相對(duì)長度。該機(jī)構(gòu)的四個(gè)桿組成封閉多邊形。由方程組解出三個(gè)未知數(shù)P0、P1和P2，將它們代入上式求得l2、l3、l4。若給定連架桿的位置超過三對(duì)，則不可能有精確解，只能用優(yōu)化或試湊方法求解。幾何實(shí)驗(yàn)法如圖2-32示。AD圖2-32給定連架桿四對(duì)位置

12

23

34

45

12

23

34

45圖2-33幾何實(shí)驗(yàn)法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)四、按照給定的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)1。連桿曲線圖2-34示2。運(yùn)用連桿曲線圖譜設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)圖2-35返回運(yùn)用圖