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第五章平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì),第一節(jié)平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)與基本型式第二節(jié)平面連桿機(jī)構(gòu)的基本性質(zhì)第三節(jié)平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),《機(jī)械原理》,,,2,一、平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)二、平面連桿機(jī)構(gòu)的基本型式三、四桿機(jī)構(gòu)的演化與變異四、平面連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用,第一節(jié)平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)與基本型式,3,,一、平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制造、成本低廉,承載能力大,可實(shí)現(xiàn)多樣化的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞,能實(shí)現(xiàn)特殊的運(yùn)動(dòng)軌跡,4,二、平面連桿機(jī)構(gòu)的基本型式,（一）全轉(zhuǎn)動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)（鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)）（二）含有一個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)（三）含有兩個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu),5,（一）全轉(zhuǎn)動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)（鉸鏈四桿機(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),6,曲柄搖桿機(jī)構(gòu),曲柄——連架桿中能作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)件搖桿——連架桿中只能作往復(fù)擺動(dòng)的構(gòu)件曲柄搖桿機(jī)構(gòu)——兩個(gè)連架桿中一為曲柄，一為搖桿連桿的機(jī)構(gòu),7,雙曲柄機(jī)構(gòu),兩個(gè)連架桿均為曲柄的連桿機(jī)構(gòu),兩個(gè)連架桿平行且相等,機(jī)架與連桿平行并相等,稱(chēng)為平行四邊形機(jī)構(gòu)。,8,雙搖桿機(jī)構(gòu),兩個(gè)連架桿均為搖桿的連桿機(jī)構(gòu),9,（二）含有一個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu),,,,,,曲柄滑塊機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)曲柄搖塊機(jī)構(gòu)移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),10,,,,,,曲柄滑塊機(jī)構(gòu),一連架桿為曲柄，另一連架桿為相對(duì)機(jī)架作往復(fù)移動(dòng)的滑塊,11,轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),定義：一連架桿為曲柄，而另一連架桿也作整周轉(zhuǎn)動(dòng)且與塊狀連桿組成移動(dòng)副,12,擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),一連架桿為曲柄，另一連架桿作定軸往復(fù)擺動(dòng)且與塊狀連桿組成移動(dòng)副。,13,曲柄搖塊機(jī)構(gòu),,一連架桿為曲柄，另一連架桿為塊狀，且只能作定軸往復(fù)擺動(dòng)。,14,移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),導(dǎo)桿在固定滑塊中做往復(fù)直線(xiàn)移動(dòng)，曲柄做往復(fù)擺動(dòng),15,（三）含有兩個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu),雙滑塊機(jī)構(gòu)雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)正弦機(jī)構(gòu)正切機(jī)構(gòu),16,,雙滑塊機(jī)構(gòu),兩個(gè)連架桿作成塊狀，且相對(duì)十字形機(jī)架作相對(duì)移動(dòng),17,雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu),兩塊狀連架桿均作定軸轉(zhuǎn)動(dòng),連桿為十字形構(gòu)件,18,正弦機(jī)構(gòu),,位移量s=Lsinφ，與曲柄轉(zhuǎn)角φ成正弦函數(shù)關(guān)系,一個(gè)連架桿作定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，另一個(gè)連架桿作往復(fù)移動(dòng)，且位移是曲柄轉(zhuǎn)角的正弦函數(shù)。,19,正切機(jī)構(gòu),構(gòu)件3的位移S=atanφ。,一個(gè)連架桿作往復(fù)擺動(dòng)，另一個(gè)連架桿作往復(fù)移動(dòng)、且位移是擺角的正切函數(shù)。,20,三、四桿機(jī)構(gòu)的演化與變異,（一）低副相對(duì)運(yùn)動(dòng)的可逆性,低副所連接的兩個(gè)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系不因其中哪個(gè)構(gòu)件作為參考坐標(biāo)而變化。,構(gòu)件1相對(duì)構(gòu)件2的運(yùn)動(dòng)與構(gòu)件2相對(duì)構(gòu)件1的運(yùn)動(dòng)相同。,21,構(gòu)件1相對(duì)構(gòu)件2的運(yùn)動(dòng)軌跡為擺線(xiàn),結(jié)論——高副不具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)可逆性,高副沒(méi)有運(yùn)動(dòng)的可逆性,構(gòu)件2相對(duì)構(gòu)件1的運(yùn)動(dòng)軌跡為漸開(kāi)線(xiàn),22,（二）四桿機(jī)構(gòu)的演化與變異,1.全轉(zhuǎn)動(dòng)副的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)演化2．全轉(zhuǎn)動(dòng)副機(jī)構(gòu)向含有移動(dòng)副機(jī)構(gòu)的演化3．含有一個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)的演化4．含有兩個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)的演化5．運(yùn)動(dòng)副的形狀變異6．構(gòu)件形狀變異7．構(gòu)件尺寸的變異,23,1．鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化,,,AD為機(jī)架曲柄搖桿機(jī)構(gòu),BC為機(jī)架曲柄搖桿機(jī)構(gòu),曲柄搖桿機(jī)構(gòu)ABCD中，A、B為整轉(zhuǎn)副，D、C為擺轉(zhuǎn)副,A、B整轉(zhuǎn)副為雙曲柄機(jī)構(gòu),D、C為擺轉(zhuǎn)副為雙搖桿機(jī)構(gòu),24,2．轉(zhuǎn)動(dòng)副向移動(dòng)副的演化,,???,e=0,曲柄搖桿機(jī)構(gòu),?,曲柄曲線(xiàn)滑塊機(jī)構(gòu),偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu),對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu),25,3．含有一個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)的演化,轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),曲柄搖塊機(jī)構(gòu),移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),曲柄滑塊機(jī)構(gòu),,,,A、B為整轉(zhuǎn)副,26,4．含有兩個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)的演化,,,,,,正弦機(jī)構(gòu),雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu),雙滑塊機(jī)構(gòu),27,5．運(yùn)動(dòng)副的形狀變異,曲柄滑塊機(jī)構(gòu),偏心盤(pán)機(jī)構(gòu),,轉(zhuǎn)動(dòng)副的銷(xiāo)釘擴(kuò)大,28,29,轉(zhuǎn)動(dòng)副的銷(xiāo)釘擴(kuò)大實(shí)例,轉(zhuǎn)動(dòng)副的結(jié)構(gòu)變異,搖桿,連桿,30,移動(dòng)副的擴(kuò)大與變異,剪床,31,6．構(gòu)件形狀變異,曲柄搖塊機(jī)構(gòu),擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),,桿塊變異,32,7．構(gòu)件尺寸的變異,機(jī)架AB尺寸增大到某一范圍，轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)演化為擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。,33,四、平面連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用,應(yīng)用一,應(yīng)用二,牛頭刨床,小型牛頭刨床,第五章平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì),,擺動(dòng)式油泵,插齒機(jī)床讓刀機(jī)構(gòu),自動(dòng)卸料汽車(chē),手搖唧筒,第五章平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì),,36,第二節(jié)平面連桿機(jī)構(gòu)的基本性質(zhì),一、曲柄存在條件二、急回特性三、機(jī)構(gòu)壓力角與傳動(dòng)角四、機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置,37,①最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和;(桿長(zhǎng)條件)②連架桿與機(jī)架中必有一桿為最短桿。最短桿為連架桿或機(jī)架時(shí)。,一、曲柄存在條件,曲柄存在條件,38,構(gòu)件1為機(jī)架,取不同構(gòu)件為機(jī)架時(shí)的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)型式,構(gòu)件4為機(jī)架,構(gòu)件2為機(jī)架,構(gòu)件3為機(jī)架,39,二、急回特性,,,極位夾角——當(dāng)從動(dòng)搖桿處于左、右兩極限位置時(shí)，主動(dòng)曲柄兩位置所夾的銳角θ搖桿的擺角——從動(dòng)搖桿兩極限位置間的夾角ψ,急回特性——當(dāng)曲柄等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，搖桿往復(fù)擺動(dòng)的平均速度不同的運(yùn)動(dòng)特性。急回特性的相對(duì)程度，通常用v2與v1的比值K來(lái)衡量，K稱(chēng)為行程速比系數(shù)。,40,行程速比系數(shù)K,,41,傳動(dòng)角γ——壓力角的余角。,三、壓力角和傳動(dòng)角,壓力角α——從動(dòng)件受力點(diǎn)（C點(diǎn)）的受力方向與受力點(diǎn)的速度方向之間所夾的銳角。,設(shè)計(jì)條件,如何確定γmin？,?與構(gòu)件位置角?的關(guān)系,42,最小傳動(dòng)角?min出現(xiàn)的位置,對(duì)于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，?min出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架共線(xiàn)的兩位置之一。,?min=?min,?1=?min，?2=180??max?min為?1、?2中的較小者。,?min,?max,?max,,?min,?max為銳角,?max為鈍角,,,,,,γmin可能發(fā)生在主動(dòng)曲柄與機(jī)架兩次共線(xiàn)（AB′，AB″）的位置之一處，即處。,△ABD△BCD,,,結(jié)論,第五章平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì),,44,四、死點(diǎn)位置,死點(diǎn)位置——在搖桿CD為主動(dòng)件的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，連桿BC與從動(dòng)曲柄AB出現(xiàn)兩次共線(xiàn)的位置。,特征——γ=0（α=90）,死點(diǎn)的缺陷,死點(diǎn)的利用,45,死點(diǎn)的缺陷,順利通過(guò)死點(diǎn)位置的措施：①利用系統(tǒng)的慣性；②利用特殊機(jī)構(gòu),蒸汽機(jī)車(chē)驅(qū)動(dòng)輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)——利用機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列,縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)——利用慣性,46,死點(diǎn)的利用,快速夾具,飛機(jī)起落架,47,第三節(jié)平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),一、平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題二、圖解設(shè)計(jì)法三、解析設(shè)計(jì)法,48,一、平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題,按照給定的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),（一）按照給定的連桿一系列位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)（二）按照連架桿的一系列位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)（三）按照行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),按照給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),49,（一）按照給定連桿一系列位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),剛體導(dǎo)引機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),鑄造車(chē)間翻轉(zhuǎn)臺(tái),50,（二）按照連架桿的一系列位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),,實(shí)現(xiàn)函數(shù)關(guān)系的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),51,（三）按照行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),按照連架桿的兩個(gè)極限位置和機(jī)構(gòu)的急回特性設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),52,按照給定的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),53,二、圖解設(shè)計(jì)法,（一）按照連桿的一系列位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),1．按照連桿的二個(gè)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),2．按照連桿的三個(gè)對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu),（二）按照連架桿的一系列對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),（三）按行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),（四）按照連桿曲線(xiàn)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),54,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,B1,C1,B2,C2,b12,c12,A,D,,,,,,,,,,,,1．按照連桿的二個(gè)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),無(wú)窮多解,55,2．按照連桿的三個(gè)對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,A,D,B1,C1,B2,C2,B3,C3,b12,c12,b23,c23,,,,唯一解,56,（二）按照連架桿的一系列對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),反轉(zhuǎn)法的原理,按照連架桿的三組對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),57,反轉(zhuǎn)法的原理,按兩連架桿預(yù)定的對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),按連桿預(yù)定位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),,58,反轉(zhuǎn)法的原理,機(jī)構(gòu)的兩個(gè)位置為：□AB1C1D，□AB2C2D剛化□AB2C2D，繞D點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，使DC2重合DC1。把連架桿對(duì)應(yīng)位置問(wèn)題轉(zhuǎn)化為以連架桿DC1為機(jī)架，連桿BC為連架桿的設(shè)計(jì)問(wèn)題。,59,,?2,?2,,,B’2,反轉(zhuǎn)法的過(guò)程,A,,?1,?1,,,,,,60,按照連架桿的三組對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),,鉸鏈四桿機(jī)構(gòu),61,按照連架桿的三組對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),,已知連架桿三組對(duì)應(yīng)角度，一連架桿和機(jī)架尺寸,注意：從不知長(zhǎng)度的連架桿轉(zhuǎn)動(dòng)中心處，任選半徑畫(huà)弧，然后連接B1E1、B2E2、B3E3，得到三個(gè)四邊形，再進(jìn)行反轉(zhuǎn)。,62,,,,,,,作圖過(guò)程,(已知三組對(duì)應(yīng)位置,機(jī)架和一連架桿尺寸),,,,,AB1C1DE1為所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu),第五章平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì),,,①給定連架桿的對(duì)應(yīng)位置已知曲柄長(zhǎng)度,曲柄滑塊機(jī)構(gòu),第五章平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì),,HIGHEDUCATIONPRESS,②給定連架桿的對(duì)應(yīng)位置已知滑塊的三個(gè)位置,曲柄滑塊機(jī)構(gòu),第五章平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì),,HIGHEDUCATIONPRESS,第五章平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì),,67,（三）按行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),常用設(shè)計(jì)步驟：,1.按實(shí)際需要給定行程速比K的數(shù)值2.算出極位夾角θ3.根據(jù)機(jī)構(gòu)在極限位置時(shí)的幾何關(guān)系，結(jié)合有關(guān)輔助條件來(lái)確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的尺寸參數(shù)。,68,曲柄搖桿機(jī)構(gòu),,AC1=a+b,AC1-AC2=2a,AC2=b-a,a=C1E/2,69,,,,,,,C1,C2,,,,A,B2,B1,P,,?,,90-?,,,,,E,鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)(已知k,?和搖桿尺寸c）,注意：k=1如何設(shè)計(jì)？,AC2=a+b,AC2-AC1=2a,AC1=b-a,a=C2E/2,,,,,,,70,B’,B’’,1、驗(yàn)算最小傳動(dòng)角?min,設(shè)計(jì)后的驗(yàn)算工作,2、判斷有無(wú)曲柄存在,71,作圖步驟(已知k,?和搖桿尺寸c）,7、以A為圓心，（AC2-AC1）/2為半徑畫(huà)圓，AB1C1和AB2C2即為所設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的二個(gè)位置。,1、計(jì)算極位夾角,2、作?DC1C2,3、作?C1C2P，?C1C2P=90?-?,4、作直角?C1C2P的外接圓,5、在?C1C2P的外接圓上任選一點(diǎn)A，連接AC1和AC2,72,已知k,?和搖桿尺寸c,已知機(jī)架尺寸d,,90-?,以D為圓心，d為半徑畫(huà)弧，交圓于A點(diǎn)。連AC1、AC2，可求a、b尺寸。,73,曲柄滑塊機(jī)構(gòu),74,曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（已知k，滑塊行程和偏距e）,1、選比例尺，作C1C2=H,2、作?C1C2P，?C1C2P=90?-?,3、作直角?C1C2P的外接圓,4、作C1C2平行線(xiàn)，交圓A點(diǎn),5、連接AC1和AC2,6、EC2為2倍曲柄，B1C1為連桿尺寸,75,導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),76,導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（已知k，機(jī)架尺寸d）,5、AC1D，AC2D即為所設(shè)計(jì)之機(jī)構(gòu)的兩個(gè)極限位置。,4、過(guò)A點(diǎn)作mD與nD的垂線(xiàn),3、在?mDn的平分線(xiàn)上取AD=d,2、作?mDn=?,1、,77,（四）按照連桿曲線(xiàn)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),圖譜法實(shí)驗(yàn)法實(shí)驗(yàn)作圖結(jié)合法,實(shí)驗(yàn)法,78,（一）解析法的基本原理（二）按連桿的一系列位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)（三）按照連架桿的對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)（四）按預(yù)定軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),三、解析設(shè)計(jì)法,79,本章總結(jié),重點(diǎn)：1、平面四桿機(jī)構(gòu)的基本概念（曲柄存在條件、壓力角、傳動(dòng)角，極位夾角與急回特性，死點(diǎn)）2、按連桿對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)3、按連架桿對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)4、按急回特性設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),