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1、機械設計基礎機械設計基礎 平面連桿機構平面連桿機構了解常用四桿機構的基本類型和應用。了解常用四桿機構的基本類型和應用。對急回特性、傳動角、壓力角、死點位置等有明確概念。對急回特性、傳動角、壓力角、死點位置等有明確概念。 內內 容容 平面四桿機構的基本類型平面四桿機構的基本類型 平面四桿機構的演化平面四桿機構的演化 平面四桿機構的特點及設計平面四桿機構的特點及設計機械設計基礎機械設計基礎 平面連桿機構平面連桿機構一、一、鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構 平面連桿機構的基本型式是平面連桿機構的基本型式是鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構 其余四桿機構均是由鉸鏈四桿機構其余四桿機構均是由鉸鏈四桿機構演化演化而成的而成

2、的鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構機械設計基礎機械設計基礎 平面連桿機構平面連桿機構 結構特點：結構特點：四個運動副均為轉動副四個運動副均為轉動副 組成：組成：機架、連桿、連架桿機架、連桿、連架桿機架：機架：固定不動的構件固定不動的構件AD連架桿：連架桿：直接與機架相連的構件直接與機架相連的構件 AB、CD連桿：連桿：不與機架相連的構件不與機架相連的構件BC曲柄：曲柄：能作整周轉動的連架桿能作整周轉動的連架桿搖桿：搖桿：不能作整周轉動的連架桿不能作整周轉動的連架桿1B2C31B2C34AD連桿連桿連架桿連架桿連架桿連架桿機架機架1234ABCD曲柄曲柄搖桿搖桿( (擺桿擺桿) )( (周轉副周轉副)

3、)( (擺轉副擺轉副) )機械設計基礎機械設計基礎 平面連桿機構平面連桿機構按連架桿不同運動形式分：按連架桿不同運動形式分：(1) 曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構(2) 雙曲柄機構雙曲柄機構(3) 雙搖桿機構雙搖桿機構連桿連桿連架桿連架桿連架桿連架桿1234ABCD4AD23作機架曲柄搖桿機構14AD23作機架雙搖桿機構4AD1231作機架雙曲柄機構曲柄搖桿機構4AD123機械設計基礎機械設計基礎 平面連桿機構平面連桿機構(1) 曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構 結構特點：結構特點：連架桿連架桿1為曲柄，為曲柄，3為搖桿為搖桿 舉例：舉例：攪拌器機構攪拌器機構 雷達天線機構雷達天線機構1234用途：改變運動

4、形式用途：改變運動形式 回轉回轉遙感擺動遙感擺動 搖桿擺動搖桿擺動回轉回轉機械設計基礎機械設計基礎 平面連桿機構平面連桿機構(2) (2) 雙曲柄機構雙曲柄機構 結構特點：結構特點：二連架桿均為曲柄二連架桿均為曲柄 舉例：舉例：振動篩機構振動篩機構 變速變速機械設計基礎機械設計基礎 平面連桿機構平面連桿機構特殊雙曲柄機構：特殊雙曲柄機構：平行四邊形機構平行四邊形機構特點：特點：二曲柄等速二曲柄等速 運動不確定問題運動不確定問題反平行四邊形機構反平行四邊形機構結構特點：結構特點：二曲柄轉向相反二曲柄轉向相反車門開閉機構車門開閉機構機械設計基礎機械設計基礎 平面連桿機構平面連桿機構(3) 雙搖桿機

5、構雙搖桿機構 結構特點：結構特點：二連架桿均為搖桿二連架桿均為搖桿 舉例舉例: : 鶴式起重機鶴式起重機機械設計基礎機械設計基礎 平面連桿機構平面連桿機構特殊機構特殊機構 等腰梯形機構等腰梯形機構 實例實例: : 汽車前輪轉向機構汽車前輪轉向機構機械設計基礎機械設計基礎 平面連桿機構平面連桿機構(1) (1) 曲柄存在條件曲柄存在條件ABCDabcdf設 AB 為曲柄, 且 af 、b+f c 、c+f b以 fmax = a + d ， fmin = d - a 代入并整理得：b+c a+d 、 b+d a+c 、 c+d a+b并可得: ab 、 ac 、 aL(L(其余兩桿長度之和其余兩

6、桿長度之和) )時時 雙搖桿機構雙搖桿機構曲柄存在的條件：(1)最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和(2)曲柄是最短桿。機械設計基礎機械設計基礎 平面連桿機構平面連桿機構連桿連桿連架桿連架桿連架桿連架桿1234ABCD機構演化方法機構演化方法u 改變桿件長度，用移動副取代回轉副改變桿件長度，用移動副取代回轉副u 擴大回轉副擴大回轉副u 變更機架等變更機架等二、鉸鏈四桿機構的演化二、鉸鏈四桿機構的演化機械設計基礎機械設計基礎 平面連桿機構平面連桿機構1B2C34AD曲線導軌曲柄滑塊機構曲線導軌曲柄滑塊機構lCD e 01B24AC3偏置式曲柄滑塊機構偏置式曲柄滑塊機構對心式曲柄滑塊機

7、構對心式曲柄滑塊機構1B24AC3e3D1B2C4A對對CD桿等效轉化桿等效轉化轉動副變成移動副轉動副變成移動副（1 1）改）改變桿件長度變桿件長度 曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構機械設計基礎機械設計基礎 平面連桿機構平面連桿機構e e 偏心距偏心距 e =0 e =0 為曲柄滑塊機構為曲柄滑塊機構 e0 e0 為偏置曲柄滑塊為偏置曲柄滑塊運動特點：運動特點： 曲柄的回轉運動變換為滑塊的往復直線運動（如空壓機）曲柄的回轉運動變換為滑塊的往復直線運動（如空壓機）或將滑塊的往復直線運動變換為回轉運動（如內燃機）?；驅⒒瑝K的往復直線運動變換為回轉運動（如內燃機）。機械設計基礎機械設計基礎 平面連桿機構平面

8、連桿機構（2 2）選不同構件作機架）選不同構件作機架 曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構 導桿機構導桿機構變更機架變更機架曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構 例例導桿機構導桿機構 例例 曲柄搖塊機構曲柄搖塊機構 移動導桿機構移動導桿機構 （定塊機構）（定塊機構）曲柄搖塊機構曲柄搖塊機構移動導桿機構移動導桿機構機械設計基礎機械設計基礎 平面連桿機構平面連桿機構C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234AB123C423C423C423C423C423C423C423C423C423C423C423C432C4AB1導桿機構

9、導桿機構 將曲柄滑塊機構中的曲柄作將曲柄滑塊機構中的曲柄作為機架，既變?yōu)閷U機構。為機架，既變?yōu)閷U機構。轉動導桿機構：轉動導桿機構：BCAB導桿可作導桿可作360回轉回轉 擺動導桿機構擺動導桿機構： BC t2 , v2 v1行程速比系數行程速比系數K K 急回特征急回特征K=1, 無急回特性無急回特性 K急回特征越顯著急回特征越顯著1jB2C212v2v1 00212112122112180180tttCCtCCvvK/11180 KK 慢快v急回特性的應用例：急回特性的應用例：牛頭刨牛頭刨工作要求工作要求B1C14ABCD231機械設計基礎機械設計基礎 平面連桿機構平面連桿機構 壓力角壓

10、力角 FV從動桿從動桿( (運動輸出件運動輸出件) )受力點的力作用線與該點受力點的力作用線與該點速度方位線所夾銳角速度方位線所夾銳角. (. (不考慮摩擦不考慮摩擦) )傳動角傳動角 dd d 1800 d壓力角的余角壓力角的余角. .( (連桿軸線與從動桿軸線所夾銳角連桿軸線與從動桿軸線所夾銳角) )壓力角和傳動角壓力角和傳動角(3) 傳力特性傳力特性機械設計基礎機械設計基礎 平面連桿機構平面連桿機構 傳動不利，設計時規(guī)定 4050 通常，機構在運動過程中傳動角通常，機構在運動過程中傳動角 是變化的，是變化的，最小值在哪？最小值在哪？機械設計基礎機械設計基礎 平面連桿機構平面連桿機構最小傳

11、動角最小傳動角 minminDdBACabcdjdjcos2cos2222222cbcbBDdadaBDcbdadacb2cos2cos2222jdj =0 cos j =1 cos d d minj =180 cos j = 1 cos d d max分析分析d d min 或或 d d max 可能最小可能最小 曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構, ,當曲柄主動時當曲柄主動時, ,在在曲柄與機架共線曲柄與機架共線的兩個位置的兩個位置之一之一, ,傳動角最小傳動角最小. .機械設計基礎機械設計基礎 平面連桿機構平面連桿機構 死點死點: : 傳動角為零傳動角為零 =0(=0(連桿與從動件共線連桿與從動件

12、共線),),機構頂死機構頂死死點死點B1C1B2C24ABCD231Fv=00Fv=00=00C2B2=00BACB1C機械設計基礎機械設計基礎 平面連桿機構平面連桿機構 利用構件慣性力利用構件慣性力 實例實例: :家用縫紉機家用縫紉機 采用多套機構錯位排列采用多套機構錯位排列 實例實例: :蒸汽機車車輪聯動機構蒸汽機車車輪聯動機構 蒸汽機車兩側利用錯位排列的兩套曲柄滑塊機構使車輪聯蒸汽機車兩側利用錯位排列的兩套曲柄滑塊機構使車輪聯動機構通過死點動機構通過死點克服死點的措施克服死點的措施 GGEFEF機械設計基礎機械設計基礎 平面連桿機構平面連桿機構 實例實例: :夾具夾具 飛機起落架機構飛機

13、起落架機構死點的利用死點的利用=00機械設計基礎機械設計基礎 平面連桿機構平面連桿機構一、平面四桿機構的特點二、平面四桿機構的設計機械設計基礎機械設計基礎 平面連桿機構平面連桿機構一、平面四桿機構的特點一、平面四桿機構的特點全低副（面接觸），承受沖擊力，易潤滑，不易磨損全低副（面接觸），承受沖擊力，易潤滑，不易磨損運動副結構簡單，易加工運動副結構簡單，易加工運動規(guī)律多樣化、點的運動軌跡多樣化運動規(guī)律多樣化、點的運動軌跡多樣化運動副累積誤差大，效率低運動副累積誤差大，效率低慣性力難以平衡，不宜用于高速慣性力難以平衡，不宜用于高速不能精確實現復雜的運動規(guī)律，設計計算較復雜不能精確實現復雜的運動規(guī)律

14、，設計計算較復雜 123ABC4機架連桿連架桿A1B2C3D44A12B3C56DE機械設計基礎機械設計基礎 平面連桿機構平面連桿機構設計類型設計類型1.1.實現連桿給定位置實現連桿給定位置2.2.實現預定運動規(guī)律實現預定運動規(guī)律例如例如: :從動件的急回運動特性從動件的急回運動特性 3.3.實現預定運動軌跡實現預定運動軌跡 方法：解析法、作圖法、實驗法方法：解析法、作圖法、實驗法機械設計基礎機械設計基礎 平面連桿機構平面連桿機構如實現預定的連桿位置要求如實現預定的連桿位置要求機構能引導剛體（一般為連桿）通過一系列給定位置機構能引導剛體（一般為連桿）通過一系列給定位置例：例：飛機起落架機構飛機

15、起落架機構: :要求實現機輪放下和收要求實現機輪放下和收起兩個位置起兩個位置鑄造翻砂機構鑄造翻砂機構: :要求實現兩個翻轉位置要求實現兩個翻轉位置1. 1. 實現連桿給定位置機構實現連桿給定位置機構機械設計基礎機械設計基礎 平面連桿機構平面連桿機構 D設計設計 已知活動鉸點已知活動鉸點B B、C C中心位置，求固定鉸鏈中心位置，求固定鉸鏈A A、D D中心位置。中心位置。B1C1B2C2四桿機構四桿機構 ABAB1 1C C1 1D D 為所求為所求. .A 機械設計基礎機械設計基礎 平面連桿機構平面連桿機構實現連桿給定的三個位置實現連桿給定的三個位置B1C1B2C2B3C3AD四桿機構四桿機

16、構 ABAB1 1C C1 1D D 為所求為所求. .機械設計基礎機械設計基礎 平面連桿機構平面連桿機構2.2.具有急回特性的機構具有急回特性的機構機械設計基礎機械設計基礎 平面連桿機構平面連桿機構B2C2按給定的按給定的 K K 值值, ,設計曲柄搖桿機構設計曲柄搖桿機構1） 給定 K、y、LCDABCDO2y 180K-1K+1 分析.900 - B1ADC1機械設計基礎機械設計基礎 平面連桿機構平面連桿機構C2DC1y900 - 2OAEBCAC1=BC- -ABAC2=BC+ +ABAB = AC2-AC12BC = AC2+AC12曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構 ABCDABCD 為所求

17、為所求. . 設計.以 mL =作圖.LAB= mLAB = 、 LBC= mLBC = . 1800 =K-1K+1機械設計基礎機械設計基礎 平面連桿機構平面連桿機構2） 給定給定 K、y y、LCD 、 .C2DC1yABCC3B3 min 2 2 minA0 分析分析. .機械設計基礎機械設計基礎 平面連桿機構平面連桿機構 設計設計. .C2DC1y2 A0AC3B3minmin 須不小于須不小于 .機械設計基礎機械設計基礎 平面連桿機構平面連桿機構 實現預定軌跡的設計實現預定軌跡的設計 即要求機構中連桿上某點的軌跡能與給定的曲線相一致即要求機構中連桿上某點的軌跡能與給定的曲線相一致,或或能通過給定曲線上的若干有系列的點能通過給定曲線上的若干有系列的點如如: :攪拌器機構攪拌器機構要求連桿上某點按攪拌特點生成要求連桿上某點按攪拌特點生成某種軌跡某種軌跡3實現預定運動軌跡機構實現預定運動軌跡機構機械設計基礎機械設計基礎 平面連桿機構平面連桿機構實驗法、圖譜法、解析法.設計設計機械設計基礎機械設計基礎 平面連桿機構平面連桿機構連桿曲線圖譜連桿曲線圖譜機械設計基礎機械設計基礎 平面連桿機構平面連桿機構機械設計基礎機械設計基礎 平面連桿機構平面連桿機構 作業(yè)作業(yè): : 3-1,3-2,3-33-1,3-2,3-3