《平面連桿機構》PPT課件

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1、第 二 章 平 面 連 桿 機 構（ Planar linkage) 目 的 及 內 容 1.了 解 平 面 連 桿 機 構 的 類 型 及 應 用2.了 解 平 面 連 桿 機 構 的 演 化3.了 解 曲 柄 (Crank)存 在 的 條 件 、 傳 動 角 (Transmission Angle)、 死 點 (Dead point)、 急 回 運 動 (Quick Return)、 行 程 速 比 系 數(shù) (Radio Of Advance To Return Time )等 有 明 確 的 概 念4.了 解 平 面 四 桿 機 構 綜 合 的 基 本 命 題 ， 掌 握 按 簡 單 運

2、 動 條 件 綜 合 平 面 四 桿 機構 的 一 些 基 本 方 法 (能 按 行 程 速 比 系 數(shù) 、 連 桿 三 位 置 ， 連 架 桿 三 位 置 設 計 四桿 機 構 )重 點 ：1.平 面 鉸 鏈 四 桿 機 構 (Four-bar linkage)基 本 形 式 及 其 演 化2.曲 柄 存 在 條 件 、 傳 動 角 、 死 點 、 急 回 運 動 、 行 程 速 比 系 數(shù) 、 運 動 連 續(xù) 性3.平 面 四 桿 機 構 綜 合 的 一 些 方 法 (能 按 行 程 速 比 系 數(shù) 、 連 桿 (coupler link)三 位 置 ， 連 架 桿 三 位 置 設 計 四

3、 桿 機 構 )難 點 ： 1、 有 關 曲 柄 存 在 的 條 件 的 桿 長 關 系 式 的 全 面 分 析2、 給 定 固 定 鉸 鏈 中 心 綜 合 平 面 四 桿 機 構 若 干 個 構 件 全 用 低 副 聯(lián) 接而 成 的 機 構 ， 稱 之 為 低 副 機 構 。一 、 連 桿 機 構二 、 連 桿 機 構 的 分 類1、 根 據(jù) 構 件 之 間 的 相 對 運 動 分 為 ： 平 面 連 桿 機 構 ， 空 間 連 桿 機 構 。2、 根 據(jù) 機 構 中 構 件 數(shù) 目 分 為 ： 四 桿 機 構 、 五 桿 機 構 、 六 桿 機 構 等 。 1、 可 傳 遞 較 遠 距 離

4、 的 動 作2、 運 動 副 均 為 低 副 ， 承 載 大 ， 耐 磨 損 ， 常 用 于 重 型 機 械 。3、 連 桿 上 各 不 同 點 的 軌 跡 是 各 種 不 同 形 狀 的 曲 線 （ 連桿 曲 線 ） ， 工 程 上 常 用 來 作 為 直 接 完 成 某 種 軌 跡 要 求的 執(zhí) 行 機 構 。缺 點 ： 1、 運 動 鏈 長 ， 運 動 累 積 誤 差 大 ， 效 率 較 低 。 2、 不 宜 用 于 傳 遞 高 速 運 動 。優(yōu) 點 ： 2-1 連 桿 機 構 及 其 傳 動 特 點 搖 桿連 架 桿曲 柄 連 桿機 架連 架 桿1.平 面 四 桿 機 構 的 基 本

5、形 式 2-2 平 面 四 桿 機 構 的 類 型 和 應 用 2.1.1 曲 柄 搖 桿 機 構 (crank-rocker mechanism) 在 鉸 鏈 四 桿 機 構 中 ， 若 兩 個 連 架 桿 中 一 個 為 曲 柄 ， 另 一 個 為搖 桿 ， 則 此 四 桿 機 構 稱 為 曲 柄 搖 桿 機 構 。 2.1.2 雙 曲 柄 機 構 (double crank mechanism) 在 鉸 鏈 四 桿 機 構 中 ， 若 兩 個 連 架 桿都 是 曲 柄 ， 則 稱 為 雙 曲 柄 機 構 。 421 DCB A 3 C1B 1 2.1.3雙 搖 桿 機 構 (double

6、 rocker mechanism) 在 鉸 鏈 四 桿 機 構 中 ， 若 兩 連 架 桿 都 是 搖 桿 ， 則 稱 為 雙 搖 桿 機 構 。 2.2.平 面 四 桿 機 構 的 演 化 型 式 2.2.1 改 變 構 件 的 形 狀 和 運 動 尺 寸 321 DCBA 321 DCBA A B C e321偏 置 曲 柄 滑 塊 機 構 BA C 321 對 心 曲 柄 滑 塊 機 構 正 弦 機 構BA C21 3 A 3sB C21 sinABls BA C 321 2.2.2 改 變 運 動 副 的 尺 寸 在 曲 柄 滑 塊 機 構 中 ， 若 把曲 柄 端 點 的 轉 動

7、副 半 徑 擴 大 ， 使它 超 過 曲 柄 的 長 度 ， 曲 柄 就 演 化成 一 個 偏 心 輪 ， 其 偏 心 距 為 曲 柄的 長 度 。 同 樣 ， 曲 柄 滑 塊 機 構 中曲 柄 端 點 的 轉 動 副 半 經(jīng) 擴 大 ， 使它 超 過 曲 柄 的 長 度 ， 曲 柄 就 演 化成 了 一 個 偏 心 輪 。 2.2.3 選 用 不 同 的 構 件 為 機 架 （ 機 構 倒 置 ） 周 轉 副周 轉 副 擺 轉 副擺 轉 副 低 副 運 動 的 可 逆 性 ： 對 于 低 副 ， 它 所 聯(lián) 接 的 兩 個 構件 之 間 的 相 對 運 動 關 系 ， 不 因 其 中 哪 個

8、 構 件 是 機 架而 改 變 。 曲 柄 搖 桿 機 構 取 構 件 CD為 機 架雙 搖 桿 機 構取 構 件 AB為 機 架雙 曲 柄 機 構取 構 件 BC為 機 架曲 柄 搖 桿 機 構 取 構 件 1為 機 架 回 轉 導 桿 機 構取 構 件 2為 機 架 曲 柄 搖 塊 機 構 擺 動 導 桿 機 構取 構 件 3為 機 架 直 動 滑 桿 機 構 2-3 有 關 平 面 四 桿 機 構 的 一 些 基 本 知 識1、 平 面 四 桿 機 構 有 曲 柄 的 條 件轉 動 副 成 為 周 轉 副 的 條 件設 鉸 鏈 A所 連 接 的 構 件 1和 構 件 4的 桿長 關 系

9、ad adDB max41 adDB min41 3241 DBDB cbad BCD bcad cdba BCD 或 cbad bdca ba ca da 得 : 周 轉 副 存 在 條 件 ：z 四 桿 長 度 滿 足 桿 長 條 件 ： 最 短 桿 與 最 長 桿 長 度 之和 小 于 或 等 于 其 他 兩 桿 之 和 。z 構 成 周 轉 副 的 構 件 中 必 有 一 個 是 最 短 桿 。z 滿 足 桿 長 條 件 時 ， 最 短 桿 兩 端 分 別 是 兩 個 周 轉 副 。z 此 時 ， 若 以 最 短 桿 或 其 相 鄰 桿 作 機 架 ， 機 構 都 存 在 曲 柄 。z

10、 不 滿 足 桿 長 條 件 則 沒 有 周 轉 副 ， 獲 得 雙 搖 桿 機 構 。 鉸 鏈 四 桿 機 構 類 型 的 判 斷 條 件 ： 2）1） 在 滿 足 桿 長 和 的 條 件 下 ： （ 1） 以 最 短 桿 的 相 鄰 構 件 為 機 架 ， 則 最 短 桿 為 曲 柄 ， 另 一 連 架桿 為 搖 桿 ， 即 該 機 構 為 ； （ 2） 以 最 短 桿 為 機 架 ， 則 兩 連 架 桿 為 曲 柄 ， 該 機 構 為（ 3） 以 最 短 桿 的 對 邊 構 件 為 機 架 ， 均 無 曲 柄 存 在 ， 即 該 機 構 為。 注 意 ： 鉸 鏈 四 桿 機 構 必 須

11、滿 足 四 構 件 組 成 的 封 閉 多 邊 形 條 件 ：最 長 桿 的 桿 長 2 , : t1t2 , v10。 存 在 急 回 運 動不 存 在 急 回 運 動BA CB1 B2 C2 C1 C2 BB1 A C1 B2 C A B1 D C B2 = 導 桿 機 構 存 在 急 回 運 動 3、 鉸 鏈 四 桿 機 構 的 傳 動 角 與 死 點（ 1） 壓 力 角 與 傳 動 角cosFF1 sinFF2 壓 力 角傳 動 角傳 動 角 越 大 ， 對 機 構 的 傳 動越 有 利 ， 效 率 越 高 。A B CD F vcF1F2機 構 壓 力 角 :在 不 計 摩 擦 力

12、、 慣 性 力 和重 力 的 條 件 下 ， 機 構 中 驅 使 輸 出 件 運動 的 力 的 方 向 線 與 輸 出 件 上 受 力 點 的速 度 方 向 間 所 夾 的 銳 角 ， 稱 為 機 構 壓 力 角 ， 通 常 用 表 示 。傳 動 角 ： 壓 力 角 的 余 角 。 = 0, min= arccosb2+c2-(d-a)2/2bc最 小 傳 動 角 的 確 定 B C minF2A B CD FvcF1 a b cd FVc = 或 = 180- B C max = 180, max= arccosb2+c2-(d+a)2/2bc min=min ,180 -maxmin2）

13、當 原 動 件 AB與 機 架 拉 直 共 線 時 ， BCD最 小 。1） 當 原 動 件 AB與 機 架 重 疊 共 線 時 ， BCD最 小 。 FA BC1 23 vB3F vB3A BC1 23 = 0 = 90 vB3 FA BC 23 1 （ 2 ） 死 點 在 不 計 構 件 的 重 力 、 慣 性 力 和 運 動 副 中 的 摩 擦 阻 力 的 條 件 下 ， 當 連桿 機 構 從 動 件 上 的 傳 動 角 =0 （ 或 =90 ） 時 ， 驅 動 力 與 從 動 件 受力 點 的 運 動 方 向 垂 直 ， 其 有 效 分 力 等 于 零 ， 無 論 給 機 構 主 動

14、件 的 驅 動 力或 驅 動 力 矩 有 多 大 ， 均 不 能 使 機 構 運 動 ， 這 時 的 機 構 位 置 稱 為 死 點 位 置 。 當 搖 桿 為 原 動 件 時 ， 曲 柄 是 從 動 件 ， 當 搖 桿位 于 它 的 兩 個 極 限 位 置 時 ， 曲 柄 和 連 桿 共 線 ，其 傳 動 角 為 零 ， 機 構 處 于 死 點 位 置 。DABC F v BF DAC v 當 曲 柄 為 原 動 件 時 ， 不 存 在 死 點位 置 。當 搖 桿 或 滑 塊 為 原 動 件 時 ， 存 在兩 個 死 點 位 置 。 2-4 平 面 連 桿 機 構 的 設 計1、 連 桿 設

15、 計 的 基 本 問 題（ 1） 滿 足 預 定 的 運 動 規(guī) 律 要 求 1） 實 現(xiàn) 連 桿 占 有 若 干 指 定 的 位 置 ； 2） 實 現(xiàn) 主 動 連 架 桿 轉 角 與 從 動 連 架 桿 轉 角 之 間指 定 的 對 應 關 系 ； （ 顎 式 碎 礦 機 、 慣 性 篩 ） 3） 使 具 有 急 回 作 用 的 從 動 件 實 現(xiàn) 指 定 的 行 程 速比 系 數(shù) 。（ 2） 滿 足 預 定 的 軌 跡 要 求1） 實 驗 法 3） 解 析 法2） 圖 解 法2、 設 計 方 法 （ 1） 按 連 桿 預 定 的 位 置 設 計 四 桿 機 構B1 B2 B3 C2 C3C

16、1A D c23c12b23b12 步 驟 一選 定 比 例 尺 ， 按 給 定的 連 桿 位 置 和 長 度 畫出 連 桿 三 個 位 置 B1C1和 B2C2 、 B3C3步 驟 二分 別 連 接 B1和 B2 ， B2和B 3 ， C1和 C2， C2和 C3，并 作 B1B2、 B2B3和 C1C2、 C2C3的 垂 直 平 分 線 b12、 和 c12、 c23 ； 步 驟 三b12 、 b23的 交 點 作 為 鉸 鏈 A的 位 置 ， 在 c12、 c23的 交 點 作 為 鉸 鏈 D的 位 置 ， AB1C1D即 為 所求 的 曲 柄 搖 桿 機 構 的 運 動 簡 圖 。 1

17、、 剛 化 反 轉 法 如 果 把 機 構 的 第 i個 位 置 ABiCiD看 成 一剛 體 (即 剛 化 )， 并 繞點 D轉 過 (-1i)角 度(即 反 轉 )， 使 輸 出 連架 桿 CiD與 C1D重 合 ，稱 之 為 “ 剛 化 反 轉法 ” 。 DA CiB1 Bi C11i 1 11iBiA 1i（ 2） 按 兩 連 架 桿 預 定 的 對 應 位 置 設 計 四 桿 機 構 B1 DB2 B3 E1 E3A A3DB3 E3，C1按 兩 連 架 桿 三 個 對 應 位 置 設 計 四 桿 機 構 E211 2 3 2 3B2 E2A2 已 知 ： lCD， ， K 1求 ：

18、 A的 位 置 ， 并 定 出lAB， lAD ， lBC（ 3） 按 給 定 的 行 程 速 比 系 數(shù) 設 計 四 桿 機 構C1 D B1 C2 B2 A O90- 90- AB=(AC2-AC1)/2BC=(AC1+AC2)/2AC1=BC-ABAC2=BC+AB lAD lBC lAB ADl BCl ABl , C1 DB1 C2B2 A O90- 90-（ 1） 曲 柄 搖 桿 機 構 確 定 比 例 尺 l)1K( )1K(180 （ 2） 曲 柄 滑 塊 機 構已 知 ： C1 、 C2位 置 （ 行 程 H） ， K （ 3） 導 桿 機 構已 知 ： Kl AD, 2co

19、s2cos 2sin2sin ADADBD ADADAB lll lll B1 C2A C1B B2 C o900-e 900-A B1D C B2 = 例 題在 圖 示 鉸 鏈 機 構 中 ， 已 知 ： ， ， AD為 固 定 件 。（ 1） 如 果 能 成 為 曲 柄 搖 桿 機 構 ， 且 AB是 曲 柄 ， 求 的極 限 值 。（ 2） 如 果 能 成 為 雙 曲 柄 機 構 ， 求 的 取 值 范 圍 。（ 3） 如 果 能 成 為 雙 搖 桿 機 構 ， 求 的 取 值 范 圍 。mmlB 50C mmlCD 35 mmlAD 30ABlABl ABl 解 ： （ 1） 若 能

20、成 為 曲 柄 搖 桿 機 構 ， 則 機 構 必 須 滿 足 “ 桿 長之 和 條 件 ” ， 且 AB應 為 最 短 桿 。ADCDABBC llll 303550 ABl 15 ABl（ 2） 若 能 成 為 雙 曲 柄 機 構 ， 則 機 構 必 須 滿 足 “ 桿 長 之 和 條件 ” ， 且 AD應 為 最 短 桿 。1） lAB50mm時 ， BC為 最 長 桿 CDABADBC llll 353050 ABl 45 ABl5045 ABl2） lAB 50mm時 ， AB為 最 長 桿CDBCADAB llll 355030 ABl 55 ABl5550 ABl 5545 AB

21、l （ 3） 若 能 成 為 雙 搖 桿 機 構 ， 則 機 構 應 該 不 滿 足 “ 桿 長 之 和 條件 ” 。1） lABlAB30mm時 ， AD為 最 短 桿 ， BC為 最 長 桿 CDABBCAD llll 355030 ABl 54 ABl4530 ABl3） lAB50mm時 ， AB為 最 長 桿 ， AD為 最 短 桿CDBCADAB llll 355030 ABl 55 ABl 303550 CDBCADAB llll4） 還 需 滿 足 三 角 形 的 邊 長 關 系 115 ABl5415 ABl 51155 ABl 例 題 試 設 計 一 鉸 鏈 四 桿 機 構

22、 ， 已 知 搖 桿 CD的 行 程 速 比 系 數(shù)K=1.5， 搖 桿 的 長 度 lCD=75mm， 機 架 的 長 度 lAD=100mm， 搖 桿的 一 個 極 限 位 置 與 機 架 之 間 的 夾 角 1=45。 求 該 機 構 的 曲 柄 長度 lAB和 連 桿 的 長 度 lBC。 解 ： 根 據(jù) 給 定 的 系 數(shù) K， 計 算 出 機 構 的 極 位 夾 角 =180 x（ K-1） /（ K+1） =180 x（ 1.5-1） /(1.5+1) =36 以 D為 圓 心 ， DC1為 半 徑 畫 圓 弧 。 連 接 點 A和 C1， 并 以 AC1為 一 邊 作 C1AC2=36， 此 角 的 另 一 邊 交 圓 弧 于 C2和 C2點 。 （ 1） 將 DC1視 為 搖 桿 的 右 極 限 位 置 ， 則 DC2即 為 搖 桿 的 左極 限 位 置 。 因 而 AC1=BC-AB AC2=BC+AB 于 是 lAB=（ AC2-AC1） /2 lBC=（ AC2+AC1） /2 (2)將 DC1視 為 搖 桿 的 左 極 限 位 置 ， 則 DC2即 為 搖 桿 的 右 極限 位 置 。 因 而 AC1= BC+AB AC2= BC-AB 于 是 lAB=（ AC1-AC2） /2 lBC=（ AC1+AC2） /2