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返回,第八章 平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì),§8-1 連桿機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)特點(diǎn),§8-2 平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用,§8-3 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí),§8-4 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),§8-5 多桿機(jī)構(gòu),連桿機(jī)構(gòu)常用其所含的桿數(shù)而命名，,故此類機(jī)構(gòu)統(tǒng)稱為連桿機(jī)構(gòu)。,§8-1 連桿機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)特點(diǎn),1.應(yīng)用舉例,契貝謝夫四足步行機(jī)構(gòu)（圖片、動(dòng)畫）,2.連桿機(jī)構(gòu),曲柄滑塊機(jī)構(gòu),擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),此類機(jī)構(gòu)的共同特點(diǎn)：,機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件1和從動(dòng)件3的運(yùn)動(dòng)都需要經(jīng)過(guò)連桿2來(lái)傳動(dòng)。,機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)副一般均為低副。,故此類機(jī)構(gòu)也稱低副機(jī)構(gòu)。,連桿機(jī)構(gòu)中的構(gòu)件多呈現(xiàn)桿的形狀，,故有四桿機(jī)構(gòu)、六桿機(jī)構(gòu)等。,例8-1 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu),故常稱構(gòu)件為桿。,,,,構(gòu)件多呈現(xiàn)桿的形狀；,可實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)變換和運(yùn)動(dòng)規(guī)律；,連桿曲線形狀豐富，可滿足各種軌跡要求。,缺點(diǎn)：,運(yùn)動(dòng)鏈長(zhǎng)，累積誤差大，效率低；,慣性力難以平衡，動(dòng)載荷大，不宜用于高速運(yùn)動(dòng)；,一般只能近似滿足運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求。,,連桿機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)特點(diǎn)(2/2),3.傳動(dòng)特點(diǎn),運(yùn)動(dòng)副一般為低副；,優(yōu)點(diǎn)：,,,,§8-2 平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用,1.四桿機(jī)構(gòu)的類型,（1）基本型式,鉸鏈四桿機(jī)構(gòu),等腰梯形機(jī)構(gòu),（2）演化形式,其他型式的四桿機(jī)構(gòu)可以認(rèn)為是由基本型式的四桿機(jī)構(gòu)演化 而來(lái)的，,其演化方法有：,1）改變構(gòu)件的形狀及運(yùn)動(dòng)尺寸,2）改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸,,,,例8-2,鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的倒置,曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的倒置,雙滑塊機(jī)構(gòu)的倒置,4）運(yùn)動(dòng)副元素的逆換,2.四桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用,（1）基本型式四桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用,（2）演化型式四桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用,平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用(2/2),,3）選用不同的構(gòu)件為機(jī)架,,,,（即機(jī)構(gòu)的倒置）,§8-3 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí),1.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件,最短桿長(zhǎng)度＋最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度≤其余兩桿長(zhǎng)度之和；,組成該周轉(zhuǎn)副的兩桿中必有一桿為最短桿。,（2）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件,最短桿為連架桿或機(jī)架。,例8-3 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu),（1）周轉(zhuǎn)副的條件,1）各桿長(zhǎng)度滿足桿長(zhǎng)條件,,其中第一個(gè)條件稱為桿長(zhǎng)條件。,各桿長(zhǎng)度應(yīng)滿足桿長(zhǎng)條件；,2）各桿長(zhǎng)度不滿足桿長(zhǎng)條件,,,,此時(shí)不論以何桿為機(jī)架，機(jī)構(gòu)均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。,則機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)；,當(dāng)最短桿為連架桿時(shí)，,如果各桿長(zhǎng)度不滿足桿長(zhǎng)條件，,則機(jī)構(gòu)無(wú)周轉(zhuǎn)副，,例8-4 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu),偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)有曲柄的條件：,連架桿長(zhǎng)度＋偏距≤連桿的長(zhǎng)度；,連架桿為最短桿。,對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)有曲柄的條件：,連架桿長(zhǎng)度≤連桿的長(zhǎng)度；,連架桿為最短桿。,平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)(2/5),,則機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；,當(dāng)最短桿的相對(duì)桿為機(jī)架時(shí)，,當(dāng)最短桿為機(jī)架時(shí)，,機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。,結(jié)論：,如果鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)各桿長(zhǎng)度滿足桿長(zhǎng)條件，,,,,2.急回運(yùn)動(dòng)和行程速比系數(shù),（1）急回運(yùn)動(dòng),當(dāng)主動(dòng)件曲柄等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件搖桿擺回的平均速度大于 擺出的平均速度，搖桿的這種運(yùn)動(dòng)特性稱為急回運(yùn)動(dòng)。,（2）行程速比系數(shù)K,結(jié)論,且θ 角越大，K值越大，機(jī)構(gòu)的急回性質(zhì)也越顯著。,例8-5 牛頭刨床機(jī)構(gòu),當(dāng)機(jī)構(gòu)存在極位夾角θ 時(shí)，機(jī)構(gòu)便具有急回運(yùn)動(dòng)特性；,,例8-6 對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu),例8-7 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu),平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)(3/5),,,,連桿BC與從動(dòng)件CD之間所夾的銳角γ 稱為四桿機(jī)構(gòu)在此位置 的傳動(dòng)角。,且 γ ＝90°－ α ≤90°,最小傳動(dòng)角的確定： 對(duì)于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)， γmin出現(xiàn)在主動(dòng)件 曲柄與機(jī)架共線的兩位置之一。,為了保證機(jī)構(gòu)傳力性能良好，,3．四桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角,,對(duì)于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，以搖桿CD為主動(dòng)件，則當(dāng)連桿與從動(dòng)件 曲柄共線時(shí)，機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角γ＝0°，,這時(shí)主動(dòng)件CD 通過(guò)連桿作 用于從動(dòng)件AB上的力恰好通過(guò)其回轉(zhuǎn)中心，出現(xiàn)了不能使構(gòu)件AB 轉(zhuǎn)動(dòng)的“頂死” 現(xiàn)象，,機(jī)構(gòu)的這種位置稱為“死點(diǎn)”。,4.死點(diǎn),例8-9 曲柄滑塊機(jī)構(gòu),例8-10 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),例8-8 曲柄搖桿機(jī)構(gòu),平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)(4/5),,,,（1）克服死點(diǎn)的方法,1）利用安裝飛輪加大慣性的方法，借慣性作用使機(jī)構(gòu)闖過(guò)死 點(diǎn)。,2）采用將兩組以上的同樣機(jī)構(gòu)組合使用，且使各組機(jī)構(gòu)的死 點(diǎn)位置相互錯(cuò)開(kāi)排列的方法。,（2）死點(diǎn)的應(yīng)用,例8-11 飛機(jī)起落架收放機(jī)構(gòu),例8-12 折疊式桌的折疊機(jī)構(gòu),,平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)(5/5),,,,5．連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)連續(xù)性,§8-4 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),1. 連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題,例8-13 流量指示機(jī)構(gòu),例8-14 牛頭刨床機(jī)構(gòu),（2）滿足預(yù)定的連桿位置要求,連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題是根據(jù)給定的要求選定機(jī)構(gòu)的型式， 確定各構(gòu)件的尺寸，同時(shí)還要滿足結(jié)構(gòu)條件、動(dòng)力條件和運(yùn)動(dòng)連 續(xù)條件等。,（1）滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的要求,即滿足兩連架桿預(yù)定的對(duì)應(yīng)位置要求,（又稱實(shí)現(xiàn)函數(shù)的問(wèn)題)；,即要求連桿能占據(jù)一系列預(yù)定位置,例8-15 小型電爐爐門的開(kāi)閉機(jī)構(gòu),滿足給定行程速比系數(shù)K的要求等。,（又稱剛體導(dǎo)引問(wèn)題）。,,,,（3）滿足預(yù)定的軌跡要求,圖解法、解析法和實(shí)驗(yàn)法。,即要求在機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，連桿上某些點(diǎn)的軌跡能滿足預(yù) 定的軌跡要求。,例8-16 鶴式起重機(jī),例8-17 攪拌機(jī)構(gòu),連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法有：,2. 用解析法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),（1）按預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì),1）按預(yù)定的兩連架桿對(duì)應(yīng)的位置設(shè)計(jì),2）按期望函數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),（2）按預(yù)定的連桿位置設(shè)計(jì),平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)(2/6),,（3）按預(yù)定的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì),例1,例2,,,,3. 用作圖法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),,固定鉸鏈 A、D ：,,,活動(dòng)鉸鏈 B、C ：,圓心,圓或圓弧,i =1、2、···、N,圖解設(shè)計(jì)問(wèn)題——作圖求解各鉸鏈中心的位置問(wèn)題。,各鉸鏈間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系：,3.1 圖解設(shè)計(jì)的基本原理,平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)(3/6),,,,,,接下來(lái)，將原機(jī)構(gòu)的各位置的構(gòu)型均視為剛體，并向某一選定位置相對(duì)移動(dòng)，使新機(jī)架的各桿位置重合，便可得新連桿相對(duì)于新機(jī)架的各個(gè)位置，即實(shí)現(xiàn)了機(jī)構(gòu)的倒置。,這樣，就將求活動(dòng)鉸鏈的位置問(wèn)題轉(zhuǎn)化為求固定鉸鏈的位置問(wèn)題了。,這種方法又稱為反轉(zhuǎn)法。,為了求活動(dòng)鉸鏈的位置，可將待求活動(dòng)鉸鏈所在的桿視作新機(jī)架，而將其相對(duì)的桿視為新連桿。,機(jī)構(gòu)的倒置原理,平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)(4/6),,,,3.2圖解設(shè)計(jì)的具體方法,（1）按連桿預(yù)定的位置設(shè)計(jì),1）已知活動(dòng)鉸鏈中心的位置,2）已知固定鉸鏈中心的位置,求解條件討論：,當(dāng)N＝3時(shí)，,當(dāng)N＝2時(shí)，,當(dāng)N＝4時(shí)，,當(dāng)N＝5時(shí)，,（2）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),1）已知兩連架桿三對(duì)對(duì)應(yīng)位置,2）已知兩連架桿四對(duì)對(duì)應(yīng)位置,,有唯一解；,有無(wú)窮多解；,可能有無(wú)窮多解；,可能有解或無(wú)解；,平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)(5/6),,,,（3）按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),例8-18 曲柄搖桿機(jī)構(gòu),例8-19 曲柄滑塊機(jī)構(gòu),例8-20 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),4. 用實(shí)驗(yàn)法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),（1）按兩連架桿的多對(duì)對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì),（2）按預(yù)定的軌跡設(shè)計(jì),,平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)(6/6),,,,§8-5 多桿機(jī)構(gòu),1.多桿機(jī)構(gòu)的功用,（1）取得有利的傳動(dòng)角,（2）獲得較大的機(jī)械效益,（3）改變從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)特性,（4）實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件帶停歇的運(yùn)動(dòng),（5）擴(kuò)大機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的行程,（6）使機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的行程可調(diào),（7）實(shí)現(xiàn)特定要求下的平面導(dǎo)引,結(jié)論 由于多桿機(jī)構(gòu)的尺度參數(shù)較多，因此它可以滿足更為 復(fù)雜的或?qū)崿F(xiàn)更加精確的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求和軌跡要求。但其設(shè)計(jì)也 較困難。,,,,（1）多桿機(jī)構(gòu)的分類,1）按桿數(shù)分,五桿、六桿、八桿機(jī)構(gòu)等；,2）按自由度分,單自由度、兩自由度和三自由度多桿機(jī)構(gòu)。,（2）六桿機(jī)構(gòu)的分類,1）瓦特（Watt）型，有Ⅰ型、Ⅱ型兩種。,多桿機(jī)構(gòu)(2/3),,,2.多桿機(jī)構(gòu)的類型,瓦特型,斯蒂芬森型,瓦特Ⅰ型,瓦特Ⅱ型,,,,2）斯蒂芬森（Stephenson）型，有Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型三種。,斯蒂芬森Ⅰ型,斯蒂芬森Ⅱ型,斯蒂芬森Ⅲ型,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,多桿機(jī)構(gòu)(3/3),,（3）六桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用,契貝謝夫四足機(jī)器人,它是利用連桿曲線特性，當(dāng)一對(duì)角足運(yùn)動(dòng)處在曲線的直線段時(shí)則著地靜止不動(dòng)，而另一對(duì)角足則處在曲線段作邁足運(yùn)動(dòng)，從而可實(shí)現(xiàn)類似動(dòng)物的足行運(yùn)動(dòng)。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,