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'5平面连杆机构及其设计总结 应用实例：特征：至少有一个作平面运动的构件，称为连杆。定义：由低副（转动、移动）连接组成的平面机构。5.1平面连杆机的应用构及其设计的基本问题内燃机、鹤式吊、火车轮、牛头刨床、椭圆仪、机械手爪、揉面机、公共汽车开关门、四足机器人、剪板机、开窗户支撑、折叠伞、折叠床、牙膏筒拔管机、单车制动操作机构等。 缺点：▲构件和运动副多▲产生动载荷（惯性力），不适合高速。▲设计复杂，难以实现精确的轨迹。分类平面连杆机构空间连杆机构▲机械效率低。累积误差大运动精度低。特点：▲采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。▲改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。▲连杆曲线丰富，可满足不同要求。本章重点多杆机构常以构件数命名四杆机构 作者：潘存云教授ABCD耕地料斗DCAB作者：潘存云教授耕地料斗DCAB特例：平行四边形机构AB=CD特征：两连架杆等长且平行，连杆作平动BC=AD作者：潘存云教授B’C’ABDC播种机料斗机构作者：潘存云教授ADBC实例：火车轮摄影平台天平 作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授反平行四边形机构——车门开闭机构反向F’A’E’D’G’B’C’ABEFDCG平行四边形机构在共线位置出现运动不确定。采用两组机构错开排列。火车轮 作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授ABDCE3.双摇杆机构特征：两个摇杆应用举例：铸造翻箱机构特例：等腰梯形机构——汽车转向机构、风扇摇头机构B’C’ABDC风扇座蜗轮蜗杆电机ABDCEABDCE电机ABDC风扇座蜗轮蜗杆电机ABDC风扇座蜗轮蜗杆ABDC 作者：潘存云教授1.改变构件的形状和运动尺寸（转动副化为移动副）偏心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构曲柄摇杆机构曲柄滑块机构双滑块机构正弦机构s=lsinφ↓∞→∞φl5.2.2平面四杆机构的演化BACABCDCDABDCABCABCAB 作者：潘存云教授2.改变运动副的尺寸（扩大转动副）3.选不同的构件为机架偏心轮机构4123123412341234双曲柄机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双摇杆机构 牛头刨床小型刨床作者：潘存云教授ABDCE123456导杆机构摆动导杆机构转动导杆机构314A2BC曲柄滑块机构314A2BC作者：潘存云教授ABDC1243C2C13.选不同的构件为机架 作者：潘存云教授B234C1A3.选不同的构件为机架ACB1234导杆机构314A2BC曲柄滑块机构314A2BC摇块机构314A2BCB34C1A24A1B23C13C4AB2A1C234Bφ自卸车举升机构录像应用实例动画 作者：潘存云教授3.选不同的构件为机架314A2BC直动滑杆机构手摇唧筒这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法称为：机构的倒置BC3214A导杆机构314A2BC曲柄滑块机构314A2BC摇块机构314A2BCABC3214 椭圆仪机构实例：选择双滑块机构中的不同构件作为机架可得不同的机构作者：潘存云教授1234正弦机构缝纫机针头32144.运动副元素的逆换将低副两运动副元素的包容关系进行逆换，不影响两构件之间的相对运动。导杆机构4321摇块机构3214 a+b≤c+da+c≤b+da+d≤b+c三角形任意两边之和大于第三边作者：潘存云教授abdcC’B’AD平面四杆机构具有周转副可能存在曲柄。而且从该例可得以下结论由△B’C’D可得：由△B”C”D可得：AB为最短杆这说明：若有整周回转副，则最长杆与最短杆的长度之和≤其他两杆长度之和。5.3平面四杆机构的基本知识5.3.1平面四杆机构有曲柄的条件连架杆若能整周回转，必有两次与机架共线。若设a>d，同理有：将以上三式两两相加得：a≤ba≤ca≤db≤(d–a)+cc≤(d–a)+bd+aC”abdcADB”d-a设at2V2>V1摇杆的这种特性称为：用以下比值表示急回程度称K为行程速比系数。只要θ≠0K>1设计新机械时，往往先给定K值，于是急回运动且θK急回性质越明显。φθ 作者：潘存云教授曲柄滑块机构的急回特性应用：节省返程时间，如牛头刨、往复式输送机等。作者：潘存云教授θ180°＋θ180°-θ导杆机构的急回特性θ180°＋θ180°-θ思考题：对心曲柄滑块机构的急回特性如何？对于需要有急回运动的机构，常常是根据需要的行程速比系数K,先求出θ，然后在设计各构件的尺寸。导杆机构φθ很显然，当曲柄与连杆拉直共线时，滑块位于右侧极限位置；而当曲柄与连杆重叠共线时，滑块位于左侧极限位置；ω F’F”α作者：潘存云教授Fγ当∠BCD≤90°时，γ＝∠BCD2.压力角和传动角压力角：从动件驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹锐角α。设计时要求:γmin≥50°γmin出现的位置：当∠BCD>90°时，γ＝180°-∠BCD切向分力F’=Fcosα法向分力F”=Fcosγ对传动有利。=Fsinγ此位置一定是：主动件与机架共线两处之一ABCDCDBAFγ可用γ的大小来表示机构传动力性能的好坏,当∠BCD最小或最大时，都有可能出现γminF”F’γF’称γ为传动角。为了保证机构良好的传力性能 作者：潘存云教授d-a车门C1B1abcdDA由余弦定律：(d-a)2＝b2+c2-2bccos∠B1C1D同理有：∠B2C2D＝arccos{[b2+c2-(d+a)2]/2bc}若∠B1C1D≤90°,则若∠B2C2D>90°,则γ1＝∠B1C1Dγ2＝180°-∠B2C2Dvγγ1γmin＝[∠B1C1D,180°-∠B2C2D]minαF可得：∠B1C1D＝arccos{[b2+c2-(d-a)2]/2bc}请大家回忆余弦定律abcdDAC2B2d+aγ2机构的传动角一般在运动链最终一个从动件上度量。 曲柄滑块机构ACBeEωFFtFnγαγminFα=0ºγ≡90ºω导杆机构γmin出现在曲柄垂直滑块导路，且远离导路处。V 作者：潘存云教授F摇杆为主动件，且连杆与曲柄两次共线时，有：此时机构不能运动.避免措施：两组机构错开排列，如火车轮机构;称此位置为：“死点”γ＝0靠飞轮的惯性（如内燃机、缝纫机等）。F’A’E’D’G’B’C’ABEFDCGγ＝0Fγ＝03.机构的死点位置曲柄作主动件时，机构总是可以运动 作者：潘存云教授作者：潘存云教授工件ABCD1234PABCD1234工件P钻孔夹具γ=0TABDC飞机起落架ABCDγ=0F也可以利用死点进行工作：飞机起落架、钻夹具等。对于曲柄滑块机构和导杆机构，当滑块或导杆作为主动件时，都有死点位置存在。 DAB1C1作者：潘存云教授作者：潘存云教授4.铰链四杆机构的运动连续性——指连杆机构能否连续实现给定的各个位置。可行域：摇杆的运动范围。不可行域：摇杆不能达到的区域。设计时不能要求从一个可行域跳过不可行域进入另一个可行域。称此为错位不连续。设计连杆机构时，应满足运动连续性条件。C1C2C’1C’2C’CADBB2C2B3C3DAB1C1B2C2B3C3曲柄作逆时针运动时，可以满足运动顺序要求，但顺时针运动时，则不满足顺序要求。错序不连续 小结：1）在设计含有曲柄的平面连杆机构时，各构件长度必须满足曲柄存在条件。要求熟记两个条件。2）急回运动是平面连杆机构的重要特性，工程上利用急回特性来节省非工作时间。要求熟记以下计算公式：3）压力角和传动角是描述机构传力性能的重要指标，γ+α=90°,工程上一般要求：γmin≥50°4）当曲柄为从动件时，机构会出现死点：γ=0°三种机构：曲柄摇杆机构、曲柄滑块机构、导杆机构5）设计连杆机构时，应满足运动连续性条件。 5.4平面四杆机构的设计5.4.3实验法设计平面四杆机构5.4.1连杆机构设计的基本问题5.4.4解析法设计平面四杆机构5.4.2图解法设计平面四杆机构2.按给定两连架杆对应位置设计平面四杆机构1.按给定连杆位置设计平面四杆机构3.按给定的行程速比系数K设计四杆机构 5.4平面四杆机构的设计5.4.1平面四杆机构设计的基本问题及设计方法机构选型——根据给定的运动要求选择机构的类型；尺度综合——确定各构件的尺度参数(长度尺寸)。同时要满足其他辅助条件：a)结构条件（如要求有曲柄、杆长比恰当、运动副结构合理等）;b)动力条件（如γmin）;c)运动连续性条件等。γ 作者：潘存云教授作者：潘存云教授ADCB飞机起落架B’C’三类设计要求：1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如:飞机起落架、函数机构。函数机构要求两连架杆的转角满足函数y=logxxy=logxABCD 作者：潘存云教授三类设计要求：1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如:飞机起落架、函数机构。2)满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构。要求连杆在两个位置垂直地面且相差180˚B’C’ABDC给定的设计条件：1)几何条件（给定连架杆或连杆的位置）2)运动条件（给定K）3)动力条件（给定γmin）设计方法：图解法、解析法、实验法3)满足预定的轨迹要求，如抓片机。 1.按给定连杆位置设计平面四杆机构1)给定连杆两组位置有唯一解。B2C2AD将铰链A、D分别选在B1B2，C1C2连线的垂直平分线上任意位置都能满足设计要求。2)给定连杆上铰链BC的三组位置有无穷多组解。A’D’B2C2B3C3DB1C15.4.2用作图法设计平面四杆机构AB1C1已知：连杆长度及几个位置，设计平面四杆机构 作者：潘存云教授ADB1C1已知:固定铰链A、D和连架杆位置，确定活动铰链B、C的位置。2.按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构机构的转化原理 作者：潘存云教授B’2α2B2φ2E2α1B1φ1E12.按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构①任意选定构件AB的长度②连接B2E2、DB2的得△B2E2D③绕D将△B2E2D旋转φ1-φ2得B’2点已知:机架长度d和两连架杆三组对应位置。AdDB3α3φ3E3设计步骤： 作者：潘存云教授④连接B3E3、DB3得△B3E3D⑤将△B3E3D绕D旋转φ1-φ3得B’3点2.按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构已知:机架长度d和两连架杆三组对应位置。α2B2φ2E2α1B1φ1E1AdDB3α3φ3E3B’2B’3①任意选定构件AB的长度②连接B2E2、DB2的得△B2E2D③绕D将△B2E2D旋转φ1-φ2得B’2点设计步骤： 作者：潘存云教授α2B2φ2E2α1B1φ1E1AdDB3α3φ3E3B’2B’3⑥由B’1B’2B3三点求圆心C3。2.按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构已知:机架长度d和两连架杆三组对应位置。C1B2C2B3C3④连接B3E3、DB3得△B3E3D⑤将△B3E3D绕D旋转φ1-φ3得B’3点①任意选定构件AB的长度②连接B2E2、DB2的得△B2E2D③绕D将△B2E2D旋转φ1-φ2得B’2点设计步骤： 作者：潘存云教授Eφθθ3.按给定的行程速比系数K设计平面四杆机构(1)曲柄摇杆机构①计算θ＝180°(K－1)/(K+1);已知：CD杆长，摆角φ及K，设计此机构。步骤如下：②任取一点D，作摇杆两极限位置C1D和C2D，夹角为φ;③作C2P⊥C1C2，作C1P使④作△PC1C2的外接圆，则A点必在此圆上。∠C2C1P=90°－θ,交于P;90°-θPC1C2⑤选定A，设曲柄为a，连杆为b，则:⑥以A为圆心，AC2为半径作弧交于E,得：a=EC1/2b=(AC1+AC2)/2,AC2=b-a=>a=(AC1－AC2)/2AC1=a+bDA 作者：潘存云教授E2θ2ae(2)曲柄滑块机构H已知K，滑块行程H，偏距e，设计此机构。①计算:θ＝180°(K-1)/(K+1);②作C1C2＝H③作射线C1O使∠C2C1O=90°－θ,④以O为圆心，C1O为半径作圆。⑥以A为圆心，AC1为半径作弧交于E,得：作射线C2O使∠C1C2O=90°－θ。⑤作偏距线e，交圆弧于A，即为所求。C1C290°-θo90°-θAb=(AC2+AC1)/2a=(AC2－AC1)/2 作者：潘存云教授作者：潘存云教授ADmnφ=θD(3)导杆机构分析：由于θ与导杆摆角φ相等，设计此机构时，仅需要确定曲柄a。①计算θ＝180°(K-1)/(K+1);②任选D作∠mDn＝φ＝θ，③取A点，使得AD=d,则:a=dsin(φ/2)θφ=θAd作角平分线;已知：机架长度d，K，设计此机构。 作者：潘存云教授D5.4.3实验法设计平面四杆机构当给定连架杆位置超过三对时，一般不可能有精确解。只能用优化或试凑的方法获得近似解。1)首先在一张纸上取固定轴A的位置，作原动件角位移φi2)任意取原动件长度AB3)任意取连杆长度BC，作一系列圆弧;4)在透明纸上取固定轴D，作角位移ψiDk15)取一系列从动件长度作同心圆弧。6)两图叠加，移动透明纸，使ki落在同一圆弧上。φiψiAC1B11.按两连架杆多组对应位置设计四杆机构位置φiψi位置φiψi1→215∘10.8∘4→515∘15.8∘2→315∘12.5∘5→615∘17.5∘3→415∘14.2∘6→715∘19.2∘ 作者：潘存云教授ABCDNEM连杆作平面运动,其上各点的轨迹均不相同。B,C点的轨迹为圆弧;其余各点的轨迹为一条封闭曲线。设计目标:就是要确定一组杆长参数,使连杆上某点的轨迹满足设计要求。2.按预定的运动轨迹设计四杆机构连杆曲线 作者：潘存云教授连杆曲线生成器ABCD 作者：潘存云教授连杆曲线图谱 作者：潘存云教授作者：潘存云教授2.按预定的运动轨迹设计四杆机构ABCDE14325输送机构搅拌机构CBADE6步进式 5.4.4用解析法设计平面四杆机构思路：首先建立包含机构的各尺度参数和运动变量在内的解析关系式，然后根据已知的运动变量求解所需的机构尺度参数。 ABCD1234作者：潘存云教授xy按给定的运动规律设计四杆机构给定连架杆对应位置：构件3和构件1满足以下位置关系：abcd建立坐标系,设构件长度为：a、b、c、d在x,y轴上投影可得：a+b=c+d机构尺寸比例放大时，不影响各构件相对转角。acocφi+bcosδi=ccosψi+dasinφi+bsinδi=csinψiψi＝f(φi)i=1,2,3…n设计此四杆机构(求各构件长度)。φiψiδi 令:消去δi整理得：a2+c2+d2-b2-2adcosφi－2cdcosψi＝2accos(φi-ψi)移项得：bcosδi=d+cosψi－acosφibsinδi=csinψi－asinφi则上式简化为：R1+R2cosφi+R3cosψi=cos(φi－ψi)式中包含有R1、R2、R3三个待定参数,故四杆机构最多可按两连架杆的三组对应未知精确求解。R1+R2cosφ1+R3cosψ1=cos(φ1－ψ1)R1+R2cosφ2+R3cosψ2=cos(φ2－ψ2)R1+R2cosφ3+R3cosψ3=cos(φ3－ψ3)若给出三组位置则： 联立求解可得R1、R2、R3，选定d即可求得：R1+R2cosφ1+R3cosψ1=cos(φ1－ψ1)R1+R2cosφ2+R3cosψ2=cos(φ2－ψ2)若给出两组位置则：式中包含有R1、R2、R3三个待定参数,故设计的四杆机构可有无穷多个解。若不以x轴的方向作为转角φ和ψ的起始度量线，而是以与x轴分别成φ0和ψ0的方向线作为转角的起始度量线，则： 式中包含有R1、R2、R3、φ0、ψ0五个待定参数,故四杆机构最多可按两连架杆的五组对应未知精确求解。当i>5时，一般不能求得精确解，只能用最小二乘法近似求解。当i<5时，可预定部分参数，有无穷多组解。令:R1、R2、R3则得：则上式简化为：R1+R2cos(φi－φ0)+R3cos(ψi－ψ０)=cos(φi－ψi－φ0－ψ0)bcosδi=d+cos(ψi－ψ0)－acos(φi－φ０）bsinδi=csin(ψi－ψ0)－asin(φi－φ0)消去δi整理得：a2+c2+d2-b2-2adcos(φi－φ0)－2cdcos(ψi－ψ0)＝2accos(φi-ψi－φ0－ψ0) 举例：设计一四杆机构满足连架杆三组对应位置：φ1ψ1φ2ψ2φ3ψ345°50°90°80°135°110°φ1ψ1φ3ψ3代入方程得：解得:R1=0.7344,R2=－0.9409,R3=1.4424选定构件1的长度a之后，可求得其余杆的绝对长度。B1C1ADB2C2B3C3φ2ψ2设a=1R1+R2cos45°+R3cos50°=cos(45°－50°)R1+R2cos90°+R3cos80°=cos(90°－80°)R1+R2cos135°+R3cos110°=cos(135°－110°)解得:d=1.4424,c=1.533,b=2.77 本章重点：1.四杆机构的基本形式、演化及应用；*2.曲柄存在条件、传动角γ、压力角α、死点、急回特性：极位夹角和行程速比系数等物理含义，并熟练掌握其确定方法；*3.掌握按连杆二组位置、三组位置、行程速比系数设计四杆机构的原理与方法。了解按连架杆三组对应位置作业：5.1、5.3(b)、5.5、5.7、5.16、5.18 第一节鼻疔 [目的要求]1．熟悉鼻疔的定义，鼻疔的症状特点。2．熟悉鼻疔的病因病机，疔疮走黄的发病机理。鼻疔的预防与调护措施。3．掌握鼻疔及疔疮走黄的诊断，不同阶段的辨证治疗，外治法，成脓后的处理原则。 [重点及难点提示]重点：掌握鼻疔的症状特征，对邪毒外袭、火毒上攻和火毒炽盛、内陷营血两型主证、治法、方药要有明确认识。难点：注意禁忌早期切开引流及挤压、挑刺、灸法等，避免发生疔疮走黄之危证。 一、概述1、定义：鼻疔是指发生在鼻尖、鼻翼及鼻前庭部位的疖肿。以局部红肿疼痛，呈粟粒状突起，有脓点为特征。若因邪毒壅盛，正气虚弱，以致邪毒内陷，可转为疔疮走黄的重证。2、现代医学病名：相当于西医学的鼻疖。3、糖尿病人、抵抗力低者易发本病。 二、病因病机1.邪毒外袭，火毒上攻　①因挖鼻、拔鼻毛损伤肌肤或毛根，风热邪毒乘机而入，内犯于肺，郁而化火，内外邪毒壅聚鼻窍而致病。②恣食膏梁厚味、辛辣炙搏、肺胃积热，以致火毒结聚，循经上犯鼻窍而为病。2.火毒炽盛，内陷营血　正气虚弱，火毒势猛，以致邪毒内陷，入犯营血及心包，而成疔疮走黄之危候。 三、诊断1.病史：多有挖鼻或拔鼻毛史，部分病人可有消渴病史。2.主证：鼻部疼痛，成脓时有跳痛，全身可伴有发热、头痛、便秘、周身不适等症状。3.检查：鼻前庭或鼻尖、鼻翼处丘状隆起，周围发红发硬，成熟后，顶有黄白色脓点。病情重者，可引起同侧上唇、面部、下睑等处肿胀。如疔疮走黄，则见疮头紫暗，顶陷无脓，根脚散漫，鼻肿如瓶，目胞合缝等。 四、鉴别诊断本病应注意与鼻疳相鉴别。 五、辨证及治疗（一）分型论治1.邪毒外袭，火毒上攻症见：（1）病初表现为外鼻部局限性潮红，继则渐次隆起，状如粟粒，渐长如椒目，周围发硬，焮热微痛。（2）3～5天后，疮顶现黄白色脓点，顶高根软。（3）一般全身症状不明显，或伴头痛、发热、全身不适等症，舌质红，苔白或黄，脉数。治则：清热解毒消肿止痛方药：五味消毒饮加减 2.火毒炽盛，内陷营血症见：疮头紫暗，顶陷无脓，根脚散漫，鼻肿如瓶，目胞合缝，局部红肿灼痛，头痛如劈。可伴有高热、烦躁、呕恶、神昏谵语，痉厥、口渴、便秘等症，舌红绛，苔厚黄燥，脉洪数。治则：泻热解毒清营凉血方药：黄连解毒汤合犀角地黄汤加减 （二）外治法1.外敷　脓未成者用紫金锭、四黄散等水调敷患处。2.排脓　脓成顶软者用尖刀片挑破脓头，小镊子钳出脓头或吸引器吸出脓栓。切开时不可切及周围浸润部分，且忌挤压。 六、预防与调护①禁忌早期切开引流及挤压、挑刺、灸法，以免脓毒扩散，入侵营血，内犯心包，引起疔疮走黄之危证。②注意休息，忌食辛辣炙煿肥甘厚腻之品，多吃蔬菜、水果，多饮水，保持大便通畅。③戒除挖鼻及拔鼻毛之恶习，积极治疗各种鼻病，保持鼻部清洁，以防染毒。④对屡次发作者，应加强身体锻炼，加强营养，提高机体抗病能力。⑤患消渴病者，应积极治疗。 七、预后及转归1、及时恰当治疗，预后良好。2、若治疗不当，可致疔疮走黄，甚则危及生命。 八、病例分析姜某，男，54岁，干部。主诉：右侧鼻孔疼痛6天，伴右侧面部、唇部肿痛2天。现病史：该患于6天前因挖鼻后出现右侧鼻孔隐痛，未经治疗，后来疼痛逐渐加重，昨天开始右侧面部及唇部肿痛，且发热，头痛不适，口渴，大便秘结，小便黄。检查：体温37.8℃，右鼻前庭底壁局限性红肿，未见脓头，明显触痛，右侧上唇及面颊部肿胀，有触痛，双侧鼻腔检查未见异常。舌质红，苔黄，脉数。请说出证候分析、诊断、证型、治法、代表方及外治法。 九、思考题1.如何诊断疔疮走黄？2.简述鼻疔的预防与调护？3.如何运用外治法治疗鼻疔？'