湖南大學(xué)機(jī)械原理課件

1、第第8章章 平面連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu) 傅定發(fā)傅定發(fā) 本章主要內(nèi)容 8.1平面連桿機(jī)構(gòu)概述 平面連桿機(jī)構(gòu)是由若干用（轉(zhuǎn)動(dòng)副 或移動(dòng)副）聯(lián)接而成的，又稱為 。這類機(jī)構(gòu)常應(yīng)用于機(jī)床、動(dòng)力機(jī)械、工 程機(jī)械、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械和紡織機(jī)械中。如： 牛頭刨床中的，活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)和空氣壓 縮機(jī)中的，包裝機(jī)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。 8.1平面連桿機(jī)構(gòu)概述1 平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn): （1）構(gòu)件運(yùn)動(dòng)形式多樣； （2）低副面接觸的結(jié)構(gòu)使其具有磨損減小， 制造方便，幾何封閉的優(yōu)點(diǎn)； （3）只能近似實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律或運(yùn)動(dòng)軌 跡，且設(shè)計(jì)較為復(fù)雜； （4）運(yùn)動(dòng)中慣性力難以平衡，常用于速度較 低的場(chǎng)合。 8.2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式 所

2、有運(yùn)動(dòng)副均為轉(zhuǎn)動(dòng)副的平面四桿機(jī)構(gòu)稱為鉸鏈 四桿機(jī)構(gòu)。它是四桿機(jī)構(gòu)的最基本的形式，其它 形式的四桿機(jī)構(gòu)都可看作是在它的基礎(chǔ)上演化而 成的。 8.2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式 其運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 通過(guò)以上的觀察，可以掌握鉸接四 桿機(jī)構(gòu)的基本組成；同時(shí)可以看到， 在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，固定不動(dòng)的桿4 為機(jī)架機(jī)架，與機(jī)架相連的桿1與桿3， 稱為連架桿連架桿，聯(lián)接兩連架桿的桿2為 連桿。連架桿1與3通常繞自身的回 轉(zhuǎn)中心A和D回轉(zhuǎn)，桿2作平行運(yùn)動(dòng)； 若能作整周回轉(zhuǎn)的連架桿稱為曲柄曲柄， 不能作整周回轉(zhuǎn)的連架桿稱為搖桿搖桿。 8.2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)共有三種基本型式： 8.2.1曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 若兩連

3、架桿之一為曲柄，另一連架桿為搖桿,則該 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)稱為。它能使整周回 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橥鶑?fù)擺動(dòng)，也能把往復(fù)擺動(dòng)變?yōu)檎?回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)換：回轉(zhuǎn)擺動(dòng)。 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用 應(yīng)用于把轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)閿[動(dòng)或把擺動(dòng)變?yōu)檗D(zhuǎn)動(dòng)的場(chǎng)合。 為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，它把回轉(zhuǎn)變?yōu)?擺動(dòng)。 也為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，它把擺動(dòng)變?yōu)?回轉(zhuǎn)。 的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。由柄1緩慢 地勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)連桿2，使搖桿3在一定角度范 圍內(nèi)擺動(dòng)，以調(diào)整天線俯仰角的大小。 牛頭刨床的進(jìn)給機(jī)構(gòu) 縫紉機(jī)的踏板機(jī)構(gòu) 8.2.2雙曲柄機(jī)構(gòu) 當(dāng)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的兩連架桿都是曲柄時(shí)，則該機(jī) 構(gòu)稱為雙曲柄機(jī)構(gòu)；如所示：圖中桿AB、BC、 CD、AD組成雙

4、曲柄機(jī)構(gòu)，當(dāng)曲柄AB（主動(dòng)件） 等速回轉(zhuǎn)一周時(shí)，曲柄CD變速回轉(zhuǎn)一周。 運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)換：等速回轉(zhuǎn)變速回轉(zhuǎn) 雙曲柄機(jī)構(gòu)應(yīng)用 應(yīng)用于把等速轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)樽兯俎D(zhuǎn)動(dòng)的場(chǎng)合。 例：例： 由雙曲柄機(jī)構(gòu)帶動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的 滑塊作變速往復(fù)移動(dòng)，從而增加了慣性提高了篩 選效率。 應(yīng)用：應(yīng)用于從動(dòng)件需要和主動(dòng)件保持同步的場(chǎng)合。 例： 8.2.3雙搖桿機(jī)構(gòu) 當(dāng)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的兩連架都是搖桿時(shí)，該機(jī)構(gòu)稱為 ；雙搖桿機(jī)構(gòu)可把主動(dòng)搖桿的擺動(dòng)變?yōu)閺膭?dòng) 搖桿的擺動(dòng)。 運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)換：擺動(dòng)擺動(dòng) 雙搖桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用 應(yīng)用：應(yīng)用于不需要整周回轉(zhuǎn)的場(chǎng)合。 例：港口起重機(jī)上的雙搖桿機(jī)構(gòu)；電力機(jī)車受電弓 8.3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的力學(xué)特性 8.3.1鉸鏈

5、四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在條件 通過(guò)對(duì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的三種基本形式的分析可以 看到，三種基本形式的區(qū)別在于有無(wú)曲柄和有幾個(gè)曲 柄。觀察鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)四個(gè)桿相對(duì)長(zhǎng)度對(duì)機(jī)構(gòu)類型的 影響的動(dòng)畫(huà)，可以觀察到，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的三種基本 形式與機(jī)構(gòu)中四個(gè)桿相對(duì)長(zhǎng)度有關(guān)系。那么，鉸鏈四 桿機(jī)構(gòu)在什么情況下有曲柄呢？ 如AB為曲柄、BC為連桿、CD為搖桿、AD為機(jī)架 8.3.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在條件 首先，對(duì)存在一個(gè)曲柄的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)（曲柄搖桿機(jī) 構(gòu)）進(jìn)行分析。如圖-7所示的機(jī)構(gòu)中，桿1為曲柄，桿 2為連桿，桿3為搖桿，桿4為機(jī)架，各桿長(zhǎng)度以L1、L2、 L3、L4表示。為了保證曲柄1整周回轉(zhuǎn)，曲柄1必須能順 利通過(guò)與機(jī)架

6、4共線的兩個(gè)位置AB和AB”。 8.3.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在條件 當(dāng)曲柄處于AB位置時(shí)， 形成三角形BCD。根據(jù) 三角形任意兩邊之和必大于 （極限情況下等于）第三邊 的定理可得 L2(L4L1)+L3 及 L3(L4L1) 即 L1+L2L3+L4 （8-1） L1+L3L2+L4 （8-2） 8.3.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在條件 當(dāng)曲柄處于AB”位置時(shí)，形 成三角形B”C”D?？蓪?xiě)出以 下關(guān)系式 L1L4L2+L3 （8-3） 將式（8-1）、（8-2）、（ 8-3）兩兩相加可得 L1L2 L1L3 L1L4 8.3.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在條件 上述關(guān)系說(shuō)明： （2） ，是曲柄存在的必要條件

7、。 下面進(jìn)一步分析各桿間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。圖-7中最短 桿1為曲柄，、和分別為相鄰兩桿間的 夾角。 8.3.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在條件 當(dāng)曲柄1整周轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，曲柄與相鄰兩桿的夾角、 的變化范圍為0360；而搖桿與相鄰兩桿 的夾角、的變化范圍小于360的擺動(dòng)。 因此，當(dāng)各桿長(zhǎng)度不變 （滿足最短桿與最長(zhǎng)桿 長(zhǎng)度之和小于或等于其 余兩桿長(zhǎng)度之和）而取 不同桿為機(jī)架時(shí)，可以 得到不同類型的鉸鏈四 桿機(jī)構(gòu)。如： 8.3.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在條件 （1）取最短桿相鄰的構(gòu)件（桿4或桿2）為機(jī) 架，最短桿1為曲柄，而另一連架桿3為搖桿，故 圖-8所示的兩個(gè)機(jī)構(gòu)均為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。 （2）取最短桿為機(jī)架，其連架桿2和4

8、均為曲 柄，故圖-8b所示為雙曲柄機(jī)構(gòu)。 （3）取最短桿的對(duì)邊（桿3）為機(jī)架，則兩連 架桿2和4都不能整周轉(zhuǎn)動(dòng)，故圖-8c所示為雙搖桿 機(jī)構(gòu)。 8.3.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在條件 如果鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中的最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之 和大于其余兩桿長(zhǎng)度之和，則該機(jī)構(gòu)中不可 能存在曲柄，無(wú)論取哪個(gè)構(gòu)件作為機(jī)架，都只 能得到雙搖桿機(jī)構(gòu)。 由上述分析可知，最短桿和最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小 于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和是鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄 存在的必要條件。滿足這個(gè)條件的機(jī)構(gòu)究竟有一 個(gè)曲柄、兩個(gè)曲柄或沒(méi)有曲柄，還需根據(jù)取何桿 為機(jī)架來(lái)判斷。 8.3.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在條件 8.3.2急回運(yùn)動(dòng) 首先我們看一看曲柄搖桿機(jī)構(gòu)急回

9、特性 在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，AB為曲柄是原動(dòng)件等角速度轉(zhuǎn) 動(dòng)，BC為連桿，CD為搖桿，當(dāng)CD桿處于C1D位置為 初始位置，C2D終止位置，搖桿在兩極限位置之間所 夾角度稱為搖桿的擺角，用表示。當(dāng)搖桿CD由C1D 擺動(dòng)到C2D位置時(shí)，所需時(shí)間為t1，平均速度為 , 8.3.2急回運(yùn)動(dòng) 曲柄AB以等角速度順時(shí)針從AB1，轉(zhuǎn)到AB2，轉(zhuǎn)過(guò)角 度為：1180+，當(dāng)搖桿CD由C2D擺回到C1D位 置時(shí)，所需時(shí)間為t2，平均速度為 曲柄AB以等角速度順時(shí)針從AB2轉(zhuǎn)到AB1，轉(zhuǎn)過(guò)的角 度為：2180-， 由于曲柄AB等角速度轉(zhuǎn)動(dòng), 所 以12，t1t2, 因此， V2V1 8.3.2急回運(yùn)動(dòng) 由此可見(jiàn)，主動(dòng)件曲

10、柄AB以等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件 搖桿CD往復(fù)擺動(dòng)的平均速度不相等。往往我們把進(jìn)程 平均速度定為V1，而空行程返回速度則為V2，顯而易 見(jiàn)，從動(dòng)件反回程速度比進(jìn)程速度快。這個(gè)性質(zhì)稱為 機(jī)構(gòu)的急回特性。我們把回程平均速度與進(jìn)程平均速 度之比稱為速度變化系數(shù)，用K表示 -式中稱為極位夾角，即搖桿在極限位置時(shí)，曲柄 兩位置之間所夾銳角。 表示了急回程度的大 小,越大急回程度越強(qiáng),=0,機(jī)構(gòu)無(wú)急回特性。 8.3.3壓力角和傳動(dòng)角 忽略各桿質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)副中的摩擦的影響，曲柄搖桿機(jī) 構(gòu)中由連桿傳遞到搖桿上的作用力F的方向與BC線重 合，F(xiàn)力可分解為沿C點(diǎn)線速度方向的分力Ft， 而沿?fù)u 桿DC線方向的分力，F(xiàn)r

11、很明顯，產(chǎn)生力矩帶動(dòng)搖桿運(yùn) 動(dòng)的分力Ft，而Fr只產(chǎn)生壓力，并使摩擦力增大，F(xiàn)與 Vc之間所夾的銳角稱為壓力角 8.3.3壓力角和傳動(dòng)角 1.壓力角 從動(dòng)件上受力點(diǎn)的速度方向與該點(diǎn)的受力方 向之間所夾銳角稱為。用表示。FtFcos Fr Fsin 所以壓力角愈小有效分力Ft愈大，有害力Fr愈小 為了度量方便，常使用連桿與搖桿所夾的銳角，來(lái)判 斷機(jī)構(gòu)的傳力性能。角稱為傳動(dòng)角。等于90 2.傳動(dòng)角 連桿與從動(dòng)件之間所夾的銳角稱為。用表 示。 傳動(dòng)角不能小于許可值min=3550。當(dāng)功 率較大時(shí)可取min50；控制機(jī)構(gòu)和儀表中可取 min35 8.3.3壓力角和傳動(dòng)角 對(duì)于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)最小傳動(dòng)角（m

12、in）的位置， min存在于曲柄與機(jī)架共線曲柄與機(jī)架共線的兩個(gè)位置之一。 如動(dòng)畫(huà)所示，對(duì)于， 曲柄為原動(dòng)件時(shí)，其傳動(dòng)角為連桿與導(dǎo)路垂線所夾的 銳角，因此當(dāng)曲柄處于與偏距方向相一側(cè)垂直導(dǎo)路的 位置時(shí)出現(xiàn)與min；對(duì)于，當(dāng)曲 柄AB為原動(dòng)件時(shí)，因滑塊對(duì)導(dǎo)路的作用力始終垂直于 導(dǎo)桿，故其傳動(dòng)角恒為90，這說(shuō)明曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī) 構(gòu)具有良好的傳力性能。 8.3.4死點(diǎn)位置 在中，當(dāng)搖桿CD為主動(dòng)件、曲柄AB為 從動(dòng)件時(shí)，當(dāng)連桿BC與曲柄AB處于共線位置時(shí)，連桿 BC與曲柄AB之間的傳動(dòng)角 0，壓力角=90， 這時(shí)連桿BC無(wú)論連桿BC給從動(dòng)件曲柄AB的力多么大 曲柄AB不動(dòng)，機(jī)構(gòu)所處的這種位置稱為死點(diǎn)位置，

13、有 時(shí)把死點(diǎn)位置簡(jiǎn)稱死點(diǎn)。例如在家用縫紉機(jī)的踏板機(jī) 構(gòu)中就存在死點(diǎn)位置。 8.3.4死點(diǎn)位置 死點(diǎn)位置對(duì)傳動(dòng)雖然不利，但是對(duì)某些夾緊裝置 卻可用于防松。例如圖-12所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)， 當(dāng)工作5被夾緊時(shí)，鉸鏈中心B、C、D共線，工件 加在桿1上的反作用力無(wú)論多大，也不能使桿3轉(zhuǎn) 動(dòng)。這就保證在去掉外力P之后，仍能可靠地夾緊 工作。當(dāng)需要取出工件時(shí)，只需向上扳動(dòng)手柄， 即能松開(kāi)夾具。 練習(xí)題練習(xí)題1 練習(xí)題練習(xí)題2 試證明如圖所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，當(dāng)其在位置試證明如圖所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，當(dāng)其在位置 時(shí)傳動(dòng)角時(shí)傳動(dòng)角為最小，并求為最小，并求 min。 平面四桿機(jī)構(gòu)基本形式的應(yīng)用 8.4其它型式的四桿

14、機(jī)構(gòu)及應(yīng)用 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)可以演化為其他型式的四桿機(jī)構(gòu)。 演化的方式通常采用移動(dòng)副取代轉(zhuǎn)動(dòng)副、變更機(jī) 架、變更桿長(zhǎng)和擴(kuò)大回轉(zhuǎn)副等途徑。 8.4.1移動(dòng)副取代轉(zhuǎn)動(dòng)副的演化 移動(dòng)副可以認(rèn)為是轉(zhuǎn)動(dòng)副的 一種特殊情況，即轉(zhuǎn)動(dòng)中心 位于垂直于移動(dòng)副導(dǎo)路的無(wú) 限遠(yuǎn)處的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副（圖- 13）。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)就是用 移動(dòng)副取代曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中 的轉(zhuǎn)動(dòng)副而演化得到的。 8.4.1移動(dòng)副取代轉(zhuǎn)動(dòng)副的演化 如圖-14所示的曲柄搖桿 機(jī)構(gòu)，鉸鏈中心C的軌跡為 以D為圓心和L3為半徑的圓 弧mm.。若L3增至無(wú)窮大， 則如圖-14b所示，C點(diǎn)軌跡 變成直線。于是搖桿3演化 為直線運(yùn)動(dòng)的滑塊，轉(zhuǎn)動(dòng)副 D演化為移動(dòng)副，機(jī)構(gòu)演化

15、 為如圖-14c所示的 。 8.4.1移動(dòng)副取代轉(zhuǎn)動(dòng)副的演化 當(dāng)滑塊軌跡mm的延長(zhǎng)線與回轉(zhuǎn)中心A之間存 在偏距e（圖-14d）時(shí)，則稱為。 當(dāng)曲柄等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)急 回運(yùn)動(dòng)。 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于、 、中。 8.4.1移動(dòng)副取代轉(zhuǎn)動(dòng)副的演化 雙滑塊機(jī)構(gòu)是具有兩個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)。可以認(rèn)為 是鉸鏈四桿機(jī)兩桿長(zhǎng)度趨于無(wú)窮大而演化成的。 按照兩個(gè)移動(dòng)副所處位置的不同，可將雙滑塊機(jī) 構(gòu)分成四種型式。 （1）兩個(gè)移動(dòng)副不相鄰， 如圖-15所示。這種機(jī)構(gòu)從 動(dòng)件3的位移與原動(dòng)件轉(zhuǎn)角 的正切成正比，故稱為 。 8.4.1移動(dòng)副取代轉(zhuǎn)動(dòng)副的演化 （2）兩個(gè)移動(dòng)副相鄰，且其中 一個(gè)移動(dòng)副與機(jī)

16、架相關(guān)聯(lián)，如 圖-16所示。這種機(jī)構(gòu)從動(dòng)件3 的位移與原動(dòng)件轉(zhuǎn)角的正弦成 正比，故稱為。 （3）兩上移動(dòng)副相鄰，且均 不與機(jī)架相關(guān)聯(lián)，如圖-17a所 示。這種機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件1與從 動(dòng)件3具有相等的角速度。圖- 17b所示就是這種 機(jī)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例，它可用來(lái)連 接中心線不重合的兩根軸。 8.4.1移動(dòng)副取代轉(zhuǎn)動(dòng)副的演化 （4）兩個(gè)移動(dòng)副都與機(jī)架相關(guān)聯(lián)。圖-18所示 就用到這種機(jī)構(gòu)。當(dāng)滑塊1和3沿機(jī)架的十字 槽滑動(dòng)時(shí)，連桿2上的各點(diǎn)描繪出長(zhǎng)、短徑不同的 橢圓。 8.4.2變更機(jī)架的演化 如前所述，對(duì)一個(gè)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)變更機(jī)架，該機(jī) 構(gòu)可以演化為雙曲柄機(jī)構(gòu)，雙搖桿機(jī)構(gòu)和另一個(gè)曲 柄搖桿機(jī)構(gòu)。 同樣，對(duì)曲柄

17、滑塊機(jī)構(gòu)變更機(jī)架，該機(jī)構(gòu)可以演 化為導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，擺動(dòng)滑塊機(jī)構(gòu)，固定滑塊機(jī)構(gòu)。 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 在如圖所示的含有一個(gè)移動(dòng)副的4構(gòu)件系統(tǒng) 中取桿1作為機(jī)架，桿2和桿4為連架桿，滑 塊3的導(dǎo)路在桿4上，因而桿4稱為。這 時(shí)的機(jī)構(gòu)稱為導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 1.曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)若L1L2時(shí)，桿2整周 回轉(zhuǎn)時(shí)，桿4作往復(fù)擺動(dòng)，則稱為 。 運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)動(dòng)擺動(dòng) 應(yīng)用：用于把轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)閿[動(dòng)的場(chǎng)合。 例 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 2.曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 當(dāng)L1L2時(shí)，桿2整周回轉(zhuǎn) 時(shí)桿4也作整周回轉(zhuǎn)，則稱為。 運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng) 應(yīng)用：應(yīng)用于把轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)檗D(zhuǎn)動(dòng)的場(chǎng)合。 例 擺動(dòng)滑塊機(jī)構(gòu) 當(dāng)取含有中的桿2為機(jī)架，則 演化為，該機(jī)構(gòu)中桿1繞

18、B點(diǎn)回轉(zhuǎn)時(shí)，桿 4相對(duì)于滑塊3滑動(dòng)，并與滑塊3一起繞C點(diǎn)擺動(dòng)，例如 動(dòng)畫(huà)所示的，擺動(dòng)式油缸3內(nèi)的壓力油推動(dòng)活 塞桿4從油缸3中伸出，從而車廂1繞車身2的B點(diǎn)反轉(zhuǎn)， 將貨物自動(dòng)卸下。 固定滑塊機(jī)構(gòu) 當(dāng)取含有中的塊3為機(jī)架時(shí)， 則演化為導(dǎo)桿在滑塊中移動(dòng)的移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，如 ，當(dāng)搖動(dòng)手柄2時(shí)，導(dǎo)桿4在滑塊3中作移動(dòng)，稱為 移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)；也稱。 8.4.3變更桿長(zhǎng)的演化 如前所述，對(duì)于鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，各桿的相對(duì)長(zhǎng) 度不同，機(jī)構(gòu)的類型可能不同，滿足曲柄存在的 桿長(zhǎng)條件，該機(jī)構(gòu)可能有曲柄，否則，該機(jī)構(gòu)沒(méi) 有曲柄。 所示的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)L1L2時(shí)，（圖- 19b），桿2和桿4均可整周回轉(zhuǎn)，為 ；當(dāng)L1L2時(shí)（）

19、，桿4只能往復(fù)擺動(dòng)，為 。 此外，移動(dòng)副取代轉(zhuǎn)動(dòng)副的演化也可以視為桿 長(zhǎng)趨于無(wú)窮的演化。 圖8-19、圖20 8.4.4擴(kuò)大回轉(zhuǎn)副的演化 圖-25a所示為偏心輪機(jī)構(gòu)。桿1為圓盤(pán)，其幾何中 心為B。因運(yùn)動(dòng)時(shí)該圓盤(pán)繞偏心A轉(zhuǎn)動(dòng)，故稱為 。A、B之間的距離e稱為偏。按照相對(duì)運(yùn) 動(dòng)關(guān)系，可畫(huà)出該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，如圖-25b所 示。 8.4.4擴(kuò)大回轉(zhuǎn)副的演化 由圖可知，偏心輪是回轉(zhuǎn)副B擴(kuò)大到包括回轉(zhuǎn)副A而 形成的，偏心距e即是曲柄的長(zhǎng)度。同理，圖-25c所 示偏心輪機(jī)構(gòu)可用圖-25d來(lái)表示。 由上變換可知，圖-25a和圖-25c所示機(jī)構(gòu)與曲柄搖 桿機(jī)構(gòu)（轉(zhuǎn)化）和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（轉(zhuǎn)化）在運(yùn)動(dòng)學(xué) 上是完全等

20、效的。從運(yùn)動(dòng)學(xué)來(lái)看，機(jī)構(gòu)并沒(méi)有實(shí)質(zhì) 性的變換。 平面四桿機(jī)構(gòu)演化形式的應(yīng)用 8.5平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 8.5.5按照給定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按照給定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 8.5.1平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題 （1）,即要求連桿機(jī)構(gòu)能引導(dǎo)構(gòu) 件按規(guī)定順序精確或近似地經(jīng)過(guò)給定的若干位置。 （2），即要求主、從動(dòng)件滿足已 知的若干組對(duì)應(yīng)位置關(guān)系，包括滿足一定的急回特 性要求，或者在主動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律一定時(shí)，從動(dòng)件能 精確或近似地按給定規(guī)律運(yùn)動(dòng)。 （3），即要求連桿機(jī)構(gòu)中做平面 運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件上某一點(diǎn)精確或近似地沿著給定的軌跡 運(yùn)動(dòng)。 四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法有、和 。作圖法直觀，解析法精確，實(shí)驗(yàn)法簡(jiǎn)便。以

21、下 對(duì)這些方法分別舉例介紹。 8.5.2按照給定的行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 在設(shè)計(jì)具有急回運(yùn)動(dòng)特性的四桿機(jī)構(gòu)時(shí)，通常按實(shí)際 需要先給定行程速比系數(shù)K的數(shù)值，然后根據(jù)機(jī)構(gòu)在極 限位置的幾何關(guān)系，綜合有關(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)。 （1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 已知條件：搖桿長(zhǎng)度L3，擺角和行程速比系數(shù)K。 設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是確定鉸鏈中心A點(diǎn)的位置，定出其他三桿 的尺寸L1、L2和L4。其設(shè)計(jì)步驟如下： 由給定的行程速比系數(shù)K，按式（2-5）求出極位夾 角 如圖-26所示，任選固定鉸鏈中心D的位置，由搖桿 長(zhǎng)度L3和擺角，作出搖桿兩個(gè)極限位置C1D和C2D。 連接C1和C2，并作C1M垂直于C1C2

22、。 作C1C2N = 90，C2N與C1M相交于P點(diǎn)，由 圖可見(jiàn)，C1PC2=。 （1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 作PC1C2的外接圓，此圓上任取一點(diǎn)A作為曲柄的 固定鉸鏈中心。連AC1和AC2，因同一圓弧的圓周角相 等，故C1AC2C1PC2。 因極限位置處曲柄與連桿共線。故AC1L2L1， 從而得曲柄長(zhǎng)度L1（AC2AC1）。再以A為圓心和以 L1為半徑作圓，交C1A的延線于B1，交C2A于B2，即得 B1C1B2C2L2及ADL4。 由于A點(diǎn)是C1PC2外接圓上任選的點(diǎn)，所以若僅按行 程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)，可得無(wú)窮多的解。A點(diǎn)位置不同， 機(jī)構(gòu)傳動(dòng)角的大小也不同。如欲獲得良好的傳動(dòng)質(zhì)量， 可按照最小傳動(dòng)角

23、最優(yōu)或其他輔助條件來(lái)確定A點(diǎn)的位 置。 （2）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 已知條件：機(jī)架長(zhǎng)度L4、行程速比系數(shù)K 由圖-27可知，導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的極位夾角等于導(dǎo)桿的 擺角，所需確定的尺寸是曲柄長(zhǎng)度L1。共設(shè)計(jì) 步驟如下： 由已知行程速比系數(shù)K， 按式（5）求得極位夾角 （也即是擺角） 任選固定鉸鏈中心C， 以?shī)A角作出導(dǎo)桿兩極限 位置Cm和Cn。 （2）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 作擺角的平分線AC， 并在線上取ACL4，得固 定鉸鏈中心A的位置。 過(guò)A點(diǎn)作導(dǎo)桿極限位置 的垂線AB1（或AB2），即 得曲柄長(zhǎng)度L1AB1。 8.5.3按給定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 圖-28所示為鑄工車間翻臺(tái)振實(shí)式造型機(jī)的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。 它是應(yīng)用一個(gè)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)

24、來(lái)實(shí)現(xiàn)翻臺(tái)的兩個(gè)工作位 置的。在圖中實(shí)線位置I，砂箱7與翻臺(tái)8固聯(lián)，并在振 實(shí)臺(tái)9上振實(shí)造型。當(dāng)壓力油推動(dòng)活塞6時(shí)，通過(guò)連桿5 使搖桿4擺動(dòng)，從而將翻臺(tái)與砂箱轉(zhuǎn)到虛線位置II。然 后托臺(tái)10上升接觸砂箱、解除砂箱與翻臺(tái)間的緊固聯(lián) 接。 8.5.3按給定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 今給定與翻臺(tái)固聯(lián)的連桿3的長(zhǎng)度L3BC及其兩個(gè)位置 B1C1和B2C2，要求確定連架桿與機(jī)架組成的固定鉸鏈 中心A和D的位置，并求出其余三桿的長(zhǎng)度L1、L2和L4。 由于連桿3上B、C兩點(diǎn)的軌跡分別為以A、D為圓心的圓 弧，所以A、D必分別位于B1B2和C1C2的垂直平分線上。 故可得設(shè)計(jì)步驟如下： （1）根據(jù)給定條件，繪

25、出連桿3的兩個(gè)位置B1C1 和B2C2。 8.5.3按給定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) （2）分別連接B1和B2、 C1和C2，并作B1B2、C1C2 的垂直平分線b12、c12。 （3）由于A和D兩點(diǎn)可在b12和c12,兩直線上任意選取， 故有無(wú)窮多解。在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)還可以考慮其他輔助條 件，例如最小傳動(dòng)角、各桿尺寸所允許的范圍或其他 結(jié)構(gòu)上的要求等。本機(jī)構(gòu)要求A、D兩點(diǎn)在同一水平線 上，且ADBC。根據(jù)這一附加條件，即可唯一地確定A、 D的位置，并作出所求的四桿機(jī)構(gòu)AB1C1D。 8.5.3按給定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 若給定連桿三個(gè)位置，要求設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)，其設(shè)計(jì)過(guò) 程與上述基本相同。如圖-29所示，

26、由于B1、B2、B3三 點(diǎn)位于以A為圓心的同一圓弧上，故運(yùn)用已知三點(diǎn)求圓 心的方法，作B1B2和B2B3的垂直平分線，其交點(diǎn)就是 固定鉸鏈中心A。用同樣方法，作C1C2和C2C3的垂直平 分線，其交點(diǎn)便是另一固定鉸鏈中心D。AB1C1D即為所 求四桿機(jī)構(gòu)。 8.5.4按照給定兩連架桿對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 在圖-30所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，已知連架桿AB和CD的 三對(duì)對(duì)應(yīng)位置 , 要求確定各桿的長(zhǎng)度l1、 l2、l3和l4。 現(xiàn)以解析法求解。此機(jī)構(gòu)各桿長(zhǎng)度按同一比例增減時(shí)， 各桿轉(zhuǎn)角間的關(guān)系不變，故只需確定各桿的相對(duì)長(zhǎng)度。 取l11，則該機(jī)構(gòu)的待求參數(shù)只有三個(gè)。 8.5.4按照給定兩連架桿對(duì)應(yīng)位置

27、設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 該機(jī)構(gòu)的四個(gè)桿組成封閉 多邊形。取各桿在坐標(biāo)軸 X和Y上的投影，可得以下 關(guān)系式： cos+l2cos=l4+l3cos sin+l2sin=l3sin (-7) 將cos和sin移到等式右邊，再把等式兩邊平方相 加，即可消去，整理后得 8.5.4按照給定兩連架桿對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 為簡(jiǎn)化上式，令 P0l3 P1 -l3l4 則有 cos = P0 cos+P1 cos(-)+P2 （-9） 上式即為兩連架桿轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系式。將已知的三對(duì) 對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角1、1；2、2；3、3分別代入式 （9）可得到方程組： 8.5.4按照給定兩連架桿對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) cos1P0cos1P1co

28、s(1-1)+P2 cos2P0cos2P1cos(2-2)+P2 （-10） cos3P0cos3P1cos(3-3)+P2 由方程組可以解出三個(gè)未知數(shù)P0、P1和P2。將它們代 入式（-8），即可求得l2、l3、l4。以上求出的桿長(zhǎng) l1、l2、l3、l4可同時(shí)乘以任意比例常數(shù)，所得的機(jī) 構(gòu)都能實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)角。 若僅給定連架桿兩對(duì)位置，則方程組中只能得到兩個(gè) 方程，P0、P1、P2三個(gè)參數(shù)中的一個(gè)可以任意給定， 所以有無(wú)窮個(gè)解。若給定連架桿的位置超過(guò)三對(duì)，則 沒(méi)有精確解，可以用優(yōu)化方法或數(shù)值逼近的方法求其 近似解。 8.5.5按照給定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其連桿作平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，連桿上每 一點(diǎn)都描出一條封閉曲線稱為。連桿曲線的 形狀隨點(diǎn)在連桿上的位置和各桿相對(duì)尺寸的不同而變 化。連桿曲線形狀的多樣性使它有可能用于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜 的軌跡。 平面連桿曲線是高階曲線，所以設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)使其連 桿的某點(diǎn)實(shí)現(xiàn)給定的任意軌跡，是十分復(fù)雜的。為了 便于設(shè)計(jì)，工程上常常利用事先編就的連桿曲線圖譜。 從圖譜中找出所需的曲線，便可直接查出該四桿機(jī)構(gòu) 的各尺寸參數(shù)。這種方法稱為。 8.5.5按照給定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 連桿曲線也可以在計(jì)算機(jī)上生成。 圖-