第3章平面連桿機構

1、低副低副3.13.1 平面連桿機構的類型及應用平面連桿機構的類型及應用3.2 3.2 平面四桿機構的運動特性平面四桿機構的運動特性 3.3 3.3 平面四桿機構的設計平面四桿機構的設計 平面連桿機構平面連桿機構：若干構件若干構件由低副（轉(zhuǎn)動副、移動由低副（轉(zhuǎn)動副、移動副）連接組成的平面機構。副）連接組成的平面機構。平面連桿機構平面連桿機構平面機構平面機構折疊傘、內(nèi)燃機中的曲柄滑塊機構、裝載機、手動沖床、機械手爪、折疊傘、內(nèi)燃機中的曲柄滑塊機構、裝載機、手動沖床、機械手爪、公共汽車開關門機構、窗戶拉桿等。公共汽車開關門機構、窗戶拉桿等。應用實例：應用實例： 結構簡單，易于制造；結構簡單，易于制造

2、； 可實現(xiàn)多種運動變換（轉(zhuǎn)動擺動的變換、可實現(xiàn)多種運動變換（轉(zhuǎn)動擺動的變換、轉(zhuǎn)動移動的變換等）和運動規(guī)律；轉(zhuǎn)動移動的變換等）和運動規(guī)律； 運動副為低副，構件間為面接觸，磨損?。贿\動副為低副，構件間為面接觸，磨損?。粌?yōu)點：例：例：四足機器人四足機器人缺點： 運動副中有間隙，構件和運動副多時累積誤差大；運動副中有間隙，構件和運動副多時累積誤差大； 效率低，動載荷大，不宜用于高速運動；效率低，動載荷大，不宜用于高速運動； 不容易精確的實現(xiàn)復雜運動規(guī)律。不容易精確的實現(xiàn)復雜運動規(guī)律。l平面四桿機構平面四桿機構是構件最少、最基本的平面連桿機構，是構件最少、最基本的平面連桿機構，也是組成多桿機構的基礎。也

3、是組成多桿機構的基礎。全部由全部由轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副連接的平面四桿機構稱為連接的平面四桿機構稱為鉸鏈四桿機構，鉸鏈四桿機構，是平面四桿機構的基本形式。是平面四桿機構的基本形式。其它四桿機構都是由它演變得到的。其它四桿機構都是由它演變得到的。低副低副平面四桿機構平面四桿機構平面連桿機構平面連桿機構平面機構平面機構鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構最少最少構件構件轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副（最基本的（最基本的四桿機構）四桿機構）曲柄曲柄連桿連桿搖桿搖桿不能作整周回轉(zhuǎn)的連架桿；不能作整周回轉(zhuǎn)的連架桿；能作能作360360整周回轉(zhuǎn)的連架桿；整周回轉(zhuǎn)的連架桿；名詞解釋：名詞解釋：不與機架直接相連的構件。不與機架直接相連的構件。 3.

4、1 3.1 平面四桿機構的類型及應用平面四桿機構的類型及應用與機架相連的構件；與機架相連的構件；連桿作平面復雜運動，既有連桿作平面復雜運動，既有轉(zhuǎn)動，又有平動，各點的軌轉(zhuǎn)動，又有平動，各點的軌跡都是形狀不同的曲線跡都是形狀不同的曲線. .鉸鏈四鉸鏈四桿機構桿機構等腰梯形機構等腰梯形機構曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構雙曲柄機構雙曲柄機構雙搖桿機構雙搖桿機構平行四邊形機構平行四邊形機構逆平行四邊形機構逆平行四邊形機構3.1 3.1 平面四桿機構的類型及應用平面四桿機構的類型及應用（曲柄數(shù)目）（曲柄數(shù)目）應用應用實例：實例：天平機構天平機構 機車車輪聯(lián)動機構機車車輪聯(lián)動機構周轉(zhuǎn)運動和往復擺動的相互轉(zhuǎn)化周轉(zhuǎn)

5、運動和往復擺動的相互轉(zhuǎn)化據(jù)下圖所示的曲柄搖桿，反推出機構中各桿相對長度之間的關系據(jù)下圖所示的曲柄搖桿，反推出機構中各桿相對長度之間的關系 l3(l2 l1)+ l4在在ACAC2 2D D中，由三角形任意兩邊之和大于第三邊可得：中，由三角形任意兩邊之和大于第三邊可得：則由則由ACAC1 1D D可得：可得：l1+ l2 l3 + l4l4(l2 l1)+ l3 l1+ l3 l2 + l4將以上三式兩兩相加得：將以上三式兩兩相加得： l1+ l4 l2 + l3最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和和桿長條件桿長條件。3.1 3.1 平面

6、四桿機構的類型及應用平面四桿機構的類型及應用 l1 l2, l1 l3, l1 l4 存在曲柄的必要條件存在曲柄的必要條件機構均為機構均為雙搖桿機構雙搖桿機構。則機構為則機構為雙曲柄機構雙曲柄機構；1 1）當最短桿相鄰桿為機架時，）當最短桿相鄰桿為機架時，如果各桿長度如果各桿長度不滿足桿長條件不滿足桿長條件，則機構為則機構為曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構；3 3） 2 2）當最短桿為機架時，）當最短桿為機架時，機構為機構為雙搖桿機構雙搖桿機構。結論：結論：如果如果鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構各桿各桿滿足桿長條件滿足桿長條件：平行四邊形平行四邊形不論以哪個桿做機架總是不論以哪個桿做機架總是雙曲柄機構雙曲柄

7、機構；3.1 3.1 平面四桿機構的類型及應用平面四桿機構的類型及應用動畫動畫動畫動畫動畫動畫改變構件尺寸改變構件尺寸動畫3.1 3.1 平面四桿機構的類型及應用平面四桿機構的類型及應用作用：實現(xiàn)周轉(zhuǎn)作用：實現(xiàn)周轉(zhuǎn)運動和往復移動運動和往復移動之間的轉(zhuǎn)化之間的轉(zhuǎn)化應用應用1 1、曲柄滑塊機構、曲柄滑塊機構 曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構搖桿無限長搖桿無限長 2 2、導桿機構、導桿機構 曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構曲柄搖塊機構曲柄搖塊機構曲柄轉(zhuǎn)動導桿機構曲柄轉(zhuǎn)動導桿機構曲柄擺動導桿機構曲柄擺動導桿機構取不同的構件為機架取不同的構件為機架定塊機構定塊機構曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構選用不同

8、的構件為機架（演化型式四桿機構的應用）3.1 3.1 平面四桿機構的類型及應用平面四桿機構的類型及應用固定滑塊相對的桿固定滑塊相對的桿導桿機構導桿機構 3 3、曲柄搖塊機構、曲柄搖塊機構 曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構固定滑塊相鄰的桿固定滑塊相鄰的桿 4 4、定塊機構、定塊機構 曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構固定滑塊固定滑塊5 5、偏心輪機構、偏心輪機構 曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構動畫3.1 3.1 平面四桿機構的類型及應用平面四桿機構的類型及應用擴大轉(zhuǎn)動副擴大轉(zhuǎn)動副自卸卡車翻斗用自卸卡車翻斗用搖塊機構搖塊機構抽水唧筒用抽水唧筒用定塊機構定塊機構3.1 3.1 平面四桿機構的類型及應用平面四桿機構的類型及應

9、用對于曲柄搖桿機構，當主動件對于曲柄搖桿機構，當主動件曲柄作勻速轉(zhuǎn)動時，從動件搖曲柄作勻速轉(zhuǎn)動時，從動件搖桿空回行程的的平均速度大于桿空回行程的的平均速度大于工作行程，這種特性稱為工作行程，這種特性稱為急回急回運動運動。 曲柄搖桿機構的急回運動曲柄搖桿機構的急回運動 、急回運動、急回運動3.2 3.2 平面四桿機構的運動特性平面四桿機構的運動特性1 1）搖桿的極限位置確定）搖桿的極限位置確定3 3）極位夾角）極位夾角 2 2）搖桿的擺角）搖桿的擺角 ：搖桿兩極限位置的夾角：搖桿兩極限位置的夾角：搖桿兩極限位置時，曲：搖桿兩極限位置時，曲柄對應位置所夾的銳角柄對應位置所夾的銳角由由C C1 1D

10、 D擺到擺到C C2 2D D工作行程，工作行程，v v1 1由由C C2 2D D擺回擺回C C1 1D D空回行程，空回行程，v v2 2：曲柄與連桿共線的兩位置：曲柄與連桿共線的兩位置12vv 用用 表示急回的程度。表示急回的程度。結論：結論：1)1) 當極位夾角當極位夾角 00時，機構便具有急回運動特性；時，機構便具有急回運動特性；越大，急回越顯著。越大，急回越顯著。滿足要求的滿足要求的K K值的極位夾角為：值的極位夾角為：2) 2) 利用機構的急回特性可縮短非生產(chǎn)時間，提高生產(chǎn)率。利用機構的急回特性可縮短非生產(chǎn)時間，提高生產(chǎn)率。11801KK1801802112ttvvK3.2 3.

11、2 平面四桿機構的運動特性平面四桿機構的運動特性2.2.壓力角與傳動角壓力角與傳動角costFFsinnFF壓力角愈小，機構的傳力效果愈好。所壓力角愈小，機構的傳力效果愈好。所以，壓力角可以衡量機構傳力性能。以，壓力角可以衡量機構傳力性能。 CvtFnFF壓力角壓力角 ：從動件上所受驅(qū)動從動件上所受驅(qū)動力方向（不計重力、摩擦力和力方向（不計重力、摩擦力和慣性力）與該力作用點速度方慣性力）與該力作用點速度方向之間所夾的銳角向之間所夾的銳角。 傳動角傳動角 壓力角的余角，壓力角的余角，即即 =90=90 - - 一般傳動角就是連桿與搖桿所夾的銳角，直觀，用來代替一般傳動角就是連桿與搖桿所夾的銳角，

12、直觀，用來代替 3.2 3.2 平面四桿機構的運動特性平面四桿機構的運動特性最小傳動角的確定最小傳動角的確定： 曲柄搖桿機構的曲柄搖桿機構的 minmin出現(xiàn)在主動件出現(xiàn)在主動件曲柄與機架共線曲柄與機架共線的兩位置之一。的兩位置之一。2.2.壓力角與傳動角壓力角與傳動角壓力角壓力角 ：從動件的受力與速從動件的受力與速度方向之間所夾的銳角度方向之間所夾的銳角。 傳動角傳動角 壓力角的余角，壓力角的余角，即即 =90=90 - - 當當BCD90BCD90時，時， BCDBCD， 180180- BCD- BCD當當BCD90BCD90時，時，為了保證機構傳力性能良好，為了保證機構傳力性能良好，

13、應使 min40 50一般傳動角就是連桿與搖桿所夾的銳角，直觀，用來代替一般傳動角就是連桿與搖桿所夾的銳角，直觀，用來代替 3.2 3.2 平面四桿機構的運動特性平面四桿機構的運動特性避免措施：避免措施： 施加外力施加外力; ; 靠慣性力等?？繎T性力等。3 3、 死（止）點位置死（止）點位置曲柄搖桿機構，曲柄搖桿機構，以搖桿以搖桿CDCD為主動件，當連桿與從動件曲柄共線時，為主動件，當連桿與從動件曲柄共線時，機構的傳動角機構的傳動角0 0， 這時主動件這時主動件CD CD 通過連桿作用于從動通過連桿作用于從動件件ABAB上的力恰好通過其回轉(zhuǎn)中心，不論用多大的力推動從動件上的力恰好通過其回轉(zhuǎn)中心

14、，不論用多大的力推動從動件曲柄，機構都不動，曲柄，機構都不動， 機構的這種位置稱為機構的這種位置稱為 “ “死點位置死點位置” 縫紉機的踏板機構縫紉機的踏板機構 3.2 3.2 平面四桿機構的運動特性平面四桿機構的運動特性曲柄搖桿機曲柄搖桿機構，構，以曲柄以曲柄為主動件，為主動件，無死點位置無死點位置ABDC飛機起落架飛機起落架工件工件PABCD1234工件工件ABCD1234工件工件P鉆孔夾具鉆孔夾具 T 0ABCDF 0 T事物都是一分為二的也可以利用死點進行工作：飛機起落架、鉆床夾具等。事物都是一分為二的也可以利用死點進行工作：飛機起落架、鉆床夾具等。3.2 3.2 平面四桿機構的運動特

15、性平面四桿機構的運動特性、急回運動、急回運動對心對心曲柄滑塊機構的極位夾曲柄滑塊機構的極位夾角角=0=0，無急回無急回運動特性。運動特性。偏置偏置曲柄滑塊機構的極位夾曲柄滑塊機構的極位夾角角=0=0，有急回有急回運動特性。運動特性。3.2 3.2 平面四桿機構的運動特性平面四桿機構的運動特性2 2、傳動角、傳動角對心對心曲柄滑塊機構出現(xiàn)曲柄滑塊機構出現(xiàn)兩次兩次最小傳動角。最小傳動角。偏置偏置曲柄滑塊機構一次最小曲柄滑塊機構一次最小傳動角，出現(xiàn)在曲柄與其轉(zhuǎn)傳動角，出現(xiàn)在曲柄與其轉(zhuǎn)動位于導路動位于導路同一側(cè)同一側(cè)的那個垂的那個垂直位置上。直位置上。minmin出現(xiàn)在出現(xiàn)在曲柄垂直于滑塊導路的曲柄垂

16、直于滑塊導路的兩位置上。兩位置上。3.2 3.2 平面四桿機構的運動特性平面四桿機構的運動特性3 3、止點位置、止點位置滑塊為原動件滑塊為原動件，當滑塊移動到，當滑塊移動到兩極限位置時，兩極限位置時，連桿與曲柄共連桿與曲柄共線線，兩位置均為止點位置。，兩位置均為止點位置。、急回運動、急回運動曲柄擺到導桿機構的極位夾角曲柄擺到導桿機構的極位夾角等于導桿的擺角等于導桿的擺角，顯然，顯然，=0=0，有急回有急回運動特性。運動特性。3.2 3.2 平面四桿機構的運動特性平面四桿機構的運動特性2 2、傳動角、傳動角滑塊作用給導桿的力始終和速滑塊作用給導桿的力始終和速度方向相同，故壓力角始終為度方向相同，

17、故壓力角始終為0 0，傳動角始終為傳動角始終為9090。有很。有很好的傳動性能。好的傳動性能。3 3、止點位置、止點位置一般曲柄為原動件，無止點位置。一般曲柄為原動件，無止點位置。小小 結結平面連桿機構是由若干構件用低副聯(lián)接而成的平面機構。平面連桿機構是由若干構件用低副聯(lián)接而成的平面機構。三種基本形式：曲柄搖桿，雙曲柄，雙搖桿三種基本形式：曲柄搖桿，雙曲柄，雙搖桿演化途徑：改變構件的形狀或尺寸，取不同的構件為機架演化途徑：改變構件的形狀或尺寸，取不同的構件為機架, , 擴大轉(zhuǎn)動副等擴大轉(zhuǎn)動副等小小 結結12.4 12.4 平面四桿機構的設計平面四桿機構的設計連桿機構設計的基本問題例例：牛頭刨床

18、機構牛頭刨床機構（2）滿足預定的連桿位置要求）滿足預定的連桿位置要求 是根據(jù)給定的要求選定機構的型式，確定各構件的尺寸，同是根據(jù)給定的要求選定機構的型式，確定各構件的尺寸，同時還要滿足結構條件、動力條件和運動連續(xù)條件等。時還要滿足結構條件、動力條件和運動連續(xù)條件等。（1）滿足預定的運動規(guī)律的要求即要求連桿能占據(jù)一系列預定位置即要求連桿能占據(jù)一系列預定位置例例：1. 小型電爐爐門的開閉機構小型電爐爐門的開閉機構 2. 圖圖12-27 造型機翻轉(zhuǎn)機構造型機翻轉(zhuǎn)機構滿足給定行程速比系數(shù)滿足給定行程速比系數(shù)K的要求。的要求。（3）滿足預定的軌跡要求）滿足預定的軌跡要求 例例：鶴式起重機鶴式起重機攪拌機

19、構攪拌機構設計方法：設計方法：圖解法、解析法和實驗法。圖解法、解析法和實驗法。各自特點：各自特點： 一般來說，圖解法比較直觀、易懂，尺寸精一般來說，圖解法比較直觀、易懂，尺寸精度較差；解析法計算繁瑣，但精確較高；實驗法形象直觀，度較差；解析法計算繁瑣，但精確較高；實驗法形象直觀，但過程復雜。但過程復雜。主要講圖解法，個別實例介紹一下解析法和實驗法。主要講圖解法，個別實例介紹一下解析法和實驗法。平面連桿機構的設計平面連桿機構的設計一、一、 按連桿預定的位置設計四桿機構按連桿預定的位置設計四桿機構已知活動鉸鏈中心的位置已知活動鉸鏈中心的位置當給定連桿的三個位置時，有唯一解；當給定連桿的三個位置時，有唯一解；當給定連桿的兩個位置時，有無窮多解。當給定連桿的兩個位置時，有無窮多解。二、按給定的