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1、第二章 平面連桿機構1、鉸鏈四桿機構的基本型式和特性2、鉸鏈四桿機構的曲柄存在條件3、鉸鏈四桿機構的演化4、平面四桿機構的設計http:/ 1、鉸鏈四桿的基本型式、急回運動、死點位置和壓力角和傳動角等特點；2、曲柄連桿機構的基本條件及其演變；3、根據不同的運動條件設計平面四桿機構 基本概念n平面連桿機構是許多構件用低副(轉動副和移動副)連接組成的平面機構。n優(yōu)點：n低副是面接觸耐磨損；加上轉動副和移動副的接觸表面是圓柱面和平面制造簡便，易于獲得較高的制造精度。因此平面連桿機構在各種機械和儀器中獲得廣泛使用。n缺點：n低副中存在間隙。數(shù)目較多的低剮會引起運動積累誤差；而且它的設計比較復雜、不易精

2、確地實現(xiàn)復雜的運動規(guī)律。n最簡單的平面連桿機構是由四個構件組成的，稱為平面四稈機構。它的應用非常廣泛并且是組成多桿機構的基礎。2-1鉸鏈四桿機構的基本型式和特性鉸鏈四桿機構的基本型式和特性平面鉸鏈四桿機構平面鉸鏈四桿機構：全部用轉動副相連的平面四桿機構，簡稱鉸鏈四桿機鉸鏈四桿機構構。 機構的固定構件4稱為機架機架，與機架用轉動副相連接的桿1和桿3稱為連連架桿架桿、不與機架直連接的桿2稱為連桿連桿。連架桿1或桿3如能繞機架上的轉動副中心A或D作整周轉動，則稱為曲柄曲柄；若僅能在小于360的某角度內擺動，則稱為搖桿搖桿。三種基本型式三種基本型式：曲柄搖桿機構、雙曲柄機構和雙搖桿機構。曲柄搖桿機構曲

3、柄搖桿機構n曲柄搖桿機構：曲柄搖桿機構：在鉸鏈四桿機構中，若兩個連架桿一為曲柄，另一個為搖桿，則此鉸鏈四桿機構稱為曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構。通常曲柄J為原動件。并作勻運轉動；而搖桿3為從動件作變速往復擺動。曲柄搖桿機構的主要特性曲柄搖桿機構的主要特性n急回運動急回運動：快速回位的性能；n死點問題死點問題：曲柄和連桿共線，容易出現(xiàn)卡死或運動不確定的點；n壓力角壓力角：作用于從動件上的力的方向與該點運動方向之夾角，用表示。n傳動角傳動角：壓力角之余角，用表示。急回運動急回運動特性可用行程速度變行程速度變化系數(shù)化系數(shù)（或稱行程速比系數(shù)行程速比系數(shù)）K表示，式中為搖桿處于兩極限伎置時，對應的曲柄所夾的

4、銳角稱為極位夾角極位夾角。極位夾角可以從行程速比系數(shù)推出死點位置以搖桿3為原動件，曲柄1為從動件，當搖桿擺到極限位置C1 D和C2D時，連桿2與曲柄1共線。若不計各桿的質量，則這時連桿加給曲柄的力將通過鉸鏈中心A。此力對A點不產生力矩，因此不能使曲柄轉動。機構的這種位置稱為死點位置。為了消除死點的不良影響，通常是對從動曲柄施加外力或利用飛輪及自身的慣性作用，使構件通過死點位置。死點對傳動不利，但可以用于夾緊裝置的防松。壓力角與傳動角壓力角與傳動角壓力角壓力角：作用在從動件上的驅動力與作用點的運動方向的絕對速度的所夾的銳角。越小，有效分力越大?？勺鳛榕袛鄼C構傳動性能的標志。傳動角：傳動角：壓力角

5、的余角最小傳動角：最小傳動角：機構運轉時傳動角是變化的，為了保證機構正常工作必須規(guī)定最小傳動角min的下限、對于一般機械，通常取min 40 ；對于顎式破碎機、沖床等大功率機械，最小傳動角應當取大一些。可取min50 ；對于小功率的控制機構和儀表，min可略小于40”。最小傳動角的確定最小傳動角的確定曲柄搖桿機構的最小傳動角必出現(xiàn)在曲柄與機架共線（）的位置雙曲柄機構雙曲柄機構n兩連架桿均為曲柄的鉸鏈四桿機構稱為雙曲柄機構。旋轉式水泵由相位依次相差90度的四個雙曲柄機構組成，圖b是其中一個雙曲柄機構的運動簡圖，當原動曲柄1等角速順時針轉動時連桿2帶動從動曲柄3作周期性變速轉動，因此相鄰兩從動曲柄

6、(隔板)問的夾角也周期性地變化。轉到右邊時相鄰二隔扳間的夾角及容積增大、形成真空。于是從進水口吸水，轉到左邊時，相鄰二隔扳的夾角及容積變小，壓力升高，從出水口排水從而起到泵水的作用。平行雙曲柄機構平行雙曲柄機構n雙曲柄機構中，用得最多的是平行四邊形機構，或稱平行雙曲柄機構，如下圖a中的AB!C!D所示。這種機構的對邊長度相等，組成平行四邊形。n運動不確定狀態(tài)n為了消除這種運動不確定狀態(tài)，可以在主、從動曲柄上錯開一定角度再安裝一組平行四邊形機構，如圖b所示。雙搖桿機構雙搖桿機構n兩連架桿均為搖桿的鉸鏈四桿機構稱為雙搖桿機構2-2 鉸鏈四桿機構有整轉副的條件n兩構件能相對轉動360度的轉動副稱為整

7、轉副。顯然具有整轉副的鉸鏈四桿機構才可能存在曲柄。鉸鏈四桿機構是否具有整轉副取決于各桿的相對長度。n桿1為曲柄，故桿1與桿4的夾角的變化范圍為0-360度，當搖桿處于左右極限位置的，曲柄與連桿兩次共線、故桿1與桿2的夾角的變化范圍也是0-360度；桿3為搖桿，它與相鄰兩桿的夾角 、 的變化范圍小于360。顯然，A、B為整轉副，C、D不是整轉副。為了實現(xiàn)曲柄1整周回轉，AB桿必須順利通過與連桿共線的兩個位置AB和AB 整轉副的數(shù)學條件鉸鏈四桿機構中曲柄的存在條件鉸鏈四桿機構中曲柄的存在條件n曲柄是連架桿，整轉副處于機架上才能形成曲柄。因此，具有整轉副的鉸鏈四桿機構是否存在曲柄，還應根據選擇何桿為

8、機架來判斷。n (1)取最短桿為機架時，機架上有兩個整轉副，故得雙曲柄機構。n (2)取最短桿的鄰邊為機架時，機架上只有一個整轉副，故得曲柄搖桿機構。n (3)取最短桿的對邊為機架時，機架上沒有整轉副，故得雙搖桿機構。這種具有整轉副而沒有曲柄的鉸鏈四桿機構常用作電風扇的搖頭機構。n如果鉸鏈四桿機構中的最短桿與最長桿長度之和大于其余兩桿長度之和，則該機構中不存在整轉副無論取哪個構件作機架都只能得到雙搖桿機構。2-3 鉸鏈四桿機構的演化鉸鏈四桿機構的演化n通過用移動副取代轉動副、變更桿件長度、變更機架和擴大轉動副等途徑，可以得到鉸鏈四桿機構的其他演化型式。如：n曲柄滑塊機構n導桿機構n搖桿機構n定

9、塊機構n雙滑塊機構n偏心輪機構曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構曲柄搖桿機構l3變成無窮大對心曲柄滑塊機構偏心曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構具有急回特性，常用于內燃機、壓縮機和沖床等導桿機構導桿機構當l1l2時，桿2、4可作整周回轉，即為曲柄轉動導桿機構；當l1l2時，桿4只能往復擺動，則稱為擺動導桿機構。導桿機構傳動角始終是90，傳動性能好，常用于牛頭刨床、插床和回轉式油泵。搖塊機構搖塊機構取桿2為固定構件，即為搖塊機構，主要用于內燃機和液壓驅動裝置定塊機構定塊機構取桿3為固定構件，即為定塊機構，主要用于抽油泵和抽水吸筒雙滑塊機構正切機構雙滑塊機構正切機構雙滑塊機構是具有兩個移動副的四桿機構?？梢哉J為是由鉸

10、鏈四桿機構中的兩桿長度趨于無窮大而演化成的。按照兩個移動副所處位置的不問，可將雙滑塊機構分成四種型式：1)兩個移動副不相鄰，從動件3的位移與原動件轉角的正切成正比，故稱為正切機構。正弦機構正弦機構2)兩個移動副相鄰，且其中一個移動副與機架相關聯(lián)。這種機構從動件3的位移與原動件轉角的正弦成正比，故稱為正弦機構。滑塊聯(lián)軸器滑塊聯(lián)軸器3)兩個移動副相鄰，且均不與機架相關聯(lián)，如圖2-21a所示。這種機構的主動件1與從動件3具有相等的角速度。圖2-21b所示滑塊聯(lián)軸器，可用來連接中心線不重合的兩根軸。橢圓儀橢圓儀4)兩個移動副都與機架相關聯(lián)，圖2-22所示橢圓儀就用到這種機構。當滑塊1和3沿機架的十字槽

11、滑動時，連桿上的各點便可以描繪出長、短徑不同的橢圓。偏心輪機構偏心輪機構桿1為圓盤、其幾何中心為B，因運動時該圓盤繞偏心A轉動，故稱偏心輪。A、B之間的距離e稱為偏心距。多桿機構多桿機構沖床是由兩個四桿機構組成六桿機構，第一個是雙搖桿機構，第二個是搖桿滑塊機構；篩料機也是兩個四桿機構組成六桿機構，第一個是雙曲柄機構，第二個是曲柄滑塊機構。有些多桿機構不是由四桿機構組成的，如例題1-6的鋸木機構。2-4 平面四桿機構的設計平面四桿機構的設計 生產實踐中的要求是多種多樣的，給定的條件也各不相同，歸納起來，主要有下面兩類問題：平面四桿機構設汁，主要是根據給定的運動條件，確定機構運動簡圖的尺寸參數(shù)。有

12、時為了使機構設計得可靠、合理，還應考慮幾何條件和動力條件(如最小傳動角min )等。(1)按照給定從動件的運動規(guī)律(位置、速度、加速度)設計四桿機構。(2)按照給定點的運動軌跡設計四桿機構。 四桿機構設計的方法有解析法、幾何作圖法和實驗法。作圖法直觀，解析法精確，實驗法簡便。一、按照給定的行程速度變化系數(shù)設計四一、按照給定的行程速度變化系數(shù)設計四桿機構桿機構n在設計具有急回運動特性的四桿機構時，通常按實際需要先給定行程速度變化系數(shù)K的數(shù)值，然后根據機構在極限位置的幾何關系，結合有關輔助條件來確定機構運動簡圖的尺寸參數(shù)。1 按按K值設計曲柄搖桿機構值設計曲柄搖桿機構1 曲柄搖桿機構已知條件：搖桿

13、長度l3 ，擺角和速度變化系數(shù)K。設計目標：確定鉸鏈中心A的位置、其它三個桿件的尺寸l1、l2和l4 。設計步驟：1)極位夾角：2) 選定固定鉸鏈D的位置，根據l1和擺角作C1D和C2D3)連接C1和C2，作C1MC1C2；4)作C1C2N90-，得到P點，即C1PC2 ;5)作PC1C2的外接圓，取A點，連接AC1、 AC2，即C1AC2 ;6)根據曲柄的極限位置桿1和桿2共線的特征，可得l11/2(AC2-AC1)導桿機構的設計導桿機構的設計二、按給定連桿位置設計四桿機構二、按給定連桿位置設計四桿機構給定運給定運動前后的位置設計四桿機構動前后的位置設計四桿機構已知：連桿長度l1 BC和兩個

14、位置B1C1和B2C2 。求解：鉸鏈中心A和D、和其余三桿的長度。步驟：（1）繪出B1C1和B2C2 ；（2）連接B1和B2 、 C1和C2 ，并作B1B2和C1C2 的垂直平分線b12和c12 ，并在b12和c12上任意取A、D兩點，可得求解；（3）有無窮多個解，可根據最小傳動角及其結構要求確定唯一解。本題可按照A、D在同一水平線上，且ADBC確定唯一解。2、給定連桿的三個位置設計四桿機構、給定連桿的三個位置設計四桿機構由于B和C點分別是繞著A點和D點轉動，因此可以按照三點求圓心的方法得出A、D兩點，連接A、B、C、D就可以形成四桿機構的圖形三、按照給定兩連架桿對應位置設計四桿機構三、按照給定兩連架桿對應位置設計四桿機構已知：連架桿AB和CD的三個對應角度求解：各桿的長度解（1）根據各桿長度按同一比例增減時，各桿的轉角關系不變，所以取AB的長度為1；（2）通過x和y軸的投影關系建立以下關系式：（3）設：（4）代入對應轉角可求得P0、 P1和P2 ，然后可得出尺寸l2、l3和l4 。由上式可知，如果已知的對應轉角只有兩組，則不能求解。但如果已知的對應轉角超過三組，就不可能得到精確的解。只能采用試探的方法求解。四、按照給定點的運動軌跡設計四桿四、按照給定點的運動軌跡設