第4章 平面連桿機(jī)構(gòu)

1、第第4章章 平面連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)v什么叫平面連桿機(jī)構(gòu)？什么叫平面連桿機(jī)構(gòu)？v鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有哪些形式鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有哪些形式？分別用在哪里？如分別用在哪里？如何區(qū)分它們的類型何區(qū)分它們的類型？v鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有什么樣的運(yùn)動(dòng)特性鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有什么樣的運(yùn)動(dòng)特性？v如何設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)如何設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)？重點(diǎn)：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其判別重點(diǎn)：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其判別 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)基本要求平面連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)概述概述1 1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式及鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式及其演化其演化2 2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的特性鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的特性3

2、3平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)4 44.1 平面連桿機(jī)構(gòu)及其特點(diǎn)幾個(gè)概念幾個(gè)概念 全部用低副聯(lián)接而成的機(jī)構(gòu)（低全部用低副聯(lián)接而成的機(jī)構(gòu)（低副機(jī)構(gòu)）副機(jī)構(gòu)） 所有構(gòu)件都在一個(gè)平面或相所有構(gòu)件都在一個(gè)平面或相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的連桿機(jī)構(gòu)互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的連桿機(jī)構(gòu) 所有運(yùn)動(dòng)副均為轉(zhuǎn)動(dòng)副的四所有運(yùn)動(dòng)副均為轉(zhuǎn)動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用：多用于執(zhí)行系統(tǒng)，尤其是運(yùn)動(dòng)軌跡不規(guī)則的低速裝置。平面連桿機(jī)構(gòu)及其特點(diǎn)平面連桿機(jī)構(gòu)的平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)特點(diǎn)可利用連桿實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)軌跡可利用連桿實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)軌跡 面接

3、觸低副，壓強(qiáng)小，便于潤(rùn)滑，磨損輕面接觸低副，壓強(qiáng)小，便于潤(rùn)滑，磨損輕結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造低副中存在間隙，精度低低副中存在間隙，精度低不容易實(shí)現(xiàn)精確復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律不容易實(shí)現(xiàn)精確復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律高速傳動(dòng)時(shí)動(dòng)載荷較大高速傳動(dòng)時(shí)動(dòng)載荷較大4.24.2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式及其演化鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式及其演化 一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式各桿名稱各桿名稱1 1、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)兩連架桿一個(gè)是曲柄（整周轉(zhuǎn)）；一個(gè)是搖桿（擺動(dòng)）兩連架桿一個(gè)是曲柄（整周轉(zhuǎn)）；一個(gè)是搖桿（擺動(dòng)） 雷 達(dá) 縫紉機(jī)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用（1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用（2）2 2、雙曲柄機(jī)構(gòu)雙

4、曲柄機(jī)構(gòu) 兩連架桿都是曲柄（整周轉(zhuǎn)）兩連架桿都是曲柄（整周轉(zhuǎn)） 主動(dòng)曲柄勻速轉(zhuǎn)主動(dòng)曲柄勻速轉(zhuǎn)從動(dòng)曲柄變速轉(zhuǎn)動(dòng) 正平行雙曲柄機(jī)構(gòu)正平行雙曲柄機(jī)構(gòu)對(duì)邊平行且相等。主、從動(dòng)曲柄勻速且相等對(duì)邊平行且相等。主、從動(dòng)曲柄勻速且相等機(jī)車車輪運(yùn)動(dòng)平行四邊形機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)不確定現(xiàn)象反平行雙曲柄機(jī)構(gòu)：對(duì)邊平行但轉(zhuǎn)向相反反平行雙曲柄機(jī)構(gòu)：對(duì)邊平行但轉(zhuǎn)向相反 門啟閉機(jī)構(gòu)3 3、雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu) 特點(diǎn)：兩連架桿都是搖桿（擺動(dòng)）特點(diǎn)：兩連架桿都是搖桿（擺動(dòng)） 飛機(jī)起落架 雙雙搖搖桿桿機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)應(yīng)應(yīng)用：用：鶴鶴式式起起重重機(jī)機(jī)雙雙搖搖桿桿機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)應(yīng)應(yīng)用：用：汽汽車車前前輪輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)平平行行四四邊邊形形轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)

5、的的缺缺點(diǎn)點(diǎn)二、二、 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中曲柄存在的條件鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中曲柄存在的條件 u鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的必要條件是：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的必要條件是： 最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和度之和u鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在一個(gè)曲柄的條件是：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在一個(gè)曲柄的條件是： 最短桿的任一相鄰桿為機(jī)架（連架桿為最短桿）最短桿的任一相鄰桿為機(jī)架（連架桿為最短桿）u鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在兩個(gè)曲柄條件是：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在兩個(gè)曲柄條件是： 機(jī)架為最短桿機(jī)架為最短桿結(jié)論結(jié)論鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)型式的判斷鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)型式的判斷 三、三、 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化 1

6、 1、取不同構(gòu)件為機(jī)架、取不同構(gòu)件為機(jī)架1 1、機(jī)構(gòu)中一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)化為移動(dòng)副機(jī)構(gòu)中一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)化為移動(dòng)副三、三、 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化 對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄存在條件：對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：L1L2 行程S=2L1偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：L1+eL2 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)演化過程曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)將曲柄改為機(jī)架時(shí)，就演化成導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。 轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)L1L2 L1L2 ：機(jī)架長(zhǎng)度：曲柄長(zhǎng)度應(yīng)用牛頭刨床機(jī)構(gòu) 簡(jiǎn)易刨床搖塊機(jī)構(gòu)(1)、演化過程曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)將連桿改為機(jī)架時(shí)，就演化成搖塊機(jī)構(gòu)。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)將連桿改為機(jī)架時(shí)，就演化成搖塊機(jī)構(gòu)。 應(yīng)用泵定塊機(jī)構(gòu)演化過程演化過

7、程曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)將滑塊改為機(jī)架時(shí)，就演化成定塊機(jī)構(gòu)。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)將滑塊改為機(jī)架時(shí)，就演化成定塊機(jī)構(gòu)。 應(yīng)用移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 3. .機(jī)構(gòu)中兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)化為移動(dòng)副機(jī)構(gòu)中兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)化為移動(dòng)副由于此機(jī)構(gòu)當(dāng)主動(dòng)件1等速回轉(zhuǎn)時(shí)，從動(dòng)到導(dǎo)桿3的位移為y=Labsin ，故又稱正弦機(jī)構(gòu) 雙滑塊機(jī)構(gòu)應(yīng)用應(yīng)用 雙滑塊機(jī)構(gòu)曲柄移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)4 4、擴(kuò)大運(yùn)動(dòng)副、擴(kuò)大運(yùn)動(dòng)副變成變成偏心輪偏心輪機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)4.3 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特性 急回特性急回特性 搖桿的擺角， 極位夾角。一、急回運(yùn)動(dòng)和行程速比系數(shù)一、急回運(yùn)動(dòng)和行程速比系數(shù)為描述從動(dòng)搖桿的急回特性，為描述從動(dòng)搖桿的急回特性，在此引入在此引入行程速比

8、系數(shù)行程速比系數(shù) K KK =180 + 180 - K K值的大小反映了急回運(yùn)動(dòng)特性的顯著程度。值的大小反映了急回運(yùn)動(dòng)特性的顯著程度。K K值的大值的大小取決于極位夾角小取決于極位夾角 ， 角越大，角越大，K K值越大，急回運(yùn)動(dòng)值越大，急回運(yùn)動(dòng)特性越明顯；反之，則愈不明顯。當(dāng)時(shí)特性越明顯；反之，則愈不明顯。當(dāng)時(shí) ，K=1 K=1 ，機(jī)構(gòu)無(wú)急回特性。機(jī)構(gòu)無(wú)急回特性。 0若在設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)時(shí)若在設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)時(shí)先給定先給定K K值，則值，則 :11180 KK在生產(chǎn)實(shí)際中，常利用機(jī)構(gòu)的急回運(yùn)動(dòng)來縮在生產(chǎn)實(shí)際中，常利用機(jī)構(gòu)的急回運(yùn)動(dòng)來縮短非生產(chǎn)時(shí)間，提高生產(chǎn)率，如短非生產(chǎn)時(shí)間，提高生產(chǎn)率，如牛頭刨床牛頭刨床、

9、往復(fù)式運(yùn)輸機(jī)往復(fù)式運(yùn)輸機(jī)等。等。 二、壓力角與傳動(dòng)角二、壓力角與傳動(dòng)角costFFsinnFF壓力角愈小，機(jī)構(gòu)的傳力效果愈好。所以，壓力角愈小，機(jī)構(gòu)的傳力效果愈好。所以，衡量機(jī)構(gòu)傳力性能，可用壓力角作為標(biāo)志。衡量機(jī)構(gòu)傳力性能，可用壓力角作為標(biāo)志。 CvtFnFF壓力角：從動(dòng)件壓力角：從動(dòng)件受力方向與受力受力方向與受力點(diǎn)線速度方向之點(diǎn)線速度方向之間所夾的銳角。間所夾的銳角。 傳動(dòng)角傳動(dòng)角: :壓力角壓力角的余角即連桿與的余角即連桿與從動(dòng)件間所夾的從動(dòng)件間所夾的銳角。銳角。 在連桿機(jī)構(gòu)中，為度在連桿機(jī)構(gòu)中，為度量方便，常用壓力角量方便，常用壓力角的余角即連桿與從動(dòng)的余角即連桿與從動(dòng)件間所夾的銳角件

10、間所夾的銳角( (傳傳動(dòng)角動(dòng)角) )檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的傳檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的傳力性能。力性能。 min傳動(dòng)角愈大，機(jī)構(gòu)的傳力性能愈好，反之則不利于機(jī)構(gòu)傳動(dòng)角愈大，機(jī)構(gòu)的傳力性能愈好，反之則不利于機(jī)構(gòu)中力的傳遞。機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，傳動(dòng)角是變化的，機(jī)構(gòu)中力的傳遞。機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，傳動(dòng)角是變化的，機(jī)構(gòu)出現(xiàn)最小傳動(dòng)角的位置正好是傳力效果最差的位置，也出現(xiàn)最小傳動(dòng)角的位置正好是傳力效果最差的位置，也是檢驗(yàn)其傳力性能的關(guān)鍵位置。是檢驗(yàn)其傳力性能的關(guān)鍵位置。 CvtFnFF設(shè)計(jì)要求：傳動(dòng)角傳動(dòng)角曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，以曲柄為原動(dòng)件時(shí)，其曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，以曲柄為原動(dòng)件時(shí)，其最小傳動(dòng)角發(fā)生在曲柄與機(jī)架兩次共線最小傳動(dòng)角發(fā)生在曲柄與機(jī)架兩次共

11、線位置之一。位置之一。 minABCD最小傳動(dòng)角最小傳動(dòng)角三、死點(diǎn)三、死點(diǎn) 0機(jī)構(gòu)傳動(dòng)角 （即 ）的位置稱為死點(diǎn)位置。 90機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置，從動(dòng)機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置，從動(dòng)件會(huì)出現(xiàn)件會(huì)出現(xiàn)卡死卡死（機(jī)構(gòu)自鎖）（機(jī)構(gòu)自鎖）或或運(yùn)動(dòng)方向不確定運(yùn)動(dòng)方向不確定的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。 應(yīng)對(duì)措施和應(yīng)用1、24.3 平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性總結(jié)平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性總結(jié)v1. 急回運(yùn)動(dòng)特性急回運(yùn)動(dòng)特性 v 搖桿來回?cái)[動(dòng)的擺角相同，但其往復(fù)運(yùn)動(dòng)快慢不同的特性。搖桿來回?cái)[動(dòng)的擺角相同，但其往復(fù)運(yùn)動(dòng)快慢不同的特性。v2. 壓力角和傳動(dòng)角壓力角和傳動(dòng)角 v 壓力角壓力角 ：在不計(jì)運(yùn)動(dòng)副中摩擦和構(gòu)件質(zhì)量的情況下，機(jī)構(gòu)從動(dòng)件受：在

12、不計(jì)運(yùn)動(dòng)副中摩擦和構(gòu)件質(zhì)量的情況下，機(jī)構(gòu)從動(dòng)件受力方力方 向和受力點(diǎn)速度方向間所夾的銳角。向和受力點(diǎn)速度方向間所夾的銳角。 v 傳動(dòng)角傳動(dòng)角 ：壓力角的余角，指的是銳角。：壓力角的余角，指的是銳角。v3. 死點(diǎn)位置死點(diǎn)位置 v 當(dāng)搖桿為主動(dòng)件，且從動(dòng)曲柄與連桿成一直線時(shí)機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置。當(dāng)搖桿為主動(dòng)件，且從動(dòng)曲柄與連桿成一直線時(shí)機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置。 設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容：選擇形式；確定尺寸（運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖）：選擇形式；確定尺寸（運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖）設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法：解析法；實(shí)驗(yàn)法；：解析法；實(shí)驗(yàn)法；圖解法圖解法4.4 平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介設(shè)計(jì)的基本問題設(shè)計(jì)的基本問題： 實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 實(shí)現(xiàn)給定

13、的運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)軌跡二、二、四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 設(shè)計(jì)具有設(shè)計(jì)具有急回特性的四急回特性的四桿機(jī)構(gòu)，關(guān)鍵桿機(jī)構(gòu)，關(guān)鍵是要抓住機(jī)構(gòu)是要抓住機(jī)構(gòu)處于極限位置處于極限位置時(shí)的幾何關(guān)系，時(shí)的幾何關(guān)系，必要時(shí)還應(yīng)考必要時(shí)還應(yīng)考慮其他輔助條慮其他輔助條件。件。 1.1.按行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)按行程速比系數(shù)設(shè)計(jì) 例例1例：已知搖桿長(zhǎng)度為100，擺角 =50 ， 機(jī)架長(zhǎng)度為80，行程速比系數(shù)k=1.4，試設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。解：由給定的行程速比系數(shù)求出極位夾角 :11180 KK= 304lDC2C190-A以A為圓心，AC1為半徑作圓弧交A與E，平分EC2得曲柄長(zhǎng)度 。再以A為圓心， 為半徑作圓

14、，交C1A的延長(zhǎng)線和C2A于B1和B2，連桿長(zhǎng)度 . ABAB2211CBCBBCEB1B21、按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 例2： 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，s=30mm,e=12mm,K=1.5,設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。2 2、按給定的連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按給定的連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 1 1）. .按給定連桿兩個(gè)位置設(shè)計(jì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)按給定連桿兩個(gè)位置設(shè)計(jì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 有無(wú)窮多個(gè)解。實(shí)際上，還應(yīng)考慮幾何、動(dòng)力等輔助條件，例如各桿所允許的尺寸范圍、最小傳動(dòng)角或其他結(jié)構(gòu)上的要求，就可以合理選定A、D兩點(diǎn)的位置而得到確定的解。如果給定連桿三個(gè)、四個(gè)或五個(gè)位置呢？ 設(shè)計(jì)一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)作為加熱爐爐門的啟閉機(jī)構(gòu)。已知

15、爐門上兩活動(dòng)鉸鏈B、C的中心距為50。要求爐門打開后成水平位置，且熱面朝下（如虛線所示）。如果規(guī)定鉸鏈A、D安裝在爐體的y-y豎直線上，其相關(guān)尺寸如圖所示。用圖解法求此鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)其余三桿的尺寸。 例1：鍋爐爐門啟閉機(jī)構(gòu)例例2：已知造型已知造型機(jī)翻箱機(jī)構(gòu)中，機(jī)翻箱機(jī)構(gòu)中，BC=200,C到箱地到箱地面距離面距離250，BC在在落下位置時(shí)和升起落下位置時(shí)和升起位置時(shí)的水平距離位置時(shí)的水平距離為為1200，要求落下，要求落下時(shí)型箱距離地面時(shí)型箱距離地面80，升起時(shí)箱頂距離，升起時(shí)箱頂距離地面地面1100。固定鉸。固定鉸鏈距離地面高度為鏈距離地面高度為80。設(shè)計(jì)此四連桿。設(shè)計(jì)此四連桿機(jī)構(gòu)，畫出其機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)，畫出其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。例題例題2：自動(dòng)翻箱機(jī)構(gòu)：自動(dòng)翻箱機(jī)構(gòu)自動(dòng)翻箱機(jī)構(gòu)自動(dòng)翻箱機(jī)構(gòu)3. 3. 按給定兩連架桿的位置設(shè)計(jì)按給定兩連架桿的位置設(shè)計(jì)coscoscoscdbasinsinsincbasinsinsincba）（1113121coscoscosRRR）（2223221coscoscosRRR）（3333321coscoscosRRRacdcbR22222a1adR 2cdR 3令令得得可解得各桿長(zhǎng)可解得各桿長(zhǎng)4. 按給定的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)解析法、實(shí)驗(yàn)法、解析法、實(shí)驗(yàn)法、圖譜法圖譜法三、平面連桿機(jī)構(gòu)的巧妙設(shè)計(jì)示例三、平面連桿機(jī)構(gòu)的巧妙設(shè)計(jì)示例v鑄