第三章平面連桿機構(gòu)

1、3.1 四桿機構(gòu)四桿機構(gòu)的的基本形式基本形式3.23.2 四桿機構(gòu)四桿機構(gòu)的基本特性的基本特性3.33.3 四桿機構(gòu)四桿機構(gòu)的演化的演化3.43.4 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計3.13.1 四桿機構(gòu)基本形式四桿機構(gòu)基本形式結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點：四個運動副均為轉(zhuǎn)動副四個運動副均為轉(zhuǎn)動副組成：組成： 機架、連桿、連架桿機架、連桿、連架桿機架：機架：固定不動的構(gòu)件固定不動的構(gòu)件ADAD連架桿：連架桿：直接與機架相連的構(gòu)直接與機架相連的構(gòu)件件ABAB、CDCD連桿：連桿：不與機架相連的構(gòu)件不與機架相連的構(gòu)件BCBC曲柄：曲柄：能作整周轉(zhuǎn)動的連架桿能作整周轉(zhuǎn)動的連架桿搖桿：搖桿：不能作整周轉(zhuǎn)動的

2、連架桿不能作整周轉(zhuǎn)動的連架桿1B2C31B2C34AD連桿連桿連架桿連架桿連架桿連架桿機架機架1234ABCD曲柄曲柄搖桿搖桿( (擺桿擺桿) )( (周轉(zhuǎn)副周轉(zhuǎn)副) )( (擺轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副) )四桿機構(gòu)四桿機構(gòu)分類分類按連架桿不同運動形式分：按連架桿不同運動形式分：(1) (1) 曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)(2)(2) 雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)(3)(3) 雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)連桿連桿連架桿連架桿連架桿連架桿1234ABCD4AD23作機架曲柄搖桿機構(gòu)14AD23作機架雙搖桿機構(gòu)4AD1231作機架雙曲柄機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)4AD123(1) (1) 曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點：連架桿連

3、架桿1 1為曲柄，為曲柄，3 3為搖桿為搖桿運動變換：運動變換：轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動搖動搖動舉例：舉例：攪拌器機構(gòu)攪拌器機構(gòu)、雷達(dá)天線機構(gòu)雷達(dá)天線機構(gòu)、雨刮器雨刮器1234(2) (2) 雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點：二連架桿均為曲柄二連架桿均為曲柄運動變換：運動變換：轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動，通常二轉(zhuǎn)速不相等轉(zhuǎn)動，通常二轉(zhuǎn)速不相等舉例：舉例：振動篩機構(gòu)振動篩機構(gòu)特殊雙曲柄機構(gòu)特殊雙曲柄機構(gòu)平行四邊形機構(gòu)平行四邊形機構(gòu)結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點：二曲柄等速二曲柄等速運動不確定問題運動不確定問題車門開閉機構(gòu)車門開閉機構(gòu)反平行四邊形機構(gòu)反平行四邊形機構(gòu)結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點：二曲柄轉(zhuǎn)向相反二曲柄轉(zhuǎn)向相反(3) (3) 雙搖

4、桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu) 結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點：二連架桿均為搖桿二連架桿均為搖桿運動變換：運動變換：擺動擺動擺動擺動舉例舉例: : 鶴式起重機鶴式起重機起重機特殊機構(gòu)特殊機構(gòu)等腰梯形機構(gòu)等腰梯形機構(gòu)實例實例: : 汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)3.2 平面平面四桿機構(gòu)的工作特性四桿機構(gòu)的工作特性1 1 曲柄存在條件曲柄存在條件2 2 急回特征急回特征3 3 壓力角壓力角4 4 死點死點連桿連桿連架桿連架桿連架桿連架桿1234ABCD1 1 曲柄存在條件曲柄存在條件曲柄存在條件：曲柄存在條件：1. 1. 最短桿與最長桿長度之和小于或等于最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和其余兩桿長度之和2.

5、 2. 最短桿是連架桿或機架最短桿是連架桿或機架最短桿最短桿參與構(gòu)成的轉(zhuǎn)動副都是參與構(gòu)成的轉(zhuǎn)動副都是整周副整周副 其余均為擺轉(zhuǎn)副其余均為擺轉(zhuǎn)副推論推論1 1： 當(dāng)當(dāng)Lmax+Lmin L( (其余兩桿長度之和其余兩桿長度之和) )時時最短桿是連架桿之一最短桿是連架桿之一 曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)最短桿是機架最短桿是機架 雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)最短桿是連桿最短桿是連桿 雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)推論推論2： 當(dāng)當(dāng)Lmax+Lmin L(其余兩桿長度之和其余兩桿長度之和)時時 雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)ABCDabcdlmax+lmin l余1+l余2雙曲柄機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)可能有曲柄機架是否最短構(gòu)件的

6、對邊最短構(gòu)件的鄰邊最短構(gòu)件四桿機構(gòu)類型的判別四桿機構(gòu)類型的判別當(dāng)回程所用時間小于工作行程所用時間時，稱該機構(gòu)具有當(dāng)回程所用時間小于工作行程所用時間時，稱該機構(gòu)具有急回特征急回特征極位夾角：極位夾角： 急回特性分析：急回特性分析： 1 = C 1 = 1 t1 =1800 + 2 = 1 t2 =1800 - t1 t2 , v2 v1行程速比系數(shù)行程速比系數(shù)K K 2 2 急回特征急回特征K=1, K=1, 無急回特性無急回特性qKqK急回特征越顯著急回特征越顯著1jB2C212v2v1 00212112122112180180tttCCtCCvvK/11180 KK 慢快v急回特性的應(yīng)用例：

7、急回特性的應(yīng)用例：牛頭刨牛頭刨工作要求工作要求B1C14ABCD231 外力作用方向外力作用方向與被推動件在力的作用點處的與被推動件在力的作用點處的絕對絕對速度方向速度方向間所夾的銳角。間所夾的銳角。傳動角傳動角是壓力角的余角是壓力角的余角ACBDvBF vcFFtFn1jABCD1234FvcAB134C12越小越小, ,傳力性能越好。傳力性能越好。越大越大, ,傳力性能越好。傳力性能越好。 cosFFt有效分力有效分力 sinFFn法向分力外力F傳動角：傳動角：連桿與從動件所夾的銳角連桿與從動件所夾的銳角 。 =90- 3 3 壓力角壓力角：最小傳動角分析最小傳動角分析死點死點: :傳動角

8、為零傳動角為零 =0=0( (連桿與從動件共線連桿與從動件共線),),機構(gòu)頂死機構(gòu)頂死4 4 死點死點B1C1B2C24ABCD231Fv=00Fv=00=00C2B2=00BACB1C利用構(gòu)件慣性力利用構(gòu)件慣性力 實例實例: :家用縫紉機家用縫紉機采用多套機構(gòu)錯位排列采用多套機構(gòu)錯位排列 實例實例: :蒸汽機車車輪聯(lián)動機構(gòu)蒸汽機車車輪聯(lián)動機構(gòu) 蒸汽機車兩側(cè)利用錯位排列的兩套曲柄滑塊機構(gòu)使車輪聯(lián)蒸汽機車兩側(cè)利用錯位排列的兩套曲柄滑塊機構(gòu)使車輪聯(lián)動機構(gòu)通過死點動機構(gòu)通過死點克服死點的措施克服死點的措施 GGEFEF實例實例: :飛機起落架機構(gòu)飛機起落架機構(gòu)死點的利用死點的利用折疊家具機構(gòu)折疊家具

9、機構(gòu)=00動畫動畫1 1 改變構(gòu)件的形狀和運動尺寸改變構(gòu)件的形狀和運動尺寸偏心曲柄滑塊機構(gòu)偏心曲柄滑塊機構(gòu)對心曲柄滑快機構(gòu)對心曲柄滑快機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)雙滑塊機構(gòu)雙滑塊機構(gòu) 正弦機構(gòu)正弦機構(gòu)s=l sin l3.3 四桿機構(gòu)四桿機構(gòu)的演化的演化3 3 選不同的構(gòu)件為機架選不同的構(gòu)件為機架偏心輪機構(gòu)偏心輪機構(gòu)導(dǎo)桿機構(gòu)導(dǎo)桿機構(gòu)擺動導(dǎo)桿機構(gòu)擺動導(dǎo)桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)314A2BC曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)314A2BC2 2 改變運動副的尺寸改變運動副的尺寸牛頭刨床牛頭刨床小型刨床小型刨床應(yīng)用實例應(yīng)用實例: :應(yīng)用實例應(yīng)用實例B234C1A自卸卡車舉升機構(gòu)自

10、卸卡車舉升機構(gòu)ACB1234應(yīng)用實例應(yīng)用實例B34C1A2應(yīng)用實例應(yīng)用實例4A1B23C應(yīng)用實例應(yīng)用實例13C4AB2A1C234B導(dǎo)桿機構(gòu)導(dǎo)桿機構(gòu)314A2BC曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)314A2BC搖塊機構(gòu)搖塊機構(gòu)314A2BC選不同的構(gòu)件為機架選不同的構(gòu)件為機架314A2BC直動滑桿機構(gòu)直動滑桿機構(gòu)手搖唧筒手搖唧筒這種通過選擇不同構(gòu)件作為機架以獲得不同機構(gòu)的這種通過選擇不同構(gòu)件作為機架以獲得不同機構(gòu)的方法稱為：方法稱為：機構(gòu)的倒置機構(gòu)的倒置導(dǎo)桿機構(gòu)導(dǎo)桿機構(gòu)314A2BC曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)314A2BC搖塊機構(gòu)搖塊機構(gòu)314A2BC選不同的構(gòu)件為機架選不同的構(gòu)件為機架偏心輪機構(gòu)偏心輪機

11、構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)( (擴大回轉(zhuǎn)副擴大回轉(zhuǎn)副) )偏心輪機構(gòu)偏心輪機構(gòu)偏心輪機構(gòu)（續(xù)）偏心輪機構(gòu)（續(xù)）對心式曲柄滑塊機構(gòu)對心式曲柄滑塊機構(gòu)偏心輪機構(gòu)偏心輪機構(gòu)1B24AC3h=2lAB4C231BA B副擴大曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)1B2C34AD曲線導(dǎo)軌曲柄滑塊機構(gòu)曲線導(dǎo)軌曲柄滑塊機構(gòu)lCD e 01B24AC3偏置式曲柄滑塊機構(gòu)偏置式曲柄滑塊機構(gòu)對心式曲柄滑塊機構(gòu)對心式曲柄滑塊機構(gòu)1B24AC3e3D1B2C4A對對CDCD桿等效轉(zhuǎn)化桿等效轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)動副變成移動副轉(zhuǎn)動副變成移動副導(dǎo)桿機構(gòu)導(dǎo)桿機構(gòu)選不同構(gòu)件作機架選不同構(gòu)件作機架機構(gòu)倒置機構(gòu)倒置曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊

12、機構(gòu)導(dǎo)桿機構(gòu)導(dǎo)桿機構(gòu)變更機架變更機架曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)導(dǎo)桿機構(gòu)導(dǎo)桿機構(gòu)曲柄搖塊機構(gòu)曲柄搖塊機構(gòu)移動導(dǎo)桿機構(gòu)移動導(dǎo)桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)移動導(dǎo)桿機構(gòu)移動導(dǎo)桿機構(gòu) 連桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題連桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題 機構(gòu)選型機構(gòu)選型根據(jù)給定的運動要求選擇機構(gòu)根據(jù)給定的運動要求選擇機構(gòu)的類型；的類型；尺度綜合尺度綜合確定各構(gòu)件的尺度參數(shù)確定各構(gòu)件的尺度參數(shù)( (長度尺寸長度尺寸) )。 同時要滿足其他輔助條件：同時要滿足其他輔助條件：a)結(jié)構(gòu)條件（如要求有曲柄、桿長比恰當(dāng)、運動副結(jié)構(gòu)合理等）;b)動力條件（如min）;c)運動連續(xù)性條件等。3.4 3.4 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計

13、ADCB飛機起落架飛機起落架BC（1 1）滿足預(yù)定的運動規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對應(yīng)，如）滿足預(yù)定的運動規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對應(yīng)，如: :飛機起飛機起落架、函數(shù)機構(gòu)。落架、函數(shù)機構(gòu)。函數(shù)機構(gòu)函數(shù)機構(gòu)要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角滿足函數(shù)滿足函數(shù) y=logxy=logxxy=logxABCD兩類設(shè)計要求：兩類設(shè)計要求：如如鑄造翻箱機構(gòu)鑄造翻箱機構(gòu)要求連桿在兩個位置要求連桿在兩個位置垂直地面且相差垂直地面且相差180180 CBABDC（2 2）滿足預(yù)定的連桿位置要求）滿足預(yù)定的連桿位置要求E 計算計算180180(K-1)/(K+1);(K-1)/(K+1);已知：已知：CDCD桿長，擺角桿長，

14、擺角及及K K， 設(shè)計此機構(gòu)。步驟如下：設(shè)計此機構(gòu)。步驟如下：任取一點任取一點D D，作等腰三角形，作等腰三角形 腰長為腰長為CDCD，夾角為，夾角為; ;作作C C2 2PCPC1 1C C2 2，作作C1PC1P使使作作P CP C1 1C C2 2的外接圓的外接圓，則則A A點必在此圓上。點必在此圓上。選定選定A A，設(shè)曲柄為，設(shè)曲柄為l l1 1 ，連桿為連桿為l l2 2 ，則則: :以以A A為圓心，為圓心，A C2A C2為半徑作弧交于為半徑作弧交于E,E,得：得： l1 =ECEC1 1/ 2 / 2 l l2 2 = A C = A C1 1ECEC1 1/ 2/ 2,A,A

15、 C2= =l2- - l1= = l1 =( A C=( A C1 1A CA C2 2)/)/ 2 C2C1P=90, ,交于交于P;P; 90-P A A C1= = l1+ +l2C1C2DA一、按給定的行程速比系數(shù)一、按給定的行程速比系數(shù)K K設(shè)計四桿機構(gòu)設(shè)計四桿機構(gòu)（1 1）曲柄搖桿機構(gòu)）曲柄搖桿機構(gòu)ADmn=D分析：分析：由于由于與導(dǎo)桿擺角與導(dǎo)桿擺角相等，設(shè)計此相等，設(shè)計此 機機構(gòu)時，僅需要確定曲柄構(gòu)時，僅需要確定曲柄 a a。計算計算180180(K-1)/(K+1);(K-1)/(K+1);任選任選D D作作mDnmDn，取取A A點，使得點，使得AD=d, AD=d, 則則

16、: : a=dsin(a=dsin(/2)/2)。=Ad作角分線作角分線; ;已知：機架長度已知：機架長度d d，K K，設(shè)計此機構(gòu)。，設(shè)計此機構(gòu)。（2 2） 導(dǎo)桿機構(gòu)導(dǎo)桿機構(gòu)E222aeH已知已知K K，滑塊行程，滑塊行程H H，偏距，偏距e e，設(shè)計此機構(gòu)設(shè)計此機構(gòu) 。計算計算: : 180180(K-1)/(K+1);(K-1)/(K+1);作作C1 C2 C1 C2 H H作射線作射線C1O C1O 使使C C2 2C C1 1O=90O=90, , 以以O(shè) O為圓心，為圓心，C1OC1O為半徑作圓。為半徑作圓。以以A A為圓心，為圓心，A C1A C1為半徑作弧交于為半徑作弧交于E,E,得：得：作射線作射線C2OC2O使使C C1 1C C2 2 O=90 O=90。 作偏距線作偏距線e e，交圓弧于，交圓弧于A A，即為所求。，即為所求。C1C2909