機械設(shè)計基礎(chǔ)-第3版-教學(xué)課件-作者-王大康-第三章-平面連桿機構(gòu)

第三章

平面連桿機構(gòu)第三章平面連桿機構(gòu)

第三章

平面連桿機構(gòu)

平面連桿機構(gòu)中以四個構(gòu)件組成的平面四桿機構(gòu)（簡稱四桿機構(gòu)）應(yīng)用最為廣泛，本章主要介紹四桿機構(gòu)的設(shè)計方法。平面連桿機構(gòu)由若干構(gòu)件通過低副連接組成，所有構(gòu)件在同一平面或相互平行平面內(nèi)運動的機構(gòu)，又稱平面低副機構(gòu)。曲柄234連桿1搖桿機架

優(yōu)點是：運動副為面接觸，壓強較小，磨損較輕，便于潤滑，故可承受較大載荷；低副幾何形狀簡單，加工方便；能實現(xiàn)較復(fù)雜的運動軌跡。

缺點是：運動副的制造誤差會引起誤差累積較大，致使慣性力較大；不易實現(xiàn)精確的運動規(guī)律，因此，連桿機構(gòu)不適宜高速傳動。第三章平面連桿機構(gòu)平面連桿第一節(jié)

鉸鏈四桿機構(gòu)的基本形式及應(yīng)用鉸鏈四桿機構(gòu)－運動副均采用轉(zhuǎn)動副的四桿機構(gòu)組成：曲柄1：作整周轉(zhuǎn)動連桿2：平面運動（平動+轉(zhuǎn)動）搖桿3：角內(nèi)作變速擺動機架4：固定桿第一節(jié)鉸鏈四桿機構(gòu)的基本形式及應(yīng)用鉸鏈四桿機構(gòu)－運動副均

鉸鏈四桿機構(gòu)按兩連架桿的運動形式不同分為三種基本形式：即曲柄搖桿機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)和雙搖桿機構(gòu)。一、曲柄搖桿機構(gòu)若鉸鏈四桿機構(gòu)的兩個連架桿，一個為曲柄，另一個為搖桿，則該機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)。曲柄和搖桿均可作為原動件，當(dāng)曲柄為原動件時，搖桿作變速往復(fù)擺動。鉸鏈四桿機構(gòu)a)曲柄搖桿機構(gòu)b)雙曲柄機構(gòu)c)雙搖桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)按兩連架桿的運動形式不同分為三種實例：曲柄為原動件

雷達(dá)天線俯仰機構(gòu)和面機機構(gòu)實例：曲柄為原動件雷達(dá)天線俯仰機構(gòu)實例：搖桿為原動件1234曲軸踏板連桿縫紉機的踏板機構(gòu)實例：搖桿為原動件1234曲軸踏板連桿縫紉機的踏板機構(gòu)二、雙曲柄機構(gòu)兩個連架桿都是曲柄的鉸鏈四桿機構(gòu)稱為雙曲柄機構(gòu)。

圖示慣性篩中的鉸鏈四桿機構(gòu)就是雙曲柄機構(gòu)。

主動曲柄1等速轉(zhuǎn)動，從動曲柄3變速轉(zhuǎn)動，通過附加連桿5帶動篩6作變速反復(fù)運動。1234慣性篩機構(gòu)56二、雙曲柄機構(gòu)兩個連架桿都是曲柄的鉸鏈四桿機構(gòu)稱為雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)的特殊情況1．正平行四邊形機構(gòu)ABCD

當(dāng)主動曲柄AB作等速轉(zhuǎn)動時，從動曲柄CD以相同的角速度沿同一方向轉(zhuǎn)動，連桿BC作平動。

正平行四邊形機構(gòu)具有等傳動比特點，故在機械中應(yīng)用較多。實例：機車車輪聯(lián)動機構(gòu)；萬能繪圖儀等。

機車車輪聯(lián)動1、3、4－曲柄；2－連桿；5－機架結(jié)構(gòu)特點：對邊相等且平行。雙曲柄機構(gòu)的特殊情況1．正平行四邊形機構(gòu)ABCD2．反平行四邊形機構(gòu)結(jié)構(gòu)特點：對邊相等，但不平行。

當(dāng)主動曲柄作等速轉(zhuǎn)動時，從動曲柄作反向變速轉(zhuǎn)動。ABDC汽車車門啟閉機構(gòu)2．反平行四邊形機構(gòu)結(jié)構(gòu)特點：對邊相等，但不平行。正平行四邊形機構(gòu)的運動不確定性

正平行四邊形機構(gòu)在一個運動循環(huán)中，四個構(gòu)件兩次共線，致使機構(gòu)可能兩次出現(xiàn)運動不確定狀態(tài)。此時，從動曲柄可能會發(fā)生變向轉(zhuǎn)動，變成反正平行四邊形機構(gòu)。避免措施：a)利用從動曲柄本身的質(zhì)量或附加飛輪的慣性導(dǎo)向。b)采用兩套相同機構(gòu)，錯開死點位置。正平行四邊形機構(gòu)的運動不確定性正平行四邊形三、雙搖桿機構(gòu)

兩個連架桿都是搖桿的鉸鏈四桿機構(gòu)稱為雙搖桿機構(gòu)。實例：

飛機起落架機構(gòu)鶴式起重機機構(gòu)三、雙搖桿機構(gòu)兩個連架桿都是搖桿的鉸鏈四桿機構(gòu)稱等腰梯形機構(gòu)結(jié)構(gòu)特點：兩個搖桿的長度相等。

汽車轉(zhuǎn)彎時，要求整個車身繞一點轉(zhuǎn)動，使四個車輪均能在地面上做純滾動，避免輪胎與路面滑動而損傷。等腰梯形機構(gòu)能近似滿足這一要求。汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)等腰梯形機構(gòu)結(jié)構(gòu)特點：兩個搖桿的長度相等。汽第二節(jié)

鉸鏈四桿機構(gòu)的傳動特性一、急回運動性質(zhì)和行程速比系數(shù)

設(shè)計機器時，常要求機器的執(zhí)行機構(gòu)在工作行程以較低的速度運動，以獲得較大的工作力。而回程以較高的速度運動，以提高機器的工作效率。這就是急回特性。曲柄搖桿機構(gòu)1．搖桿的極限位置曲柄搖桿機構(gòu)，曲柄AB轉(zhuǎn)動一周，兩次與連桿BC共線。這兩個位置為極限位置。第二節(jié)鉸鏈四桿機構(gòu)的傳動特性一、急回運動性質(zhì)和行程速比系2．?dāng)[角ψ

擺桿兩極限位置間的夾角。3．極位夾角θ

曲柄與連桿兩次共線時，曲柄兩位置所夾的銳角。4．行程速比系數(shù)K

曲柄沿順時針方向勻速轉(zhuǎn)動，ABCD為曲柄搖桿機構(gòu)的任意工作位置。

當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)到AB1位置時，曲柄與連桿重疊成一條直線；當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)到AB2位置時，曲柄與連桿拉直成一條直線。2．?dāng)[角ψ擺桿兩極限位置間的夾角。3．極位夾急回運動特性可用行程速比系數(shù)K表示，即將上式整理后，可得極位夾角的計算公式：

注意：曲柄搖桿機構(gòu)的急回運動性質(zhì)，取決于極位夾角。若

＝0，K＝1，則該機構(gòu)沒有急回運動性質(zhì)；若

＞0，K＞1，則該機構(gòu)具有急回運動性質(zhì)，且角越大，K值越大，急回運動性質(zhì)也越顯著。

對于要求具有急回運動性質(zhì)的機械，可根據(jù)K值，計算出角，以便設(shè)計出各桿的尺寸。急回運動特性可用行程速比系數(shù)K表示，即將上式整理后，可得極二、壓力角和傳動角αFFtv1．壓力角α

從動件所受壓力F與受力點速度之間所夾的銳角稱為壓力角。有效分力：Ft=Fcosα

α是影響機構(gòu)傳力性能的主要因素壓力角越小，機構(gòu)的傳力性能越好，理想情況是=0

。γ2．傳動角γ壓力角的余角稱為傳動角。α+γ=900二、壓力角和傳動角αFFtv1．壓力角α從動件3．四桿機構(gòu)的壓力角及傳動角

傳動角γ是連桿與從動件（搖桿）間所夾的銳角。

越小，

越大，機構(gòu)的傳力性能越好。4．許用值一般傳動：〔γ〕=400即：γmin≥400

高速大功率傳動：〔γ〕=500

即：γmin≥500四桿機構(gòu)的壓力角和傳動角

機構(gòu)運轉(zhuǎn)過程中，傳動角（或壓力角）是變化的，為了保證機構(gòu)能正常工作，常取最小傳動角min大于或等于許用傳動角[]3．四桿機構(gòu)的壓力角及傳動角傳動角γ是連桿與5．最大壓力角及最小傳動角的確定

機構(gòu)在運動過程中，壓力角是變化的，是從動構(gòu)件位置的函數(shù)。

曲柄搖桿機構(gòu)的最小傳動角min出現(xiàn)在圖中的曲柄與機架共線時的其中一個位置即AB′或AB″處。四桿機構(gòu)的壓力角和傳動角5．最大壓力角及最小傳動角的確定機構(gòu)在運動三、死點位置

當(dāng)搖桿主動時,在搖桿處于極限位置C1D和C2D時，連桿與曲柄兩次共線，機構(gòu)的該位置稱為死點位置。1．死點位置的特性：（1）不動。（2）運動不定三、死點位置當(dāng)搖桿主動時,在搖桿處于極限位置C1D和2．克服死點位置的措施（1）利用飛輪的慣性沖過死點位置。（縫紉機大帶輪）（2）使機構(gòu)的死點錯開。3.死點位置的應(yīng)用

在曲柄搖桿機構(gòu)中，只有以搖桿為主動件時才會出現(xiàn)死點位置，當(dāng)以曲柄為主動件時，不存在死點問題。

鉆床夾具的夾緊機構(gòu)V型發(fā)動機機構(gòu)2．克服死點位置的措施（1）利用飛輪的慣性沖過死點位置。（縫第三節(jié)

鉸鏈四桿機構(gòu)的曲柄存在條件

一、曲柄搖桿機構(gòu)存在曲柄的條件

如圖：為使曲柄作整周轉(zhuǎn)動，曲柄必須能順利通過與機架共線的兩個位置AB′和AB″。即必須在兩次共線位置分別形成ΔB′C′D和ΔB″C″D。

在ΔB′C′D中，根據(jù)三角形任意兩邊的長度之差必小于或等于第三邊的長度。得：鉸鏈四桿機構(gòu)的曲柄存在條件第三節(jié)鉸鏈四桿機構(gòu)的曲柄存在條件一、曲柄

在ΔB″C″D中，根據(jù)三角形任意兩邊長度之和必大于或等于第三邊的長度。得：（3-3）（3-4）（3-5）（3-6）聯(lián)解式（3-4）、（3-5）、（3-6）得：圖3-16鉸鏈四桿機構(gòu)的曲柄存在條件在ΔB″C″D中，根據(jù)三角形任意兩邊長度之和鉸鏈四桿機構(gòu)的曲柄存在條件為：

（1）曲柄搖桿機構(gòu)中，曲柄為最短桿；

（2）最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和。lmin

+lmax

≤l其余1

+l其余2鉸鏈四桿機構(gòu)的曲柄存在條件為：lmin+lmax≤l二、鉸鏈四桿機構(gòu)三種基本類型間的關(guān)系

當(dāng)鉸鏈四桿機構(gòu)滿足曲柄存在條件時，取不同桿為機架，即可得到不同形式的鉸鏈四桿機構(gòu)。

（1）若取最短桿為機架，該機構(gòu)為雙曲柄機構(gòu)；

（2）若取最短桿的任一相鄰桿為機架，該機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)；

（3）若取最短桿的相對桿為機架，該機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)。

注意：在鉸鏈四桿機構(gòu)中，當(dāng)最短桿與最長桿的長度之和大于其余兩桿長度之和時，無論取那一桿為機架，該機構(gòu)均為雙搖桿機構(gòu)。二、鉸鏈四桿機構(gòu)三種基本類型間的關(guān)系當(dāng)鉸鏈

第四節(jié)鉸鏈四桿機構(gòu)的演化

一、演化為曲柄滑塊機構(gòu)

在鉸鏈四桿機構(gòu)中，鉸鏈中心C的運動軌跡為mm圓弧，隨著構(gòu)件3的增長，mm弧越平直。當(dāng)構(gòu)件3無窮長時，mm圓弧變成直線，回轉(zhuǎn)副轉(zhuǎn)化為移動副，則曲柄搖桿機構(gòu)演化成曲柄滑塊機構(gòu)。1．演化過程第四節(jié)鉸鏈四桿機構(gòu)的演化一、演化為曲2．曲柄滑塊機構(gòu)的類型（1）對心曲柄滑塊機構(gòu)

滑塊的導(dǎo)路中心線mm通過曲柄的回轉(zhuǎn)中心A。該機構(gòu)無急回特性。

（2）偏置曲柄滑塊機構(gòu)

滑塊的導(dǎo)路中心線mm與曲柄回轉(zhuǎn)中心A的偏距為e。該機構(gòu)具有急回特性。

曲柄滑塊機構(gòu)廣泛用于內(nèi)燃機、沖床、空氣壓縮機及往復(fù)式水泵等機械中。2．曲柄滑塊機構(gòu)的類型（1）對心曲柄滑塊機構(gòu)滑二、變換機構(gòu)的機架二、變換機構(gòu)的機架1．導(dǎo)桿機構(gòu)（1）演化方法

取曲柄滑快機構(gòu)的曲柄為機架。（2）結(jié)構(gòu)特點

構(gòu)成移動副的兩個構(gòu)件均為活動構(gòu)件，滑快相對桿4滑動，并隨桿4轉(zhuǎn)動。故稱為導(dǎo)桿機構(gòu)。（3）類型1）轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)桿2與桿4均作整周轉(zhuǎn)動。24131．導(dǎo)桿機構(gòu)（1）演化方法取曲柄滑快機構(gòu)的曲六缸回轉(zhuǎn)式油泵1—機架；2—連桿；3—活塞；4—轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿。六缸回轉(zhuǎn)式油泵1—機架；2—連桿；3—活塞；2）擺動導(dǎo)桿機構(gòu)

桿4只能作往復(fù)擺動，故稱擺動導(dǎo)桿機構(gòu)

擺動導(dǎo)桿機構(gòu)具有急回特性。

滑快3對導(dǎo)桿4的作用力始終與導(dǎo)桿垂直，壓力角α=00,傳力性能最好。ψθ1234Fv342）擺動導(dǎo)桿機構(gòu)桿4只能作往復(fù)擺動，故稱擺動牛頭刨床牛頭刨床2．搖塊機構(gòu)

構(gòu)件1和4均可作為主動件。工作時，構(gòu)件3與4相對滑動，并一起繞C點轉(zhuǎn)動?；瑝K3繞C點擺動，故稱搖塊機構(gòu)。C卡車車廂自動翻轉(zhuǎn)卸料機構(gòu)1—車身；2—車廂；3—液壓缸；4—推桿曲柄搖塊機構(gòu)2．搖塊機構(gòu)構(gòu)件1和4均可作為主動件。3．移動導(dǎo)桿機構(gòu)（定塊機構(gòu)）

一般取構(gòu)件1為原動件，構(gòu)件2繞C點往復(fù)擺動，構(gòu)件4相對構(gòu)件3作往復(fù)移動。移動導(dǎo)桿機構(gòu)

取曲柄滑塊機構(gòu)中的滑塊為機架。如：手壓抽水機12343．移動導(dǎo)桿機構(gòu)（定塊機構(gòu)）一般取構(gòu)件1為原動三、演化成偏心輪機構(gòu)

將圖示機構(gòu)中的回轉(zhuǎn)副B（曲柄銷）的半徑擴大，直至超過曲柄AB的長度。則曲柄變成幾何中心與回轉(zhuǎn)中心不重合的圓盤，兩中心間的距離稱偏心距，等于曲柄長度。

由于演化后曲柄變成偏心輪，故稱偏心輪機構(gòu)。偏心輪機構(gòu)是通過擴大回轉(zhuǎn)副而演化出的新機構(gòu)。偏心輪機構(gòu)三、演化成偏心輪機構(gòu)將圖示機構(gòu)中的回轉(zhuǎn)副B（

當(dāng)曲柄搖桿機構(gòu)及曲柄滑塊機構(gòu)的曲柄較短時，或曲柄銷承載較大時，通常將曲柄用偏心輪代替?？稍龃筝S徑尺寸，提高其強度和剛度。

另外，當(dāng)機構(gòu)需安裝在軸的中部時，（偏心輪與軸一體）便于安裝整體式連桿，使結(jié)構(gòu)簡化。

偏心輪機構(gòu)廣泛用于沖床、剪床、鍔式破碎機、內(nèi)燃機等機械中。當(dāng)曲柄搖桿機構(gòu)及曲柄滑塊機構(gòu)的曲柄較短時，或四、平面四桿機構(gòu)的演化關(guān)系

擺動導(dǎo)桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)導(dǎo)桿機構(gòu)搖塊機構(gòu)定塊機構(gòu)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)偏心輪機構(gòu)（改換機架）（變回轉(zhuǎn)副為移動副）（改換機架）（擴大回轉(zhuǎn)副）（改變構(gòu)件尺寸）四、平面四桿機構(gòu)的演化關(guān)系擺動導(dǎo)桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)雙曲柄機第五節(jié)平面四桿機構(gòu)的設(shè)計

平面四桿機構(gòu)的設(shè)計主要是根據(jù)給定的工作要求，在滿足幾何條件、運動條件和動力條件情況下，選擇機構(gòu)的類型和確定機構(gòu)各構(gòu)件的幾何尺寸。一、設(shè)計類型1．實現(xiàn)已知的運動規(guī)律

如：要求曲柄搖桿機構(gòu)的曲柄等速回轉(zhuǎn)，而擺桿擺動一定角度并急速返回。2．實現(xiàn)已知的運動軌跡如：電影放映機的過片機構(gòu)第五節(jié)平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)二、設(shè)計方法

圖解法、解析法、實驗法三、圖解法設(shè)計1.按給定行程速比系數(shù)K設(shè)計

該方法用于設(shè)計具有急回運動性質(zhì)的平面四桿機構(gòu)，即：曲柄搖桿機構(gòu)、偏置曲柄滑塊機構(gòu)和擺動導(dǎo)桿機構(gòu)。一般設(shè)計方法：1）先根據(jù)工作要求確定行程速比系數(shù)K；2）根據(jù)機構(gòu)在極限位置的幾何關(guān)系，結(jié)合有關(guān)輔助條件，確定機構(gòu)的運動簡圖及各構(gòu)件的幾何尺寸。二、設(shè)計方法圖解法、解析法、實驗法三、圖解法設(shè)計1.按給

當(dāng)曲柄搖桿機構(gòu)的搖桿處于兩極限位置時各構(gòu)件間的尺寸關(guān)系。

搖桿處于極限位置時，曲柄與連桿共線。極位夾角當(dāng)搖桿處于C1D位置時：AC1=BC-AB(1)

當(dāng)搖桿處于C2D位置時：AC2=BC+AB(2)聯(lián)解（1）、（2）得：AC2-AC1=2ABAC1+AC2=2BC偏置的曲柄滑塊機構(gòu)也滿足上述關(guān)系。ψ當(dāng)曲柄搖桿機構(gòu)的搖桿處于兩極限位置時各構(gòu)件間例1：

設(shè)計一曲柄搖桿機構(gòu)，已知搖桿長度l,擺角ψ，及行程速比系數(shù)K。設(shè)計此機構(gòu)。設(shè)計步驟：2.由給定的行程速比系數(shù)K，計算極位夾角θ。3.選定固定鉸鏈D的中心位置，根據(jù)搖桿長度l和擺角ψ作出搖桿的兩個極限位置C1D和C2D。1.選取比例尺：μL=Xmm/mm例1：設(shè)計一曲柄搖桿機構(gòu)，已知搖桿長度l,擺角5.作∠C1C2N=900-θ，使C2N與C1M交于P點。則∠C1PC2=θ。4.連接C1C2，并作C1M⊥C1C2。6.作△C1PC2的外接圓，在圓周上任選一點A作為曲柄與機架所組成鉸鏈的中心。7.連接AC1和AC2，則∠C1AC2=∠C1PC2=θ。AC1和AC2為曲柄與連桿兩次共線的位置。5.作∠C1C2N=900-θ，使C2N8.由機構(gòu)在極限位置時各構(gòu)件間的相互關(guān)系：曲柄長度：9.以A為圓心，l1為半徑作圓，與C1A的延長線交于B1

點，與AC2交于B2點。連桿長度：

l2=B1C1=B2C2機架長度：l4=AD按比例作圖，各構(gòu)件長度等于圖中尺寸×比例尺。8.由機構(gòu)在極限位置時各構(gòu)件間的相互關(guān)系：

由于A點是在△C1PC2外接圓上任選的一點，故按K設(shè)計可得無窮多解。A點的位置不同，機構(gòu)的傳動角不同。為獲得良好的傳動性能，可按最小傳動角或其它輔助條件確定A點的位置。

A點沿圓周上移，機構(gòu)的壓力角最大值減小。由于A點是在△C1PC2外接圓上任選的一點，

例2.

按給定的連桿兩位置及其長度設(shè)計鉸鏈四桿機構(gòu)

在沒有其它輔助條件下，有無窮多解。2.按給定的連桿長度和工作位置設(shè)計圖3-20按給定連桿兩位置設(shè)計四桿機構(gòu)例2.在沒例3：

按給定的連桿三位置及其長度設(shè)計鉸鏈四桿機構(gòu)。

具有確定解。圖3-21按給定連桿三位置設(shè)計四桿機構(gòu)例3：按給定的連桿三位置及其長度設(shè)計鉸鏈四桿3.實驗法

圖示為描繪連桿曲線模型的機構(gòu)簡圖。

各桿長度可調(diào)節(jié)，連桿擴展成一塊板，板上的孔代表連桿上的不同位置，當(dāng)機構(gòu)運動時，各點就繪出不同形狀的軌跡曲線。圖3-22連桿曲線的繪制3.實驗法圖示為描繪連桿曲線模型的機構(gòu)簡圖連桿曲線圖譜

平面連桿機構(gòu)的連桿曲線是高階曲線，設(shè)計時使連桿上某點實現(xiàn)給定的運動軌跡是十分復(fù)雜的，工程中常用連桿曲線圖譜設(shè)計。有7000條連桿曲線可供選擇。圖3-23四連桿機構(gòu)分析圖譜連桿曲線圖譜平面連桿機構(gòu)的連桿曲線是高階曲線

圖中以原動曲柄的長度為單位長度，其它各桿的長度以相對曲柄長度的比值表示。

圖中每一條連桿曲線均由72根長短不等的線段組成，沿曲線測量相鄰兩線段間的距離，可得曲柄每轉(zhuǎn)50時連桿上該點的位移。根據(jù)曲柄轉(zhuǎn)速還可以計算該點位移的平均速度及加速度的近似值。圖譜的應(yīng)用：

根據(jù)要求實現(xiàn)的運動軌跡，先從圖譜中查取與其相似的連桿曲線及各構(gòu)件的長度比值，再求出實際曲線與圖譜曲線間的倍數(shù)關(guān)系，從而確定出各構(gòu)件的實際尺寸。圖中以原動曲柄的長度為單位長度，其它各桿的長

第三章

平面連桿機構(gòu)第三章平面連桿機構(gòu)

第三章

平面連桿機構(gòu)

平面連桿機構(gòu)中以四個構(gòu)件組成的平面四桿機構(gòu)（簡稱四桿機構(gòu)）應(yīng)用最為廣泛，本章主要介紹四桿機構(gòu)的設(shè)計方法。平面連桿機構(gòu)由若干構(gòu)件通過低副連接組成，所有構(gòu)件在同一平面或相互平行平面內(nèi)運動的機構(gòu)，又稱平面低副機構(gòu)。曲柄234連桿1搖桿機架

優(yōu)點是：運動副為面接觸，壓強較小，磨損較輕，便于潤滑，故可承受較大載荷；低副幾何形狀簡單，加工方便；能實現(xiàn)較復(fù)雜的運動軌跡。

缺點是：運動副的制造誤差會引起誤差累積較大，致使慣性力較大；不易實現(xiàn)精確的運動規(guī)律，因此，連桿機構(gòu)不適宜高速傳動。第三章平面連桿機構(gòu)平面連桿第一節(jié)

鉸鏈四桿機構(gòu)的基本形式及應(yīng)用鉸鏈四桿機構(gòu)－運動副均采用轉(zhuǎn)動副的四桿機構(gòu)組成：曲柄1：作整周轉(zhuǎn)動連桿2：平面運動（平動+轉(zhuǎn)動）搖桿3：角內(nèi)作變速擺動機架4：固定桿第一節(jié)鉸鏈四桿機構(gòu)的基本形式及應(yīng)用鉸鏈四桿機構(gòu)－運動副均

鉸鏈四桿機構(gòu)按兩連架桿的運動形式不同分為三種基本形式：即曲柄搖桿機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)和雙搖桿機構(gòu)。一、曲柄搖桿機構(gòu)若鉸鏈四桿機構(gòu)的兩個連架桿，一個為曲柄，另一個為搖桿，則該機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)。曲柄和搖桿均可作為原動件，當(dāng)曲柄為原動件時，搖桿作變速往復(fù)擺動。鉸鏈四桿機構(gòu)a)曲柄搖桿機構(gòu)b)雙曲柄機構(gòu)c)雙搖桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)按兩連架桿的運動形式不同分為三種實例：曲柄為原動件

雷達(dá)天線俯仰機構(gòu)和面機機構(gòu)實例：曲柄為原動件雷達(dá)天線俯仰機構(gòu)實例：搖桿為原動件1234曲軸踏板連桿縫紉機的踏板機構(gòu)實例：搖桿為原動件1234曲軸踏板連桿縫紉機的踏板機構(gòu)二、雙曲柄機構(gòu)兩個連架桿都是曲柄的鉸鏈四桿機構(gòu)稱為雙曲柄機構(gòu)。

圖示慣性篩中的鉸鏈四桿機構(gòu)就是雙曲柄機構(gòu)。

主動曲柄1等速轉(zhuǎn)動，從動曲柄3變速轉(zhuǎn)動，通過附加連桿5帶動篩6作變速反復(fù)運動。1234慣性篩機構(gòu)56二、雙曲柄機構(gòu)兩個連架桿都是曲柄的鉸鏈四桿機構(gòu)稱為雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)的特殊情況1．正平行四邊形機構(gòu)ABCD

當(dāng)主動曲柄AB作等速轉(zhuǎn)動時，從動曲柄CD以相同的角速度沿同一方向轉(zhuǎn)動，連桿BC作平動。

正平行四邊形機構(gòu)具有等傳動比特點，故在機械中應(yīng)用較多。實例：機車車輪聯(lián)動機構(gòu)；萬能繪圖儀等。

機車車輪聯(lián)動1、3、4－曲柄；2－連桿；5－機架結(jié)構(gòu)特點：對邊相等且平行。雙曲柄機構(gòu)的特殊情況1．正平行四邊形機構(gòu)ABCD2．反平行四邊形機構(gòu)結(jié)構(gòu)特點：對邊相等，但不平行。

當(dāng)主動曲柄作等速轉(zhuǎn)動時，從動曲柄作反向變速轉(zhuǎn)動。ABDC汽車車門啟閉機構(gòu)2．反平行四邊形機構(gòu)結(jié)構(gòu)特點：對邊相等，但不平行。正平行四邊形機構(gòu)的運動不確定性

正平行四邊形機構(gòu)在一個運動循環(huán)中，四個構(gòu)件兩次共線，致使機構(gòu)可能兩次出現(xiàn)運動不確定狀態(tài)。此時，從動曲柄可能會發(fā)生變向轉(zhuǎn)動，變成反正平行四邊形機構(gòu)。避免措施：a)利用從動曲柄本身的質(zhì)量或附加飛輪的慣性導(dǎo)向。b)采用兩套相同機構(gòu)，錯開死點位置。正平行四邊形機構(gòu)的運動不確定性正平行四邊形三、雙搖桿機構(gòu)

兩個連架桿都是搖桿的鉸鏈四桿機構(gòu)稱為雙搖桿機構(gòu)。實例：

飛機起落架機構(gòu)鶴式起重機機構(gòu)三、雙搖桿機構(gòu)兩個連架桿都是搖桿的鉸鏈四桿機構(gòu)稱等腰梯形機構(gòu)結(jié)構(gòu)特點：兩個搖桿的長度相等。

汽車轉(zhuǎn)彎時，要求整個車身繞一點轉(zhuǎn)動，使四個車輪均能在地面上做純滾動，避免輪胎與路面滑動而損傷。等腰梯形機構(gòu)能近似滿足這一要求。汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)等腰梯形機構(gòu)結(jié)構(gòu)特點：兩個搖桿的長度相等。汽第二節(jié)

鉸鏈四桿機構(gòu)的傳動特性一、急回運動性質(zhì)和行程速比系數(shù)

設(shè)計機器時，常要求機器的執(zhí)行機構(gòu)在工作行程以較低的速度運動，以獲得較大的工作力。而回程以較高的速度運動，以提高機器的工作效率。這就是急回特性。曲柄搖桿機構(gòu)1．搖桿的極限位置曲柄搖桿機構(gòu)，曲柄AB轉(zhuǎn)動一周，兩次與連桿BC共線。這兩個位置為極限位置。第二節(jié)鉸鏈四桿機構(gòu)的傳動特性一、急回運動性質(zhì)和行程速比系2．?dāng)[角ψ

擺桿兩極限位置間的夾角。3．極位夾角θ

曲柄與連桿兩次共線時，曲柄兩位置所夾的銳角。4．行程速比系數(shù)K

曲柄沿順時針方向勻速轉(zhuǎn)動，ABCD為曲柄搖桿機構(gòu)的任意工作位置。

當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)到AB1位置時，曲柄與連桿重疊成一條直線；當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)到AB2位置時，曲柄與連桿拉直成一條直線。2．?dāng)[角ψ擺桿兩極限位置間的夾角。3．極位夾急回運動特性可用行程速比系數(shù)K表示，即將上式整理后，可得極位夾角的計算公式：

注意：曲柄搖桿機構(gòu)的急回運動性質(zhì)，取決于極位夾角。若

＝0，K＝1，則該機構(gòu)沒有急回運動性質(zhì)；若

＞0，K＞1，則該機構(gòu)具有急回運動性質(zhì)，且角越大，K值越大，急回運動性質(zhì)也越顯著。

對于要求具有急回運動性質(zhì)的機械，可根據(jù)K值，計算出角，以便設(shè)計出各桿的尺寸。急回運動特性可用行程速比系數(shù)K表示，即將上式整理后，可得極二、壓力角和傳動角αFFtv1．壓力角α

從動件所受壓力F與受力點速度之間所夾的銳角稱為壓力角。有效分力：Ft=Fcosα

α是影響機構(gòu)傳力性能的主要因素壓力角越小，機構(gòu)的傳力性能越好，理想情況是=0

。γ2．傳動角γ壓力角的余角稱為傳動角。α+γ=900二、壓力角和傳動角αFFtv1．壓力角α從動件3．四桿機構(gòu)的壓力角及傳動角

傳動角γ是連桿與從動件（搖桿）間所夾的銳角。

越小，

越大，機構(gòu)的傳力性能越好。4．許用值一般傳動：〔γ〕=400即：γmin≥400

高速大功率傳動：〔γ〕=500

即：γmin≥500四桿機構(gòu)的壓力角和傳動角

機構(gòu)運轉(zhuǎn)過程中，傳動角（或壓力角）是變化的，為了保證機構(gòu)能正常工作，常取最小傳動角min大于或等于許用傳動角[]3．四桿機構(gòu)的壓力角及傳動角傳動角γ是連桿與5．最大壓力角及最小傳動角的確定

機構(gòu)在運動過程中，壓力角是變化的，是從動構(gòu)件位置的函數(shù)。

曲柄搖桿機構(gòu)的最小傳動角min出現(xiàn)在圖中的曲柄與機架共線時的其中一個位置即AB′或AB″處。四桿機構(gòu)的壓力角和傳動角5．最大壓力角及最小傳動角的確定機構(gòu)在運動三、死點位置

當(dāng)搖桿主動時,在搖桿處于極限位置C1D和C2D時，連桿與曲柄兩次共線，機構(gòu)的該位置稱為死點位置。1．死點位置的特性：（1）不動。（2）運動不定三、死點位置當(dāng)搖桿主動時,在搖桿處于極限位置C1D和2．克服死點位置的措施（1）利用飛輪的慣性沖過死點位置。（縫紉機大帶輪）（2）使機構(gòu)的死點錯開。3.死點位置的應(yīng)用

在曲柄搖桿機構(gòu)中，只有以搖桿為主動件時才會出現(xiàn)死點位置，當(dāng)以曲柄為主動件時，不存在死點問題。

鉆床夾具的夾緊機構(gòu)V型發(fā)動機機構(gòu)2．克服死點位置的措施（1）利用飛輪的慣性沖過死點位置。（縫第三節(jié)

鉸鏈四桿機構(gòu)的曲柄存在條件

一、曲柄搖桿機構(gòu)存在曲柄的條件

如圖：為使曲柄作整周轉(zhuǎn)動，曲柄必須能順利通過與機架共線的兩個位置AB′和AB″。即必須在兩次共線位置分別形成ΔB′C′D和ΔB″C″D。

在ΔB′C′D中，根據(jù)三角形任意兩邊的長度之差必小于或等于第三邊的長度。得：鉸鏈四桿機構(gòu)的曲柄存在條件第三節(jié)鉸鏈四桿機構(gòu)的曲柄存在條件一、曲柄

在ΔB″C″D中，根據(jù)三角形任意兩邊長度之和必大于或等于第三邊的長度。得：（3-3）（3-4）（3-5）（3-6）聯(lián)解式（3-4）、（3-5）、（3-6）得：圖3-16鉸鏈四桿機構(gòu)的曲柄存在條件在ΔB″C″D中，根據(jù)三角形任意兩邊長度之和鉸鏈四桿機構(gòu)的曲柄存在條件為：

（1）曲柄搖桿機構(gòu)中，曲柄為最短桿；

（2）最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和。lmin

+lmax

≤l其余1

+l其余2鉸鏈四桿機構(gòu)的曲柄存在條件為：lmin+lmax≤l二、鉸鏈四桿機構(gòu)三種基本類型間的關(guān)系

當(dāng)鉸鏈四桿機構(gòu)滿足曲柄存在條件時，取不同桿為機架，即可得到不同形式的鉸鏈四桿機構(gòu)。

（1）若取最短桿為機架，該機構(gòu)為雙曲柄機構(gòu)；

（2）若取最短桿的任一相鄰桿為機架，該機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)；

（3）若取最短桿的相對桿為機架，該機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)。

注意：在鉸鏈四桿機構(gòu)中，當(dāng)最短桿與最長桿的長度之和大于其余兩桿長度之和時，無論取那一桿為機架，該機構(gòu)均為雙搖桿機構(gòu)。二、鉸鏈四桿機構(gòu)三種基本類型間的關(guān)系當(dāng)鉸鏈

第四節(jié)鉸鏈四桿機構(gòu)的演化

一、演化為曲柄滑塊機構(gòu)

在鉸鏈四桿機構(gòu)中，鉸鏈中心C的運動軌跡為mm圓弧，隨著構(gòu)件3的增長，mm弧越平直。當(dāng)構(gòu)件3無窮長時，mm圓弧變成直線，回轉(zhuǎn)副轉(zhuǎn)化為移動副，則曲柄搖桿機構(gòu)演化成曲柄滑塊機構(gòu)。1．演化過程第四節(jié)鉸鏈四桿機構(gòu)的演化一、演化為曲2．曲柄滑塊機構(gòu)的類型（1）對心曲柄滑塊機構(gòu)

滑塊的導(dǎo)路中心線mm通過曲柄的回轉(zhuǎn)中心A。該機構(gòu)無急回特性。

（2）偏置曲柄滑塊機構(gòu)

滑塊的導(dǎo)路中心線mm與曲柄回轉(zhuǎn)中心A的偏距為e。該機構(gòu)具有急回特性。

曲柄滑塊機構(gòu)廣泛用于內(nèi)燃機、沖床、空氣壓縮機及往復(fù)式水泵等機械中。2．曲柄滑塊機構(gòu)的類型（1）對心曲柄滑塊機構(gòu)滑二、變換機構(gòu)的機架二、變換機構(gòu)的機架1．導(dǎo)桿機構(gòu)（1）演化方法

取曲柄滑快機構(gòu)的曲柄為機架。（2）結(jié)構(gòu)特點

構(gòu)成移動副的兩個構(gòu)件均為活動構(gòu)件，滑快相對桿4滑動，并隨桿4轉(zhuǎn)動。故稱為導(dǎo)桿機構(gòu)。（3）類型1）轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)桿2與桿4均作整周轉(zhuǎn)動。24131．導(dǎo)桿機構(gòu)（1）演化方法取曲柄滑快機構(gòu)的曲六缸回轉(zhuǎn)式油泵1—機架；2—連桿；3—活塞；4—轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿。六缸回轉(zhuǎn)式油泵1—機架；2—連桿；3—活塞；2）擺動導(dǎo)桿機構(gòu)

桿4只能作往復(fù)擺動，故稱擺動導(dǎo)桿機構(gòu)

擺動導(dǎo)桿機構(gòu)具有急回特性。

滑快3對導(dǎo)桿4的作用力始終與導(dǎo)桿垂直，壓力角α=00,傳力性能最好。ψθ1234Fv342）擺動導(dǎo)桿機構(gòu)桿4只能作往復(fù)擺動，故稱擺動牛頭刨床牛頭刨床2．搖塊機構(gòu)

構(gòu)件1和4均可作為主動件。工作時，構(gòu)件3與4相對滑動，并一起繞C點轉(zhuǎn)動?；瑝K3繞C點擺動，故稱搖塊機構(gòu)。C卡車車廂自動翻轉(zhuǎn)卸料機構(gòu)1—車身；2—車廂；3—液壓缸；4—推桿曲柄搖塊機構(gòu)2．搖塊機構(gòu)構(gòu)件1和4均可作為主動件。3．移動導(dǎo)桿機構(gòu)（定塊機構(gòu)）

一般取構(gòu)件1為原動件，構(gòu)件2繞C點往復(fù)擺動，構(gòu)件4相對構(gòu)件3作往復(fù)移動。移動導(dǎo)桿機構(gòu)

取曲柄滑塊機構(gòu)中的滑塊為機架。如：手壓抽水機12343．移動導(dǎo)桿機構(gòu)（定塊機構(gòu)）一般取構(gòu)件1為原動三、演化成偏心輪機構(gòu)

將圖示機構(gòu)中的回轉(zhuǎn)副B（曲柄銷）的半徑擴大，直至超過曲柄AB的長度。則曲柄變成幾何中心與回轉(zhuǎn)中心不重合的圓盤，兩中心間的距離稱偏心距，等于曲柄長度。

由于演化后曲柄變成偏心輪，故稱偏心輪機構(gòu)。偏心輪機構(gòu)是通過擴大回轉(zhuǎn)副而演化出的新機構(gòu)。偏心輪機構(gòu)三、演化成偏心輪機構(gòu)將圖示機構(gòu)中的回轉(zhuǎn)副B（

當(dāng)曲柄搖桿機構(gòu)及曲柄滑塊機構(gòu)的曲柄較短時，或曲柄銷承載較大時，通常將曲柄用偏心輪代替?？稍龃筝S徑尺寸，提高其強度和剛度。

另外，當(dāng)機構(gòu)需安裝在軸的中部時，（偏心輪與軸一體）便于安裝整體式連桿，使結(jié)構(gòu)簡化。

偏心輪機構(gòu)廣泛用于沖床、剪床、鍔式破碎機、內(nèi)燃機等機械中。當(dāng)曲柄搖桿機構(gòu)及曲柄滑塊機構(gòu)的曲柄較短時，或四、平面四桿機構(gòu)的演化關(guān)系

擺動導(dǎo)桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)導(dǎo)桿機構(gòu)搖塊機構(gòu)定塊機構(gòu)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)偏心輪機構(gòu)（改換機架）（變回轉(zhuǎn)副為移動副）（改換機架）（擴大回轉(zhuǎn)副）（改變構(gòu)件尺寸）四、平面四桿機構(gòu)的演化關(guān)系擺動導(dǎo)桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)雙曲柄機第五節(jié)平面四桿機構(gòu)的設(shè)計

平面四桿機構(gòu)的設(shè)計主要是根據(jù)給定的工作要求，在滿足幾何條件、運動條件和動力條件情況下，選擇機構(gòu)的類型和確定機構(gòu)各構(gòu)件的幾何尺寸。一、設(shè)計類型1．實現(xiàn)已知的運動規(guī)律

如：要求曲柄搖桿機構(gòu)的曲柄等速回轉(zhuǎn)，而擺桿擺動一定角度并急速返回。2．實現(xiàn)已知的運動軌跡如：電影放映機的過片機構(gòu)第五節(jié)平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)二、設(shè)計方法

圖解法、解析法、實驗法三、圖解法設(shè)計1.按給定行程速比系數(shù)K設(shè)計

該方法用于設(shè)計具有急回運動性質(zhì)的平面四桿機構(gòu)，即：曲柄搖桿機構(gòu)、偏置曲柄滑塊機構(gòu)和擺動導(dǎo)桿機構(gòu)。一般設(shè)計方法：1）先根據(jù)工作要求確定行程速比系數(shù)K；2）根據(jù)機構(gòu)在極限位置的幾何關(guān)系，結(jié)合有關(guān)輔助條件，確定機構(gòu)的運動簡圖及各構(gòu)件的幾何尺寸。二、設(shè)計方法圖解法、解析法、實驗法三、圖解法設(shè)計1.按給

當(dāng)曲柄搖桿機構(gòu)的搖桿處于兩極限位置時各構(gòu)件間的尺寸關(guān)系。

搖桿處于極限位置時，曲柄與連桿共線。極位夾角當(dāng)搖桿處于C1D位置時：AC1=BC-AB(1)

當(dāng)搖桿處于C2D位置時：AC2=BC+AB(2)聯(lián)解（1）、（2）得：AC2-AC1=2ABAC1+AC2=2BC偏置的曲柄滑塊機構(gòu)也滿足上述關(guān)系。ψ當(dāng)曲柄搖桿機構(gòu)的搖桿處于兩極限位置時各構(gòu)件間例