機(jī)械原理連桿

關(guān)于機(jī)械原理連桿第一頁，共六十二頁，2022年，8月28日第3章連桿機(jī)構(gòu)§3-1

概述§3-2

平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化§3-3

平面連桿機(jī)構(gòu)的工作特性§3-4

平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)第二頁，共六十二頁，2022年，8月28日§3-1

概述一、定義與分類1、定義由若干剛性構(gòu)件用低副（轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副、球面副、球銷副或螺旋副等）聯(lián)接而成的機(jī)構(gòu)稱為連桿機(jī)構(gòu)(Linkages)

，又稱為低副機(jī)構(gòu)。第三頁，共六十二頁，2022年，8月28日二、連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)1、優(yōu)點(diǎn)

二、連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)

承受載荷大，便于潤滑；制造方便，易獲得較高的精度；兩構(gòu)件之間的接觸靠幾何封閉實(shí)現(xiàn)；實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)規(guī)律和軌跡要求。1、優(yōu)點(diǎn)第四頁，共六十二頁，2022年，8月28日缺點(diǎn)2、缺點(diǎn)慣性力不易平衡，用于低速場合；存在運(yùn)動(dòng)累積誤差，不易精確實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)

規(guī)律和軌跡要求。連桿機(jī)構(gòu)常以包含的構(gòu)件數(shù)命名。如四桿機(jī)構(gòu)、多桿機(jī)構(gòu)（五桿機(jī)構(gòu)、六桿機(jī)構(gòu)等）。第五頁，共六十二頁，2022年，8月28日§3-2平面連桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化§3-2

平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化一、平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及應(yīng)用鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)——所有運(yùn)動(dòng)副均為轉(zhuǎn)動(dòng)副的平面四桿機(jī)構(gòu)。它是平面四桿機(jī)構(gòu)的最基本的型式，其他型式的平面四桿機(jī)構(gòu)都可看作是在它的基礎(chǔ)上通過變異而成的。第六頁，共六十二頁，2022年，8月28日機(jī)架連架桿曲柄(Crank)搖桿(Rocker)連桿(Coupler)整轉(zhuǎn)副(Fullyrotatingpair)擺轉(zhuǎn)副(Partiallyrotatingpair)整轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副整轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副曲柄連桿搖桿連架桿連架桿機(jī)架第七頁，共六十二頁，2022年，8月28日1、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本型式曲柄搖桿機(jī)構(gòu)三種基本型式：雙曲柄機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)第八頁，共六十二頁，2022年，8月28日曲柄搖桿機(jī)構(gòu)1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(Crank-rockermechanism)兩連架桿中一個(gè)為曲柄，另一個(gè)為搖桿

的四桿機(jī)構(gòu)。曲柄作360°周轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，搖桿作往復(fù)擺動(dòng)。實(shí)例：

雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu)縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)攪拌機(jī)構(gòu)第九頁，共六十二頁，2022年，8月28日2）雙曲柄機(jī)構(gòu)2）雙曲柄機(jī)構(gòu)(Double-crankmechanism)兩連架桿都是曲柄，都能作360°周轉(zhuǎn)

運(yùn)動(dòng)的四桿機(jī)構(gòu)。主動(dòng)曲柄作等速轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)曲柄作變速轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)例：

慣性篩機(jī)構(gòu)第十頁，共六十二頁，2022年，8月28日特例：平行四邊形機(jī)構(gòu)組成四邊形的對(duì)邊構(gòu)件平行且相等。兩曲柄

轉(zhuǎn)向相同、轉(zhuǎn)速相等，連桿作平動(dòng)。實(shí)例：

火車輪攝影平臺(tái)升降機(jī)構(gòu)播種機(jī)料斗機(jī)構(gòu)天平第十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日反平行四邊形機(jī)構(gòu)實(shí)例：

車門開閉機(jī)構(gòu)組成四邊形的對(duì)邊構(gòu)件長度分別相等。兩曲柄回轉(zhuǎn)方向相反。第十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日3）雙搖桿機(jī)構(gòu)3）雙搖桿機(jī)構(gòu)(Double-rockermechanism)兩連架桿均為搖桿，只能作往復(fù)擺動(dòng)的機(jī)構(gòu)。一般主動(dòng)搖桿作等速擺動(dòng)，從動(dòng)搖桿作變速

擺動(dòng)。實(shí)例：

造型機(jī)翻箱機(jī)構(gòu)起重機(jī)機(jī)構(gòu)第十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日特例：等腰梯形機(jī)構(gòu)如果兩搖桿長度相等，則稱為等腰梯形機(jī)構(gòu)。實(shí)例：

汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)第十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)第十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日二、平面連桿機(jī)構(gòu)的演化可認(rèn)為所有的四桿機(jī)構(gòu)都是由四桿機(jī)構(gòu)的

基本形式演化得來。演化方式：1、改變運(yùn)動(dòng)副類型轉(zhuǎn)動(dòng)副2、擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副尺寸3、選不同構(gòu)件作機(jī)架移動(dòng)副第十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日1、轉(zhuǎn)動(dòng)副演化為移動(dòng)副使C點(diǎn)沿弧

形導(dǎo)槽運(yùn)動(dòng)CD趨于無窮大曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)滑塊移動(dòng)導(dǎo)路到曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)中心之間距離為偏距e。第十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日第十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)e≠0對(duì)心式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)e＝0滑塊(連架桿)導(dǎo)軌(機(jī)架)曲柄連桿第十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日應(yīng)用：內(nèi)燃機(jī)、蒸汽機(jī)、往復(fù)式抽水機(jī)、空氣

壓縮機(jī)及沖床等的主機(jī)構(gòu)。第二十頁，共六十二頁，2022年，8月28日2、擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副尺寸曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏心輪機(jī)構(gòu)第二十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日3、選不同構(gòu)件作機(jī)架低副可逆性第二十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日3、選不同構(gòu)件作機(jī)架取1為機(jī)架取2為機(jī)架取3為機(jī)架曲柄滑塊機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)曲柄搖塊機(jī)構(gòu)移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)第二十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日§3-3

平面連桿機(jī)構(gòu)的工作特性運(yùn)動(dòng)特性—傳遞和變換運(yùn)動(dòng)。傳力特性—實(shí)現(xiàn)力的傳遞和變換。了解平面連桿機(jī)構(gòu)工作特性，可以指導(dǎo)正確

選擇平面連桿機(jī)構(gòu)的類型，進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。一、運(yùn)動(dòng)特性1、曲柄存在條件第二十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日AB桿作整周回轉(zhuǎn)，必有兩次與機(jī)架共線。則由△B'C'D可得：則由△B"C"D可得：l2≤(l4–l1)+l3l3≤(l4–l1)+l2→

l1+l2≤l3+l4→

l1+l3≤l2+l4將以上三式兩兩相加得：

l1≤l2,l1≤l3,l1≤l4

l1l2l4l3C'B'ADC"l1l2l4l3ADB"l4-

l1l1+l4≤l2+l3AB為最短桿ABCDl1l2l3l41）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件第二十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日曲柄存在的條件：1、最長桿與最短桿的長度之和≤其他兩桿長度之和。（桿長和條件）2、連架桿或機(jī)架之一為最短桿。abcd討論：最短桿與最長桿之和小于等于其它兩桿長度之和——表明鉸鏈四桿運(yùn)動(dòng)鏈有兩個(gè)整轉(zhuǎn)副，并且這兩個(gè)整轉(zhuǎn)副在最短桿的兩端。第二十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日2）若不滿足桿長之和條件，該機(jī)構(gòu)始終是雙搖桿機(jī)構(gòu)。1）在滿足桿長之和的條件下：（1）以最短桿的相鄰構(gòu)件為機(jī)架，則最短

桿為曲柄，該機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；（2）以最短桿為機(jī)架，則兩連架桿為曲柄，

該機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)；（3）以最短桿的對(duì)邊構(gòu)件為機(jī)架，無曲柄

存在，該機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。abcd鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類型的判斷：Grashoff定理第二十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日2）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)有曲柄的條件構(gòu)件1能通過m點(diǎn)的條件是：構(gòu)件1能通過n點(diǎn)的條件是：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

有曲柄的條件ababemn12第二十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日例1：已知：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)ABCD，

各構(gòu)件長度為a=25，b=55，c=40，

d=50，AD為機(jī)架。判斷該機(jī)構(gòu)

類型。解：

a+b=80<c+d=90滿足桿長之和條件。

AD作為機(jī)架時(shí)，最短桿AB為連架桿，是曲柄，故該機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。第二十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日例2：已知鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)ABCD，各構(gòu)件長度分別為a=25，b=55，d=50，c長度未知，AD為機(jī)架。為獲得曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，問c的取值范圍。解：①CD為最長桿時(shí)，AB為曲柄

a+c≤b+d55＜c≤80②

CD為最短桿時(shí)，CD為曲柄

c+b≤a+d，c≤20∴CD的取值范圍為：0＜c≤20，30≤c≤80③

CD為非最長桿也非最短桿時(shí)，AB為曲柄

a+b≤c+d55≥c≥30第三十頁，共六十二頁，2022年，8月28日⑴AD桿為最短桿(0AD

20)例3：已知鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)ABCD，其中AB20mm，BC50mm，CD40mm,AD為機(jī)架。改變AD桿長，

分析機(jī)構(gòu)的類型變化。aBbADdCc桿長之和條件：AD502040AD10mm最長桿整轉(zhuǎn)副整轉(zhuǎn)副最短桿DCaBbAdc雙曲柄機(jī)構(gòu)第三十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日⑵AD桿長介于最短桿與最長桿之間(20AD50)桿長之和條件：2050

AD40AD30mmaBbADdCc最短桿最長桿整轉(zhuǎn)副整轉(zhuǎn)副曲柄搖桿機(jī)構(gòu)aBbADdCc第三十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日⑶AD桿為最長桿(50

AD110)桿長之和條件：AD204050最長桿最短桿AD70mmaBbADdCc整轉(zhuǎn)副整轉(zhuǎn)副曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

當(dāng)10AD30和70AD110時(shí)，由于不滿足桿長條件，機(jī)構(gòu)無整轉(zhuǎn)副，為雙搖桿機(jī)構(gòu)。思考

帶導(dǎo)桿的四桿機(jī)構(gòu)具有曲柄的條件aBbADdCc第三十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日ABCDB2C2B1C1AD極限位置1連桿與曲柄拉伸共線極限位置2連桿與曲柄重疊共線擺角極位夾角

—機(jī)構(gòu)從動(dòng)件處于

兩極限位置時(shí)，主動(dòng)件在對(duì)應(yīng)

位置所夾的銳角。2、急回特性和行程速比系數(shù)1）極位夾角第三十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日B2C2B1C1AD121主動(dòng)件時(shí)間：轉(zhuǎn)角：運(yùn)動(dòng)：從動(dòng)件時(shí)間：轉(zhuǎn)角：運(yùn)動(dòng)：C點(diǎn)的平均

角速度：2）急回運(yùn)動(dòng)第三十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日當(dāng)曲柄等速回轉(zhuǎn)的情況下，通常把從動(dòng)件往復(fù)

運(yùn)動(dòng)速度快慢不同的運(yùn)動(dòng)稱為急回運(yùn)動(dòng)。第三十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日K

=回程平均角速度m回工作行程平均角速度m工作=180o+q180o-q≥13）行程速比系數(shù)K通常用行程速比系數(shù)K來衡量急回運(yùn)動(dòng)的相對(duì)程度。第三十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日＝0時(shí)，K＝1，機(jī)構(gòu)無急回特性；≠0時(shí)，K＞1，機(jī)構(gòu)具有急回特性。越大，機(jī)構(gòu)急回特性越顯著。

設(shè)計(jì)具有急回要求的機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)先確定K值，

再計(jì)算。。第三十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日180o180o曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的極位夾角180o180o擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的極位夾角擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

慢行程快行程慢行程快行程思考

對(duì)心式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的極位夾角第三十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日vC1、壓力角a

、傳動(dòng)角g

FF

FABDC壓力角FFcosFsin

F

Fsin=Fcos

有效分力徑向壓力角越小，角越大，F(xiàn)越大，F(xiàn)越小，對(duì)

機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)越有利?！饔迷趶膭?dòng)件上的力的方向與著力點(diǎn)速度方向所夾銳角。——壓力角的余角。傳動(dòng)角g二、傳力特性第四十頁，共六十二頁，2022年，8月28日壓力角是機(jī)構(gòu)傳力性能的一個(gè)重要指標(biāo)，它是力的利用率大小的衡量指標(biāo)。壓力角a越小，機(jī)構(gòu)的傳力性能越好，效率

越高。壓力角隨機(jī)構(gòu)位置而變化。連桿機(jī)構(gòu)中，常用傳動(dòng)角的大小及變化情況來

衡量機(jī)構(gòu)傳力性能的優(yōu)劣。要求：第四十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日C1B1abcdDA12min為1和2中的較小值者。設(shè)計(jì)時(shí)通常min

40o；高速和大功率機(jī)械，min

50o。傳動(dòng)角總?cè)′J角B2C2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，曲柄與機(jī)架拉直共線和重疊

共線時(shí)，機(jī)構(gòu)具有極小傳動(dòng)角g。第四十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日ababemn曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的壓力角第四十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日2、死點(diǎn)位置F

=0F

=0連桿與曲柄在兩個(gè)共線位置時(shí)，主動(dòng)件搖桿通過連桿作用于從動(dòng)件曲柄上的力F通過其回轉(zhuǎn)中心，0，有效分力等于零，曲柄不能轉(zhuǎn)動(dòng)。第四十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日死點(diǎn)——從動(dòng)件在傳動(dòng)角為零時(shí)的機(jī)構(gòu)位置。死點(diǎn)的避免加飛輪，利用慣性通過死點(diǎn)（縫紉機(jī)）機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列（蒸汽機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)）死點(diǎn)的利用飛機(jī)起落架夾具死點(diǎn)使機(jī)構(gòu)處于卡死或運(yùn)動(dòng)不確定狀態(tài)。第四十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日一、連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題（三類）§3-4平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)1）實(shí)現(xiàn)剛體給定位置的設(shè)計(jì)（導(dǎo)引機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)）2）實(shí)現(xiàn)預(yù)定運(yùn)動(dòng)規(guī)律的設(shè)計(jì)（函數(shù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)）3）實(shí)現(xiàn)預(yù)定軌跡的設(shè)計(jì)（軌跡機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)）根據(jù)工作對(duì)機(jī)構(gòu)所實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)的要求，可歸納

為以下問題：第四十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日3、實(shí)驗(yàn)法2、解析法1、圖解法二、連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法圖解法直觀易懂，能滿足精度要求不高的設(shè)計(jì)，能為需要優(yōu)化求解的解析法提供計(jì)算初值。解析法需要借助計(jì)算機(jī)求解，所獲得的設(shè)計(jì)結(jié)果較為精確，能結(jié)合機(jī)構(gòu)的綜合過程，解決一些其它設(shè)計(jì)方法無法解決的問題，例如機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)的精度分析等。第四十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日三、導(dǎo)引機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)能引導(dǎo)一個(gè)剛體（連桿）順序通過一系列位置。方法

圖解法解析法第四十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日B1B2B3C1C2C3

圖解法DA第四十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日四、函數(shù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求主、從動(dòng)連架桿之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系滿足若干組對(duì)應(yīng)位置關(guān)系或某種給定的函數(shù)關(guān)系()。B333E31B1

1E12B22E2AdD主動(dòng)連架桿勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)連架桿具有急回特性。如汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、慣性篩等。第五十頁，共六十二頁，2022年，8月28日方法

圖解法解析法設(shè)計(jì)關(guān)鍵確定連桿上活動(dòng)鉸鏈點(diǎn)的位置。B333E31B1

1E12B22E2AdD設(shè)計(jì)特點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，通常預(yù)先確定機(jī)架的長度（即確定兩個(gè)固定鉸鏈的位置）。機(jī)構(gòu)的待求參數(shù)為兩連架桿的長度。第五十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日函數(shù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的特例按從動(dòng)件的急回運(yùn)動(dòng)特性設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)AC1=a+bAC2=b-aa=(AC1-AC2)/2b=(AC1+AC2)/2幾何關(guān)系：ADC1C2B1B2abcA、C1、C2在同一個(gè)圓周上。第五十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日C1AiC2=PC2為直徑A、C1、C2在同一個(gè)圓周上。第五十