第4章 平面連桿機課件

第2章平面連桿機構第2章平面連桿機構

本章要解決問題1.什么是平面連桿機構？它有哪些優(yōu)、缺點？2.平面連桿機構有哪些應注意的運動和動力特性？3.什么情況下鉸鏈四桿機構存在曲柄？4.各種各樣的機構是如何演化出來的？5.設計四桿機構的方法有哪些？應用舉例。本章知識導讀1．本章學習的主要內容本章主要介紹鉸鏈四桿機構的三種基本型式及應用，鉸鏈四桿機構的演化，鉸鏈四桿機構有曲柄的條件及主要工作特性，平面四桿機構的設計。2．重點、難點提示重點：鉸鏈四桿機構的基本型式、應用和演化；鉸鏈四桿機構有曲柄的條件及主要工作性能。難點：平面四桿機構最小傳動角的確定，平面四桿機構的設計。平面連桿機構的特點

優(yōu)點

平面連桿機構是構件全部由平面低副連接而構成的機構。

1.低副是面接觸，壓強小、耐磨損?？沙惺茌^大的載荷。

2.低副的接觸面容易加工，容易獲得較高的制造精度。

3.連桿很長，可較長距離傳遞運動。適合于操縱機構。

4.低副的約束為幾何約束（靠形狀限制運動），無需附加約束裝置。

缺點

1.低副有間隙，會引起運動誤差積累，運動精度不高。

2.連桿機構設計復雜，難于實現(xiàn)復雜的運動規(guī)律。

3.有相當部分構件處于變速運動中，存在慣性力。

由公式F=3n-2pl-ph可知，最簡單的單自由度平面連桿機構是四桿機構，本章著重討論四桿機構。

第一節(jié)平面四桿機構的基本類型及應用曲柄基本概念：整周定軸回轉的構件曲柄連桿搖桿作平面運動的構件連桿與機架相聯(lián)的構件作定軸擺動的構件能作360?相對回轉的運動副只能作有限角度擺動的運動副搖桿連架桿周轉副擺轉副本節(jié)討論下列問題根據(jù)動畫提問

1.怎樣判定鉸鏈四桿機構是曲柄搖桿機構、雙曲柄機構還是雙搖桿機構？2.曲柄搖桿機構在什么情況下具有急回特性？急回特性有什么應用？3.什么情況下曲柄搖桿機構具有死點？怎樣消除死點？怎樣利用死點？4.何謂機構的壓力角、傳動角？鉸鏈四桿機構的最小傳動角出現(xiàn)在什么位置？第一節(jié)平面四桿機構的基本類型及應用一、鉸鏈四桿機構的三種基本型式：1曲柄搖桿機構曲柄＋搖桿特征將曲柄的整周回轉轉變?yōu)閾u桿的往復擺動，如雷達天線作用ABC1243DABDC1243雷達天線俯仰機構急回運動曲柄搖桿機構的特性縫紉機踏板機構2143曲柄搖桿機構搖桿主動31242.雙曲柄機構特征兩個曲柄作用將等速回轉轉變?yōu)榈人倩蜃兯倩剞DABDC1234E6慣性篩機構31ADCB1234旋轉式葉片泵ADCB123ABCDAB=CDBC=ADB’C’特例：平行四邊形機構實例：火車輪ABDCE3.雙搖桿機構鑄造翻箱機構、風扇搖頭機構等腰梯形機構——汽車轉向機構B’C’ABDC風扇座蝸輪蝸桿電機ABDCEABDCE電機ABDC風扇座蝸輪蝸桿電機ABDC風扇座蝸輪蝸桿ABDC特征兩個搖桿應用舉例特例1.轉動副轉化成移動副（改變構件的形狀和運動尺寸）偏心曲柄滑塊機構對心曲柄滑塊機構曲柄搖桿機構曲柄滑塊機構雙滑塊機構正弦機構sS=lsinφ↓∞

→∞φl二、鉸鏈四桿機構的演化2.擴大轉動副（偏心輪機構）3.選不同的構件為機架偏心輪機構導桿機構擺動導桿機構轉動導桿機構314A2BC曲柄滑塊機構314A2BC應用實例B234C1A自卸卡車舉升機構ACB1234應用實例B34C1A2應用實例4A1B23C應用實例13C4AB2應用實例A1C234Bφ導桿機構314A2BC曲柄滑塊機構314A2BC搖塊機構314A2BC314A2BC直動滑桿機構手搖唧筒BC3214A導桿機構314A2BC曲柄滑塊機構314A2BC搖塊機構314A2BCABC3214例：選擇雙滑塊機構中的不同構件作為機架可得不同的機構橢圓儀機構1234正弦機構32144.桿塊對調

對于移動副來說，桿塊對調并不影響兩構件之間的相對運動，但卻能演化成不同的機構。例如圖4-19（a）所示的曲柄搖塊機構，若將構成移動副的桿2和塊3對調即演化成圖4-19（b）所示的曲柄擺動導桿機構。緒論中圖1-3所示牛頭刨床的主機構即為此機構。

除上述基本的四桿機構外，將四桿機構合理組合可得到

生產中常見的許多多桿機構。下圖所示的手動沖床是由兩個四桿機構1、2、3、4和3、5、6、4組成的。該機構使搬動手柄的力獲得兩次放大，從而使沖桿的作用力變得很大。這種增力效應在連桿機構中經常用到。不言而喻，下圖中的大篩機構是由一個雙曲柄機構(Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ)和一個曲柄滑塊機構（Ｄ、Ｃ、Ｅ）組成的。

注意

并非任何多桿機構都是如上所述由若干個四桿機構串聯(lián)組成的，例如左圖所示的圓盤鋸機構就不能分解為幾個獨立的四桿機構。關于多桿機構的構成，見第11章。

第二節(jié)平面四桿機構的基本特性一、鉸鏈四桿機構有整轉副的條件兩構件能相對轉動360°的轉動副稱為整轉副。有整轉副的鉸鏈四桿機構才可能存在曲柄。整轉副存在條件：①最短、最長桿長度之和≤另外兩桿的長度之和；②整轉副是由最短桿與其鄰邊組成的。分析各桿的相對運動可得出如下結論：1.在存在整轉副的條件下，以最短桿相鄰的桿作機架，得到曲柄搖桿機構；以最短桿作機架，得到雙曲柄機構；以最短桿相對的桿作機架，得到雙搖桿機構。2.如不滿足存在整轉副的條件，則無論以哪個桿作機架，都只能得到雙搖桿機構。

例題當滿足桿長條件時，說明存在整轉副，當選擇不同的構件作為機架時，可得不同的機構。如

曲柄搖桿1、曲柄搖桿2、雙曲柄、雙搖桿機構ABCDB1C1AD曲柄搖桿機構θ180°＋θωC2B2當曲柄以ω逆時針轉過180°+θ時，搖桿從C1D位置擺到C2D，所花時間為t1,平均速度為V1當曲柄以ω繼續(xù)轉過180°-θ時，搖桿從C2D,置擺到C1D，所花時間為t2,平均速度為V2,那么有：顯然：t1>t2V2>V1搖桿的這種特性稱為急回運動在曲柄搖桿機構中，當曲柄與連桿兩次共線時，搖桿位于兩個極限位置，簡稱極位。二、急回特性極位夾角，用表示；搖桿的擺角，用表示

行程速度變化系數(shù)系數(shù)Ｋ公式推導

結論

①存在急回特性的條件是θ不等于零。②因θ是銳角，即θ≤90°，故理論上Ｋ可以最大為3。但由于最小傳動角的限制，實用中Ｋ小于等于1.4。二、急回特性αFγF’F”三、壓力角和傳動角定義：作用在從動搖桿C點的作用力和力作用點運動線速度方向所夾的銳角稱為壓力角，常用α表示；壓力角的余角稱為傳動角，常用γ

表示。

曲柄搖桿機構的傳動角隨曲柄的轉動而變。動力傳動中一般要求傳動角最小值應大于40°。設計時應檢驗此值。

ABCD切向分力:F’=Fcosα法向分力:F”=Fcosγγ↑

F’↑→對傳動有利=FsinγCDBAFγ可用γ的大小來表示機構傳動力性能的好壞F”F’結論

對于曲柄主動的曲柄搖桿機構，當曲柄與機架共線時，最小傳動角就是連桿和搖桿所夾的最小銳角。那麼，最小傳動角在什么位置出現(xiàn)呢？分析

F四、機構的死點位置搖桿為主動件，且連桿與曲柄兩次共線時，有:γ＝0此時機構不能運動，稱此位置為：“死點”避免措施：1.兩組機構錯開排列，如火車輪機構;靠飛輪的慣性F’A’E’D’G’B’C’ABEFDCGγ＝0Fγ＝0危害：1.機構不能運動，即機構自鎖2.機構運動不確定?？p紉機踏板機構2143曲柄搖桿機構搖桿主動3124避免措施：2.利用構件自身或飛輪的慣性。3.對從動曲柄施加附加力矩。工件ABCD1234PABCD1234工件P鉆孔夾具γ=0TABDC飛機起落架ABCDγ=0F也可以利用死點進行工作：飛機起落架、鉆夾具等死點的利用：第三節(jié)平面四桿機構的設計連桿機構設計的基本問題機構選型——根據(jù)給定的運動要求選擇機構的類型；尺度綜合——確定各構件的尺度參數(shù)(長度尺寸)。

同時要滿足其他輔助條件：a)結構條件（如要求有曲柄、桿長比恰當、運動副結構合理等）；b)動力條件（如γmin）；c)運動連續(xù)性條件等。γ

四桿機構的設計，就是根據(jù)給定運動條件來確定機構運

動簡圖的尺寸參數(shù)。有時為使設計更加合理、可靠，還應考

慮幾何條件和動力學條件(如最小傳動角要求)等。

設計問題分類1、給定從動件運動規(guī)律（位移、加速度等），確定各桿的桿長比。2、給定從動件運動軌跡，確定各桿長比。

設計方法圖解法：簡便直觀，同時也是解析法的基礎，應用較多。但設計精度低，一般用于求解初始值。解析法：精度高，應用最為廣泛，其缺點是不太直觀。實驗法：較為煩瑣，而且精度也低，是不得已時才使用的方法。4.4平面四桿機構的設計4.4平面四桿機構的設計

4.4.1按行程速比系數(shù)設計四桿機構①曲柄搖桿機構設計已知：搖桿長度，擺角和行程速比系數(shù)K。

關鍵：確定鉸鏈Ａ的位置，從而確定桿長、、和。

設計程序②擺動導桿機構設計已知：機架長度、行程速比系數(shù)Ｋ。

設計程序

、

和

本章小結本章介紹了如下內容