第2章平面連桿機構

§2-2平面四桿機構的類型和應用§2-3平面四桿機構的基本知識§2-4平面四桿機構的設計§2-1概述

第2章平面連桿機構§2-1概述機架——固定不動的構件。平面連桿機構——各構件由低副連接組成的平面機構。常見的是平面四桿機構，如：123４連桿——不與機架直接連接的構件。連架桿——與機架相連的構件。曲柄：能繞機架整周回轉搖桿：只能在一定范圍擺動§2-1概述

連桿機構的特點：優(yōu)點：1）低副，面接觸承載能力大、磨損小、利于潤滑；2）運動副幾何形狀簡單，便于加工；3）連桿上各點的軌跡曲線和從動件運動規(guī)律多樣；4）可實現(xiàn)增力、擴大行程和遠距離傳動等目的。缺點：1）低副中存在間隙，構件數(shù)多運動累積誤差、效率降低；2）構件作變速運動慣性力，動載荷不宜用于高速；3）不易準確實現(xiàn)復雜的運動規(guī)律。鉸鏈四桿機構——四個運動副都是轉動副的平面四桿機構?！?-2平面四桿機構的類型和應用一.鉸鏈四桿機構的基本型式三種基本型式：曲柄搖桿機構、雙曲柄機構、雙搖桿機構?！?-2平面四桿機構的類型和應用曲柄搖桿機構——兩連架桿，一為曲柄，一為搖桿。縫紉機踏板機構油田抽油機§2-2平面四桿機構的類型和應用雷達調(diào)整機構物料運輸機構拉膠片機構攪拌機機構§2-2平面四桿機構的類型和應用雙曲柄機構——兩連架桿均為曲柄慣性篩機構——主動曲柄勻速，從動曲柄變速?！?-2平面四桿機構的類型和應用特例：平行四邊形機構運動特征：1）連桿作平移；2）主、從動曲柄轉速相同。攝影平臺升降機構車輪聯(lián)動機構ABCDAB=CDBC=ADB’C’§2-2平面四桿機構的類型和應用注意：平行四邊形機構的運動不確定性反平行四邊形機構措施：1）利用從動曲柄本身的慣性（或加飛輪）；2）多組相同機構彼此錯開（或加虛約束）。GG’EFE’F’設計：潘存云§2-2平面四桿機構的類型和應用反平行四邊形機構的應用：車門開閉機構兩曲柄轉向相反§2-2平面四桿機構的類型和應用雙搖桿機構——兩連架桿均為搖桿飛機起落架機構鶴式起重機§2-2平面四桿機構的類型和應用汽車前輪轉向機構等腰梯形機構§2-2平面四桿機構的類型和應用二.鉸鏈四桿機構的演化型式1.改變構件的形狀和運動尺寸四桿機構的演化，不僅是為了滿足運動方面的要求，還往往是為了改善受力狀況以及滿足結構設計上的需要等。2.改變運動副的尺寸3.選用不同構件為機架（機構倒置）§2-2平面四桿機構的類型和應用改變構件的形狀和運動尺寸1B2C34AD鉸鏈四桿機構曲線導軌曲柄滑塊機構變3構件形狀3Dr1B2C4Ar

e=01B24AC3偏置曲柄滑塊機構對心曲柄滑塊機構1B24AC3e①§2-2平面四桿機構的類型和應用對心曲柄滑塊機構1B24AC3

變2,3構件形狀s=lABsin正弦機構1B4A32Csr3C2r1B4A②§2-2平面四桿機構的類型和應用改變運動副的尺寸對心曲柄滑塊機構1B24AC3h=2lAB偏心輪機構

B副擴大4C231BA§2-2平面四桿機構的類型和應用選用不同構件為機架（機構倒置）曲柄搖桿機構4AD1231作機架4AD123雙曲柄機構２作機架曲柄搖桿機構4AD23雙搖桿機構14AD233作機架①§2-2平面四桿機構的類型和應用②A41B2C3１作機架A41B2C3§2-2平面四桿機構的類型和應用②牛頭刨床§2-2平面四桿機構的類型和應用②A413B2CA41B2C32作機架§2-2平面四桿機構的類型和應用②3作機架§2-2平面四桿機構的類型和應用

變3,4構件形狀③§2-2平面四桿機構的類型和應用③動畫§2-3平面四桿機構的基本知識

①鉸鏈四桿機構有周轉副的條件1.曲柄存在條件不同的四桿機構，具有不同的運動特性和動力特性；一．運動特性周轉副——兩構件能相對整周轉動的轉動副。BCDAabcd若要轉動副A為周轉副不出現(xiàn)如下情況BCDAabcdBCDAabcdb、c不能共線，即ΔBCD始終存在同一種四桿機構，不同的運動尺寸，具有不同的運動和動力特性?！?-3平面四桿機構的基本知識

BCDAabcd若fC’B’C”B”將上式分別兩兩相加同理，若則：即a為最短桿即最短桿+最長桿≤其余兩桿之和且：BDAabcdC§2-3平面四桿機構的基本知識結論：存在周轉副的條件是：1）最短桿+最長桿≤其余兩桿之和；（桿長條件）推論：BCDAabcd滿足桿長條件時，有最短桿參與的轉動副都是周轉副。即：2）該周轉副的兩桿中必有一桿是最短桿。（最短桿條件）1）若a為最短桿，則A、B為周轉副，C、D為擺轉副；2）若d為最短桿，則A、D為周轉副，B、C是擺轉副?！?-3平面四桿機構的基本知識②鉸鏈四桿機構有曲柄的條件固定最短桿能作整周轉動的連架桿存在曲柄的充要條件是：1）機架和連架桿中必有一桿是最短桿；2）最短桿+最長桿≤其余兩桿之和。推論：最短桿+最長桿≤其余兩桿之和固定最短桿的鄰桿固定最短桿的對桿雙曲柄機構曲柄搖桿機構雙搖桿機構最短桿+最長桿>其余兩桿之和雙搖桿機構特例：平行四邊形機構在任何情況下均為雙曲柄機構BCDAabcd§2-3平面四桿機構的基本知識雙曲柄機構曲柄搖桿機構雙搖桿機構§2-3平面四桿機構的基本知識③其它四桿機構有曲柄的條件對于含移動副的四桿機構，根據(jù)機構演化原理，可以認為是轉動中心在無窮遠處的轉動副，而將機構轉化為鉸鏈四桿機構。討論：下列機構曲柄存在的條件？aBbAC①aBbAC∞∞DDab§2-3平面四桿機構的基本知識aBbACeabe②③aBbACe總之，曲柄滑塊機構存在曲柄的條件：a≤b-eBabACe∞-eD∞D§2-3平面四桿機構的基本知識④aCABd任何情況下都存在曲柄a<d時，擺動導桿機構a≥d時，轉動導桿機構⑤aCABdea<d時，∞e+∞a≥d時，擺動導桿機構轉動導桿機構§2-3平面四桿機構的基本知識

例：2.急回特性極位牛頭刨工作要求慢快極位夾角θ——機構處于兩個極位時，對應曲柄的一個位置與另一個位置的反向所夾的角度。0?<θ<180?擺角ψ——搖桿兩極限位置之間的夾角。極位夾角>90§2-3平面四桿機構的基本知識§2-3平面四桿機構的基本知識

若ω1=常數(shù)行程速比系數(shù)KC1B1C2B2BDACφ2φ11v2v1反之：注意：1）θ在主動件上；2）ω1的轉向；3）若K=1，θ=0，無急回特性。§2-3平面四桿機構的基本知識討論：下列機構有無急回特性？若有，標出極位夾角。§2-3平面四桿機構的基本知識二．動力特性壓力角α——機構在不計摩擦力、重力和慣性力時，從動件所受的驅動力與力作用處從動件的速度方向之間所夾的銳角。1.壓力角和傳動角ABCD機構傳力性能有效分力無用分力傳動角一般要求：γmin？v§2-3平面四桿機構的基本知識最小傳動角出現(xiàn)在曲柄與機架共線時。重疊共線時：拉直共線時：§2-3平面四桿機構的基本知識§2-3平面四桿機構的基本知識克服死點的措施：1）利用從動件和飛輪的慣性；縫紉機2）錯位排列；機車車輪聯(lián)動機構3）對從動件施加額外的力。死點位置——機構傳動角

γ=00時的位置。2.死點§2-3平面四桿機構的基本知識克服死點的措施：1）利用從動件和飛輪的慣性；如縫紉機2）錯位排列；如聯(lián)動機構3）對從動件施加額外的力?！?-3平面四桿機構的基本知識死點的利用：1）飛機起落架機構2）夾具機構3）折疊家具機構=00注意：1）α與γ的分析都在從動件上；2）死點發(fā)生在以有極限位置的構件為主動件時γ=00的位置。作業(yè)一作業(yè)一作業(yè)一：P35Homework2－1、2－3§2-4平面四桿機構的設計一.連桿機構設計的基本問題實現(xiàn)預定的從動件運動規(guī)律（再現(xiàn)函數(shù)）1.設計任務根據(jù)給定的運動要求，選定機構的類型；確定各構件的尺度參數(shù)；檢驗是否滿足結構、運動和動力條件。如：運動副結構、曲柄存在條件、最小傳動角、運動連續(xù)性等。2.一般設計類型實現(xiàn)預定的連桿位置（剛體導引）實現(xiàn)預定的軌跡要求（再現(xiàn)軌跡）3.設計方法作圖法實驗法解析法§2-4平面四桿機構的設計實現(xiàn)預定的連桿位置飛機起落架機構要求實現(xiàn)機輪放下和收起兩個位置。鑄造翻砂機構要求實現(xiàn)兩個翻轉位置?！?-4平面四桿機構的設計實現(xiàn)預定的從動件運動規(guī)律（位置、速度或加速度）車門開閉機構要求實現(xiàn)車門兩組對應位置，及轉向相反。要求實現(xiàn)一定的急回特性。牛頭刨慢快§2-4平面四桿機構的設計實現(xiàn)預定的軌跡要求鶴式起重機攪拌器機構要求連桿上某點能生成近似直線軌跡要求連桿按某種軌跡攪拌材料§2-4平面四桿機構的設計二.平面四桿機構的設計1.按給定連桿位置設計（作圖法）設計步驟：①選定連桿上兩活動鉸鏈的位置。②用三點定心法確定兩固定鉸鏈A、D。B1B2B3C2C3C1DA若已知連桿的三位置：§2-4平面四桿機構的設計注意：1）若連桿長度給定，已知三位置，有唯一解；2）若已知兩位置，有無窮多解；3）若已知四位置，BC不能任意選定。但總可以在連桿上找到一些點，其四個位置在同一圓上，涉及布爾梅斯特爾理論。4）若已知五位置，可能有解，也可能無解。ψC2C1D§2-4平面四桿機構的設計2.按急回特性要求設計（作圖法）1）曲柄搖桿機構已知：搖桿長CD、擺角ψ和行程速比系數(shù)K設計思路？r=EF900-圓心oFB1AC1B1C2B2BDACψθ900-設計步驟：②作出搖桿兩極限位置；③作圓O；①求極位夾角④定A；⑤EB2討論：1）無其它條件，有無窮多解；2）有其它條件，如最小傳動角要求時，要檢驗最小傳動角?！?-4平面四桿機構的設計2）曲柄滑塊機構已知：滑塊行程H，行程速比系數(shù)K設計步驟：②作出滑塊兩極限位置；③作圓O；①求極位夾角④定A；⑤C2C1r=EF900-圓心oFB1A900-EB2H討論：1）無其它條件，有無窮多解；2）有其它條件，如偏距e時，解數(shù)受限。ψ§2-4平面四桿機構的設計3）導桿機構已知：機架長AC，行程速比系數(shù)K設計步驟：②作出導桿兩極限位置③作圓A①求極位夾角B1B2B1B2ψCA設計思路？CA§2-4平面四桿機構的設計3.按給定兩連架桿對應位置設計1）作圖法倒置ABCDABCDψ3ψ2ψ1φ3φ2φ1E1E2E3C1C2C3DB1B2B3A-ψ12-ψ13設計思路？關鍵：反轉法作圖。已知：機架長AD，兩連架桿對應位置§2-4平面四桿機構的設計B1B2B3ADB２’B３’C1作圖步驟：②采用反轉法作圖。①選定連架桿AB長度；§2-4平面四桿機構