第三章 平面連桿機(jī)構(gòu)

作業(yè)：3.1、3.5、3.7（上交作業(yè)）§3-1概述§3-2平面連桿機(jī)構(gòu)的類型、應(yīng)用和演化§3-3平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性§3-4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介第三章平面連桿機(jī)構(gòu)一、連桿機(jī)構(gòu)的定義

由若干個(gè)構(gòu)件通過低副連接而組成的機(jī)構(gòu)稱為連桿機(jī)構(gòu)，又稱為低副機(jī)構(gòu)?！?-1概述抽油機(jī)中的連桿機(jī)構(gòu)抽油機(jī)中的連桿機(jī)構(gòu)內(nèi)燃機(jī)中的連桿機(jī)構(gòu)縫紉機(jī)中的連桿機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)是一種應(yīng)用十分廣泛的機(jī)構(gòu)，人造衛(wèi)星太陽能板的展開機(jī)構(gòu)，機(jī)械手的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，折疊傘的收放機(jī)構(gòu)以及人體假肢等等，都是連桿機(jī)構(gòu)。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)是最常見的連桿機(jī)構(gòu)型式。二、連桿機(jī)構(gòu)的分類所有構(gòu)件均在相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的連桿機(jī)構(gòu)，稱為平面連桿機(jī)構(gòu)。1、平面連桿機(jī)構(gòu)

所有構(gòu)件不全在相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的連桿機(jī)構(gòu)，稱為空間連桿機(jī)構(gòu)。2、空間連桿機(jī)構(gòu)三、平面連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)1、平面連桿機(jī)構(gòu)屬于低副機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)副為面接觸，壓強(qiáng)小，承載能力大，耐沖擊，并且便于潤(rùn)滑，磨損小。2、其運(yùn)動(dòng)副元素多為平面或圓柱面，制造比較容易，而且靠其本身的幾何封閉來保證構(gòu)件運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠。

3、可以實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和特點(diǎn)軌跡要求。1）用于受力較大的挖掘機(jī)，破碎機(jī)2）用于實(shí)現(xiàn)各種不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求2）用于實(shí)現(xiàn)各種不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求四、平面連桿機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)1、當(dāng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜時(shí)累計(jì)誤差較大，影響其傳動(dòng)精度。2、慣性力不容易平衡，不適合于高速傳動(dòng)。3、不易精確地滿足各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)軌跡的要求。平面連桿機(jī)構(gòu)中，其構(gòu)件多呈桿狀，故常簡(jiǎn)稱為“桿”。連桿機(jī)構(gòu)又可根據(jù)機(jī)構(gòu)中所含桿數(shù)而命名，如：四桿機(jī)構(gòu)、五桿機(jī)構(gòu)、六桿機(jī)構(gòu)、多桿機(jī)構(gòu)等。平面連桿機(jī)構(gòu)中最簡(jiǎn)單、應(yīng)用最廣的是四桿機(jī)構(gòu)，其他多桿機(jī)構(gòu)都是在它的基礎(chǔ)上擴(kuò)充而成的，本章重點(diǎn)討論四桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)?！?-2平面連桿機(jī)構(gòu)的類型、應(yīng)用和演化一、平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及應(yīng)用二、平面四桿機(jī)構(gòu)的演化鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)就是當(dāng)平面四桿機(jī)構(gòu)中的全部運(yùn)動(dòng)副均為轉(zhuǎn)動(dòng)副時(shí)的四桿機(jī)構(gòu)。

構(gòu)件名稱連架桿：與機(jī)架相連的構(gòu)件稱為連架桿。連架桿機(jī)架連架桿連桿能繞其軸線轉(zhuǎn)360o的連架桿。僅能繞其軸線作往復(fù)擺動(dòng)的連架桿。曲柄搖桿連架桿機(jī)架：固定不動(dòng)的構(gòu)件稱為機(jī)架。連桿：不直接與機(jī)架相連的構(gòu)件稱為連桿。周轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副一、平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及應(yīng)用1、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)2、雙曲柄機(jī)構(gòu)3、雙搖桿機(jī)構(gòu)1、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：若在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的兩連架桿中一為曲柄，另一為搖桿，則此四桿機(jī)構(gòu)稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用顎式破碎機(jī)機(jī)構(gòu)雷達(dá)天線機(jī)構(gòu)攪拌機(jī)機(jī)構(gòu)2、雙曲柄機(jī)構(gòu)在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中若兩連架桿均為曲柄，則此四桿機(jī)構(gòu)稱為雙曲柄機(jī)構(gòu)。雙曲柄機(jī)構(gòu)的應(yīng)用旋轉(zhuǎn)式葉片泵雙曲柄機(jī)構(gòu)的應(yīng)用慣性篩機(jī)構(gòu)在雙曲柄機(jī)構(gòu)中，若相對(duì)兩桿的長(zhǎng)度相等且平行，兩曲柄的轉(zhuǎn)向相同，稱為平行四邊形機(jī)構(gòu)。（1）平行四邊形機(jī)構(gòu)：平行四邊形機(jī)構(gòu)的應(yīng)用蒸汽機(jī)車驅(qū)動(dòng)裝置攝影升降機(jī)構(gòu)平行四邊形機(jī)構(gòu)的應(yīng)用耕地料斗DCAB播種機(jī)料斗機(jī)構(gòu)天平在雙曲柄機(jī)構(gòu)中，若相對(duì)兩桿的長(zhǎng)度相等，但不平行(BC與AD)，兩曲柄轉(zhuǎn)向相反（AB與CD），稱為反平行四邊形機(jī)構(gòu)。（2）反平行四邊形機(jī)構(gòu)：平行四邊形機(jī)構(gòu)，連桿與曲柄共線時(shí)，從動(dòng)曲柄可能向正反兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不確定，平行四邊形機(jī)構(gòu)可能變成反平行四邊形機(jī)構(gòu)。采用慣性、錯(cuò)開角度的多套機(jī)構(gòu)、虛約束等消除運(yùn)動(dòng)不確定狀態(tài)3、雙搖桿機(jī)構(gòu)若鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的兩連架桿均為搖桿，則此四桿機(jī)構(gòu)稱為雙搖桿機(jī)構(gòu)。雙搖桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用鶴式起重機(jī)機(jī)機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用鑄造翻箱機(jī)構(gòu)B’C’ABDC等腰梯形機(jī)構(gòu)：在雙搖桿機(jī)構(gòu)中若兩搖桿長(zhǎng)度相等，則稱為等腰梯形機(jī)構(gòu)。汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)二、平面四桿機(jī)構(gòu)的演化1、改變構(gòu)件的形狀和運(yùn)動(dòng)尺寸曲柄滑塊機(jī)構(gòu)C3AB124e321DCBA321DCBA偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（e>0)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(e=0)ABCe321BAC321兩個(gè)滑塊的四桿機(jī)構(gòu)BAC321BAC213A3sBC21正弦機(jī)構(gòu)正弦機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)應(yīng)用

縫紉機(jī)針桿機(jī)構(gòu)雙滑塊機(jī)構(gòu)雙滑塊機(jī)構(gòu)應(yīng)用

橢圓儀機(jī)構(gòu)雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)2、選用不同構(gòu)件為機(jī)架（1）變化鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的機(jī)架曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)（2）變化曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的機(jī)架曲柄滑塊機(jī)構(gòu)BA1234C曲柄搖塊機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)定塊機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)BA1234C擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)3A124CB導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)刨床機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)(AB<BC)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)(AB>BC)曲柄搖塊機(jī)構(gòu)移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（定塊機(jī)構(gòu)）偏心輪機(jī)構(gòu)3、改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸CBAC1C2ABC偏心輪機(jī)構(gòu)

特點(diǎn)：容易加工；工作時(shí)潤(rùn)滑條件和受力情況好；可用于較重載荷的傳動(dòng)中。應(yīng)用舉例：蒸汽機(jī)換氣閥傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、沖壓機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等?！?-3平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件二、壓力角和傳動(dòng)角三、急回運(yùn)動(dòng)和行程速比系數(shù)四、機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置1、桿長(zhǎng)條件：最短桿和最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其它兩桿長(zhǎng)度之和。2、最短桿是連架桿或機(jī)架。（組成周轉(zhuǎn)副的兩桿中必一個(gè)是最短桿）一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件滿足桿長(zhǎng)條件即：最短桿+最長(zhǎng)桿小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和。若取最短桿為連架桿時(shí)：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。若取最短桿為機(jī)架時(shí)：雙曲柄機(jī)構(gòu)。若取最短桿為連桿時(shí)，即最短桿相對(duì)的桿為機(jī)架：雙搖桿機(jī)構(gòu)。不滿足桿長(zhǎng)條件即：最短桿加最長(zhǎng)桿大于其余兩桿長(zhǎng)度之和，則鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)無論取哪桿為機(jī)架均無曲柄存在，只能得到雙搖桿機(jī)構(gòu)。在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型與尺寸之間的關(guān)系：2以最短桿為機(jī)架，則此機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)；以最短桿的相鄰構(gòu)件為機(jī)架，則此機(jī)構(gòu)為以最短桿為曲柄的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；且：13以最短桿的對(duì)邊構(gòu)件為機(jī)架，則此機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。（1）如果最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和小于或等于其它兩桿長(zhǎng)度之和——滿足桿長(zhǎng)和條件（2）如果最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和大于其它兩桿長(zhǎng)度之和（不滿足桿長(zhǎng)和條件），則不論選哪個(gè)構(gòu)件為機(jī)架，都為雙搖桿機(jī)構(gòu)。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)有曲柄的條件？轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件？AB1234eCabD二、壓力角和傳動(dòng)角1、壓力角從動(dòng)件CD受的力F的作用線與力作用點(diǎn)C的絕對(duì)速度vc

所夾銳角，稱為此位置的壓力角。

在不計(jì)摩擦力、重力、慣性力的條件下，機(jī)構(gòu)中驅(qū)使從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的力的方向線與從動(dòng)件上受力點(diǎn)的速度方向線所夾的銳角。vcF1ABCD234vcFF1F21ABCD234由力的分解：沿著速度方向的有效分力垂直于Ft的分力vcFF1F21ABCD234力F2只能使鉸鏈C、D產(chǎn)生壓軸力，希望它越小越好；力F1越大，推動(dòng)機(jī)構(gòu)的有效分力就越大，傳力效果就越好，即越小越好。因此，對(duì)連桿機(jī)構(gòu)中的壓力角提出了限制，通常最大不能超過40°～50°，即：<[]=40°～50°vcFF1F21ABCD234越小，受力越好。越大，受力越好。2、傳動(dòng)角

壓力角的余角稱為機(jī)構(gòu)在此位置的傳動(dòng)角。

=90o-

ACBDvBFFvcaAB134Cb2vcABC12FFvB3B123AC三、急回運(yùn)動(dòng)和行程速比系數(shù)1、極位夾角2、急回運(yùn)動(dòng)1、極位夾角曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中曲柄與連桿兩次共線位置時(shí)曲柄之間所夾銳角稱為極位夾角。當(dāng)AB與BC兩次共線時(shí)，輸出件CD處于兩極限位置。搖桿在兩極限位置所夾角稱為擺角。極位夾角：當(dāng)搖桿處于兩極限位置時(shí)，對(duì)應(yīng)的曲柄位置線所夾的銳角。B2C2B1C1A21C34BDabcd擺角極位夾角B2C2B1C1曲柄轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)的時(shí)間搖桿點(diǎn)C的平均速度A21C34BDabcd擺角極位夾角v1v2))2、急回運(yùn)動(dòng)t1>t2v2>v1在曲柄等速回轉(zhuǎn)的情況下，搖桿往復(fù)擺動(dòng)速度快慢不同的運(yùn)動(dòng)，稱為急回運(yùn)動(dòng)。v2>v1為了衡量搖桿急回作用的程度，用行程速比系數(shù)表示.3、行程速比系數(shù)k為了衡量搖桿急回作用的程度，把從動(dòng)件往復(fù)擺動(dòng)平均速度的比值（大于1）稱為行程速比系數(shù)，即由極為夾角θ為

四桿機(jī)構(gòu)有無急回運(yùn)動(dòng)，取決于曲柄與連桿共線位置的夾角，即有無極位夾角，不論是何種機(jī)構(gòu)，只要機(jī)構(gòu)在運(yùn)行過程中具有極位夾角，則該機(jī)構(gòu)就具有急回作用。角越大，則K值越大，說明急回運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)也越顯著。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，原動(dòng)件AB以等速轉(zhuǎn)動(dòng)C1B1B2C2偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)2AB134eCab,有急回特性。曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)B2B1有急回特性。B1B2,無急回特性。314A對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)B2CabC1C2AB四、機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置

指從動(dòng)件的傳動(dòng)角=0°(或=90°)時(shí)機(jī)構(gòu)所處的位置。（不考慮構(gòu)件的重力、慣性力和運(yùn)動(dòng)副中的摩擦力的影響）1、死點(diǎn)位置B2C2vB踏板縫紉機(jī)主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)腳AB1C1DFB畫出壓力角1C234ABDabcdvBFB

對(duì)于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)搖桿CD為主動(dòng)件，當(dāng)連桿與曲柄共線時(shí)的位置，即：搖桿處于兩個(gè)極限位置時(shí)，經(jīng)過連桿BC傳給從動(dòng)曲柄AB的驅(qū)動(dòng)力F，通過曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)中心A。對(duì)從動(dòng)曲柄AB的有效力矩為零，故不能推動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng),機(jī)構(gòu)處于卡死位置，機(jī)構(gòu)的這種位置稱為死點(diǎn)位置。此時(shí)傳動(dòng)角

=0°（或=90°）。機(jī)構(gòu)是否有死點(diǎn)位置與哪一構(gòu)件為主動(dòng)件有關(guān)。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)曲柄為主動(dòng)件時(shí)無死點(diǎn)位置;當(dāng)搖桿為主動(dòng)件時(shí)才有死點(diǎn)位置。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，當(dāng)以滑塊3為主動(dòng)件時(shí)有死點(diǎn)位置。死點(diǎn)位置的克服辦法例：縫紉機(jī)借助于帶輪的慣性通過死點(diǎn)。（1）利用飛輪慣性來克服死點(diǎn)位置蒸汽機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，左右車輪兩組曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，曲柄AB與A’B’位置錯(cuò)開90°。（2）利用機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列法來克服死點(diǎn)位置。2、死點(diǎn)位置在機(jī)構(gòu)中的作用鉆床工件夾緊機(jī)構(gòu)飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)

1、連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題

機(jī)構(gòu)選型－根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)要求選擇機(jī)構(gòu)的類型；尺度綜合－確定各構(gòu)件的尺度參數(shù)(長(zhǎng)度尺寸)。

同時(shí)要滿足其他輔助條件：a)結(jié)構(gòu)條件（如要求有曲柄、桿長(zhǎng)比恰當(dāng)、運(yùn)動(dòng)副結(jié)構(gòu)合理等）;b)動(dòng)力條件（如γmin）;c)運(yùn)動(dòng)連續(xù)性條件等。γ§3-4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)1）實(shí)現(xiàn)剛體給定位置的設(shè)計(jì)要求所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)能引導(dǎo)連桿順序通過一系列給定的位置。即要求連桿能依次占據(jù)一系列給定的位置(或者滿足預(yù)定的連桿位置要求)。2、設(shè)計(jì)的類型飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)要求機(jī)構(gòu)能引導(dǎo)連桿按一定方位通過預(yù)定位置，所以稱為引導(dǎo)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。鑄造砂型機(jī)的翻箱機(jī)構(gòu)2）實(shí)現(xiàn)預(yù)定運(yùn)動(dòng)規(guī)律的設(shè)計(jì)要求所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)的主、從動(dòng)連架桿之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系能滿足若干組對(duì)應(yīng)位置關(guān)系或某種給定的函數(shù)關(guān)系?；蚴且笾鲃?dòng)連架桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律一定的條件下，從動(dòng)件能夠準(zhǔn)確或近似地滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的要求。這類設(shè)計(jì)統(tǒng)稱為函數(shù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。車門開閉機(jī)構(gòu)