機械設(shè)計基礎(chǔ)-四桿機構(gòu)

第3章平面連桿機構(gòu)第二節(jié)平面四桿機構(gòu)的基本特性

第三節(jié)平面四桿機構(gòu)的設(shè)計

第一節(jié)鉸鏈四桿機構(gòu)的基本形式及其演化平面連桿機構(gòu)：由若干個構(gòu)件以低副（轉(zhuǎn)動副和移動副）連接而成，且所有構(gòu)件在相互平行平面內(nèi)運動的機構(gòu)，也稱平面低副機構(gòu)。平面四桿機構(gòu)：最簡單的平面四桿機構(gòu)是由四個構(gòu)件組成的，簡稱平面四桿機構(gòu)。鉸鏈四桿機構(gòu)：構(gòu)件間用四個轉(zhuǎn)動副相連的平面四桿機構(gòu)。2.1概述平面連桿機構(gòu)的優(yōu)點是：（1）運動副都是低副，壽命長，耐磨損，傳遞動力大。（2）幾何形狀簡單，易于加工，成本低。（3）在主動件等速連續(xù)運動的條件下，當(dāng)各構(gòu)件的相對長度不同時,從動件可滿足多種運動規(guī)律的要求。（4）連桿上各點軌跡形狀各異，可利用這些曲線來滿足不同的軌跡要求。（5）能方便地實現(xiàn)轉(zhuǎn)動、擺動和移動等基本運動形式及相互轉(zhuǎn)換平面連桿機構(gòu)的缺點：當(dāng)構(gòu)件數(shù)和運動副較多時，傳動的精度和效率較低。低副中存在間隙，容易產(chǎn)生累積誤差，當(dāng)構(gòu)件數(shù)和運動不易精確實現(xiàn)復(fù)雜的運動規(guī)律，且設(shè)計較為復(fù)雜。2.2.1鉸鏈四桿機構(gòu)的組成（1）機架——固定件，如圖2-1所示構(gòu)件4；（2）連架桿——與機架用轉(zhuǎn)動副相連接的構(gòu)件，如圖圖2-1所示構(gòu)件1和構(gòu)件3；（3）連桿——不與機架直接相連的構(gòu)件，如圖2-1所示構(gòu)件2。2.2鉸鏈四桿機構(gòu)圖2-1鉸鏈四桿機構(gòu)2.2.2鉸鏈四桿機構(gòu)的基本形式根據(jù)連架桿運動形式的不同，相對機架能做整周轉(zhuǎn)動的稱為曲柄，只能在一定角度范圍內(nèi)往復(fù)擺動的稱為搖桿。這樣，鉸鏈四桿機構(gòu)可分為三種基本形式：1．曲柄搖桿機構(gòu)在鉸鏈四桿機構(gòu)的兩連架桿中，若一個為曲柄，另一個為搖桿，則此四桿機構(gòu)稱為曲柄搖桿機構(gòu)。曲柄搖桿機構(gòu)的傳動特點是：可實現(xiàn)曲柄轉(zhuǎn)動與搖桿擺動的相互轉(zhuǎn)換。圖2-3雷達天線俯仰角的調(diào)整機構(gòu)圖2-4縫紉機腳踏機構(gòu)2．雙曲柄機構(gòu)在鉸鏈四桿機構(gòu)中，若兩連架桿均為曲柄，則此四桿機構(gòu)稱為雙曲柄機構(gòu)。雙曲柄機構(gòu)的傳動特點是：當(dāng)主動曲柄勻速轉(zhuǎn)動時，

從動曲柄一般作變速轉(zhuǎn)動。圖2-5慣性篩機構(gòu)圖2-6平行四邊形機構(gòu)和反平行四邊形機構(gòu)在雙曲柄機構(gòu)中，若相對的兩桿平行且長度相等，則稱為平行四邊形機構(gòu)，在雙曲柄機構(gòu)中，若兩相對桿的長度分別相等，但不平行，則稱為反平行四邊形機構(gòu)。e）車門啟閉機構(gòu)圖2-6雙平行曲柄機構(gòu)反平行四邊形機構(gòu)和平行四邊形機構(gòu)的應(yīng)用3．雙搖桿機構(gòu)在鉸鏈四桿機構(gòu)中，若兩連架桿均為搖桿，則此四桿機構(gòu)稱為雙搖桿機構(gòu)。雙搖桿機構(gòu)的傳動特點是：可將一種擺動轉(zhuǎn)換成另一種擺動。飛機起落架機構(gòu)

圖2-7輪式車輛的前輪轉(zhuǎn)向機二、鉸鏈四桿機構(gòu)的演化1.曲柄滑塊機構(gòu)

平面鉸鏈四桿機構(gòu)可通過變更構(gòu)件長度和形狀、變更機架和擴大轉(zhuǎn)動副等途徑演化成其他平面連桿機構(gòu)。2.導(dǎo)桿機構(gòu)

曲柄滑塊機構(gòu)取構(gòu)件1為固定構(gòu)件演化而來。

曲柄滑塊機構(gòu)3.搖塊機構(gòu)

曲柄滑塊機構(gòu)取構(gòu)件2為固定構(gòu)件演化而來。

4.定塊機構(gòu)

曲柄滑塊機構(gòu)取構(gòu)件3為固定構(gòu)件演化而來。

導(dǎo)桿機構(gòu)

搖塊機構(gòu)

定塊機構(gòu)

汽車自動卸料機構(gòu)5.偏心輪機構(gòu)

偏心輪機構(gòu)一、鉸鏈四桿機構(gòu)存在曲柄的條件

1.整轉(zhuǎn)副的存在條件

即

在中在中最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和；

整轉(zhuǎn)副是由最短桿與其鄰邊組成的。鉸鏈四桿機構(gòu)有整轉(zhuǎn)副存在的條件

第二節(jié)

平面四桿機構(gòu)的基本特性第二節(jié)

平面四桿機構(gòu)的基本特性曲柄存在的條件為：（1）連架桿和機架中必有一桿是最短桿。（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。上述兩個條件必須同時滿足否則機構(gòu)不存在曲柄。若滿足最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和時，可得到以下三種結(jié)構(gòu)；（1）連架桿是最短桿為曲柄搖桿機構(gòu)；（2）機架是最短桿為雙曲柄機構(gòu)；（3）若最短桿是連桿，此機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)。若滿足最短桿與最長桿長度之和大于其余兩桿長度之和時,為雙搖桿機構(gòu)。二、學(xué)習(xí)指導(dǎo)lmax+lmin≤l余1+l余2不存在曲柄雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)可能有曲柄固定件是否最短構(gòu)件最短構(gòu)件的鄰邊最短構(gòu)件的對邊圖3-9二、急回特性與行程速比系數(shù)

1.搖桿擺角

搖桿在兩極限位置的夾角2.極位夾角

對應(yīng)搖桿兩極限位置，曲柄兩位置所夾的銳角。3.行程速比系數(shù)

或三、壓力角和傳動角

1.壓力角：作用在從動件上點的驅(qū)動力與該點絕對速度之間所夾的銳角。2.傳動角：壓力角的余角（即連桿和從動搖桿所夾的銳角）四、死點位置

如圖所示的曲柄搖桿機構(gòu)，如果以搖桿3為原動件，曲柄1為從動件，在搖桿擺到極限位置，連桿2與曲柄1兩次共線，從動件的傳動角，即連桿傳給曲柄的力通過鉸鏈中心，不論此力多大，均不能使曲柄轉(zhuǎn)動。機構(gòu)的這種傳動角為零的位置稱為死點位置。

當(dāng)機構(gòu)處于死點位置時，機構(gòu)的從動件將出現(xiàn)卡死或運動不確定現(xiàn)象。

如圖所示的縫紉機踏板機構(gòu)，實際使用時常會出現(xiàn)踏不動或倒車現(xiàn)象，在正常運轉(zhuǎn)時，借助帶輪的慣性作用，可以使曲柄順利通過死點位置。

如圖所示的鉆床夾具，當(dāng)工件5被夾緊時，處于死點位置可夾緊工件。

縫紉機踏板機構(gòu)

鉆床夾具的夾緊機構(gòu)

第三節(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)給定的運動條件，選擇機構(gòu)的類型和確定機構(gòu)運動簡圖中各構(gòu)件的尺寸。在設(shè)計中還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)條件(如合適的桿長比和運動副結(jié)構(gòu)與尺寸)，動力條件(最小傳動角限制)等。按照給定從動件的運動規(guī)律設(shè)計四桿機構(gòu)，即位置設(shè)計。如要求從動件具有一定的急回特性，要求滿足某構(gòu)件占據(jù)幾個預(yù)定位置等。按照給定點的運動軌跡設(shè)計四桿機構(gòu)，即軌跡設(shè)計。如要求起重機吊鉤的軌跡為一直線，和面機的和面桿端按預(yù)定軌跡運動等。1.按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu)

一、圖解法設(shè)計四桿機構(gòu)

已知條件：行程速比系數(shù)

，搖桿長度

及擺角

。解：2.按給定連桿位置設(shè)計四桿機構(gòu)造型機翻轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)計已知連桿兩個位置的設(shè)計

已知連桿三個位置的設(shè)計

給定連桿3個位置的設(shè)計

1.填空題(1)曲柄搖桿機構(gòu)中行程速比系數(shù)K的大小取決于

，K值越大，機構(gòu)的

越顯著。(2)在曲柄搖桿機構(gòu)中，當(dāng)

與

共線時，機構(gòu)可能出現(xiàn)最小傳動角γmin

。(3)在鉸鏈四桿機構(gòu)中，與機架用轉(zhuǎn)動副相連接的桿稱為

。

(4)在曲柄滑塊機構(gòu)中，若滑塊作為主動件，當(dāng)

時，機構(gòu)會出現(xiàn)死點位置。(5)鉸鏈四桿機構(gòu)曲柄存在的條件是①

；②

。四、復(fù)習(xí)題

⒉選擇題(1)平面連桿機構(gòu)是由

組成的機構(gòu)。(A)高副；(B)高副和低副；(C)轉(zhuǎn)動副；(D)低副。(2)平面連桿機構(gòu)，構(gòu)件的最少數(shù)量是

。(A)二件；(B)三件；(C)四件；(D)五件。(3)有急回運動性質(zhì)的四桿機構(gòu)是

。(A)對心曲柄滑塊機構(gòu)；(B)偏置曲柄滑塊機構(gòu)；(C)擺動導(dǎo)桿機構(gòu)。(4)壓力角可作為判斷機構(gòu)傳力性能的標(biāo)志，在平面連桿機構(gòu)中，壓力角越大，機構(gòu)傳力性能

。(A)越差；(B)不受影響；(C)越好。(5)曲柄搖桿機構(gòu)的死點位置在

。(A)原動桿與連桿共線；(B)原動桿與機架共線；(C)從動桿與連桿共線；(D)從動桿與機架共線。四、復(fù)習(xí)題⒊問答題（1）何謂平面連桿機構(gòu)？其基本型式有哪幾種？（2）鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式哪有幾種？（3）何謂曲柄搖桿機構(gòu)急回運動性質(zhì)？何參數(shù)反映了機構(gòu)的急回運動程度？（4）曲柄搖桿機構(gòu)具有死點位置的條件是什么？（5）鉸鏈四桿機構(gòu)存在曲柄的條件是什么？（6）在曲柄搖桿機構(gòu)中，作圖標(biāo)出極位夾角、擺角、壓力角和傳動角、機構(gòu)的極限位置、死點位置及最小傳動角min；并能敘述上述概念的含義。（7）何謂平面連桿機構(gòu)的壓力角和傳動角？壓力角的大小對平面連桿機構(gòu)的工作有何影響？（8）鉸鏈四桿機構(gòu)有幾種演化方式？演化后的機構(gòu)有