平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

第二章平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)§2－1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)§2－2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演變§2－3

平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

學(xué)習(xí)指導(dǎo)教學(xué)基本要求重點(diǎn)與難點(diǎn)分析典型例題分析

自測(cè)試題

講課用CAI應(yīng)用實(shí)例：內(nèi)燃機(jī)、鶴式吊、火車輪、手動(dòng)沖床、牛頭刨床、橢圓儀、機(jī)械手爪、開窗、車門、折疊傘、折疊床、牙膏筒拔管機(jī)、單車等。特征：有一作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件，稱為連桿。特點(diǎn)：①采用低副。面接觸、承載大、便于潤(rùn)滑、不易磨損形狀簡(jiǎn)單、易加工、容易獲得較高的制造精度。②改變桿的相對(duì)長(zhǎng)度，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同。③連桿曲線豐富?？蓾M足不同要求。定義：由低副（轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)）連接組成的平面機(jī)構(gòu)?！?－1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式和特性缺點(diǎn)：①構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副多，累積誤差大、運(yùn)動(dòng)精度低、效率低。②產(chǎn)生動(dòng)載荷（慣性力），不適合高速。③設(shè)計(jì)復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)精確的軌跡。分類:平面連桿機(jī)構(gòu)空間連桿機(jī)構(gòu)常以構(gòu)件數(shù)命名：四桿機(jī)構(gòu)、多桿機(jī)構(gòu)。本章重點(diǎn)內(nèi)容是介紹四桿機(jī)構(gòu)。平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式:基本型式－鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，其它四桿機(jī)構(gòu)都是由它演變得到的。名詞解釋：曲柄—作整周定軸回轉(zhuǎn)的構(gòu)件；三種基本型式：（1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)特征：曲柄＋搖桿作用：將曲柄的整周回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動(dòng)。如雷達(dá)天線。連桿—作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件；連架桿—與機(jī)架相聯(lián)的構(gòu)件；搖桿—作定軸擺動(dòng)的構(gòu)件；周轉(zhuǎn)副—能作3600相對(duì)回轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)副；擺轉(zhuǎn)副—只能作有限角度擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副。曲柄連桿搖桿設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云ABC1243DABDC1243（2）雙曲柄機(jī)構(gòu)特征：兩個(gè)曲柄作用：將等速回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榈人倩蜃兯倩剞D(zhuǎn)。雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu)曲柄主動(dòng)縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例：如葉片泵、慣性篩等。2143搖桿主動(dòng)3124設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云ADCB1234旋轉(zhuǎn)式葉片泵ADCB123ABDC1234E6慣性篩機(jī)構(gòu)31設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云ABCD耕地料斗DCAB耕地料斗DCAB實(shí)例：火車輪特例：平行四邊形機(jī)構(gòu)AB=CD特征：兩連架桿等長(zhǎng)且平行，連桿作平動(dòng)BC=ADABDC攝影平臺(tái)ADBCB’C’天平播種機(jī)料斗機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云反平行四邊形機(jī)構(gòu)——車門開閉機(jī)構(gòu)反向F’A’E’D’G’B’C’ABEFDCG平行四邊形機(jī)構(gòu)在共線位置出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)不確定。采用兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)開排列。設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云ABDCE（3）雙搖桿機(jī)構(gòu)特征：兩個(gè)搖桿應(yīng)用舉例：鑄造翻箱機(jī)構(gòu)特例：等腰梯形機(jī)構(gòu)——汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)B’C’ABDC風(fēng)扇座蝸輪蝸桿電機(jī)ABDCEABDCE電機(jī)ABDC風(fēng)扇座蝸輪蝸桿電機(jī)ABDC風(fēng)扇座蝸輪蝸桿ABDC設(shè)計(jì)：潘存云l1l2l4l3C’B’AD平面四桿機(jī)構(gòu)具有整轉(zhuǎn)副→可能存在曲柄。桿1為曲柄，作整周回轉(zhuǎn)，必有兩次與機(jī)架共線l2≤(l4–l1)+l3則由△B’C’D可得：三角形任意兩邊之和大于第三邊則由△B”C”D可得：l1+l4≤l2+l3l3≤(l4–l1)+l2AB為最短桿最長(zhǎng)桿與最短桿的長(zhǎng)度之和≤其他兩桿長(zhǎng)度之和→

l1+l2≤l3+l4C”l1l2l4l3ADl4-

l1將以上三式兩兩相加得：

l1≤l2,l1≤l3,l1≤l4

→

l1+l3≤l2+l4一、曲柄存在的條件設(shè)計(jì)：潘存云2.連架桿或機(jī)架之一為最短桿?？芍寒?dāng)滿足桿長(zhǎng)條件時(shí)，其最短桿參與構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副都是整轉(zhuǎn)副。曲柄存在的條件：1.最長(zhǎng)桿與最短桿的長(zhǎng)度之和應(yīng)≤其他兩桿長(zhǎng)度之和此時(shí)，鉸鏈A為整轉(zhuǎn)副。若取BC為機(jī)架，則結(jié)論相同，可知鉸鏈B也是整轉(zhuǎn)副。稱為桿長(zhǎng)條件。ABCDl1l2l3l4設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云當(dāng)滿足桿長(zhǎng)條件時(shí)，說明存在整轉(zhuǎn)副，當(dāng)選擇不同的構(gòu)件作為機(jī)架時(shí)，可得不同的機(jī)構(gòu)。如：

曲柄搖桿、

雙曲柄、雙搖桿機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)：潘存云ABCDB1C1AD二、急回運(yùn)動(dòng)在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄與連桿兩次共線時(shí)，搖桿位于兩個(gè)極限位置，簡(jiǎn)稱極位。當(dāng)曲柄以ω逆時(shí)針轉(zhuǎn)過180°+θ時(shí)，搖桿從C1D位置擺到C2D。所花時(shí)間為t1,平均速度為V1,那么有：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)3D此兩處曲柄之間的夾角θ

稱為極位夾角。θ180°＋θωC2B2設(shè)計(jì)：潘存云B1C1ADC2當(dāng)曲柄以ω繼續(xù)轉(zhuǎn)過180°-θ時(shí)，搖桿從C2D,置擺到C1D，所花時(shí)間為t2

,平均速度為V2

,那么有：

180°-θ因曲柄轉(zhuǎn)角不同，故搖桿來回?cái)[動(dòng)的時(shí)間不一樣，平均速度也不等。顯然：t1>t2V2>V1搖桿的這種特性稱為急回運(yùn)動(dòng)。用以下比值表示急回程度稱K為行程速比系數(shù)。且θ越大，K值越大，急回性質(zhì)越明顯。

只要

θ

≠0

，就有K>1所以可通過分析機(jī)構(gòu)中是否存在θ以及θ的大小來判斷機(jī)構(gòu)是否有急回運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)的程度。設(shè)計(jì)新機(jī)械時(shí)，往往先給定K值，于是:

設(shè)計(jì)：潘存云αFγF’F”當(dāng)∠BCD≤90°時(shí)，

γ＝∠BCD三、壓力角和傳動(dòng)角壓力角：從動(dòng)件驅(qū)動(dòng)力F與力作用點(diǎn)絕對(duì)速度之間所夾銳角。ABCD設(shè)計(jì)時(shí)要求:

γmin≥50°γmin出現(xiàn)的位置：當(dāng)∠BCD>90°時(shí)，

γ＝180°-∠BCD切向分力:

F’=Fcosα法向分力:

F”=Fcosγγ↑→F’↑→對(duì)傳動(dòng)有利。=Fsinγ稱γ為傳動(dòng)角。此位置一定是：主動(dòng)件與機(jī)架共線兩處之一。CDBAFγ可用γ的大小來表示機(jī)構(gòu)傳動(dòng)力性能的好壞,F”F’當(dāng)∠BCD最小或最大時(shí)，都有可能出現(xiàn)γmin為了保證機(jī)構(gòu)良好的傳力性能設(shè)計(jì)：潘存云C1B1l1l2l3l4DA由余弦定律有：∠B1C1D＝arccos[l42+l32-(l4-l1)2]/2l2l3

∠B2C2D＝arccos[l42+l32-(l4-l1)2]/2l2l3若∠B1C1D≤90°,則若∠B2C2D>90°,則γ1＝∠B1C1Dγ2＝180°-∠B2C2D機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角一般在運(yùn)動(dòng)鏈最終一個(gè)從動(dòng)件上度量。vγγ1γmin＝[∠B1C1D,180°-∠B2C2D]minγ2αF車門C2B2設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云F四、機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置搖桿為主動(dòng)件，且連桿與曲柄兩次共線時(shí)，有：此時(shí)機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng).避免措施：兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)開排列，如火車輪機(jī)構(gòu);稱此位置為：“死點(diǎn)”γ＝0靠飛輪的慣性（如內(nèi)燃機(jī)、縫紉機(jī)等）。F’A’E’D’G’B’C’ABEFDCGγ＝0Fγ＝0設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云工件ABCD1234PABCD1234工件P鉆孔夾具γ=0TABDC飛機(jī)起落架ABCDγ=0F也可以利用死點(diǎn)進(jìn)行工作：飛機(jī)起落架、鉆夾具等。設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云(1)改變構(gòu)件的形狀和運(yùn)動(dòng)尺寸§2－2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演變偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)雙滑塊機(jī)構(gòu)

正弦機(jī)構(gòu)s=lsinφ↓∞

→∞φl設(shè)計(jì)：潘存云(2)改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸(3)選不同的構(gòu)件為機(jī)架偏心輪機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)314A2BC曲柄滑塊機(jī)構(gòu)314A2BC設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云牛頭刨床應(yīng)用實(shí)例:ABDC1243C2C1小型刨床ABDCE123456設(shè)計(jì)：潘存云應(yīng)用實(shí)例B234C1A自卸卡車舉升機(jī)構(gòu)(3)選不同的構(gòu)件為機(jī)架ACB1234應(yīng)用實(shí)例B34C1A2應(yīng)用實(shí)例4A1B23C應(yīng)用實(shí)例13C4AB2應(yīng)用實(shí)例A1C234Bφ導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)314A2BC曲柄滑塊機(jī)構(gòu)314A2BC搖塊機(jī)構(gòu)314A2BC設(shè)計(jì)：潘存云(3)選不同的構(gòu)件為機(jī)架314A2BC直動(dòng)滑桿機(jī)構(gòu)手搖唧筒這種通過選擇不同構(gòu)件作為機(jī)架以獲得不同機(jī)構(gòu)的方法稱為：機(jī)構(gòu)的倒置BC3214A導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)314A2BC曲柄滑塊機(jī)構(gòu)314A2BC搖塊機(jī)構(gòu)314A2BCABC3214例：選擇雙滑塊機(jī)構(gòu)中的不同構(gòu)件作為機(jī)架可得不同的機(jī)構(gòu)橢圓儀機(jī)構(gòu)1234正弦機(jī)構(gòu)3214§2－3平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)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設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云ADCB飛機(jī)起落架B’C’三類設(shè)計(jì)要求：1)滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)，如:

飛機(jī)起落架、函數(shù)機(jī)構(gòu)。函數(shù)機(jī)構(gòu)要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角滿足函數(shù)y=logxxy=logxABCD設(shè)計(jì)：潘存云三類設(shè)計(jì)要求：1)滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)，如:

飛機(jī)起落架、函數(shù)機(jī)構(gòu)。前者要求兩連架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)，后者要求急回運(yùn)動(dòng)2)滿足預(yù)定的連桿位置要求，如鑄造翻箱機(jī)構(gòu)。要求連桿在兩個(gè)位置垂直地面且相差180?

C’B’ABDC設(shè)計(jì)：潘存云QABCDE設(shè)計(jì)：潘存云鶴式起重機(jī)攪拌機(jī)構(gòu)要求連桿上E點(diǎn)的軌跡為一條卵形曲線要求連桿上E點(diǎn)的軌跡為一條水平直線QCBADE三類設(shè)計(jì)要求：1)滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)，如:

飛機(jī)起落架、函數(shù)機(jī)構(gòu)。2)滿足預(yù)定的連桿位置要求，如鑄造翻箱機(jī)構(gòu)。3)滿足預(yù)定的軌跡要求，如:

鶴式起重機(jī)、攪拌機(jī)等。給定的設(shè)計(jì)條件：1)幾何條件（給定連架桿或連桿的位置）2)運(yùn)動(dòng)條件（給定K）3)動(dòng)力條件（給定γmin）設(shè)計(jì)方法：圖解法、解析法、實(shí)驗(yàn)法設(shè)計(jì)：潘存云Eφθθ一、按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)1)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)①計(jì)算θ＝180°(K-1)/(K+1);已知：CD桿長(zhǎng)，擺角φ及K，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。步驟如下：②任取一點(diǎn)D，作等腰三角形腰長(zhǎng)為CD，夾角為φ;③作C2P⊥C1C2，作C1P使④作△PC1C2的外接圓，則A點(diǎn)必在此圓上。⑤選定A，設(shè)曲柄為l1

，連桿為l2

，則:⑥以A為圓心，AC2為半徑作弧交于E,得：

l1=EC1/2

l2=AC1－EC1/2,AC2=l2-l1=>l1=(AC1－AC2)/2

∠C2C1P=90°－θ,交于P;

90°-θPAC1=l1+l2DAC1C2設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云ADmnφ=θD2)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)分析：

由于θ與導(dǎo)桿擺角φ相等，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)時(shí)，僅需要確定曲柄

a。①計(jì)算θ＝180°(K-1)/(K+1);②任選D作∠mDn＝φ＝θ，③取A點(diǎn)，使得AD=d,則:

a=dsin(φ/2)。θφ=θAd作角分線;已知：機(jī)架長(zhǎng)度d，K，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)：潘存云E2θ2ae3)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)H已知K，滑塊行程H，偏距e，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。①計(jì)算:

θ＝180°(K-1)/(K+1);②作C1C2＝H③作射線C1O

使∠C2C1O=90°－θ,④以O(shè)為圓心，C1O為半徑作圓。⑥以A為圓心，AC1為半徑作弧交于E,得：作射線C2O使∠C1C2O=90°－θ。

⑤作偏距線e，交圓弧于A，即為所求。C1C290°-θo90°-θAl1=EC2/2l2=AC2－EC2/2設(shè)計(jì)：潘存云二、按預(yù)定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)a)給定連桿兩組位置有唯一解。B2C2AD將鉸鏈A、D分別選在B1B2，C1C2連線的垂直平分線上任意位置都能滿足設(shè)計(jì)要求。b)給定連桿上鉸鏈BC的三組位置有無窮多組解。A’D’B2C2B3C3ADB1C1B1C1設(shè)計(jì)：潘存云xyABCD1234三、給定兩連架桿對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)給定連架桿對(duì)應(yīng)位置：構(gòu)件3和構(gòu)件1滿足以下位置關(guān)系：δφψl1l2l3l4建立坐標(biāo)系,設(shè)構(gòu)件長(zhǎng)度為：l1

、l2、l3、l4在x,y軸上投影可得：l1+l2=l3+l4機(jī)構(gòu)尺寸比例放大時(shí)，不影響各構(gòu)件相對(duì)轉(zhuǎn)角.

l1

coc

φ

+

l2

cosδ

=

l3

cos

ψ

+

l4

l1

sinφ

+

l2

sinδ

=

l3

sinψ

ψi＝f(φi)

i=1,2,3…n設(shè)計(jì)此四桿機(jī)構(gòu)(求各構(gòu)件長(zhǎng)度)。令：

l1=1消去δ整理得：cosφ

＝

l3

cosψ

－

cos(ψ-φ)

＋l3l4l42+l32+1-l222l4P2代入移項(xiàng)得：

l2

cosδ

=l4

＋

l3

cos

ψ

－cos

φ則化簡(jiǎn)為：cocφ＝P0cosψ

＋

P1

cos(ψ－

φ

)

＋

P2代入兩連架桿的三組對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角參數(shù)，得方程組：l2

sinδ

=l3

sinψ

－sinφ令:

P0P1cocφ1＝P0cosψ1

＋

P1

cos(ψ1－

φ1

)

＋P2cocφ2＝P0cosψ2

＋

P1

cos(ψ2－

φ2

)

＋P2cocφ3＝P0cosψ3

＋

P1

cos(ψ3－

φ3

)

＋

P2可求系數(shù):P0、P1、P2以及:

l2

、

l3、

l4將相對(duì)桿長(zhǎng)乘以任意比例系數(shù)，所得機(jī)構(gòu)都能滿足轉(zhuǎn)角要求。若給定兩組對(duì)應(yīng)位置，則有無窮多組解。舉例：設(shè)計(jì)一四桿機(jī)構(gòu)滿足連架桿三組對(duì)應(yīng)位置：φ1ψ1

φ2ψ2

φ3ψ3

45°50°90°80°135°110°φ1ψ1φ3ψ3代入方程得：

cos90°=P0cos80°+P1cos(80°-90°)+P2

cos135°=P0cos110°+P1cos(110°-135°)+P2解得相對(duì)長(zhǎng)度:

P0=1.533,P1=-1.0628,P2=0.7805各桿相對(duì)長(zhǎng)度為：選定構(gòu)件l1的長(zhǎng)度之后，可求得其余桿的絕對(duì)長(zhǎng)度。cos45°=P0cos50°+P1cos(50°-45°)+P2B1C1ADB2C2B3C3φ2ψ2l1=1l4=-l3/P1=1.442l2

=(l42+l32+1-2l3P2)1/2=1.783

l3=P0=

1.553,設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云四、按預(yù)定的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)ABCDE14325

傳送機(jī)構(gòu)攪拌機(jī)構(gòu)CBADE6步進(jìn)式教學(xué)基本要求2.能根據(jù)四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件，熟練判斷鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型。

1.了解組成鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的各構(gòu)件的名稱，熟悉鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的等基本概念。3.掌握按行程速比系數(shù)和給定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)

構(gòu)的作圖法。重點(diǎn)與難點(diǎn)分析本章重點(diǎn)：平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性及其設(shè)計(jì)；本章難點(diǎn)：用作圖法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)。1.極位夾角：機(jī)構(gòu)中從動(dòng)搖桿處于兩極限位置時(shí)，原動(dòng)曲柄的相應(yīng)兩位置之間所夾的銳角。

，表示機(jī)構(gòu)具有急回特性，且極位夾角愈大，機(jī)構(gòu)的急回運(yùn)動(dòng)就愈顯著，所以，要判斷一個(gè)機(jī)構(gòu)是否有急回特性，就要找出極位夾角。

例如，一個(gè)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，因其極位夾角機(jī)構(gòu)就沒有急回特性；但一個(gè)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，因其極位夾角，機(jī)構(gòu)就有急回特性；擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的擺角與其極位夾角相等，它有急回特性，但轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)就沒有急回特性

。2.壓力角與傳動(dòng)角：在四桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)不計(jì)摩擦?xí)r，主動(dòng)件通過連桿作用在從動(dòng)件上的力的作用線與其受力點(diǎn)出的速度方向之間所夾的銳角，稱為機(jī)構(gòu)在此位置的壓力角，而把壓力角的余角，即連桿與從動(dòng)搖桿所夾的銳角，稱為傳動(dòng)角。

它們常用來衡量機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性能。傳動(dòng)角愈大，即壓力角愈小，機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性能愈好，效率愈高。

多數(shù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中的傳動(dòng)角是變化的。為了使機(jī)構(gòu)傳動(dòng)質(zhì)量良好，一般規(guī)定機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角

。為了檢查機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角，需要確定最小傳動(dòng)角的位置。通過分析可知：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架共線的兩位置之一；曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角出現(xiàn)在曲柄與導(dǎo)路垂直的位置；導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)在任何位置最小傳動(dòng)角都等于90o。3.死點(diǎn)：當(dāng)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)傳動(dòng)角時(shí)，其壓力角α=90o，作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的原動(dòng)件通過連桿作用于從動(dòng)曲柄上的力恰好通過從動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)副中心，致使從動(dòng)件不能轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)的這種位置，稱為死點(diǎn)位置。在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)或曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，若以搖桿或滑塊為主動(dòng)件，則曲柄與連桿共線的位置，就是死點(diǎn)位置。注意：死點(diǎn)、自鎖與機(jī)構(gòu)自由度小于等于零的區(qū)別。自由度小于等于零，表明機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件間不可作相對(duì)運(yùn)動(dòng)；死點(diǎn)是指不計(jì)摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)所處的特殊位置，可借助慣性或采用機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列的方法，使機(jī)構(gòu)能順利通過死點(diǎn)位置而正常運(yùn)轉(zhuǎn)；而自鎖是指機(jī)構(gòu)在考慮摩擦的情況下，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的作用方向滿足一定的幾何條件時(shí)，雖然機(jī)構(gòu)的自由度大于零，但機(jī)構(gòu)仍無法運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。4.平面四桿機(jī)構(gòu)的作圖法：用作圖法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)是根據(jù)設(shè)計(jì)要求及各鉸鏈之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的幾何關(guān)系通過作圖來確定四個(gè)鉸鏈的位置。

根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求，作圖法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)可分為兩種類型。1）按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

：

已知：行程速比系數(shù)K，搖桿CD的長(zhǎng)度lCD

，搖桿的擺角，設(shè)計(jì)此四桿機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是：確定曲柄的固定鉸鏈中心A

的位置，進(jìn)而定出其余三桿長(zhǎng)度。

設(shè)計(jì)方法是：先根據(jù)行程速比系數(shù)K

由公式求出極位夾角，根據(jù)幾何條件作出搖桿的兩個(gè)極限位置C1D和C2D；由C1、C2點(diǎn)各作與C1C2

連線夾角為的直線相交于O點(diǎn)；以O(shè)點(diǎn)為圓心，OC1為半徑畫圓，A

點(diǎn)即在此圓上，可由其它附加條件確定。2）按預(yù)定的連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)：

設(shè)計(jì)方法是：此類問題可用求圓心法來解決，即作鉸鏈B各位置點(diǎn)連線B1B2

、B2B3的中垂線，兩中垂線的交點(diǎn)即為固定鉸鏈中心A。同理，作鉸鏈C各位置點(diǎn)連線C1C2、

C2C3的中垂線，兩中垂線的交點(diǎn)即為固定鉸鏈中心D。已知：連桿BC的三個(gè)預(yù)定位置B1C1、B2C2和B3C3設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是：求固定鉸鏈中心的位置若僅給定連桿BC的兩個(gè)預(yù)定位置，則設(shè)計(jì)的四桿機(jī)構(gòu)有無窮多解。典型例題分析

例2-1在圖2-1a所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，已知各桿長(zhǎng)度為lAB=20mm，lBC=60mm，lCD=85mm，

lAD=50mm，

1、試判斷該機(jī)構(gòu)是否有曲柄；

2、判斷此機(jī)構(gòu)是否存在急回特性？若存在，試確定其極位夾角，并估算行程速比系數(shù)；3、若以構(gòu)件AB為主動(dòng)件，畫出機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角的位置；

4、在什么情況下機(jī)構(gòu)存在死點(diǎn)位置？解：1、因?yàn)閘AB+lCD=20+85=105mm<lBC+lAD=60+50=110mm

且連架桿AB為最短桿

故，AB桿就是曲柄，該機(jī)構(gòu)是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)2、取比例尺=1mm/mm，作搖桿CD處在兩個(gè)極限位置時(shí)的機(jī)構(gòu)位置圖AB1C1D和AB2C2D，如圖b所示。圖中，∠C1

AC2

為極位夾角θ。

由圖中量得：θ=59o

故該機(jī)構(gòu)有急回特性。

故，可求得：K=(180o+θ)/(180o–θ)=(180o+59o)/(180o-59o)=1.983、若以曲柄AB為主動(dòng)件，則機(jī)構(gòu)在曲柄AB與機(jī)架AD共線的兩個(gè)位置之一存在最小傳動(dòng)角γmin

由圖可得：γmin=∠B’’C’’D=15o4、當(dāng)以搖桿CD為主動(dòng)件，則從動(dòng)件AB與連桿BC共線的兩個(gè)位置AB1C1D和AB2C2D，即為機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置。

圖2-1自測(cè)試題

一、判斷題（正確：T，錯(cuò)誤：F）1.平面連桿機(jī)構(gòu)是低副機(jī)構(gòu)，其接觸處壓強(qiáng)較小，因此適用于受力較大的場(chǎng)合。

2.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)通過機(jī)架的轉(zhuǎn)換，就一定可以得到曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)。

3.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)如有曲柄存在，則曲柄必為最短構(gòu)件。4.在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄為主動(dòng)件時(shí)，機(jī)構(gòu)沒有死點(diǎn)。答案5.在擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄為主動(dòng)件時(shí)，曲柄在任何位置時(shí)其傳動(dòng)角均相同。6.極位夾角θ

>0的四桿機(jī)構(gòu)，一定有急回特性。

7.在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，只有當(dāng)曲柄與滑塊導(dǎo)路垂直時(shí)，傳動(dòng)角才可能出現(xiàn)最小值。

8.傳動(dòng)角就是連桿與從動(dòng)件的夾角。

9.連桿機(jī)構(gòu)任一位置的傳動(dòng)角與壓力角之和恒等于90o。

10.從傳力效果來看，傳動(dòng)角越大越好，壓力角越小越好。

答案二、填空題1.平面連桿機(jī)構(gòu)是構(gòu)件用______連接而成的機(jī)構(gòu)，當(dāng)平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)副都是______，則稱為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。2.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的三種基本形式是____、

____和___。它們是按照______來確定的。3.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，固定不動(dòng)的桿稱為_

___，不與機(jī)架直接連接的桿稱為____，用轉(zhuǎn)動(dòng)副與機(jī)架連接的桿稱為_____。4.機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置時(shí)，其傳動(dòng)角等于__，壓力角等于___。5.平行四邊形機(jī)構(gòu)的極位夾角=___,它的行程速比系數(shù)K____。6.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)演化成其它形式的四桿機(jī)構(gòu)常有三種方法，它們是______、________和_______。7.一對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，若以滑塊為機(jī)架，則將演化成___________機(jī)構(gòu)。8.曲柄為主動(dòng)件的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)從動(dòng)搖桿處于兩極限位置時(shí)，________在該位置所夾的銳角，稱為極位夾角。9.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，_____角越大，對(duì)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)越有利。10.死點(diǎn)是指不計(jì)摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)所處的特殊位置，可借助_____或采用_____的方法使機(jī)構(gòu)能順利通過死點(diǎn)位置而正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

三、選擇題1.下面

不是平面連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。A.運(yùn)動(dòng)副是面接觸，故壓強(qiáng)小、耐磨損；B.運(yùn)動(dòng)副制造簡(jiǎn)單，容易獲得較高的制造精度；C.容易實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)換；D.容易精確地實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。答案2.四桿長(zhǎng)度不等的雙曲柄機(jī)構(gòu)，若主動(dòng)曲柄作連續(xù)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)