第10章平面連桿機(jī)構(gòu)

第2章平面連桿機(jī)構(gòu)§2-1

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式和特性

§2-2

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件

§2-3

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化

§2-4

平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

學(xué)習(xí)重點(diǎn)預(yù)熱：

什么是平面連桿機(jī)構(gòu)？特點(diǎn)及研究?jī)?nèi)容是什么？預(yù)熱

定義:全由低副（轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副）構(gòu)成的平面機(jī)構(gòu)稱為平面連桿機(jī)構(gòu)

特點(diǎn)：面接觸，承載能力強(qiáng)，耐磨損；易于制造和獲得較高的制造精度；能實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

缺點(diǎn)：效率低；累計(jì)運(yùn)動(dòng)誤差較大；高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不平衡動(dòng)載荷較大，且難于消除。

內(nèi)容：類型、應(yīng)用及其特性，平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

1234ABCD連桿連架桿連架桿機(jī)架曲柄搖桿(擺桿)(整轉(zhuǎn))(擺轉(zhuǎn))機(jī)架、連桿、連架桿機(jī)架－參考系（固定件）連架桿－與機(jī)架相聯(lián)連桿－不與機(jī)架相聯(lián)基本構(gòu)件曲柄：可回轉(zhuǎn)360°的連架桿搖桿：擺角小于360°的連架桿滑塊：作往復(fù)移動(dòng)的連架桿連架桿鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)－全由轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)的平面四桿機(jī)構(gòu)§2-1

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式和特性

一、平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式—鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)一、平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式—鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)

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)

二、平面四桿機(jī)構(gòu)的演化型式

1．曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

2．導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

3．偏心輪機(jī)構(gòu)

§2-1

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式和特性

運(yùn)動(dòng)副全是轉(zhuǎn)動(dòng)副

1.曲柄搖桿機(jī)構(gòu)☆

兩連架桿中一個(gè)為曲柄，另一個(gè)為搖桿。

曲柄為主動(dòng)件時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)由曲柄的整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)到搖桿往復(fù)擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換。搖桿為主動(dòng)件時(shí)，則可以將搖桿的擺動(dòng)轉(zhuǎn)換為曲柄的整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

應(yīng)用舉例：

①牛頭刨床工作臺(tái)橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)

②縫紉機(jī)的踏板機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用---雷達(dá)縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)

牛頭刨床進(jìn)給機(jī)構(gòu)縫紉機(jī)踏板\牛頭刨床進(jìn)給機(jī)構(gòu)圖

(a)局部結(jié)構(gòu)圖;(b)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

1—主動(dòng)齒輪;2—從動(dòng)齒輪;3—連桿;4—搖桿（棘爪）;5—棘輪;6—絲杠;7—機(jī)架

1）急回特性和行程速比系數(shù)搖桿的擺角ψ＝∠C1DC2；極位夾角θ工作行程回程曲柄等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，搖桿往復(fù)擺動(dòng)的平均速度不相同，這種運(yùn)動(dòng)稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的急回運(yùn)動(dòng)。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的急回運(yùn)動(dòng)程度可以用2和的比值來(lái)衡量,稱為行程速比系數(shù)。θ↗，↗，急回程度↗。θ=0時(shí)，

=1時(shí)，機(jī)構(gòu)無(wú)急回運(yùn)動(dòng)。

傳動(dòng)角壓力角的余角。2）壓力角和傳動(dòng)角

壓力角

從動(dòng)件受力點(diǎn)（C點(diǎn)）的受力方向與受力點(diǎn)的速度方向之間所夾的銳角。壓力角越小，傳動(dòng)角越大，機(jī)構(gòu)傳力性能越好。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使≥在△ABD和△BCD中，分別有式中，。聯(lián)立求解得δ與γ如何確定鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角？①當(dāng)δ≤時(shí)，=δ（對(duì)頂角關(guān)系）；②當(dāng)δ＞時(shí)，=-δ（互為補(bǔ)角關(guān)系）。由此可見(jiàn)，要判斷min位置前，首先應(yīng)判斷δmin、δmax位置?？煞忠韵氯N情況討論：

①δ≤時(shí)，min=δmin

；②δ＞時(shí)，min=-δmax

；③機(jī)構(gòu)中①和②兩種情況共存時(shí)，可先計(jì)算當(dāng)δ≤時(shí)的1min=δmin

，然后再計(jì)算當(dāng)δ＞時(shí)的=-δmax

。則min＝min{1min,2min}。結(jié)論：

min可能發(fā)生在主動(dòng)曲柄與機(jī)架兩次共線（AB′，AB″）的位置之一處，即處。

進(jìn)一步分析δ與的關(guān)系3）死點(diǎn)位置1．死點(diǎn)的概念

在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)搖桿為主動(dòng)件時(shí)，當(dāng)連桿與從動(dòng)曲柄共線時(shí)，機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角＝，此時(shí)主動(dòng)件CD通過(guò)連桿作用于從動(dòng)曲柄AB上的力恰好通過(guò)其回轉(zhuǎn)中心，所以出現(xiàn)了不能使構(gòu)件AB轉(zhuǎn)動(dòng)的頂死現(xiàn)象，機(jī)構(gòu)的這種位置稱為死點(diǎn)位置或死點(diǎn)。2．死點(diǎn)的缺陷對(duì)于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，存在死點(diǎn)位置是一個(gè)缺陷，常采用下列措施使機(jī)構(gòu)順利通過(guò)死點(diǎn)位置：①利用系統(tǒng)的慣性；②利用特殊機(jī)構(gòu)。

3．死點(diǎn)的利用在工程中也常常應(yīng)用死點(diǎn)位置實(shí)現(xiàn)工作要求。如快速夾具、飛機(jī)起落架等。

具夾速快

利用慣性利用機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列正平行四邊形機(jī)構(gòu)蒸汽機(jī)車的車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)2.雙曲柄機(jī)構(gòu)☆兩個(gè)連架桿都能作整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)振動(dòng)篩（也稱為慣性篩）在雙曲柄機(jī)構(gòu)中，如果組成四邊形的對(duì)邊長(zhǎng)度分別相等

則根據(jù)曲柄相對(duì)位置的不同，可得到正平行四邊形機(jī)構(gòu)和反平行四邊形機(jī)構(gòu)。反平行四邊形機(jī)構(gòu)車門(mén)啟閉機(jī)構(gòu)

3.雙搖桿機(jī)構(gòu)☆兩連架桿均為搖桿飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)起重機(jī)中重物平移機(jī)構(gòu)汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)(等腰梯形機(jī)構(gòu))

在中①

②

整理得③

將式①、②、③中的三個(gè)不等式兩兩相加，化簡(jiǎn)后得④④

曲柄存在條件：①最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和；②連架桿與機(jī)架中必有一桿為最短桿。你會(huì)判斷由不同桿作機(jī)架時(shí)四桿機(jī)構(gòu)屬于哪種機(jī)構(gòu)么？§2-2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件（曲柄存在條件）

在中雙搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)以最短桿相鄰桿為機(jī)架以與最短桿相對(duì)的桿為機(jī)架以最短桿為機(jī)架NY判斷由不同桿作機(jī)架時(shí)四桿機(jī)構(gòu)屬于哪種機(jī)構(gòu)取不同構(gòu)件為機(jī)架時(shí)的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)型式(a)構(gòu)件4為機(jī)架;(b)構(gòu)件2為機(jī)架;(c)構(gòu)件1為機(jī)架;(d)構(gòu)件3為機(jī)架取不同構(gòu)件為機(jī)架時(shí)的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)型式

1.曲柄滑塊機(jī)構(gòu)☆一連架桿為曲柄，另一連架桿相對(duì)機(jī)架作往復(fù)移動(dòng)而稱為滑塊應(yīng)用舉例：內(nèi)燃機(jī)、空氣壓縮機(jī)、沖床和縫紉機(jī)等。對(duì)心式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)§2-3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化

取曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的不同構(gòu)件作為機(jī)架，可以得到以下四種不同的機(jī)構(gòu)。2.導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿滑塊機(jī)構(gòu)（搖塊機(jī)構(gòu)）移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（定塊機(jī)構(gòu)）應(yīng)用

導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用圖(a)曲柄滑塊機(jī)構(gòu);(b)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu);

（c)擺動(dòng)導(dǎo)桿滑塊機(jī)構(gòu)(搖塊機(jī)構(gòu)）;(d)移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（定塊機(jī)構(gòu)）

導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)圖2

曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)(a)曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu);(b)電氣開(kāi)關(guān)小型刨床機(jī)構(gòu)卡車車廂自動(dòng)翻轉(zhuǎn)卸料機(jī)構(gòu)

手動(dòng)抽水機(jī)

3.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。（a）等效曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（b）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（c）等效曲柄搖桿機(jī)構(gòu)（d)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)§2-4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要任務(wù)根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)條件，用圖解法、解析法或?qū)嶒?yàn)法確定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸。①按給定的位置或運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)；②按給定的軌跡要求設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)。一、按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)二、按給定的連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)三、按給定的兩連架桿對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)四、按給定的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)１．連桿曲線２．圖譜法一、按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)1．曲柄搖桿機(jī)構(gòu)2．曲柄滑塊機(jī)構(gòu)3．導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)已知條件：行程速比系數(shù)K、搖桿的長(zhǎng)度CD和搖桿的擺角Ψ

（1）計(jì)算極位夾角（2）取適當(dāng)?shù)谋壤擀蘬=CD/CD(m/mm)，并由

CD和Ψ

作出兩極限位置C1D、C2D;（3）過(guò)C2點(diǎn)作∠C1C2N＝90°－θ的射線C2N，然后再過(guò)C1點(diǎn)作C2C1的垂線C1N交C2N于P;（4）以C2P為直徑作圓，圓心為O，則A點(diǎn)必在此圓上;（5）由其他已知條件在圓周上取點(diǎn)A，連AC1、AC2;（6）以A為圓心，AC1為半徑做圓弧交AC2于E點(diǎn)，作EC2的垂直平分線得EC2之半即為AB長(zhǎng)度由于極限位置處曲柄與連桿共線，故AC2＝BC＋AB，AC1＝BC－AB，因此，容易得到（7）討論：由于A點(diǎn)可在△C1PC2的外接圓周的弧C1PC2上任意選取，所以，若僅按行程速比系數(shù)K來(lái)設(shè)計(jì)，可以得到無(wú)窮多組解。因此，在未給出其它附加條件的情況下，如欲獲得良好的傳動(dòng)質(zhì)量，可按照傳動(dòng)角最優(yōu)或其它輔助條件來(lái)確定A點(diǎn)的位置。1．曲柄搖桿機(jī)構(gòu)2．曲柄滑塊機(jī)構(gòu)已知條件：行程速比系數(shù)K、滑塊行程H

偏心距e

①計(jì)算極位夾角;

②作直線C1C2＝H/μl，且C1、C2作為滑塊的兩極限位置;③根據(jù)C1、C2點(diǎn)求滿足極位夾角為θ的A點(diǎn)（結(jié)果為一圓弧C1PC2）;

④作一直線與平行，并使其間的距離等于偏心距e，則此直線與上述圓弧的交點(diǎn)即為曲柄的軸心A的位置;⑤連接AC1、AC2，并按上述作圖方法，即可得到曲柄的長(zhǎng)度lAB和連桿的長(zhǎng)度lBC。3．導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)分析（機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖演示）：對(duì)于擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，其極位夾角θ等于導(dǎo)桿的擺角Ψ，而所需要確定的尺寸是曲柄長(zhǎng)度lAC。已知條件：行程速比系數(shù)K、機(jī)架長(zhǎng)度lAD

①計(jì)算極位夾角；

②選擇適當(dāng)?shù)谋壤咦髦本€μl，任選固定鉸鏈點(diǎn)D；③按夾角Ψ（＝θ）作出導(dǎo)桿的兩極限位置Dm和Dn；④作擺角Ψ的角平分線AD，并在AD上截取AD=lAD/μl，即可得到曲柄軸心A點(diǎn)的位置；⑤過(guò)A點(diǎn)作導(dǎo)桿極限位置的垂線AC1（或AC2），即得曲柄長(zhǎng)度lAC=μlAC。二、按給定的連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)分析：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，其連桿必須能依次通過(guò)預(yù)定位置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，……。顯然，此類機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)就是確定兩固定鉸鏈A、D點(diǎn)的位置。由鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)可知，連桿上B、C兩點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡分別是以A、D兩點(diǎn)為圓心的圓或圓弧，而連桿相鄰位置對(duì)應(yīng)點(diǎn)的連線B1B2、B2B3、C1C2、C2C3……分別為對(duì)應(yīng)圓或圓弧上的弦長(zhǎng)。所以，A、D兩點(diǎn)必然分別位于上述對(duì)應(yīng)弦長(zhǎng)的垂直平分線上。這樣，此類連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)就變得比較簡(jiǎn)單了。下面分別討論兩種情況的主要設(shè)計(jì)步驟：

1．給定連桿兩個(gè)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)2．給定連桿三個(gè)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)1．給定連桿兩個(gè)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)主要設(shè)計(jì)步驟：①根據(jù)已知條件，選取適當(dāng)?shù)谋壤擀蘬，繪出連桿的兩個(gè)位置

；

②連接，并分別作它們的垂直平分線；③在和上分別任取兩點(diǎn)A、D（一般也可根據(jù)其它輔助條件選?。虎苓B接AB1C1D即為所求四桿機(jī)構(gòu)的一個(gè)位置。

注意：在給定連桿的兩個(gè)位置要求設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)時(shí)，由于A、D兩點(diǎn)可在

和

上任意選取，因此可得無(wú)窮多組解。一般還應(yīng)該考慮其它輔助條件