第10章平面連桿機構

第2章平面連桿機構§2-1

鉸鏈四桿機構的基本型式和特性

§2-2

鉸鏈四桿機構有整轉副的條件

§2-3

鉸鏈四桿機構的演化

§2-4

平面連桿機構的設計

學習重點預熱：

什么是平面連桿機構？特點及研究內(nèi)容是什么？預熱

定義:全由低副（轉動副、移動副）構成的平面機構稱為平面連桿機構

特點：面接觸，承載能力強，耐磨損；易于制造和獲得較高的制造精度；能實現(xiàn)多種運動規(guī)律。

缺點：效率低；累計運動誤差較大；高速運轉時不平衡動載荷較大，且難于消除。

內(nèi)容：類型、應用及其特性，平面四桿機構的設計

1234ABCD連桿連架桿連架桿機架曲柄搖桿(擺桿)(整轉)(擺轉)機架、連桿、連架桿機架－參考系（固定件）連架桿－與機架相聯(lián)連桿－不與機架相聯(lián)基本構件曲柄：可回轉360°的連架桿搖桿：擺角小于360°的連架桿滑塊：作往復移動的連架桿連架桿鉸鏈四桿機構－全由轉動副相聯(lián)的平面四桿機構§2-1

鉸鏈四桿機構的基本型式和特性

一、平面四桿機構的基本型式—鉸鏈四桿機構一、平面四桿機構的基本型式—鉸鏈四桿機構

1．曲柄搖桿機構

2．雙曲柄機構

3．雙搖桿機構

二、平面四桿機構的演化型式

1．曲柄滑塊機構

2．導桿機構

3．偏心輪機構

§2-1

鉸鏈四桿機構的基本型式和特性

運動副全是轉動副

1.曲柄搖桿機構☆

兩連架桿中一個為曲柄，另一個為搖桿。

曲柄為主動件時，可以實現(xiàn)由曲柄的整周回轉運動到搖桿往復擺動的運動轉換。搖桿為主動件時，則可以將搖桿的擺動轉換為曲柄的整周回轉運動。

應用舉例：

①牛頭刨床工作臺橫向進給機構

②縫紉機的踏板機構曲柄搖桿機構應用---雷達縫紉機踏板機構

牛頭刨床進給機構縫紉機踏板\牛頭刨床進給機構圖

(a)局部結構圖;(b)曲柄搖桿機構運動簡圖

1—主動齒輪;2—從動齒輪;3—連桿;4—搖桿（棘爪）;5—棘輪;6—絲杠;7—機架

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動時，搖桿往復擺動的平均速度不相同，這種運動稱為曲柄搖桿機構的急回運動。曲柄搖桿機構的急回運動程度可以用2和的比值來衡量,稱為行程速比系數(shù)。θ↗，↗，急回程度↗。θ=0時，

=1時，機構無急回運動。

傳動角壓力角的余角。2）壓力角和傳動角

壓力角

從動件受力點（C點）的受力方向與受力點的速度方向之間所夾的銳角。壓力角越小，傳動角越大，機構傳力性能越好。設計時應使≥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構的最小傳動角？①當δ≤時，=δ（對頂角關系）；②當δ＞時，=-δ（互為補角關系）。由此可見，要判斷min位置前，首先應判斷δmin、δmax位置?？煞忠韵氯N情況討論：

①δ≤時，min=δmin

；②δ＞時，min=-δmax

；③機構中①和②兩種情況共存時，可先計算當δ≤時的1min=δmin

，然后再計算當δ＞時的=-δmax

。則min＝min{1min,2min}。結論：

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

進一步分析δ與的關系3）死點位置1．死點的概念

在曲柄搖桿機構中，當搖桿為主動件時，當連桿與從動曲柄共線時，機構的傳動角＝，此時主動件CD通過連桿作用于從動曲柄AB上的力恰好通過其回轉中心，所以出現(xiàn)了不能使構件AB轉動的頂死現(xiàn)象，機構的這種位置稱為死點位置或死點。2．死點的缺陷對于傳動機構，存在死點位置是一個缺陷，常采用下列措施使機構順利通過死點位置：①利用系統(tǒng)的慣性；②利用特殊機構。

3．死點的利用在工程中也常常應用死點位置實現(xiàn)工作要求。如快速夾具、飛機起落架等。

具夾速快

利用慣性利用機構錯位排列正平行四邊形機構蒸汽機車的車輪聯(lián)動機構2.雙曲柄機構☆兩個連架桿都能作整周回轉運動振動篩（也稱為慣性篩）在雙曲柄機構中，如果組成四邊形的對邊長度分別相等

則根據(jù)曲柄相對位置的不同，可得到正平行四邊形機構和反平行四邊形機構。反平行四邊形機構車門啟閉機構

3.雙搖桿機構☆兩連架桿均為搖桿飛機起落架機構起重機中重物平移機構汽車前輪轉向機構(等腰梯形機構)

在中①

②

整理得③

將式①、②、③中的三個不等式兩兩相加，化簡后得④④

曲柄存在條件：①最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和；②連架桿與機架中必有一桿為最短桿。你會判斷由不同桿作機架時四桿機構屬于哪種機構么？§2-2鉸鏈四桿機構有整轉副的條件（曲柄存在條件）

在中雙搖桿機構曲柄搖桿機構雙搖桿機構雙曲柄機構以最短桿相鄰桿為機架以與最短桿相對的桿為機架以最短桿為機架NY判斷由不同桿作機架時四桿機構屬于哪種機構取不同構件為機架時的鉸鏈四桿機構型式(a)構件4為機架;(b)構件2為機架;(c)構件1為機架;(d)構件3為機架取不同構件為機架時的鉸鏈四桿機構型式

1.曲柄滑塊機構☆一連架桿為曲柄，另一連架桿相對機架作往復移動而稱為滑塊應用舉例：內(nèi)燃機、空氣壓縮機、沖床和縫紉機等。對心式曲柄滑塊機構偏置式曲柄滑塊機構§2-3鉸鏈四桿機構的演化

取曲柄滑塊機構中的不同構件作為機架，可以得到以下四種不同的機構。2.導桿機構曲柄轉動導桿機構曲柄擺動導桿機構擺動導桿滑塊機構（搖塊機構）移動導桿機構（定塊機構）應用

導桿機構應用圖(a)曲柄滑塊機構;(b)轉動導桿機構;

（c)擺動導桿滑塊機構(搖塊機構）;(d)移動導桿機構（定塊機構）

導桿機構圖2

曲柄擺動導桿機構(a)曲柄擺動導桿機構;(b)電氣開關小型刨床機構卡車車廂自動翻轉卸料機構

手動抽水機

3.偏心輪機構特點：容易加工；工作時潤滑條件和受力情況好；可用于較重載荷的傳動中。應用舉例：蒸汽機換氣閥傳動機構、沖壓機傳動機構等。（a）等效曲柄滑塊機構（b）曲柄滑塊機構（c）等效曲柄搖桿機構（d)曲柄搖桿機構§2-4平面四桿機構的設計主要任務根據(jù)給定的運動條件，用圖解法、解析法或實驗法確定機構的運動尺寸。①按給定的位置或運動規(guī)律要求設計四桿機構；②按給定的軌跡要求設計四桿機構。一、按給定的行程速比系數(shù)設計四桿機構二、按給定的連桿位置設計四桿機構三、按給定的兩連架桿對應位置設計四桿機構四、按給定的運動軌跡設計四桿機構１．連桿曲線２．圖譜法一、按給定的行程速比系數(shù)設計四桿機構1．曲柄搖桿機構2．曲柄滑塊機構3．導桿機構已知條件：行程速比系數(shù)K、搖桿的長度CD和搖桿的擺角Ψ

（1）計算極位夾角（2）取適當?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C2點作∠C1C2N＝90°－θ的射線C2N，然后再過C1點作C2C1的垂線C1N交C2N于P;（4）以C2P為直徑作圓，圓心為O，則A點必在此圓上;（5）由其他已知條件在圓周上取點A，連AC1、AC2;（6）以A為圓心，AC1為半徑做圓弧交AC2于E點，作EC2的垂直平分線得EC2之半即為AB長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來設計，可以得到無窮多組解。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質量，可按照傳動角最優(yōu)或其它輔助條件來確定A點的位置。1．曲柄搖桿機構2．曲柄滑塊機構已知條件：行程速比系數(shù)K、滑塊行程H

偏心距e

①計算極位夾角;

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點求滿足極位夾角為θ的A點（結果為一圓弧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，即可得到曲柄的長度lAB和連桿的長度lBC。3．導桿機構分析（機構簡圖演示）：對于擺動導桿機構，其極位夾角θ等于導桿的擺角Ψ，而所需要確定的尺寸是曲柄長度lAC。已知條件：行程速比系數(shù)K、機架長度lAD

①計算極位夾角；

②選擇適當?shù)谋壤咦髦本€μl，任選固定鉸鏈點D；③按夾角Ψ（＝θ）作出導桿的兩極限位置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點的位置；⑤過A點作導桿極限位置的垂線AC1（或AC2），即得曲柄長度lAC=μlAC。二、按給定的連桿位置設計四桿機構分析：根據(jù)設計要求，鉸鏈四桿機構在運動過程中，其連桿必須能依次通過預定位置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，……。顯然，此類機構設計的實質就是確定兩固定鉸鏈A、D點的位置。由鉸鏈四桿機構運動可知，連桿上B、C兩點的運動軌跡分別是以A、D兩點為圓心的圓或圓弧，而連桿相鄰位置對應點的連線B1B2、B2B3、C1C2、C2C3……分別為對應圓或圓弧上的弦長。所以，A、D兩點必然分別位于上述對應弦長的垂直平分線上。這樣，此類連桿機構的設計就變得比較簡單了。下面分別討論兩種情況的主要設計步驟：

1．給定連桿兩個位置設計四桿機構2．給定連桿三個位置設計四桿機構1．給定連桿兩個位置設計四桿機構主要設計步驟：①根據(jù)已知條件，選取適當?shù)谋壤擀蘬，繪出連桿的兩個位置

；

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即為所求四桿機構的一個位置。

注意：在給定連桿的兩個位置要求設計四桿機構時，由于A、D兩點可在

和

上任意選取，因此可得無窮多組解。一般還應該考慮其它輔助條件