第三章平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計

§3-1平面連桿機構(gòu)的特點及其設(shè)計的基本問題§3-2平面四桿機構(gòu)的基本形式及其演化§3-3平面四桿機構(gòu)的主要工作特性緒論定義：若干剛性構(gòu)件通過低副聯(lián)接而成的機構(gòu)，稱為連桿機構(gòu)，又稱低副機構(gòu)。一、連桿機構(gòu)§3-1平面連桿機構(gòu)的特點及其設(shè)計的基本問題

平面連桿機構(gòu)構(gòu)件運動形式多樣，如可實現(xiàn)轉(zhuǎn)動、擺動、移動和平面復(fù)雜運動，從而可用于剛體引導(dǎo)、實現(xiàn)已知運動規(guī)律或已知軌跡。剛體引導(dǎo)實現(xiàn)已知運動軌跡二、連桿機構(gòu)的作用實現(xiàn)已知運動規(guī)律§3-1平面連桿機構(gòu)的特點及其設(shè)計的基本問題三、連桿機構(gòu)的特點?

承受載荷大，便于潤滑?

制造方便，易獲得較高的精度?

兩構(gòu)件之間的接觸靠幾何封閉實現(xiàn)?

實現(xiàn)多種運動規(guī)律和軌跡要求優(yōu)點§3-1平面連桿機構(gòu)的特點及其設(shè)計的基本問題缺點

?慣性力不易平衡

?不易精確實現(xiàn)各種運動規(guī)律和軌跡要求§3-1平面連桿機構(gòu)的特點及其設(shè)計的基本問題四、連桿機構(gòu)的分類1)根據(jù)構(gòu)件之間的相對運動分類平面連桿機構(gòu)(Planarlinkage)空間連桿機構(gòu)(Spatiallinkage)§3-1平面連桿機構(gòu)的特點及其設(shè)計的基本問題2)根據(jù)構(gòu)件的數(shù)目分類四桿機構(gòu)五桿機構(gòu)六桿機構(gòu)多桿機構(gòu)§3-1平面連桿機構(gòu)的特點及其設(shè)計的基本問題3)根據(jù)機構(gòu)自由度數(shù)分類單自由度連桿機構(gòu)雙自由度連桿機構(gòu)多自由度連桿機構(gòu)§3-1平面連桿機構(gòu)的特點及其設(shè)計的基本問題4)根據(jù)運動鏈的開或閉分類

本章主要討論平面四桿機構(gòu)。開鏈連桿機構(gòu)平面四桿機構(gòu)廣泛應(yīng)用的是平面四桿機構(gòu)，而且它是構(gòu)成和研究平面多桿機構(gòu)的基礎(chǔ)?！?-1平面連桿機構(gòu)的特點及其設(shè)計的基本問題五、平面連桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題問題一：實現(xiàn)構(gòu)件給定位置（剛體導(dǎo)引）

要求連桿機構(gòu)按規(guī)定順序精確或近似地經(jīng)過給定的若干位置?！?-1平面連桿機構(gòu)的特點及其設(shè)計的基本問題問題二：實現(xiàn)已知運動規(guī)律（或函數(shù)生成）

要求主、從動件滿足已知的若干組對應(yīng)位置關(guān)系，包括滿足一定的急回特性要求，或者在主動件運動規(guī)律一定時，從動件能精確地或近似地按給定規(guī)律運動?！?-1平面連桿機構(gòu)的特點及其設(shè)計的基本問題問題三：實現(xiàn)已知運動軌跡

要求連桿機構(gòu)中作平面運動的構(gòu)件上某一點精確或近似地沿著給定的軌跡運動。§3-1平面連桿機構(gòu)的特點及其設(shè)計的基本問題§3-1平面連桿機構(gòu)的特點及其設(shè)計的基本問題§3-2平面四桿機構(gòu)的基本形式及其演化§3-3平面四桿機構(gòu)的主要工作特性緒論一、平面四桿機構(gòu)的基本形式－－鉸鏈四桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)--所有運動副均為轉(zhuǎn)動副的平面四桿機構(gòu)。它是平面四桿機構(gòu)的最基本的型式，其它型式的平面四桿機構(gòu)都可看作是在它的基礎(chǔ)上通過演化而成的?！?-2平面連桿機構(gòu)的基本形式及其演化機架連桿能繞其軸線轉(zhuǎn)360o的連架桿。僅能繞其軸線作往復(fù)擺動的連架桿?！锴飺u桿連架桿組成轉(zhuǎn)動副的兩構(gòu)件能作整周轉(zhuǎn)動?！镎D(zhuǎn)副★擺動副轉(zhuǎn)動副組成轉(zhuǎn)動副的兩構(gòu)件僅能作往復(fù)擺動。BADC整轉(zhuǎn)副擺動副連架桿§3-2平面連桿機構(gòu)的基本形式及其演化1.鉸鏈四桿機構(gòu)的三種基本形式曲柄搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)根據(jù)連架桿為曲柄或搖桿的不同，鉸鏈四桿機構(gòu)分為三種基本型式：§3-2平面連桿機構(gòu)的基本形式及其演化2.鉸鏈四桿機構(gòu)的應(yīng)用曲柄搖桿機構(gòu)曲柄主動§3-2平面連桿機構(gòu)的基本形式及其演化搖桿主動§3-2平面連桿機構(gòu)的基本形式及其演化雙曲柄機構(gòu)普通雙曲柄機構(gòu)§3-2平面連桿機構(gòu)的基本形式及其演化平行四邊形機構(gòu)§3-2平面連桿機構(gòu)的基本形式及其演化雙搖桿機構(gòu)§3-2平面連桿機構(gòu)的基本形式及其演化等腰梯形機構(gòu)反平行四邊形機構(gòu)§3-2平面連桿機構(gòu)的基本形式及其演化?

取不同構(gòu)件為機架[倒置]，構(gòu)件之間的相對運動與機架的選取無關(guān)。?

用移動副代替轉(zhuǎn)動副，轉(zhuǎn)動副演化[變異]為移動副。?改變移動副結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)件和桿狀構(gòu)件互換，不會影響構(gòu)件之間的相對運動。?

擴大轉(zhuǎn)動副，或改變轉(zhuǎn)動副結(jié)構(gòu)，不會影響構(gòu)件之間的相對運動。§3-2平面連桿機構(gòu)的基本形式及其演化二、平面四桿機構(gòu)的演化1.三種鉸鏈四桿機構(gòu)的關(guān)系

構(gòu)件之間的相對運動與機架的選取無關(guān)取1為機架雙曲柄機構(gòu)取3為機架雙搖桿機構(gòu)取2為機架曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)§3-2平面連桿機構(gòu)的基本形式及其演化通過更換機架得到的機構(gòu)稱為倒置機構(gòu)2.含一個移動副的四桿機構(gòu)使C點沿弧形導(dǎo)槽運動CD長趨于無窮大

曲柄搖桿機構(gòu)演化為含一個移動副的四桿機構(gòu)，稱為曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)中的轉(zhuǎn)動副D演化為移動副§3-2平面連桿機構(gòu)的基本形式及其演化e——偏距，曲柄回轉(zhuǎn)中心A至經(jīng)過C點直槽中心線的距離。e≠0——偏置曲柄滑塊機構(gòu)e＝0——對心曲柄滑塊機構(gòu)偏置曲柄滑塊機構(gòu)對心曲柄滑塊機構(gòu)§3-2平面連桿機構(gòu)的基本形式及其演化

內(nèi)燃機、蒸氣機、往復(fù)式抽水機、空氣壓縮機及沖床等的主要機構(gòu)都是曲柄滑塊機構(gòu)?！?-2平面連桿機構(gòu)的基本形式及其演化曲柄滑塊機構(gòu)的倒置取不同構(gòu)件為機架（A、B為整轉(zhuǎn)副）取1為機架取2為機架取3為機架§3-2平面連桿機構(gòu)的基本形式及其演化1234曲柄滑塊機構(gòu)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)曲柄搖塊機構(gòu)移動導(dǎo)桿機構(gòu)§3-2平面連桿機構(gòu)的基本形式及其演化導(dǎo)桿機構(gòu)二、含兩個移動副的四桿機構(gòu)將轉(zhuǎn)動副C演化為移動副1.正弦機構(gòu)C→∞§3-2平面連桿機構(gòu)的基本形式及其演化

若將對心曲柄滑塊機構(gòu)中的轉(zhuǎn)動副B演化為移動副，則得正切機構(gòu)或正切發(fā)生器，此時構(gòu)件1只能在一定角度范圍內(nèi)擺動，關(guān)有關(guān)系：§3-2平面連桿機構(gòu)的基本形式及其演化正切搖塊搖桿搖桿導(dǎo)桿滑塊搖塊取1為機架取2為機架取3為機架§3-2平面連桿機構(gòu)的基本形式及其演化正切機構(gòu)的倒置§3-2平面連桿機構(gòu)的基本形式及其演化含兩個移動副的四桿機構(gòu)的應(yīng)用三、偏心輪機構(gòu)（擴大轉(zhuǎn)動副機構(gòu)）

在曲柄滑塊機構(gòu)或其他含有曲柄的四桿機構(gòu)中，如果曲軸長度很短，則在桿狀曲軸兩端裝設(shè)兩個轉(zhuǎn)動副將存在結(jié)構(gòu)設(shè)計上的困難。而如果曲柄需安裝在直軸的兩支承之間，則將導(dǎo)致連桿與曲柄軸的運動干涉。曲軸，力學(xué)性能差§3-2平面連桿機構(gòu)的基本形式及其演化偏心輪－工程中常將曲柄設(shè)計成偏心距為曲柄長的

偏心圓盤。(適用于載荷很大，行程較小的機構(gòu)，如沖床、減床、壓印機床等)偏心輪機構(gòu)－曲柄為偏心輪結(jié)構(gòu)的連桿機構(gòu)?！?-2平面連桿機構(gòu)的基本形式及其演化

在要求曲柄長度和從動件行程可調(diào)節(jié)的場合，常采用雙偏心輪機構(gòu)。曲柄由偏心距分別為AO1、O1O2的兩個偏心輪1、2組成，通過改變兩偏心輪相對周向位置，可實現(xiàn)曲柄長度AB在一定范圍內(nèi)的連續(xù)調(diào)節(jié)，從而使滑塊4具有不同的行程。§3-2平面連桿機構(gòu)的基本形式及其演化§3-1平面連桿機構(gòu)的特點及其設(shè)計的基本問題§3-2平面四桿機構(gòu)的基本形式及其演化§3-3平面四桿機構(gòu)的主要工作特性緒論一、轉(zhuǎn)動副為整轉(zhuǎn)副的充分必要條件B1C1D成立B2C2D成立§3-3平面四桿機構(gòu)的主要工作特性a最短格拉?；舴?Grashoff)判據(jù)或桿長之和條件：最短構(gòu)件與最長構(gòu)件長度之和小于等于其它兩構(gòu)件長度之和——LSC重要，熟記！§3-3平面四桿機構(gòu)的主要工作特性結(jié)論：鉸鏈四桿運動鏈中，某一轉(zhuǎn)動副為整轉(zhuǎn)副的充分必要條件是組成該轉(zhuǎn)動副的兩構(gòu)件中必有一個構(gòu)件為最短構(gòu)件，且四個構(gòu)件的長度滿足桿長之和條件。推論1：如果四個構(gòu)件的長度不滿足桿長之和條件，則四個轉(zhuǎn)動副均為擺動副，從而無論取哪個構(gòu)件為機架，均得雙搖桿機構(gòu)。第一種雙搖桿機構(gòu)：adcb?

b最短，

?

b+d(最長)>a+c§3-3平面四桿機構(gòu)的主要工作特性推論2：鉸鏈四桿運動鏈中四個構(gòu)件的長度滿足桿長之和條件，且其中一個構(gòu)件的長度小于其他三個構(gòu)件中任一構(gòu)件的長度，則該最短構(gòu)件所聯(lián)接的兩個轉(zhuǎn)動副均為整轉(zhuǎn)副，另兩個轉(zhuǎn)動副均為擺動副。?

a最短，

?

a+d(最長)≤b+c機架連桿BADC整轉(zhuǎn)副擺動副連架桿adcb

若取最短構(gòu)件為機架，則得雙曲柄機構(gòu)，而取最短構(gòu)件的任一相鄰構(gòu)件為機架，則得曲柄搖桿機構(gòu)，又若取最短構(gòu)件的對邊為機架，則得雙搖桿機構(gòu)。§3-3平面四桿機構(gòu)的主要工作特性機架1機架2機架3機架4雙曲柄曲柄搖桿雙搖桿曲柄搖桿鉸鏈四桿運動鏈§3-3平面四桿機構(gòu)的主要工作特性?

a最短，

?

a+d(最長)≤b+c但取最短桿a的對面桿為機架第二種雙搖桿機構(gòu)：§3-3平面四桿機構(gòu)的主要工作特性

例：判斷圖示兩個鉸鏈四桿機構(gòu)的類型解：對圖(a)，有：∵30+70>40+55∴該機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)。對圖(b)，有：∵20+80<40+70，且機架為最短桿的相鄰桿，∴該機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)。3070405520804070(a)(b)§3-3平面四桿機構(gòu)的主要工作特性

例：若要求該機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)，問AB桿尺寸應(yīng)為多少？B1107060ACD解：1.設(shè)AB為最短桿即LAB+110≤60+70LAB≤202.設(shè)AB為最長桿即LAB+60≤110+70LAB≤1203.設(shè)AB為之間桿即110+60≤LAB+70100≤LAB所以AB桿的取值范圍為：LAB≤20，100≤LAB≤120§3-3平面四桿機構(gòu)的主要工作特性1.極位夾角：機構(gòu)從動件處于兩個極限位置時，原動件所處兩個對應(yīng)位置之間所夾的銳角θ。2.急回特性：在曲柄等速回轉(zhuǎn)的情況下，從動件往復(fù)運動速度并不相等，這種現(xiàn)象稱為機構(gòu)的急回特性。二、★極位夾角和急回特性§3-3平面四桿機構(gòu)的主要工作特性

曲柄搖桿所需時間C點平均角速度AB1→AB2轉(zhuǎn)角φ1=180o+θC1D→C2D

轉(zhuǎn)角ψt1＝φ1/ω1ω'3＝ψ/t1AB2→AB1轉(zhuǎn)角φ2=180o-θC2D→C1D

轉(zhuǎn)角ψω''3＝ψ/t2∵t1>t2∴ω'3<ω''3工作行程空回行程t2＝φ2/ω1§3-3平面四桿機構(gòu)的主要工作特性3.從動件行程速度變化系數(shù)極位夾角θ是產(chǎn)生急回特性的根本原因θ↑→K↑→急回越顯著若θ=0o，則無急回或§3-3平面四桿機構(gòu)的主要工作特性●對心式曲柄滑塊機構(gòu)結(jié)論：對心式曲柄滑塊機構(gòu)無急回特性?！?/p>

偏置式曲柄滑塊機構(gòu)結(jié)論：偏置式曲柄滑塊機構(gòu)有急回特性。4.推廣到曲柄滑塊機構(gòu):B1C1BACB2C2ABCB1C1C2B2§3-3平面四桿機構(gòu)的主要工作特性5.推廣到導(dǎo)桿機構(gòu):C1C2BACθψ

結(jié)論：有急回特性，且極位夾角等于擺桿擺角，即§3-3平面四桿機構(gòu)的主要工作特性三、★壓力角和傳動角∴α越小，受力越好。γ越大，受力越好。FvcFn1ABCD234ω1δαγFt1.壓力角:連桿對從動件力作用線與從動件該點的速度方向之間所夾的銳角，為機構(gòu)的壓力角α

。2.傳動角:壓力角α的余角γ稱為傳動角。

機構(gòu)常用傳動角大小及變化來衡量機構(gòu)傳力性能的好壞?！?-3平面四桿機構(gòu)的主要工作特性3.曲柄搖桿機構(gòu)的最小傳動角位置δ為銳角：傳動角γ＝δ4vcABCDF123以曲柄1為原動件的曲柄搖桿機構(gòu)：f

★當(dāng)曲柄1和機架4處于兩共線位置時，連桿和輸出件的夾角最小和最大（）。F1vcDFCABF21234abcdB2DAC2B1C1δ為鈍角：傳動角γ＝180o－δ§3-3平面四桿機構(gòu)的主要工作特性ACBDvBFFvcaAB134Cb2vcABC12F一、舉例：二、思考：若以曲柄為原動件，鉸鏈四桿機構(gòu)的左右極限位置和兩個可能的最小傳動角位置有什么不同？§3-3平面四桿機構(gòu)的主要工作特性四、死點位置

若以搖桿CD為主動件，則當(dāng)連桿與從動曲柄共線時，機構(gòu)傳動角為零，這時CD通過連桿作用于從動件AB上的力恰好通過其回