機(jī)械原理教程

6.1概述6.2平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化6.3平面四桿機(jī)構(gòu)的基本工作特性6.4平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)第6章平面連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)：用低副連接而成的平面機(jī)構(gòu)。平面機(jī)構(gòu)：各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件都在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。③只用于速度較低的場(chǎng)合。平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)：1、能實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)形式。如：轉(zhuǎn)動(dòng)，擺動(dòng)，移動(dòng)，平面運(yùn)動(dòng)2、運(yùn)動(dòng)副為低副：面接觸：①承載能力大；②便于潤(rùn)滑。耐磨損，壽命長(zhǎng)幾何形狀簡(jiǎn)單——便于加工，成本低。3、缺點(diǎn)：①只能近似實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；②設(shè)計(jì)復(fù)雜；空間四桿機(jī)構(gòu)6.2平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化ABCD23CouplerFrame41SidelinklinkSide所有運(yùn)動(dòng)副均為轉(zhuǎn)動(dòng)副的平面四桿機(jī)構(gòu)。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)：4—機(jī)架1，3—連架桿→定軸轉(zhuǎn)動(dòng)2—連桿→平面運(yùn)動(dòng)一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型整轉(zhuǎn)副：二構(gòu)件相對(duì)運(yùn)動(dòng)為整周轉(zhuǎn)動(dòng)。擺動(dòng)副：二構(gòu)件相對(duì)運(yùn)動(dòng)不為整周轉(zhuǎn)動(dòng)。曲柄：作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的連架桿。搖桿：作非整周轉(zhuǎn)動(dòng)的連架桿。構(gòu)件4為機(jī)架——曲柄搖桿機(jī)構(gòu)構(gòu)件1為機(jī)架——雙曲柄機(jī)構(gòu)構(gòu)件2為機(jī)架——曲柄搖桿機(jī)構(gòu)構(gòu)件3為機(jī)架——雙搖桿機(jī)構(gòu)若A、D分別為整轉(zhuǎn)副和擺動(dòng)副，則,的變化范圍是[00，3600]，而其余兩角,則小于3600

。變換機(jī)架：

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)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式：1、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)在兩個(gè)連架桿中，一個(gè)為曲柄，另一個(gè)為搖桿。牛頭刨床橫向自動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)拉膠片機(jī)構(gòu)雷達(dá)調(diào)整機(jī)構(gòu)縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)輸送機(jī)爐門兩個(gè)連架桿均為曲柄的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。2、雙曲柄機(jī)構(gòu)慣性篩特例：平行四邊形機(jī)構(gòu)特征：兩連架桿等長(zhǎng)且平行，連桿作平動(dòng)。AB=CDBC=AD反平行四邊形機(jī)構(gòu)機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)平行四邊形機(jī)構(gòu)存在運(yùn)動(dòng)不確定位置?？刹捎脙山M機(jī)構(gòu)錯(cuò)開排列的方法予以克服。平行四邊形機(jī)構(gòu)a

運(yùn)動(dòng)不確定性；b

用輔助構(gòu)件克服運(yùn)動(dòng)不確定性兩個(gè)連架桿均為搖桿。3、雙搖桿機(jī)構(gòu)飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)特例：等腰梯形機(jī)構(gòu)——汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)鶴式起重機(jī)二、平面四桿機(jī)構(gòu)的演化型式１、改變構(gòu)件的形狀及相對(duì)尺寸的演化曲柄搖桿機(jī)構(gòu)（改變構(gòu)件形狀）曲線導(dǎo)軌的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)搖桿3的長(zhǎng)度增至無窮大搖桿3→滑塊鉸鏈c的運(yùn)動(dòng)軌跡由圓弧β-β變?yōu)橹本€曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的演化in-lineoffset曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的連桿ＢＣ長(zhǎng)度增至無窮大時(shí)，演化成雙滑塊機(jī)構(gòu)。

滑塊聯(lián)軸器橢圓儀曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，使B處的轉(zhuǎn)動(dòng)副半徑擴(kuò)大，以至包含A，得一偏心圓盤，機(jī)構(gòu)成為偏心輪機(jī)構(gòu)

。2、擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副尺寸偏心輪機(jī)構(gòu)的演化3、選用不同構(gòu)件為機(jī)架的演化

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)演化成導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)用途：牛頭刨床，差床或回傳式油泵。特征：傳動(dòng)角始終是90?，具有較好的傳動(dòng)能力轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)：擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)演化成搖塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)演化成定塊機(jī)構(gòu)搖塊機(jī)構(gòu)和定塊機(jī)構(gòu)

綜上所述，雖然四桿機(jī)構(gòu)型式多種多樣，但其本質(zhì)可認(rèn)為是由最基本的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)演化而成，從而為認(rèn)識(shí)和研究這些機(jī)構(gòu)提供了方便。

6.3平面四桿機(jī)構(gòu)的工作特性一、急回特性和行程速比系數(shù)C1B1C22BBDACwqψj1j2θ：極位夾角工作行程：原動(dòng)件作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，從動(dòng)件工作行程和空回行程的平均速度不相等。急回特性：空回行程：慢行程快行程急回特性行程速度變化系數(shù):∴擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的急回特性：

快行程：B2→B1慢行程：

B1→B2曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的急回特性：

偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)有急回特性；對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)無急回特性?？煨谐蹋篊2→C1，B2→B1慢行程：

C1→C2，B1→B2從動(dòng)件上某點(diǎn)的受力方向與從動(dòng)件上該點(diǎn)速度方向的所夾的銳角。2、傳動(dòng)角γ：P與Pn夾角，（經(jīng)常用γ衡量機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性能）1、壓力角二、壓力角和傳動(dòng)角

4、最小傳動(dòng)角的計(jì)算

3、機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，壓力角是變化的，為了保證機(jī)構(gòu)的正常工作，必須規(guī)定最小傳動(dòng)角γmin的下限。通常取γmin≥40?。將δ的最值分別代入，通過比較得到γmin。

min=min{

min

,

min

}1、以搖桿作原動(dòng)件時(shí)，當(dāng)曲柄和連桿處于同一直線位置時(shí)，即在極限位置時(shí)，連桿對(duì)曲柄沒有力矩作用，因此不能使曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)出現(xiàn)卡死或者運(yùn)動(dòng)不確定現(xiàn)象。三、死點(diǎn)位置通過對(duì)從動(dòng)曲柄加載，或利用飛輪及從動(dòng)曲柄自身的慣性克服。2、實(shí)例夾緊機(jī)構(gòu)利用死點(diǎn)縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)克服死點(diǎn)1-搖桿；3-曲柄若1和4能繞A整周相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，則存在兩個(gè)特殊位置：a+d≤b+c(1)b≤c+d-a即：a+b≤c+d(2)c≤b+d-a即：a+c≤b+d(3)四、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件a+d≤b+c(1)a+b≤c+d(2)a+c≤b+d(3)(1)+(2)得：2a+b+d≤2c+b+d，即a≤c(1)+(3)得：a≤b(2)+(3)得：a≤d鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在整轉(zhuǎn)副的條件（桿長(zhǎng)之和條件）：最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和小于或等于其它兩桿長(zhǎng)度之和。由最短桿與其鄰邊組成；整轉(zhuǎn)副的位置：1為最短桿鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)分為兩大類：（1）最短構(gòu)件與最長(zhǎng)構(gòu)件的長(zhǎng)度之和大于其他兩構(gòu)件長(zhǎng)度之和，所有運(yùn)動(dòng)副均為擺動(dòng)副，均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。（2）最短構(gòu)件與最長(zhǎng)構(gòu)件的長(zhǎng)度之和小于或等于其他兩構(gòu)件長(zhǎng)度之和，最短構(gòu)件上兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副均為整轉(zhuǎn)副。取最短構(gòu)件為機(jī)架——雙曲柄機(jī)構(gòu)取最短構(gòu)件任一相鄰構(gòu)件為機(jī)架——曲柄搖桿機(jī)構(gòu)取最短構(gòu)件對(duì)面的構(gòu)件為機(jī)架——雙搖桿機(jī)構(gòu)具有整轉(zhuǎn)副的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是否存在曲柄，存在幾個(gè)曲柄，還要根據(jù)選哪個(gè)桿作為機(jī)架來確定。討論：取最短構(gòu)件為機(jī)架取最短構(gòu)件任一相鄰構(gòu)件為機(jī)架取最短構(gòu)件對(duì)面的構(gòu)件為機(jī)架取最短構(gòu)件任一相鄰構(gòu)件為機(jī)架曲柄滑塊機(jī)構(gòu)有曲柄的條件：

△AC1E：b-a>e△AC2E：a+b

>e存在曲柄的條件:b>a+e

或

e=0,b>a6.4平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法：（2）點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)條件，確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的尺寸參數(shù)。目的：條件：（1）從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（位置、速度、加速度）。解析法、圖解法、實(shí)驗(yàn)法。1.按給定的行程速度變化系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)已知條件：搖桿長(zhǎng)度l3

,擺角

和行程速度變化系數(shù)K。一、圖解法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)（1）由給定的行稱速比系數(shù)K，求極位夾角θ；

A

曲柄搖桿機(jī)構(gòu)（2）任選固定鉸鏈中心D的位置，根據(jù)搖桿長(zhǎng)度l3和擺角，作出搖桿的兩個(gè)極限位置C1D和C2D；CDc21（3）過C1作垂線C1M垂直于C1C2；MCDc21（4）作直線C2N與C1Ｍ相交于P點(diǎn)，且∠C1C2N

＝90?－θ；CDcθ21PMNCDcθ21P（5）作△PC1C2的外接圓，以此圓周上任一點(diǎn)A作為曲柄的固定鉸鏈中心。l1

=(AC2-AC1)/2l2=(AC2+AC1)/2（6）量取

AC1

和AC2的長(zhǎng)度假設(shè)曲柄長(zhǎng)度為l1，連桿長(zhǎng)度為l2ACDcθ21Pθ（1）由已知的行程速度變化系數(shù)K，求極位夾角；（2）任選一點(diǎn)作鉸鏈中心C，以角作邊Cn,Cm；（3）作擺角的平分線AC，并在線上取AC＝l4，確定固定鉸鏈中心A的位置；（4）過A點(diǎn)作導(dǎo)桿極限位置的垂線AB1，即得曲柄長(zhǎng)度。B

導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)已知條件：機(jī)架長(zhǎng)度l4、行程速度變化系數(shù)K。按K值設(shè)計(jì)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)C

偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)已知條件：滑塊行程H，偏距e、行程速度變化系數(shù)K。(b-a)/sin(

AC2C1)=H/sin

C1AC2H2=(b-a)2+(b+a)2-2*(b-a)*(b+a)*cos

=2*b2*(1-cos

)+2*a2*(1+cos

)e=(b+a)*sin(

AC2C1)=(b2-a2)sin/Hsin(

AC2C1)=e/(b+a)

MAC22.按給定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)給定連桿的兩個(gè)位置及連桿的長(zhǎng)度已知：連桿長(zhǎng)度l3=BC,連桿的兩個(gè)位置B1C1和B2C2,要求確定連架桿與機(jī)架組成的固定鉸鏈中心A和D位置，并求出其余三桿的長(zhǎng)度l1,l2

和l4。造型機(jī)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)（1）根據(jù)給定條件，確定連桿的兩個(gè)位置B1C1和B2C2。造型機(jī)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)（2）連接B1B2，C1C2并作B1B2和C1C2的垂直平分線b12，c12。（3）A，D在直線b12和c12上。（ⅱ）按兩連架桿給定的對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

設(shè)計(jì)原理？設(shè)計(jì)過程二、解析法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)用解析法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)，首先要建立機(jī)構(gòu)的各待定尺寸參數(shù)和已知的運(yùn)動(dòng)參數(shù)的解析方程，通過求解方程得出需求的機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù)。

１)按給定兩連架桿對(duì)應(yīng)角位移設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

ａBA

0

0dcbDCXY

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，原動(dòng)件ＡＢ的初始角為

0，角位移為

；從動(dòng)件ＣＤ的初始角為

0，角位移為ψ；要求確定各構(gòu)件尺寸ａ、ｂ、ｃ、ｄ。ａBA

0

0dcbDCXY

為建立包括運(yùn)動(dòng)參數(shù)與構(gòu)件尺寸參數(shù)的解析方程，先建立直角坐標(biāo)系，使原點(diǎn)與固定鉸鏈Ａ重合，Ｘ軸與機(jī)架ＡＤ相重合。把各構(gòu)件表示為矢量構(gòu)成矢量封閉形。矢量方程為

分量方程為

消去，并整理得

式中方程中有5個(gè)未知量

p1、p2、p3、

0、

0

通常有兩種情況進(jìn)行機(jī)構(gòu)尺寸的求解。

已知連架桿ＡＢ的起始角

0＝60°，其轉(zhuǎn)角范圍為

m＝100°；要求兩連架桿ＡＢ和ＣＤ之間的轉(zhuǎn)角近似地實(shí)現(xiàn)函數(shù)關(guān)系ｙ=lgx，（１≤ｘ≤１０），但必須保證下列三組對(duì)應(yīng)值完全準(zhǔn)確：x1＝2、y1＝0.301；x2＝2、y2＝0.699；x3＝2、y3＝0.9542

A

0

m

0DBC

m連架桿ＣＤ的起始角

0＝240°,其轉(zhuǎn)角范圍為

m＝-50°。1)按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

先建立Ｍ點(diǎn)的位置方程。要確定M點(diǎn)的位置，需要6個(gè)尺寸參數(shù)，一般選：ａ、ｃ、ｄ、ｅ、ｋ和θ。首先要尋求這6個(gè)參數(shù)與M點(diǎn)的坐標(biāo)(XM,YM)的關(guān)系。在四邊形ABNM和四邊形MNDC中

２)按給定的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

Bａ

c