ch3-平面連桿機構

§3-1鉸鏈四桿機構的基本型式和性質§3-2鉸鏈四桿機構曲柄存在的條件§3-3鉸鏈四桿機構的演化§3-4平面四桿機構的設計第三章平面連桿機構平面連桿機構----若干構件用低副連接組成的平面機構特點：低副是面接觸，承載能力大、不易磨損;

低副中存在間隙，會引起運動累積誤差;設計較復雜，不易精確地實現(xiàn)復雜的運動規(guī)律。運動副形狀簡單、易加工、易獲得較高的制造精度;

平面連桿機構運動副形狀移動副轉動副§3-1鉸鏈四桿機構的基本型式及應用運動副都是轉動副平面四桿機構鉸鏈四桿機構一.名稱術語1、3---連架桿---能作整周回轉曲柄揺桿4---機架2---連桿14324連桿機架--僅在一定角度范圍內作擺動連架桿連架桿§3-1鉸鏈四桿機構的基本型式及應用◆曲柄揺桿機構三種基本型式：◆雙曲柄機構◆雙揺桿機構§3-1鉸鏈四桿機構的基本型式及應用二.曲柄揺桿機構-----兩個連架桿，一個為曲柄，另一個為揺桿作用：將曲柄的整周回轉轉變?yōu)閾u桿的往復擺動§3-1鉸鏈四桿機構的基本型式及應用二.曲柄揺桿機構兩個連架桿，一個為曲柄，另一個為揺桿作用：將曲柄的整周回轉轉變?yōu)閾u桿的往復擺動◆

應用實例:ABC1243DABDC1243實例1

雷達天線俯仰角調整機構§3-1鉸鏈四桿機構的基本型式及應用CBADE實例2

攪拌機構-1實例3

攪拌機構-2§3-1鉸鏈四桿機構的基本型式及應用ABCD11234實例4顎式破碎機機構§3-1鉸鏈四桿機構的基本型式及應用21433124搖桿主動實例5縫紉機踏板機構§3-1鉸鏈四桿機構的基本型式及應用應用實例：慣性篩三、雙曲柄機構----兩連架桿均為曲柄ABDC1234E6慣性篩機構31§3-1鉸鏈四桿機構的基本型式及應用ABCD特例1：平行四邊形機構AB=CDBC=ADB’C’◆兩連架桿等長且平行◆兩曲柄同速、同向旋轉◆連桿作平移運動特征：（正平行四邊形機構）三、雙曲柄機構§3-1鉸鏈四桿機構的基本型式及應用F’A’E’D’G’B’C’ABEFDCG§3-1鉸鏈四桿機構的基本型式及應用實例：機車車輪聯(lián)動機構聯(lián)聯(lián)動耕地料斗DCAB作者：潘存云教授耕地料斗DCAB實例：攝影平臺ABDC作者：潘存云教授ADBC天平播種機料斗機構§3-1鉸鏈四桿機構的基本型式及應用特例2：反平行四邊形機構——

車門開閉機構反向◆兩連架桿等長但不平行；

◆主動曲柄作等速轉動，從動曲柄作反向變速轉動特征：三、雙曲柄機構§3-1鉸鏈四桿機構的基本型式及應用----兩連架桿均為揺桿應用舉例：ABDCEABDCEABDCE示例1鶴式起重機機構四、雙搖桿機構示例2飛機起落架機構示例3輪式車輛前輪轉向機構§3-1鉸鏈四桿機構的基本型式及應用一、

急回運動ADBC在圖示曲搖桿機構中AB桿曲柄BC桿連桿CD桿搖桿AD桿機架§3-2鉸鏈四桿機構的基本特性ADC1B1C2B2曲柄AB與連桿BC兩次共線重疊共線（B1C1）搖桿位于左極限位置（DC1）拉直共線（B2C2）搖桿位于右極限位置（DC2）§3-2鉸鏈四桿機構的基本特性

搖桿位于C1D與C2D時，曲柄在相應兩位置間所夾的銳角揺桿極限位置C1D與C2D間的夾角θ揺桿的擺角ψADC1B1C2B2ψ極位夾角θ§3-2鉸鏈四桿機構的基本特性θDC1B1C2B2ψAφ1φ2V1V2§3-2鉸鏈四桿機構的基本特性曲柄AB1→AB2

轉過φ1=180°+θ揺桿C1D→C2D

擺過ψθDC1B1C2B2ψAφ1φ2曲柄AB2→AB1

轉過φ2=180°-θ揺桿C2D→C1D

擺過ψt2t1C點的平均速度AB桿勻速轉動

φ1>φ2V2>V1t1>t2V1V2§3-2鉸鏈四桿機構的基本特性C1D→C2D---工作行程V工=V1C2D→C1D

---空回行程

V空=V2揺桿V空>V工從動搖桿具有急回運動的性質用行程速比系數(shù)

K表示θDC1B1C2B2ψAφ1φ2V1V2§3-2鉸鏈四桿機構的基本特性行程速比系數(shù)KKθDC1B1C2B2ψAφ1φ2V1V2§3-2鉸鏈四桿機構的基本特性θ

≠0

θ↑K>1急回性質越明顯有急回運動性質K↑應用：節(jié)省返程時間，如牛頭刨床、往復式輸送機等。§3-2鉸鏈四桿機構的基本特性Fvcα

壓力角α---

作用在從動件上的驅動力F與該受力點速度方向間所夾銳角。二、壓力角和傳動角§3-2鉸鏈四桿機構的基本特性Fvcα有害分力（對揺桿的回轉副施加徑向壓力）Fn=FsinαFnFtFt=Fcosα有效分力（驅動搖桿轉動）α↓→Ft↑能做的有效功越大§3-2鉸鏈四桿機構的基本特性FvcαF’’F’γ-----壓力角α的余角

γ=90°-α傳動角γ（連桿BC和從動揺桿CD之間所夾的銳角）壓力角α↓傳動角γ↑

機構的效率愈高機構傳力性能愈好§3-2鉸鏈四桿機構的基本特性C1B1aDAγ1C2B2γ2γmin

出現(xiàn)在曲柄與機架共線的位置其中較小者即為該機構的γmin?！螧CD180°-∠BCDγ＝（∠BCD為銳角時）（∠BCD為鈍角時）§3-2鉸鏈四桿機構的基本特性

在曲柄揺桿（滑塊）機構中，當揺桿（滑塊）為主動件時，將會出現(xiàn)死點。死點出現(xiàn)的情況：三、死點位置§3-2鉸鏈四桿機構的基本特性Fγ＝0Fγ＝0何謂“死點”？

連桿傳給曲柄的力將通過回轉中心A。此力對A點不產(chǎn)生力矩，因此不能使曲柄轉動。A§3-2鉸鏈四桿機構的基本特性◆死點位置的不良影響：Fγ＝0Fγ＝0A（1）從動件出現(xiàn)卡死（2）從動件運動不確定§3-2鉸鏈四桿機構的基本特性

（2）兩組機構錯開排列，（如火車輪機構）;F’A’E’D’G’B’C’ABEFDCG（3）靠構件自身和飛輪的慣性作用（如縫紉機）。◆避免措施：（1）對從動曲柄施加外力（如縫紉機踏板機構）；§3-2鉸鏈四桿機構的基本特性縫紉機踏板機構21433124搖桿主動§3-2鉸鏈四桿機構的基本特性◆死點位置的應用工件ABCD1234PABCD1234工件P夾具γ=0TABDC飛機起落架ABCDγ=0F如：飛機起落架、鉆夾具等§3-2鉸鏈四桿機構的基本特性曲柄搖桿機構ADBCC’B’B’’C’’

曲柄回轉一周，必須順利通過與連桿共線的兩個位置AB’和AB’’。四、鉸鏈四桿機構有曲柄的條件§3-2鉸鏈四桿機構的基本特性ADBC當桿2處于AB’’位置時，

△AC’’Dl2+l4≤l1+

l3l2+l1≤l3+

l4l2+l3≤l1+

l4----

③l2+l3≤l1+

l4l2≤l3,l2≤l1,l2≤l4,曲柄與任一桿長度之和都小于其余兩桿長度之和AB桿為最短桿C’’B’’l4§3-2鉸鏈四桿機構的基本特性ADBCC’B’當桿2處于AB’位置時，

△AC’Dl1≤(l3–l2)+l4l4≤(l3–l2)+l1

l2+l1≤l3+

l4-----①l2+l4≤l3+

l1-----②§3-2鉸鏈四桿機構的基本特性（2）連架桿和機架中有一桿為最短桿▲鉸鏈四桿機構中曲柄存在的條件：（1）

lmax+lmin≤其余兩桿長度之和---桿長條件小結：ABCD（3）滿足桿長條件不一定存在曲柄§3-2鉸鏈四桿機構的基本特性不論以何桿為機架機構中無曲柄雙搖桿機構§3-2鉸鏈四桿機構的基本特性若最短桿與最長桿長度之和＞其余兩桿長度之和ABCD§3-3鉸鏈四桿機構的演化形式一、曲柄滑塊機構曲柄搖桿機構曲柄滑塊機構對心曲柄滑塊機構偏置曲柄滑塊機構↓∞

e可實現(xiàn)急回運動偏距CD1演化過程2曲柄滑塊機構的應用γ實例1

活塞式內燃機實例2

沖床§3-3鉸鏈四桿機構的演化形式ABCC1C2B2B1導路e導路∵θ≠0，∴K>1,機構有急回性質∵θ=0，∴K=1,機構無急回性質§3-3鉸鏈四桿機構的演化形式BACC0B0vcγαγmin曲柄滑塊機構的傳動角§3-3鉸鏈四桿機構的演化形式導桿機構導桿機構曲柄滑塊機構AB142C3314A2BC導桿二、導桿機構擺動導桿機構轉動導桿機構(l機架

>l曲柄

)曲柄滑塊機構固定曲柄(l機架

≤

l曲柄

)§3-3鉸鏈四桿機構的演化形式θF▲導桿機構的兩個特點：①ψ=θ∴具有急回運動的性質②

α=0°,γ=90°∴傳力性能最好γ=90°ψv§3-3鉸鏈四桿機構的演化形式曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構AB142C314A2BC3搖塊機構揺塊機構（擺動滑塊機構）固定連桿§3-3鉸鏈四桿機構的演化形式三、搖塊機構和定塊機構應用實例B234C1A自卸卡車舉升機構ACB1234應用實例B34C1A2應用實例4A1B23C應用實例13C4AB2A1C234Bφ

搖塊機構廣泛應用于擺缸式內燃機和液壓驅動裝置中。應用實例§3-3鉸鏈四桿機構的演化形式曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構AB142C3314A2BC定塊機構定塊機構固定滑塊手搖唧筒BC3214AABC3214應用實例§3-3鉸鏈四桿機構的演化形式四、偏心輪機構eABCDDABC4123偏心輪偏心距e為曲柄長度-----曲柄為偏心輪的機構曲柄偏心輪擴大轉動副直徑§3-3鉸鏈四桿機構的演化形式偏心輪機構ABC二、偏心輪機構應用場合◆曲柄銷（轉動副）承受較大載荷時；◆曲柄長度較短時§3-3鉸鏈四桿機構的演化形式五、多桿機構簡介實例1

手動沖床實例2

篩料機主體機構§3-3鉸鏈四桿機構的演化形式實例3

牛頭刨床主運動機構D124365§3-3鉸鏈四桿機構的演化1、設計目的：

根據(jù)給定運動條件，確定機構運動簡圖的尺寸參數(shù)2、設計的類型：(2)按照給定的運動軌跡設計(1)按照給定的運動規(guī)律設計

按照給定的從動件的運動規(guī)律（如位移、速度、加速度或行程速比系數(shù)K）設計3、設計方法：幾何作圖法、解析法、實驗法如鶴式起重機機構、攪拌機機構§3-4平面四桿機構的設計一、按照給定的行程速比K系數(shù)設計四桿機構

φ

θ

θ1、曲柄搖桿機構①計算θ＝180°(K-1)/(K+1);已知：CD桿長，擺角φ及K，②任取一點D，作等腰三角形腰長為CD，夾角為φ;③作C1P⊥C1C2，使∠C1C2P=90°－θ,交于P;

90°-θPDAC2C1步驟如下：

設計實質：確定A點的位置，及AB桿、BC桿和AD桿長度。Ⅰ用幾何作圖法設計四桿機構§3-4平面四桿機構的設計⑥

以A為圓心和l1為半徑作圓，,AC1=l2

–l1

AC2=l1+l2

φ

θ

θ

90°-θPDAC2C1④作△PC1C2的外接圓，則A點必在此圓上。⑤選定A,設曲柄長l1,連桿長l2,

則:§3-4平面四桿機構的設計l1=(AC2－AC1)/2得曲柄長度:B1B2交于以C1A延長線于B1，交CA2于B2，即得:B1C1=B2C2=l2AD=l4。

由于A點是△

C1PC2外接圓上任選的點，故僅按K設計，可得無窮多解。A點位置不同，傳動角大小也不同，如想獲得良好的傳動質量，可按最小傳動角最優(yōu)或其他輔助條件來確定A點位置。

φ

θ

θDAC2C1B1B2

由于A點是△

C1PC2外接圓上任選的點，故僅按K設計，可得無窮多解。

如果要求唯一的解，需要給定一些輔助條件，如：γmin、機架的長度l4等等，這時，A點的位置就是唯一的了。§3-4平面四桿機構的設計mnφ=θC分析：∵導桿機構：θ=φ相等，設計時，所需確定的尺寸是曲柄長度l1

。②任選C作∠mCn＝φ＝θ，θφ=θAl4作角分線;已知：機架長度l4，K一、按照給定的行程速比系數(shù)K設計2、導桿機構①由K

→③取A點，使得AC=l4

,得固定鉸鏈中心A的位置。④過A點作導桿極限位置的垂線AB1(或AB2），得曲柄長度l1=AB1。l1ACBB1§3-4平面四桿機構的設計一、按照給定的行程速比系數(shù)K設計3、曲柄滑塊機構E2θ2l1eH②作C1C2

＝H③作射線C1O

使∠C2C1O=90°－θ,

④以O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，即為曲柄的固定鉸鏈中心。C1C290°-θo90°-θAl1=EC2/2l2=AC2－EC2/2①由K

→已知：K，滑塊行程H，偏距e，§3-4平面四桿機構的設計1、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計要求。2、給定連桿上鉸鏈BC的三組位置有無窮多組解。A’D’B2C2B3C3DB1C1AB1C1二、按給定連桿位置設計四桿機構§3-4平面四桿機構的設計作者：潘存云教授DⅡ用幾何實驗法設計四桿機構當給定連架桿位置超過三對時，一般不可能有精確解。只能用優(yōu)化或試湊的方法獲得近似解。①首先在一張紙上取固定軸A的位置，作原動件角位移φi②任意取原動件長度AB③任意取連桿長度BC，作一系列圓弧;④在透明紙上取固定軸D，作角位移ψiDk1⑤取一系列從動件長度作同心圓弧。⑥兩圖疊加，移動透明紙，使ki落在同一圓弧上。φ