ch3-平面連桿機(jī)構(gòu)

§3-1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式和性質(zhì)§3-2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在的條件§3-3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化§3-4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)第三章平面連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)----若干構(gòu)件用低副連接組成的平面機(jī)構(gòu)特點(diǎn)：低副是面接觸，承載能力大、不易磨損;

低副中存在間隙，會(huì)引起運(yùn)動(dòng)累積誤差;設(shè)計(jì)較復(fù)雜，不易精確地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。運(yùn)動(dòng)副形狀簡(jiǎn)單、易加工、易獲得較高的制造精度;

平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副形狀移動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副§3-1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式及應(yīng)用運(yùn)動(dòng)副都是轉(zhuǎn)動(dòng)副平面四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)一.名稱術(shù)語1、3---連架桿---能作整周回轉(zhuǎn)曲柄揺桿4---機(jī)架2---連桿14324連桿機(jī)架--僅在一定角度范圍內(nèi)作擺動(dòng)連架桿連架桿§3-1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式及應(yīng)用◆曲柄揺桿機(jī)構(gòu)三種基本型式：◆雙曲柄機(jī)構(gòu)◆雙揺桿機(jī)構(gòu)§3-1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式及應(yīng)用二.曲柄揺桿機(jī)構(gòu)-----兩個(gè)連架桿，一個(gè)為曲柄，另一個(gè)為揺桿作用：將曲柄的整周回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動(dòng)§3-1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式及應(yīng)用二.曲柄揺桿機(jī)構(gòu)兩個(gè)連架桿，一個(gè)為曲柄，另一個(gè)為揺桿作用：將曲柄的整周回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動(dòng)◆

應(yīng)用實(shí)例:ABC1243DABDC1243實(shí)例1

雷達(dá)天線俯仰角調(diào)整機(jī)構(gòu)§3-1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式及應(yīng)用CBADE實(shí)例2

攪拌機(jī)構(gòu)-1實(shí)例3

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

車門開閉機(jī)構(gòu)反向◆兩連架桿等長但不平行；

◆主動(dòng)曲柄作等速轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)曲柄作反向變速轉(zhuǎn)動(dòng)特征：三、雙曲柄機(jī)構(gòu)§3-1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式及應(yīng)用----兩連架桿均為揺桿應(yīng)用舉例：ABDCEABDCEABDCE示例1鶴式起重機(jī)機(jī)構(gòu)四、雙搖桿機(jī)構(gòu)示例2飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)示例3輪式車輛前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)§3-1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式及應(yīng)用一、

急回運(yùn)動(dòng)ADBC在圖示曲搖桿機(jī)構(gòu)中AB桿曲柄BC桿連桿CD桿搖桿AD桿機(jī)架§3-2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)的基本特性

搖桿位于C1D與C2D時(shí)，曲柄在相應(yīng)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(jī)構(gòu)的基本特性θDC1B1C2B2ψAφ1φ2V1V2§3-2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本特性曲柄AB1→AB2

轉(zhuǎn)過φ1=180°+θ揺桿C1D→C2D

擺過ψθDC1B1C2B2ψAφ1φ2曲柄AB2→AB1

轉(zhuǎn)過φ2=180°-θ揺桿C2D→C1D

擺過ψt2t1C點(diǎn)的平均速度AB桿勻速轉(zhuǎn)動(dòng)

φ1>φ2V2>V1t1>t2V1V2§3-2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)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(dòng)搖桿具有急回運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)用行程速比系數(shù)

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

≠0

θ↑K>1急回性質(zhì)越明顯有急回運(yùn)動(dòng)性質(zhì)K↑應(yīng)用：節(jié)省返程時(shí)間，如牛頭刨床、往復(fù)式輸送機(jī)等?！?-2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本特性Fvcα

壓力角α---

作用在從動(dòng)件上的驅(qū)動(dòng)力F與該受力點(diǎn)速度方向間所夾銳角。二、壓力角和傳動(dòng)角§3-2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本特性Fvcα有害分力（對(duì)揺桿的回轉(zhuǎn)副施加徑向壓力）Fn=FsinαFnFtFt=Fcosα有效分力（驅(qū)動(dòng)搖桿轉(zhuǎn)動(dòng)）α↓→Ft↑能做的有效功越大§3-2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本特性FvcαF’’F’γ-----壓力角α的余角

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

機(jī)構(gòu)的效率愈高機(jī)構(gòu)傳力性能愈好§3-2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本特性C1B1aDAγ1C2B2γ2γmin

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

在曲柄揺桿（滑塊）機(jī)構(gòu)中，當(dāng)揺桿（滑塊）為主動(dòng)件時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)死點(diǎn)。死點(diǎn)出現(xiàn)的情況：三、死點(diǎn)位置§3-2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本特性Fγ＝0Fγ＝0何謂“死點(diǎn)”？

連桿傳給曲柄的力將通過回轉(zhuǎn)中心A。此力對(duì)A點(diǎn)不產(chǎn)生力矩，因此不能使曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)。A§3-2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本特性◆死點(diǎn)位置的不良影響：Fγ＝0Fγ＝0A（1）從動(dòng)件出現(xiàn)卡死（2）從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)不確定§3-2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本特性

（2）兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)開排列，（如火車輪機(jī)構(gòu)）;F’A’E’D’G’B’C’ABEFDCG（3）靠構(gòu)件自身和飛輪的慣性作用（如縫紉機(jī)）?！舯苊獯胧海?）對(duì)從動(dòng)曲柄施加外力（如縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)）；§3-2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本特性縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)21433124搖桿主動(dòng)§3-2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本特性◆死點(diǎn)位置的應(yīng)用工件ABCD1234PABCD1234工件P夾具γ=0TABDC飛機(jī)起落架ABCDγ=0F如：飛機(jī)起落架、鉆夾具等§3-2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本特性曲柄搖桿機(jī)構(gòu)ADBCC’B’B’’C’’

曲柄回轉(zhuǎn)一周，必須順利通過與連桿共線的兩個(gè)位置AB’和AB’’。四、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件§3-2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本特性ADBC當(dāng)桿2處于AB’’位置時(shí)，

△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(jī)構(gòu)的基本特性ADBCC’B’當(dāng)桿2處于AB’位置時(shí)，

△AC’Dl1≤(l3–l2)+l4l4≤(l3–l2)+l1

l2+l1≤l3+

l4-----①l2+l4≤l3+

l1-----②§3-2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本特性（2）連架桿和機(jī)架中有一桿為最短桿▲鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)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(jié)：ABCD（3）滿足桿長條件不一定存在曲柄§3-2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本特性不論以何桿為機(jī)架機(jī)構(gòu)中無曲柄雙搖桿機(jī)構(gòu)§3-2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)的演化形式一、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)↓∞

e可實(shí)現(xiàn)急回運(yùn)動(dòng)偏距CD1演化過程2曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的應(yīng)用γ實(shí)例1

活塞式內(nèi)燃機(jī)實(shí)例2

沖床§3-3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化形式ABCC1C2B2B1導(dǎo)路e導(dǎo)路∵θ≠0，∴K>1,機(jī)構(gòu)有急回性質(zhì)∵θ=0，∴K=1,機(jī)構(gòu)無急回性質(zhì)§3-3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化形式BACC0B0vcγαγmin曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角§3-3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化形式導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)AB142C3314A2BC導(dǎo)桿二、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)(l機(jī)架

>l曲柄

)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)固定曲柄(l機(jī)架

≤

l曲柄

)§3-3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化形式θF▲導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的兩個(gè)特點(diǎn)：①ψ=θ∴具有急回運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)②

α=0°,γ=90°∴傳力性能最好γ=90°ψv§3-3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化形式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)AB142C314A2BC3搖塊機(jī)構(gòu)揺塊機(jī)構(gòu)（擺動(dòng)滑塊機(jī)構(gòu)）固定連桿§3-3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化形式三、搖塊機(jī)構(gòu)和定塊機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例B234C1A自卸卡車舉升機(jī)構(gòu)ACB1234應(yīng)用實(shí)例B34C1A2應(yīng)用實(shí)例4A1B23C應(yīng)用實(shí)例13C4AB2A1C234Bφ

搖塊機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于擺缸式內(nèi)燃機(jī)和液壓驅(qū)動(dòng)裝置中。應(yīng)用實(shí)例§3-3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化形式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)AB142C3314A2BC定塊機(jī)構(gòu)定塊機(jī)構(gòu)固定滑塊手搖唧筒BC3214AABC3214應(yīng)用實(shí)例§3-3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化形式四、偏心輪機(jī)構(gòu)eABCDDABC4123偏心輪偏心距e為曲柄長度-----曲柄為偏心輪的機(jī)構(gòu)曲柄偏心輪擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副直徑§3-3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化形式偏心輪機(jī)構(gòu)ABC二、偏心輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用場(chǎng)合◆曲柄銷（轉(zhuǎn)動(dòng)副）承受較大載荷時(shí)；◆曲柄長度較短時(shí)§3-3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化形式五、多桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介實(shí)例1

手動(dòng)沖床實(shí)例2

篩料機(jī)主體機(jī)構(gòu)§3-3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化形式實(shí)例3

牛頭刨床主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)D124365§3-3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化1、設(shè)計(jì)目的：

根據(jù)給定運(yùn)動(dòng)條件，確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的尺寸參數(shù)2、設(shè)計(jì)的類型：(2)按照給定的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)(1)按照給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)

按照給定的從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（如位移、速度、加速度或行程速比系數(shù)K）設(shè)計(jì)3、設(shè)計(jì)方法：幾何作圖法、解析法、實(shí)驗(yàn)法如鶴式起重機(jī)機(jī)構(gòu)、攪拌機(jī)機(jī)構(gòu)§3-4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)一、按照給定的行程速比K系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

φ

θ

θ1、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)①計(jì)算θ＝180°(K-1)/(K+1);已知：CD桿長，擺角φ及K，②任取一點(diǎn)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(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)：確定A點(diǎn)的位置，及AB桿、BC桿和AD桿長度。Ⅰ用幾何作圖法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)§3-4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(diǎn)必在此圓上。⑤選定A,設(shè)曲柄長l1,連桿長l2,

則:§3-4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(diǎn)是△

C1PC2外接圓上任選的點(diǎn)，故僅按K設(shè)計(jì)，可得無窮多解。A點(diǎn)位置不同，傳動(dòng)角大小也不同，如想獲得良好的傳動(dòng)質(zhì)量，可按最小傳動(dòng)角最優(yōu)或其他輔助條件來確定A點(diǎn)位置。

φ

θ

θDAC2C1B1B2

由于A點(diǎn)是△

C1PC2外接圓上任選的點(diǎn)，故僅按K設(shè)計(jì)，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(jī)架的長度l4等等，這時(shí)，A點(diǎn)的位置就是唯一的了?！?-4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)mnφ=θC分析：∵導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)：θ=φ相等，設(shè)計(jì)時(shí)，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(jī)架長度l4，K一、按照給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)2、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)①由K

→③取A點(diǎn)，使得AC=l4

,得固定鉸鏈中心A的位置。④過A點(diǎn)作導(dǎo)桿極限位置的垂線AB1(或AB2），得曲柄長度l1=AB1。l1ACBB1§3-4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)一、按照給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)3、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)E2θ2l1eH②作C1C2

＝H③作射線C1O

使∠C2C1O=90°－θ,

④以O(shè)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(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)§3-4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)作者：潘存云教授DⅡ用幾何實(shí)驗(yàn)法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)當(dāng)給定連架桿位置超過三對(duì)時(shí)，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(dòng)件角位移φi②任意取原動(dòng)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(dòng)件長度作同心圓弧。⑥兩圖疊加，移動(dòng)透明紙，使ki落在同一圓弧上。φ