連桿機構原理自編

第四章平面連桿機構及設計組成

由低副將若干構件聯(lián)接而成-----低副機構。分為平面連桿機構和空間連桿機構分為四桿機構、五桿機構、六桿機構等；▲特點

1低副機構，壓強小，承載能力大，耐沖擊。

挖掘機

破碎機

2運動副多為平面或圓柱面，制造比較容易，結構簡單，工作可靠。

3可以實現(xiàn)不同的運動規(guī)律和特定軌跡要求。

4－1平面四桿機構的基本類型及其演化一、平面四桿機構的基本型式及應用基本型式－鉸鏈四桿機構，其它四桿機構都是由它演變得到的曲柄—作整周回轉的構件；連桿—作平面運動的構件；連架桿—與機架相聯(lián)的構件；搖桿—作定軸擺動的構件；周轉副—能作3600相對回轉的運動副；擺轉副—作有限角度擺動的運動副。曲柄連桿搖桿▲特征：曲柄＋搖桿作用：將曲柄的整周回轉轉變?yōu)閾u桿的往復擺動。如雷達天線。1鉸鏈四桿機構1)曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構縫紉機31242143ABDC1243雷達天線腳踏砂輪機機構

偏心輪AB12BA21特征：兩個曲柄作用：將等速回轉轉變?yōu)榈人倩蜃兯倩剞D。如慣性篩等。2)雙曲柄機構雙曲柄機構播種機料斗機構耕地料斗DCABABDC1234E6實例：火車輪慣性篩機構特例：平行四邊形機構AB=CDBC=ADABCD31B’C’ABDC、攝影平臺ADBC反平行四邊形機構--車門開閉機構反向A’E’D’G’B’F’C’ABEFDCG平行四邊形機構在共線位置出現(xiàn)運動不確定。采用兩組機構錯開排列。特征：兩個搖桿應用舉例：鑄造翻箱機構特例：等腰梯形機構－汽車轉向機構、風扇搖頭機構3)雙搖桿機構雙搖桿機構

鑄造翻箱機構風扇搖頭機構電機ABDC風扇座蝸輪蝸桿C’B’ABDCABDCE2含一個移動副的四桿機構手搖唧筒(移動導桿機構)自卸卡車舉升機構(搖塊機構)φ應用實例A1C234BABC3214自動送料機構牛頭刨床的主運動機構牛頭刨床的主運動機構利用了擺動導桿機構,。小型刨床牛頭刨床應用實例ABDCE123456ABDC1243C2C1雙滑塊機構的應用橢圓儀機構3含兩個移動副的四桿機構正弦機構32141234實例二、平面四桿機構的演化1改變相對桿長，轉動副演化為移動副偏心曲柄滑塊機構對心曲柄滑塊機構曲柄搖桿機構曲柄滑塊機構雙滑塊機構

正弦機構φss=lsin

φ2改變轉動副半徑，演化為偏心輪機構偏心輪機構3選不同構件為機架

可得到不同的機構。稱為機構的倒置。搖塊機構314A2BC導桿機構314A2BC314A2BC曲柄滑塊機構314A2BC直動滑桿機構手搖唧筒BC3214AABC3214ACB1234應用實例B234C1A自卸卡車舉升機構應用實例B34C1A2應用實例4A1B23C應用實例13C4AB2φ應用實例A1C234Bφ搖塊機構雙滑塊機構的應用橢圓儀機構例：選擇雙滑塊機構中的不同構件作為機架可得不同的機構正弦機構321412344低副的可逆性將低副兩運動副元素的包容關系進行逆換，不影響兩構件之間的相對運動。導桿機構搖塊機構43213214一鉸鏈四桿機構有曲柄的條件設a<d,連架桿若能整周回轉，必有兩次與機架共線b≤(d-a)+c將以上三式兩兩相加得：

a≤b,a≤c,a≤dabdcC’B’ADB”C”則由△B’C’D可得：三角形任意兩邊之和大于第三邊則由△B”C”D可得：a+d≤b+cc≤(d-a)+b即:a+b≤d+c即:a+c≤d+b最長桿與最短桿的長度之和≤其他兩桿長度之和cbd-a▲4--2平面四桿機構的特性1)最短桿與最長桿的長度和≦其他兩桿長度和2)最短桿為連架桿或機架1條件2.型式判定準則1)最短桿與最長桿長度和≦其他兩桿長度和a.取最短桿為機架-----雙曲柄機構；b.取最短桿相鄰桿為機架-----曲柄搖桿機構c.取最短桿對邊桿為機架-----雙搖桿機構。2)最短桿與最長桿長度和﹥其他兩桿長度和，不論選哪一

構件為機架，均是雙搖桿機構。注意:四構件組成封閉多邊形的條件，即最長桿的長度應小于其他三桿長度之和。

曲柄滑塊機構有曲柄的條件ababemn構件a能通過m點的條件是：構件a能通過n點的條件是：曲柄滑塊機構有曲柄的條件ABCD二、急回運動和行程速比系數(shù)1極位--曲柄與連桿兩次共線時，搖桿位于兩個極限位置。當曲柄以ω逆時針轉過180°+θ時，搖桿從C1D位置擺到C2D。所花時間為t1,平均速度為V1,有：B1C1AD2

極位夾角--極位時兩處曲柄之間的夾角(θ)

。C2B2θ180°＋θω當曲柄以ω繼續(xù)轉過180°-θ時，搖桿從C2D,置擺到C1D，180°-θB1C1ADC2B2θ180°＋θω所花時間為t2,平均速度為V2,有：

因曲柄轉角不同，故搖桿來回擺動的時間不一樣，平均速度也不等。并且：t1>t2V2>V1搖桿的這種特性稱為急回運動。用以下比值表示急回程度：從動件回程的平均速度K=—————————————從動件工作行程的平均速度3行程速比系數(shù)K只要θ

≠0，就有K>1且θ越大，K值越大，急回性質越明顯。所以可通過分析機構中是否存在θ以及θ的大小來判斷機構是否有急回運動或運動的程度。曲柄滑塊機構的急回特性應用：空行程節(jié)省運動時間，如牛頭刨、往復式輸送機等。θ180°＋θ180°-θ導桿機構的急回特性θ180°＋θ180°-θ思考題：

對心曲柄滑塊機構的急回特性如何？對于需要有急回運動的機構，常常是根據(jù)需要的行程速比系數(shù)K,先求出θ，然后在設計各構件的尺寸。g三、壓力角與傳動角1壓力角壓力角----從動件力的方向與受力點速度方向所夾的銳角.用α表示。Ft=Fcosα,Fn=Fsinαα愈小愈好，理想情況是α＝0°2傳動角---與壓力角互為余角.γ愈大愈好，理想情況是γ＝90°vcABCDαγδFFtFn在其它條件不變的情況下壓力角α越小，作功W越大壓力角是機構傳力性能的一個重要指標，它是力的利用率大小的衡量指標。FVagagddg=dg=

1800-dgga滑塊主動曲柄主動ABCDabcdFFtFn余弦定律1)當

≤90°時，γmin

＝

2)當

>90°時，γmin

＝180°--

位置:曲柄與機架兩處共線之一當

最小或最大時，都有可能出現(xiàn)γmin一般:γmin≥400ABCDabcdFFtFnababemn曲柄滑塊機構的壓力角曲柄滑塊機構γmin的位置導桿機構γmin的位置P四機構的死點1搖桿為主動件，2連桿與曲柄兩次共線時，有：此時機構不能運動.避免措施：兩組機構錯開排列，如火車輪機構;P稱此位置為：“死點”γ＝0靠飛輪的慣性（如內然機、縫紉機等）。A’E’D’G’B’F’C’ABEFDCG縫紉機踏板機構

飛機起落架死點鉆床夾具的死點曲柄滑塊機構（曲柄為主動件）的死點ee無死點存在曲柄滑塊機構（滑塊為主動件）的死點有死點存在4－3平面四桿機構設計

一設計的基本問題與方法確定各構件的尺寸參數(shù)。設計要求：1)滿足預定的運動規(guī)律，兩連架桿轉角對應，如起落架等。2)滿足預定的軌跡，如鶴式起重機、攪拌機等。3)滿足預定的連桿位置，如鑄造翻箱機構。γ設計方法：解析法、圖解法飛機起落架函數(shù)機構ADCBB’C’要求兩連架桿轉角對應要求兩連架桿的轉角滿足函數(shù)y=logxxy=logxABCD鶴式起重機攪拌機構要求連桿上E點的軌跡為一條卵形曲線要求連桿上E點的軌跡為一條水平直線QABCDEQCBADE連桿曲線圖譜按預定的運動軌跡設計四桿機構MNEABCD鑄造翻箱機構C’B’ABDC二作圖法設計四桿機構1按連桿位置設計四桿機構a)給定連桿兩組位置有唯一解。B1C1B2C2ADb)給定連桿三組位置有無窮多組解。A’D’B1C1B2C2B3C3AD2按行程速比系數(shù)K設計1)曲柄搖桿機構已知：CD桿長，擺角φ及K，設計此機構。步驟如下：①計算θ＝180°(K-1)/(K+1);②任取一點D，作等腰三角形腰長為CD，夾角為φ;③連接C1和C2，過C1作直線，使與c1c2成90°－θ

，過C2作直線，使與c1c2成90°－θ設交于O點。(4）以O為圓心、oc2長度為半徑畫圓⑤選定A，設曲柄為a，連桿為b，則AC1=b-a,AC2=a+b，故有：a=(AC2－AC1)/2b=(AC1+AC2)/

2C2DC1y900-

q2qOAEBCAC1=BC-ABAC2=BC+ABAB=—————AC2-AC12BC=—————AC2+AC12曲柄搖桿機構ABCD為所求.②設計.以mL

=…作圖.LAB=

mLAB

=、LBC=

mLBC=.……q=——

1800=K-1K+1…2θ2aC1C2e2)曲柄滑塊機構H90°-θoAE已知K，滑塊行程H，偏距e，設計此機構。①計算θ＝180°(K-1)/(K+1);②作C1C2＝H③作射線C1O

使∠C2C1O=90°－θ,④以O為圓心，C1O為半徑作圓。作射線C2O使∠C1C2O=90°－θ。90°-θ⑤作偏距線e，交圓弧于A，即為所求。AC1=b-aAC2=a+b，a=(AC1－AC2)/2b=(AC1+AC2)/

2mnADφ=θD3)導桿機構由于θ=φ，設計此機構時，僅需確定曲柄a。①計算θ＝180°(K-1)/(K+1);②任選D作∠mDn＝φ＝θ，③取A點，使得AD=d,θφ=θAd作角分線;設已知：機架長度d，K，設計此機構。4）過A點，作導桿極位的垂線AB1與AB2，交點即為B點

a=dsin(φ/2)曲柄滑塊機構有曲柄的條件1）a為最短桿2)a+e≤b.C”abABCB’’B’eC’4、偏置導桿機構有曲柄的條件有曲柄，該機構是擺動導桿機構。有曲柄，該機構是擺動導桿機構。3、導桿機構有曲柄的條件有曲柄，該機構是擺動導桿機構。有曲柄，該機構是轉動導桿機構。有曲柄，該機構是轉導桿機構。結論導桿機構總是有曲柄的gg傳動不利，設計時規(guī)定4050通常，機構在運動過程中傳動角是變化的，最小值在哪？導桿機構最小傳動角

機構的傳動角一般在運動鏈最終一個從動件上度量。車門vγC2B2γ1C1B1abcdγ25.鉸鏈四桿機構的運動連續(xù)性指連桿機構能否連續(xù)實現(xiàn)給定的各個位置?？尚杏颍簱u桿的運動范圍。不可行域：搖桿不能達到的區(qū)域。設計時不能要求從一個可行域跳過不可行域進入另一個可