平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計

1、第八章第八章 平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計8-1 連桿機構(gòu)及其傳動特點連桿機構(gòu)及其傳動特點8-2 平面四桿機構(gòu)的類型和應(yīng)用平面四桿機構(gòu)的類型和應(yīng)用8-3 平面四桿機構(gòu)的基本知識平面四桿機構(gòu)的基本知識8-4 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計8-5 多桿機構(gòu)多桿機構(gòu) 連桿機構(gòu)常用其所含的桿數(shù)而命名， 故此類機構(gòu)統(tǒng)稱為連桿機構(gòu)。8-1 連桿機構(gòu)及其傳動特點連桿機構(gòu)及其傳動特點1.應(yīng)用舉例契貝謝夫四足步行機構(gòu)（圖片、動畫）2.連桿機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)擺動導(dǎo)桿機構(gòu)此類機構(gòu)的共同特點：l機構(gòu)的原動件1和從動件3的運動都需要經(jīng)過連桿2來傳動。l機構(gòu)中的運動副一般均為低副。 故此類機構(gòu)也稱低副機構(gòu)

2、。l連桿機構(gòu)中的構(gòu)件多呈現(xiàn)桿的形狀，故有四桿機構(gòu)、六桿機構(gòu)等。例8-1 鉸鏈四桿機構(gòu) 故常稱構(gòu)件為桿。 平面連桿機構(gòu)是由若干構(gòu)件用平面低副（轉(zhuǎn)動副和移平面連桿機構(gòu)是由若干構(gòu)件用平面低副（轉(zhuǎn)動副和移動副）聯(lián)接而成的平面機構(gòu)，用以實現(xiàn)運動的傳遞、變換動副）聯(lián)接而成的平面機構(gòu)，用以實現(xiàn)運動的傳遞、變換和傳遞動力。和傳遞動力。平面連桿機構(gòu)的優(yōu)點由于是低副，為面接觸，所以承受壓強小、便于潤滑、磨損較輕，可承受較大載荷；結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，構(gòu)件之間的接觸是有構(gòu)件本身的幾何約束來保持的，所以構(gòu)件工作可靠；連桿曲線形狀豐富，可滿足各種軌跡要求概念平面連桿機構(gòu)的缺點根據(jù)從動件所需要的運動規(guī)律或軌跡來設(shè)計連桿根據(jù)

3、從動件所需要的運動規(guī)律或軌跡來設(shè)計連桿機構(gòu)比較復(fù)雜，精度不高；機構(gòu)比較復(fù)雜，精度不高；運動時產(chǎn)生的慣性難以平衡，不適用于高速運動時產(chǎn)生的慣性難以平衡，不適用于高速場合。場合。 平面連桿機構(gòu)的類型很多，一般的多桿機構(gòu)可以看成平面連桿機構(gòu)的類型很多，一般的多桿機構(gòu)可以看成是由幾個四桿機構(gòu)所組成。是由幾個四桿機構(gòu)所組成。平面四桿機構(gòu)平面四桿機構(gòu)不僅應(yīng)用廣泛，不僅應(yīng)用廣泛，而且是多桿機構(gòu)的基礎(chǔ)。而且是多桿機構(gòu)的基礎(chǔ)。 8-2 8-2 平面四桿機構(gòu)的類型和應(yīng)用平面四桿機構(gòu)的類型和應(yīng)用概念由四個構(gòu)件通過低副聯(lián)接而成的平面連桿機構(gòu)，稱為四桿機構(gòu)。由四個構(gòu)件通過低副聯(lián)接而成的平面連桿機構(gòu)，稱為四桿機構(gòu)。如果所

4、有低副均為轉(zhuǎn)動副，這種四桿機構(gòu)就稱為鉸鏈四桿機構(gòu)。如果所有低副均為轉(zhuǎn)動副，這種四桿機構(gòu)就稱為鉸鏈四桿機構(gòu)?；拘褪剑夯拘褪剑恒q鏈四桿機構(gòu)，其它四桿機構(gòu)都是由鉸鏈四桿機構(gòu)，其它四桿機構(gòu)都是由它演變得到的。它演變得到的。常用名詞：常用名詞：連架桿連架桿與機架相聯(lián)的構(gòu)件；與機架相聯(lián)的構(gòu)件；連桿連桿作平面運動的構(gòu)件；作平面運動的構(gòu)件；曲柄曲柄整周回轉(zhuǎn)的連架桿；整周回轉(zhuǎn)的連架桿；搖桿搖桿只能在一定范圍內(nèi)擺動只能在一定范圍內(nèi)擺動的連架桿的連架桿；周轉(zhuǎn)副周轉(zhuǎn)副能作能作360360相對回轉(zhuǎn)的運動副；相對回轉(zhuǎn)的運動副；擺轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副只能作有限角度擺動的運動副。只能作有限角度擺動的運動副。平面四桿機構(gòu)的基本型式特

5、征：特征：曲柄搖桿。曲柄搖桿。作用：作用：將曲柄的整周回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動。將曲柄的整周回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動。一、曲柄搖桿機構(gòu)一、曲柄搖桿機構(gòu)雷達天線攪面機本章目錄一、曲柄搖桿機構(gòu)一、曲柄搖桿機構(gòu)跑步機本章目錄一、曲柄搖桿機構(gòu)一、曲柄搖桿機構(gòu)縫紉機腳踏板機構(gòu)本章目錄一、曲柄搖桿機構(gòu)一、曲柄搖桿機構(gòu)自行車運動本章目錄一、曲柄搖桿機構(gòu)一、曲柄搖桿機構(gòu)自動送料機構(gòu)本章目錄一、曲柄搖桿機構(gòu)一、曲柄搖桿機構(gòu)特征將等速回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榈人倩蜃兯倩剞D(zhuǎn)將等速回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榈人倩蜃兯倩剞D(zhuǎn)本章目錄二、雙曲柄機構(gòu)二、雙曲柄機構(gòu)兩個曲柄兩個曲柄作用慣性篩本章目錄二、雙曲柄機構(gòu)二、雙曲柄機構(gòu)插床機構(gòu)本章目錄二、雙曲柄機構(gòu)

6、二、雙曲柄機構(gòu)特例：平行四邊形機構(gòu) 特征：兩連架桿等長且平行，連桿作平動特征：兩連架桿等長且平行，連桿作平動本章目錄二、雙曲柄機構(gòu)二、雙曲柄機構(gòu)逆（反）平行四邊形機構(gòu)特征：兩連架桿等長且不平行，連桿作平動特征：兩連架桿等長且不平行，連桿作平動本章目錄二、雙曲柄機構(gòu)二、雙曲柄機構(gòu)本章目錄二、雙曲柄機構(gòu)二、雙曲柄機構(gòu)門開關(guān)特征：兩個搖桿特征：兩個搖桿本章目錄三、雙搖桿機構(gòu)三、雙搖桿機構(gòu)本章目錄三、雙搖桿機構(gòu)三、雙搖桿機構(gòu)特征：兩個搖桿特征：兩個搖桿風(fēng)扇搖頭本章目錄三、雙搖桿機構(gòu)三、雙搖桿機構(gòu)港口起重機選擇連桿上合適的點，軌跡為近似的水平直線本章目錄三、雙搖桿機構(gòu)三、雙搖桿機構(gòu)飛機起落架本章目錄三、

7、雙搖桿機構(gòu)三、雙搖桿機構(gòu)爐門機構(gòu)本章目錄三、雙搖桿機構(gòu)三、雙搖桿機構(gòu)車輛的前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)等腰梯形機構(gòu)汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu) 本章目錄三、雙搖桿機構(gòu)三、雙搖桿機構(gòu)8-2 平面四桿機構(gòu)的類型和應(yīng)用平面四桿機構(gòu)的類型和應(yīng)用1.四桿機構(gòu)的類型（1）基本型式鉸鏈四桿機構(gòu)等腰梯形機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)平行四邊形機構(gòu)逆平行四邊形機構(gòu)8-2 平面四桿機構(gòu)的類型和應(yīng)用平面四桿機構(gòu)的類型和應(yīng)用1.四桿機構(gòu)的類型（2）演化形式1）改變構(gòu)件的形狀及運動尺寸3）改變運動副的尺寸2）選用不同的構(gòu)件為機架（即機構(gòu)的倒置）2.四桿機構(gòu)的應(yīng)用（1）基本型式四桿機構(gòu)的應(yīng)用（2）演化型式四桿機構(gòu)的應(yīng)用1、 曲柄滑塊機構(gòu)改變轉(zhuǎn)動副

8、，使轉(zhuǎn)動副變成移動副鉸鏈四桿機構(gòu)的演變 變換運動副形式鉸鏈四桿機構(gòu)的演變 變換運動副形式2、正弦機構(gòu)正弦機構(gòu)應(yīng)用實例縫紉機針運動機構(gòu)3. 雙轉(zhuǎn)塊機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)的演變 變換運動副形式4. 雙滑塊機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)的演變 變換運動副形式鉸鏈四桿機構(gòu)的演變 變換運動副尺寸鉸鏈四桿機構(gòu)的演變 變換機架5. 導(dǎo)桿機構(gòu)314A2BC曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)314A2BC轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)導(dǎo)桿機構(gòu)導(dǎo)桿機構(gòu)擺動導(dǎo)桿機構(gòu)擺動導(dǎo)桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)的倒置當(dāng)構(gòu)件2和構(gòu)件4均能作整周轉(zhuǎn)動，小型刨床就是應(yīng)用實例轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu) 當(dāng)桿2的長度小于機架長度時，導(dǎo)稈4只能作來回擺動，又稱為擺動導(dǎo)稈機構(gòu)，牛頭刨中的

9、主運動機構(gòu)是他的應(yīng)用實例擺動導(dǎo)桿機構(gòu)擺動導(dǎo)桿機構(gòu)6. 定塊機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)的演變 變換機架314A2BC應(yīng)用實例應(yīng)用實例B234C1A自卸卡車舉升機構(gòu)自卸卡車舉升機構(gòu)應(yīng)用實例應(yīng)用實例B34C1A2應(yīng)用實例應(yīng)用實例4A1B23C應(yīng)用實例應(yīng)用實例13C4AB2應(yīng)用實例應(yīng)用實例A1C234B搖塊機構(gòu)搖塊機構(gòu)314A2BC鉸鏈四桿機構(gòu)的演變 變換機架314A2BC7. 搖塊機構(gòu)搖塊機構(gòu)應(yīng) 用 實 例應(yīng) 用 實 例自 卸 車自 卸 車8-3 平面四桿機構(gòu)的基本知識平面四桿機構(gòu)的基本知識1.鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄的條件（1）周轉(zhuǎn)副的條件8-3 平面四桿機構(gòu)的基本知識平面四桿機構(gòu)的基本知識1.鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄

10、的條件 最短桿長度最長桿長度最短桿長度最長桿長度其余兩桿長度之和；其余兩桿長度之和； 組成該周轉(zhuǎn)副的兩桿中必有一桿為最短桿。組成該周轉(zhuǎn)副的兩桿中必有一桿為最短桿。（1）周轉(zhuǎn)副的條件其中第一個條件稱為桿長條件。其中第一個條件稱為桿長條件。且最短桿參與構(gòu)成的轉(zhuǎn)動副是周轉(zhuǎn)副，其它皆是擺動副1 1）最長桿與最短桿的長度之和應(yīng)）最長桿與最短桿的長度之和應(yīng)其他兩桿長度其他兩桿長度 之和之和必要條件必要條件2 2）連架桿或機架之一為最短桿。）連架桿或機架之一為最短桿。結(jié)論：（2）鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄的條件曲柄存在的條件曲柄存在的條件滿足桿長條件時，取不同的構(gòu)件為機架1）最短桿為連架桿：）最短桿為連架桿： 曲柄

11、搖桿曲柄搖桿2）最短桿為機架：）最短桿為機架： 雙曲柄雙曲柄3）最短桿為連桿：不存在曲柄）最短桿為連桿：不存在曲柄 ，雙搖桿，雙搖桿曲柄存在的條件曲柄存在的條件哪哪一一副副動動畫畫不不對？對？各桿長度滿足桿長條件鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄的條件 最短桿為連架桿或機架。例8-3 鉸鏈四桿機構(gòu)1）各桿長度滿足桿長條件 各桿長度應(yīng)滿足桿長條件；2）各桿長度不滿足桿長條件曲柄存在的條件曲柄存在的條件且最短桿參與構(gòu)成的轉(zhuǎn)動副是周轉(zhuǎn)副，其它皆是擺動副例8-4 偏置曲柄滑塊機構(gòu)偏置曲柄滑塊機構(gòu)有曲柄的條件： 連架桿長度偏距連桿的長度； 連架桿為最短桿。對心曲柄滑塊機構(gòu)有曲柄的條件： 連架桿長度連桿的長度； 連架桿為

12、最短桿。曲柄存在的條件曲柄存在的條件Y雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)Nlmin為機架為機架?lmin為連架桿為連架桿NNY雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)曲柄搖桿曲柄搖桿機構(gòu)機構(gòu)Ylmin+lmax l4 +l3?開始開始2.急回運動和行程速比系數(shù)（1）急回運動 當(dāng)主動件曲柄等速轉(zhuǎn)動時，從動件搖桿擺回的平均速度大于擺出的平均速度，搖桿的這種運動特性稱為急回運動。（2）行程速比系數(shù)Kv2v1K =180 180 =結(jié)論且 角越大，K值越大，機構(gòu)的急回性質(zhì)也越顯著。當(dāng)機構(gòu)存在極位夾角 時，機構(gòu)便具有急回運動特性；例8-6 對心曲柄滑塊機構(gòu)例8-7 偏置曲柄滑塊機構(gòu)急回運動與速比系數(shù)急回運動與速比系數(shù)(1/2) 擺動導(dǎo)桿

13、機構(gòu)的極位夾角？1 工作時慢速，回程時快速。牛頭刨床， 插床2.工作時快速，回程時慢速。破碎機。3.正反行程無急回。急回運動與速比系數(shù)急回運動與速比系數(shù)(2/2)（3 3）急回）急回 連桿BC與從動件CD之間所夾的銳角 稱為四桿機構(gòu)在此位置的傳動角。且 90 90 最小傳動角的確定： 對于曲柄搖桿機構(gòu)， min出現(xiàn)在主動件曲柄與機架共線的兩位置之一。為了保證機構(gòu)傳力性能良好，應(yīng)使min40 50。3四桿機構(gòu)的傳動角傳動角傳動角 (1/1) 對于曲柄搖桿機構(gòu)，以搖桿CD為主動件，則當(dāng)連桿與從動件曲柄共線時，機構(gòu)的傳動角0， 這時主動件CD 通過連桿作用于從動件AB上的力恰好通過其回轉(zhuǎn)中心，出現(xiàn)了

14、不能使構(gòu)件AB 轉(zhuǎn)動的“頂死” 現(xiàn)象， 機構(gòu)的這種位置稱為“死點”。4.死點例8-9 曲柄滑塊機構(gòu)例8-10 擺動導(dǎo)桿機構(gòu)例8-8 曲柄搖桿機構(gòu)死點死點(1/1)（1）克服死點的方法 1）利用安裝飛輪加大慣性的方法，借慣性作用使機構(gòu)闖過死點。 2）采用將兩組以上的同樣機構(gòu)組合使用，且使各組機構(gòu)的死點位置相互錯開排列的方法。死點死點(1/1) 利用慣性利用慣性B2C2踏板踏板縫紉機主運動機構(gòu)縫紉機主運動機構(gòu)腳腳AB1C1D 縫紉機腳踏板機構(gòu)縫紉機腳踏板機構(gòu)（2）死點的應(yīng)用例8-11 飛機起落架收放機構(gòu)例8-12 折疊式桌的折疊機構(gòu)死點死點(1/1)注意！注意！ 機構(gòu)不能運動的三種情況的區(qū)別：機構(gòu)

15、不能運動的三種情況的區(qū)別： 死點死點、自鎖自鎖、F 0死點死點 不計摩擦?xí)r，機構(gòu)傳動角不計摩擦?xí)r，機構(gòu)傳動角 = = 0 0 ( (= = 9090) )的特的特殊位置。利用慣性或其它方法，機構(gòu)可以通過該位置。殊位置。利用慣性或其它方法，機構(gòu)可以通過該位置。自鎖自鎖 計入摩擦?xí)r，驅(qū)動力方向滿足一定幾何條件而使機計入摩擦?xí)r，驅(qū)動力方向滿足一定幾何條件而使機構(gòu)無法運動的現(xiàn)象，具有方向性。構(gòu)無法運動的現(xiàn)象，具有方向性。F 0 運動鏈為桁架。運動鏈為桁架。連桿曲線連桿曲線(1/1)4. 連桿曲線運動連續(xù)性運動連續(xù)性(1/3)5連桿機構(gòu)的運動連續(xù)性1. 運動連續(xù)性運動連續(xù)性當(dāng)主動件連續(xù)運動時，從動件能否

16、連續(xù)實現(xiàn)當(dāng)主動件連續(xù)運動時，從動件能否連續(xù)實現(xiàn)給定的各個位置的運動。給定的各個位置的運動。2. 可行域可行域 當(dāng)曲柄當(dāng)曲柄AB連續(xù)轉(zhuǎn)動時，搖桿連續(xù)轉(zhuǎn)動時，搖桿CD的擺動范圍的擺動范圍 或或3. 不可行域不可行域由由和和所決定的范圍所決定的范圍運動不連續(xù)問題有：運動不連續(xù)問題有： 錯位不連續(xù)錯位不連續(xù) 錯序不連續(xù)錯序不連續(xù)4. 錯位不連續(xù)錯位不連續(xù)不連通的兩個可行域內(nèi)的運動不連續(xù)。不連通的兩個可行域內(nèi)的運動不連續(xù)。1C234ABD11C2CC1C2C2鉸鏈四桿機構(gòu)裝配模式鉸鏈四桿機構(gòu)裝配模式C4C3 CADBB1C1C2ADCB2B不連通域不連通域5. 錯序不連續(xù)錯序不連續(xù)原動件按同一方向連續(xù)轉(zhuǎn)

17、動時，連桿不能按原動件按同一方向連續(xù)轉(zhuǎn)動時，連桿不能按順序通過給定的各個位置順序通過給定的各個位置1C2234AB3DC1C3B1B2圖中，要求連桿依次占據(jù)圖中，要求連桿依次占據(jù)B1C1、B2C2、B3C3，當(dāng)，當(dāng)AB沿沿轉(zhuǎn)動可以滿足要轉(zhuǎn)動可以滿足要求，但沿求，但沿轉(zhuǎn)動，則轉(zhuǎn)動，則不能滿足連桿預(yù)期的次序不能滿足連桿預(yù)期的次序要求。要求。 錯順連續(xù)性8-4 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計1. 連桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題流量指示機構(gòu)牛頭刨床機構(gòu)（1）滿足預(yù)定的連桿位置要求 連桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題是根據(jù)給定的要求選定機構(gòu)的型式，確定各構(gòu)件的尺寸，同時還要滿足結(jié)構(gòu)條件、動力條件和運動連續(xù)條件等。（2

18、）滿足預(yù)定的運動規(guī)律的要求即滿足兩連架桿預(yù)定的對應(yīng)位置要求（又稱實現(xiàn)函數(shù)的問題)；即要求連桿能占據(jù)一系列預(yù)定位置小型電爐爐門的開閉機構(gòu)滿足給定行程速比系數(shù)K的要求等。（又稱剛體導(dǎo)引問題）。（3）滿足預(yù)定的軌跡要求 圖解法、解析法和實驗法。 即要求在機構(gòu)的運動過程中，連桿上某些點的軌跡能滿足預(yù)定的軌跡要求。 例8-16 鶴式起重機例8-17 攪拌機構(gòu)連桿機構(gòu)的設(shè)計方法有：平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計(2/6)1. 用作圖法設(shè)計四桿機構(gòu)ABCD固定鉸鏈 A、D ：活動鉸鏈 B、C ： 圓心 圓或圓弧BiCii =1、2、NEiFi圖解設(shè)計問題作圖求解各鉸鏈中心的位置問題。各鉸鏈間的運動關(guān)系

19、：1.1 圖解設(shè)計的基本原理平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計(3/6)圖解設(shè)計的具體方法（1 1）按連桿預(yù)定的位置設(shè)計）按連桿預(yù)定的位置設(shè)計1）已知活動鉸鏈中心的位置2）已知固定鉸鏈中心的位置平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計(5/6)剛化反轉(zhuǎn)法(機構(gòu)倒置)B為A和A的回轉(zhuǎn)中心 1 .將機構(gòu)的各位置的構(gòu)型均視為剛體。 2. 整體移動，使新機架（連桿位置）重合。 3.即得新連桿相對于新機架的各個位置，即實現(xiàn)了機構(gòu)的倒置。 這樣，就將求活動鉸鏈的位置問題轉(zhuǎn)化為求固定鉸鏈的位置問題了。這種方法又稱為反轉(zhuǎn)法。 為了求活動鉸鏈的位置，可將待求活動鉸鏈所在的桿視作新機架，而將其相對的桿視為新連桿。機

20、構(gòu)的倒置原理平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計(4/6)機構(gòu)倒置的三步驟機構(gòu)倒置的三步驟凡所有相,皆是虛妄。若見諸相非相,即見如來 。-金剛經(jīng) 5相是虛妄的。 事物在不停的變化發(fā)展。這是一種無色無相的境界。告訴你世間所有的相都是假的，不要太過于執(zhí)著。等你能到了無色無相的境界時候，你就到了佛的境界（即見如來）。圖解設(shè)計的具體方法（1 1）按連桿預(yù)定的位置設(shè)計）按連桿預(yù)定的位置設(shè)計1）已知活動鉸鏈中心的位置2）已知固定鉸鏈中心的位置 ？求解條件討論：當(dāng)N3時，當(dāng)N2時，當(dāng)N4時，當(dāng)N5時，有唯一解；有無窮多解；可能有無窮多解；可能有解或無解；平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計(5/6)1 圖解設(shè)計的具體方法（2 2）按兩連架桿預(yù)定的對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)）按兩連架桿預(yù)定的對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)1）已知兩連架桿三對對應(yīng)位置2）已知兩連架桿四對對應(yīng)位置平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計(5/6)3）按兩連架桿的多對對應(yīng)位置設(shè)計(機構(gòu)的