第5章 平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)

機(jī)械原理DesignofLinkageMechanisms第五章平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)1

§5-2平面四桿機(jī)構(gòu)的類(lèi)型和應(yīng)用§5-3平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)§5-4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

§5-1平面四桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及基本型式§5-5多桿機(jī)構(gòu)5平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)2機(jī)械原理連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例：3機(jī)械原理4機(jī)械原理5機(jī)械原理6機(jī)械原理7機(jī)械原理8機(jī)械原理9機(jī)械原理10機(jī)械原理11機(jī)械原理12機(jī)械原理13機(jī)械原理14機(jī)械原理15機(jī)械原理§5.1平面四桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和基本型式連桿機(jī)構(gòu)(linkagemechanisms)由低副（轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副、球面副、圓柱副、及螺旋副等）聯(lián)結(jié)而成的機(jī)構(gòu)，或稱低副機(jī)構(gòu)。含有不直接與機(jī)架相連的構(gòu)件（連桿）的低副機(jī)構(gòu)稱連桿機(jī)構(gòu)16機(jī)械原理連桿機(jī)構(gòu)分類(lèi)根據(jù)其構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)分為平面連桿機(jī)構(gòu)或空間連桿機(jī)構(gòu)。所有構(gòu)件間的運(yùn)動(dòng)均為平面運(yùn)動(dòng)，且只用低副連接的機(jī)構(gòu)稱為平面連桿機(jī)構(gòu)，又稱平面低副機(jī)構(gòu)。根據(jù)構(gòu)件數(shù)目分為四桿機(jī)構(gòu)、五桿機(jī)構(gòu)…。廣泛應(yīng)用的是平面四桿機(jī)構(gòu)，而且它是構(gòu)成和研究平面多桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)，其它機(jī)構(gòu)都是由四桿機(jī)構(gòu)演化而成的。四桿機(jī)構(gòu)六桿機(jī)構(gòu)17機(jī)械原理空間機(jī)構(gòu)與平面機(jī)構(gòu)18機(jī)械原理空間機(jī)構(gòu)與平面機(jī)構(gòu)19機(jī)械原理連桿機(jī)構(gòu)（LinkageMechanisms）的特點(diǎn)(characteristics)平面連桿機(jī)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)：（1）低副接觸面大、承載能力強(qiáng)、利于潤(rùn)滑，不易磨損，而且易于加工。（2）不同構(gòu)件尺寸，可改變從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律，實(shí)現(xiàn)增力和擴(kuò)大行程。（3）能夠?qū)崿F(xiàn)多種連桿運(yùn)動(dòng)軌跡曲線20機(jī)械原理軌跡曲線21機(jī)械原理平面連桿機(jī)構(gòu)的主要缺點(diǎn)：（1）運(yùn)動(dòng)必須經(jīng)過(guò)中間構(gòu)件進(jìn)行傳遞，因而傳遞路線長(zhǎng)，易產(chǎn)生積累誤差，機(jī)械效率降低，設(shè)計(jì)方法也較復(fù)雜。（2）連桿機(jī)構(gòu)作變速運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件慣性力及慣性力矩難以完成平衡，不宜作高速運(yùn)動(dòng)；（3）連桿機(jī)構(gòu)較難準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。手工設(shè)計(jì)非常繁瑣復(fù)雜，計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)就較為簡(jiǎn)單構(gòu)件不都是和機(jī)架相連，誤差通過(guò)傳遞累計(jì)，輸出件誤差較大實(shí)際中的連桿各構(gòu)件均具有質(zhì)量，則必然存在慣性，會(huì)增加機(jī)構(gòu)的動(dòng)載荷不是不能平衡，是能夠平衡，平衡部分慣性力，不能完全消除得到的是近似的運(yùn)動(dòng)曲線22機(jī)械原理5.2平面四桿機(jī)構(gòu)的類(lèi)型和應(yīng)用ABC32144l1ABD321ф23所有運(yùn)動(dòng)副均為轉(zhuǎn)動(dòng)副的平面四桿機(jī)構(gòu)稱為鉸鏈四桿構(gòu)機(jī)械原理一、平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式——鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)

(revolutefour-barmechanisms)連架桿(sidelinks)連架桿連桿(coupler)能繞其軸線轉(zhuǎn)360o的連架桿。僅能繞其軸線作往復(fù)擺動(dòng)的連架桿。曲柄(crank)搖桿(rocker)連架桿機(jī)架(frame)周轉(zhuǎn)副：整周轉(zhuǎn)動(dòng)

擺轉(zhuǎn)副：不能整周轉(zhuǎn)動(dòng)

24機(jī)械原理按照兩連架桿的運(yùn)動(dòng)形式的不同，可將鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)分為：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(crank-rockermechanisms)雙曲柄機(jī)構(gòu)(doublerockermechanisms)雙搖桿機(jī)構(gòu)(double-crankmechanisms)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)25機(jī)械原理（1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(crank-rockermechanisms)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若其兩個(gè)連架桿一為曲柄，一為搖桿，則此四桿機(jī)構(gòu)稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。功能：連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)往復(fù)擺動(dòng)26機(jī)械原理曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(crank-rockermechanisms)27機(jī)械原理（2）雙曲柄機(jī)構(gòu)(doublerockermechanisms) ——兩個(gè)連架桿都是曲柄的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)功能：連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)28機(jī)械原理雙曲柄機(jī)構(gòu)

(doublerockermechanisms)29機(jī)械原理雙曲柄機(jī)構(gòu)(doublerockermechanisms)AECDB123456應(yīng)用實(shí)例：慣性篩30機(jī)械原理雙曲柄機(jī)構(gòu)(doublerockermechanisms)ACBD特例：若機(jī)構(gòu)中相對(duì)兩桿平行且相等，則成為平面四邊形機(jī)構(gòu)。平行四邊形機(jī)構(gòu)特性：▲兩曲柄同速同向轉(zhuǎn)動(dòng)▲連桿作平動(dòng)臺(tái)燈伸展機(jī)構(gòu)31機(jī)械原理雙曲柄機(jī)構(gòu)(doublerockermechanisms)平行四邊形機(jī)構(gòu)位置不確定問(wèn)題32機(jī)械原理雙曲柄機(jī)構(gòu)(doublerockermechanisms)

逆平行（反平行）四邊形機(jī)構(gòu)（兩相對(duì)桿長(zhǎng)相等但不平行的雙曲柄機(jī)構(gòu)）DBCA公車(chē)車(chē)門(mén)開(kāi)閉機(jī)構(gòu)特性：以長(zhǎng)邊機(jī)架時(shí)，兩曲柄以反方向轉(zhuǎn)動(dòng)以短邊為機(jī)架時(shí)，與一般雙曲柄機(jī)構(gòu)相似33機(jī)械原理（3）雙搖桿機(jī)構(gòu)(double-crankmechanisms) ——兩個(gè)連架桿都是搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)功能：往復(fù)擺動(dòng)往復(fù)擺動(dòng)34機(jī)械原理雙搖桿機(jī)構(gòu)(double-crankmechanisms)35機(jī)械原理雙搖桿機(jī)構(gòu)(double-crankmechanisms)梯形機(jī)構(gòu)36機(jī)械原理雙搖桿機(jī)構(gòu)(double-crankmechanisms)飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)37機(jī)械原理雙搖桿機(jī)構(gòu)(double-crankmechanisms)推土機(jī)鏟斗機(jī)構(gòu)電風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)38機(jī)械原理雙搖桿機(jī)構(gòu)(double-crankmechanisms)汽車(chē)前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)αβP特例：等腰梯形機(jī)構(gòu)——兩搖桿長(zhǎng)度相等的雙搖桿機(jī)構(gòu)3940機(jī)械原理二、平面四桿機(jī)構(gòu)的演化偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(off-setslider-crank)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)雙滑塊機(jī)構(gòu)正弦機(jī)構(gòu)s=lsinφ↓∞

→∞φl(shuí)1.改變構(gòu)件的形狀和運(yùn)動(dòng)尺寸41機(jī)械原理轉(zhuǎn)動(dòng)副變成移動(dòng)副42機(jī)械原理2.改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸擴(kuò)大B擴(kuò)大BACD123BABCD1232ABD1C343機(jī)械原理轉(zhuǎn)動(dòng)副44機(jī)械原理移動(dòng)副：擴(kuò)大DABCDDACB45機(jī)械原理3.取不同構(gòu)件為機(jī)架(0~360°)(0~360°)(<360°)(<360°)1234ABCD曲柄搖桿機(jī)構(gòu)取不同構(gòu)件為機(jī)架各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系不變整周轉(zhuǎn)動(dòng)副46機(jī)械原理雙曲柄機(jī)構(gòu)(0~360°)(0~360°)(<360°)(<360°)1234ABDC雙搖桿機(jī)構(gòu)(0~360°)(0~360°)(<360°)1234ABCD(<360°)47機(jī)械原理BA1234C(a)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(b)(曲柄)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)BA1234C導(dǎo)桿:組成移動(dòng)副的兩活動(dòng)構(gòu)件，畫(huà)成桿狀的構(gòu)件稱為導(dǎo)桿，畫(huà)成塊狀的構(gòu)件稱為滑塊。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)BA1234C(c)(曲柄)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)(曲柄搖塊機(jī)構(gòu))48機(jī)械原理(d)曲柄搖塊機(jī)構(gòu)A1234CB(e)定塊機(jī)構(gòu)（直動(dòng)滑桿機(jī)構(gòu)）A234CB149機(jī)械原理50

取構(gòu)件2為機(jī)架，曲柄1作360°周轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，滑塊3繞轉(zhuǎn)動(dòng)中心C作往復(fù)搖動(dòng)。A1234CBBA1234C對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)3搖塊機(jī)構(gòu)

(Swing-Crank

Mechanism)51524定塊機(jī)構(gòu)

(Fixed-Crank

Mechanism)

取滑塊3為機(jī)架，構(gòu)件2作往復(fù)擺動(dòng)，構(gòu)件4在滑塊中作往復(fù)移動(dòng)。A234CB1BA1234C對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)53抽水唧筒54（二）含兩個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)

1．正弦機(jī)構(gòu)

兩個(gè)移動(dòng)副相鄰，且其中一個(gè)移動(dòng)副與機(jī)架相關(guān)聯(lián)，移動(dòng)導(dǎo)桿3的位移與主動(dòng)曲柄1的轉(zhuǎn)角的正弦成正比，即，故稱正弦機(jī)構(gòu)，常用于儀表和解算裝置中。5556

兩個(gè)移動(dòng)副不相鄰，從動(dòng)件3的位移與原動(dòng)件轉(zhuǎn)角的正切成正比，故稱為正切機(jī)構(gòu)。2．正切機(jī)構(gòu)

572．雙滑塊機(jī)構(gòu)

兩個(gè)移動(dòng)副都與機(jī)架相關(guān)聯(lián)，則得如圖所示的雙滑塊機(jī)構(gòu)。58機(jī)械原理雙滑塊機(jī)構(gòu)59機(jī)械原理含二個(gè)移動(dòng)副的副四桿機(jī)構(gòu)1432雙滑塊機(jī)構(gòu)1432雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)1432正弦機(jī)構(gòu)1432正切機(jī)構(gòu)60偏心輪機(jī)構(gòu)BB

由轉(zhuǎn)動(dòng)副銷(xiāo)軸的半徑擴(kuò)大并超過(guò)曲柄長(zhǎng)度演化而來(lái)。這樣使轉(zhuǎn)動(dòng)副接觸面積增大，磨損減小，曲柄由原來(lái)的桿件變成板狀，強(qiáng)度、剛度增大。常用于工作行程很小而承受很大的沖擊載荷的場(chǎng)合。如內(nèi)燃機(jī)、鍛壓設(shè)備、柱塞油泵中。AA616263機(jī)械原理§5-3平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)

一、平面四桿機(jī)構(gòu)的曲柄存在條件C2A1a4b3cdBD64機(jī)械原理b+cr2|b-c|r1cbB24DC23dAaB11

要使AB成為曲柄，則拆副后AB上的點(diǎn)B應(yīng)在r1與

r2圍成的環(huán)面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。即使AB轉(zhuǎn)到與機(jī)架共線的兩位置在環(huán)面內(nèi)。其條件：EFGE'F'G'aB1Ad-ad+a165機(jī)械原理當(dāng)d>a時(shí)，式（2）變?yōu)?1)(2)(c>b)(b>c)(2a)(2b)a≤

dc≤

ba≤

ca≤

db≤

ca≤

b66機(jī)械原理同理當(dāng)a>d時(shí)，同樣有由(1)及（2a'

）(2b')可得(1)(b>c)(2b)(c>b)(2a)cbB2DC3r2BaAd+a1da-d|C-b|r34cb結(jié)論：如果最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和小于或等于其它兩桿長(zhǎng)度之和（滿足桿長(zhǎng)和條件）則存在整周轉(zhuǎn)動(dòng)副，組成該整周轉(zhuǎn)動(dòng)副的兩桿必有一桿為最短桿。(2a')(2b')67機(jī)械原理鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類(lèi)型與尺寸之間的關(guān)系在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中：（1）如果最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和小于或等于其它兩桿長(zhǎng)度之和——滿足桿長(zhǎng)條件①以最短桿的相鄰構(gòu)件為機(jī)架，則此機(jī)構(gòu)為以最短桿為曲柄的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；②以最短桿為機(jī)架，則此機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)；③以最短桿的對(duì)邊構(gòu)件為機(jī)架，則此機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。（2）如果最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和大于其它兩桿長(zhǎng)度之和（不滿足桿長(zhǎng)和條件），則不論選哪個(gè)構(gòu)件為機(jī)架，都為雙搖桿機(jī)構(gòu)。68機(jī)械原理判斷由不同桿作機(jī)架時(shí)四桿機(jī)構(gòu)屬于哪種機(jī)構(gòu)a、b為最長(zhǎng)與最短雙搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)以最短桿相鄰桿為機(jī)架以與最短桿相對(duì)的桿為機(jī)架以最短桿為機(jī)架NY69

實(shí)例

如圖ABCD中，已知各桿長(zhǎng)度分別為：a=30，b=50，c=40，d=45，試確定該機(jī)構(gòu)分別以AD、AB、CD、BC各桿為機(jī)架時(shí)，各屬何機(jī)構(gòu)？

解：∵a+b<c+d滿足曲柄存在充要條件1，因而可能有曲柄存在。當(dāng)以最短桿AB為機(jī)架時(shí)，故為雙曲柄機(jī)構(gòu)。以AD為機(jī)架時(shí)，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。以CD為機(jī)架時(shí)，雙搖桿機(jī)構(gòu)。以BC為機(jī)架時(shí)，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。abcdABCD70機(jī)械原理曲柄滑塊機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件BA1234Ceab偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)有曲柄的條件：最短桿長(zhǎng)度＋偏距≤連桿的長(zhǎng)度；連架桿為最短桿。對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)有曲柄的條件：最短桿長(zhǎng)度≤連桿的長(zhǎng)度；連架桿為最短桿。71機(jī)械原理二、急回特性與行程速度變化系數(shù)

(coefficientoftravelspeedariation)急回運(yùn)動(dòng)：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)件正行程的平均速度慢于反行程的平均速度的現(xiàn)象，也稱為機(jī)構(gòu)的急回特性。72機(jī)械原理1）概念極位——輸出構(gòu)件的極限位置擺角φ——從動(dòng)件兩極限位置所夾的銳角極位夾角——當(dāng)輸出構(gòu)件在兩極位時(shí)，原動(dòng)件所處兩個(gè)位置之間所夾的銳角。1jB2C212v2v1B1C14ABCD23173CBADd74CBADd75CBADd76CBADd77CBADd78CBADd79CBADd80CBADd81CBADd82CBADd83CBADd84ACDBacbd85CBADd86CBADd87C2ADd機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)極位B288ADdC2B2V289BADdV2C290BADdV2C291BADdV2C292BADdV2C293ADdV2C12機(jī)構(gòu)的近極位C2B2B194CBADdC2V22V195CBADdC2v22V196CBADdC2v22V197CBADdC2v22V198ACDacbdC2v22V199CBADdC2v22V1100BADdC2v22V11B2B1機(jī)構(gòu)的近極位機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)極位C1101BADdC2v22V11B2B1C1

搖桿處于兩極限位置時(shí)，對(duì)應(yīng)的曲柄所夾的銳角——極位夾角102ADdC2v22（t2）V11（t1）B2B1C1因?yàn)?（t1）

>2（t2）；所以v2>v1，弧長(zhǎng)S103機(jī)械原理2)急回運(yùn)動(dòng)機(jī)理

急回作用具有方向性,當(dāng)原動(dòng)件的回轉(zhuǎn)方向改變時(shí),急回的行程也隨之改變。注意！a)曲柄轉(zhuǎn)過(guò)搖桿上C點(diǎn)擺過(guò)：所用時(shí)間：b)曲柄轉(zhuǎn)過(guò)搖桿上C點(diǎn)擺過(guò)：所用時(shí)間：c)設(shè)兩過(guò)程的平均速度為V1、V2：回程速度大于正行程速度。104機(jī)械原理3)行程速比系數(shù)K為表明急回運(yùn)動(dòng)程度，用行程速度變化系數(shù)K(timeratio)來(lái)衡量，作為機(jī)構(gòu)的基本運(yùn)動(dòng)特征參數(shù)。定義為反正行程速度比，即或：平面四桿機(jī)構(gòu)具有急回特性的條件：（1）原動(dòng)件作等速整周轉(zhuǎn)動(dòng)；（2）輸出件作往復(fù)運(yùn)動(dòng)；（3）θK

，急回運(yùn)動(dòng)特性愈顯著。

105機(jī)械原理曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，原動(dòng)件AB以等速轉(zhuǎn)動(dòng)B1B2HH=2a,,無(wú)急回特性。314A對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)B2CabC1C2C1B1B2HC2偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)2AB134eCab,有急回特性。106機(jī)械原理對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)θ=0，K=1，無(wú)急回運(yùn)動(dòng)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

θ0，K1，有急回運(yùn)動(dòng)107機(jī)械原理3）曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)B2B1有急回特性。108機(jī)械原理曲柄搖桿機(jī)構(gòu)是否始終存在急回運(yùn)動(dòng)特性？（1）Ⅰ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

K>1，從動(dòng)件慢行程方向與曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致，如圖所示。其結(jié)構(gòu)特征是A、D位于C1、C2兩點(diǎn)所在直線的同側(cè)，構(gòu)件尺寸關(guān)系為。109機(jī)械原理（2）Ⅱ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

K>1，從動(dòng)件慢行程方向與曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，如圖所示。其結(jié)構(gòu)特征是A、D位于C1、C2兩點(diǎn)所在直線的異側(cè)，構(gòu)件尺寸關(guān)系為110機(jī)械原理（3）Ⅲ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

K=1，從動(dòng)件無(wú)急回特性，如圖所示。其結(jié)構(gòu)特征是A、C1、C2三點(diǎn)共線，構(gòu)件尺寸關(guān)系為111機(jī)械原理三、壓力角、傳動(dòng)角和死點(diǎn)1）壓力角(pressureangle)與傳動(dòng)角(transmissionangle)

在不計(jì)摩擦力、重力、慣性力的條件下，機(jī)構(gòu)中驅(qū)使從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的力的方向線與從動(dòng)件上受力點(diǎn)的速度方向線所夾的銳角。壓力角：傳動(dòng)角：壓力角的余角。vcFF1F21ABCD234越小，受力越好。越大，受力越好。傳動(dòng)角是變化的。112機(jī)械原理三、壓力角、傳動(dòng)角和死點(diǎn)ACBDvBFFvcaAB134Cb2vFABC2314113機(jī)械原理2）平面四桿機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角位置連接BD，在ABD中：ABCDcbadFVC在BCD中：若此式為極值，則需取極值，即故當(dāng)<90o時(shí)：=min=min當(dāng)>90o時(shí)：min=180o-max結(jié)論：當(dāng)=0o或180o時(shí):min=min{min

，(180o-max)}曲柄與機(jī)架共線時(shí)，出現(xiàn)最小傳動(dòng)角。114§2-5鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的特性

為保證機(jī)構(gòu)具有良好的傳動(dòng)性能，一般規(guī)定機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角γmin≥40o，在傳遞較大力矩時(shí)，應(yīng)使γmin≥50o。B'C'AD''max'C''B''AD'min''外共線內(nèi)共線取′與〞兩者中的較小值為最小傳動(dòng)角

min='，''minor115機(jī)械原理曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：當(dāng)主動(dòng)件為曲柄時(shí)，最小傳動(dòng)角出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架垂直的位置。擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)：由于在任何位置時(shí)主動(dòng)曲柄通過(guò)滑塊傳給從動(dòng)桿的力的方向，與從動(dòng)桿上受力點(diǎn)的速度方向始終一致，所以傳動(dòng)角等于90度?？偨Y(jié)：傳動(dòng)角大小與各桿長(zhǎng)有關(guān)，可按給給定的許用傳動(dòng)角統(tǒng)籌各種性能指標(biāo)，設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)。116機(jī)械原理3）機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置(deadpointpositions)畫(huà)出壓力角1C234ABDabcdvBFBB2C2vB踏板縫紉機(jī)主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)腳AB1C1DFBvB死點(diǎn)：當(dāng)機(jī)構(gòu)處于傳動(dòng)角（或壓力角）的機(jī)構(gòu)位置ADCBADCBADCBADCBDCBADCBADCBADCBAADCBCBDDAABCDD

連桿BC與從動(dòng)件曲柄AB共線，壓力角=900，傳動(dòng)角=0，機(jī)構(gòu)位于兩個(gè)死點(diǎn)位置。采用裝飛輪加大慣性的方法，利用從動(dòng)件的慣性闖過(guò)死點(diǎn)。127機(jī)械原理4）克服死點(diǎn)的方法1）利用安裝飛輪加大慣性的方法，借慣性作用使機(jī)構(gòu)闖過(guò)死點(diǎn)。2）采用將兩組以上的同樣機(jī)構(gòu)組合使用，而使各組機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置相互錯(cuò)開(kāi)排列的方法。GG’EFE’F’

機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列

F’A’E’D’G’B’C’ABEFDCG

將兩組以上的機(jī)構(gòu)組合起來(lái)，是各組機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)相互錯(cuò)開(kāi)排列。如蒸汽機(jī)車(chē)車(chē)輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，兩側(cè)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的曲柄位置相互錯(cuò)開(kāi)90o。飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)在機(jī)輪放下時(shí)，BC桿與CD桿成一直線，機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置，使降落更加安全可靠。ABDCABCDγ=0F5）死點(diǎn)的利用分合閘機(jī)構(gòu)觸頭FACBD彈簧拉力觸頭ABCDFFQFB在力的作用下手柄不會(huì)自動(dòng)松脫133機(jī)械原理§5.4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)一、連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題和方法⑴實(shí)現(xiàn)預(yù)訂的連桿位置要求--剛體導(dǎo)引(Bodyguidance)剛體導(dǎo)引

是機(jī)構(gòu)能引導(dǎo)剛體（如連桿）通過(guò)一系列給定位置。㈠基本問(wèn)題134機(jī)械原理⑵

再現(xiàn)給定的軌跡(pathgeneration)軌跡生成(pathgeneration)，

是指連桿上某點(diǎn)通過(guò)某一預(yù)先給定軌跡的功能。135機(jī)械原理⑶實(shí)現(xiàn)兩個(gè)連架桿的給定對(duì)應(yīng)位置問(wèn)題⑷綜合功能O2O3O4O1D1下連桿上連桿上剪刀D2下剪刀二.

平面四桿機(jī)構(gòu)選型

1.主動(dòng)件連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件往復(fù)移動(dòng)（1）如要求行程速比系數(shù)K=1，可采用正弦機(jī)構(gòu)或?qū)π那瑝K機(jī)構(gòu)。

在正弦機(jī)構(gòu)中，當(dāng)主動(dòng)件等角速回轉(zhuǎn)時(shí)，從動(dòng)件作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。運(yùn)轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)，但其中存在兩個(gè)移動(dòng)副，摩擦磨損較為顯著。BA1234C對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

在該機(jī)構(gòu)中，當(dāng)連桿長(zhǎng)度與曲柄長(zhǎng)度的比值n越大，則從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)越接近于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，運(yùn)轉(zhuǎn)越平穩(wěn)。但n較大時(shí)，在滑塊行程相同的條件下，連桿長(zhǎng)度越大，占據(jù)的空間越大。反之，n越小時(shí)，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的變化越劇烈，運(yùn)轉(zhuǎn)越不平穩(wěn)。通常n≥3。2.要求行程速比系數(shù)，可考慮采用偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。

AB1234eC偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

影響該機(jī)構(gòu)基本性質(zhì)的尺寸參數(shù)是n和（偏距與曲柄長(zhǎng)之比）。在n—定的條件下，增加可獲得較大的K值，但最大壓力角也將隨之加大，傳動(dòng)情況惡化。通常推薦K≤2。2.主動(dòng)件連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件往復(fù)擺動(dòng)

如要求行程速比系數(shù)K=1，可采用Ⅲ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)比較平穩(wěn)。從動(dòng)搖桿的最大擺角

隨著K值的增加，Ⅱ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)比Ⅰ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)對(duì)壓力角的影響更為顯著。所以，當(dāng)K值較大時(shí)，在機(jī)構(gòu)條件允許的情況下，盡可能選用Ⅰ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。若，建議盡量采用擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。

3、主動(dòng)件連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件也連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)

滿足這種運(yùn)動(dòng)要求的機(jī)構(gòu)有轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)。

142機(jī)械原理三、連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本方法

1）平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)：

在機(jī)構(gòu)綜合的基礎(chǔ)上，根據(jù)機(jī)構(gòu)所要完成的運(yùn)動(dòng)功能而提出的設(shè)計(jì)條件（運(yùn)動(dòng)條件、幾何條件和傳力條件等），確定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸（一般又稱為尺度綜合），畫(huà)出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。2）設(shè)計(jì)中應(yīng)滿足的附加條件：（1）要求某連架桿為曲柄；（2）要求機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)具有連續(xù)性；（3）要求最小傳動(dòng)角在許用傳動(dòng)角范圍內(nèi)，即（4）特殊的運(yùn)動(dòng)要求，如要求機(jī)構(gòu)輸出件有急回特性；（5）足夠的運(yùn)動(dòng)空間等。3）平面四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的問(wèn)題概括成下述兩個(gè)基本問(wèn)題（2）實(shí)現(xiàn)已知軌跡問(wèn)題（1）實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律問(wèn)題；4）設(shè)計(jì)方法（1）幾何法（作圖法）；

（2）解析法；（3）實(shí)驗(yàn)法；143機(jī)械原理四.平面四桿機(jī)構(gòu)的圖解法設(shè)計(jì)按連桿預(yù)定位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按兩連架桿預(yù)定的對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

144機(jī)械原理按連桿預(yù)定位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)(1)給定連桿上兩鉸鏈中心位置的設(shè)計(jì)問(wèn)題此問(wèn)題的本質(zhì)是：已知活動(dòng)鉸鏈，求固定鉸鏈（求活動(dòng)鉸鏈軌跡圓的圓心）。AB1B2B3C1C2C3D145機(jī)械原理按給定行程速度變化系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求：已知搖桿的長(zhǎng)度CD、擺角及行程速比系數(shù)K。計(jì)算極位夾角：選定機(jī)構(gòu)比例尺，作出極位圖：GF(除弧FG以外)IMN90o-PB1B2C1C2DA3)聯(lián)C1C2，過(guò)C2

作C1M

C1C2

；另過(guò)C1作C2C1N=90-

射線C1N，交C1M于P點(diǎn)；4)以C1P

為直徑作圓I，則該圓上任一點(diǎn)均可作為A鉸鏈，有無(wú)窮多解。設(shè)計(jì)過(guò)程：146機(jī)械原理C2B2C1B1IGFC1C2DB1B2A錯(cuò)位不連續(xù)問(wèn)題A鉸鏈不能選定在FG弧段不連通域147機(jī)械原理補(bǔ)充：運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性遇到的運(yùn)動(dòng)不連續(xù)問(wèn)題有：1.錯(cuò)序不連續(xù)1C234ABDC1C21C3234AB2DC1C2B1B32.錯(cuò)位不連續(xù)148機(jī)械原理錯(cuò)序不連續(xù)——原動(dòng)件按同一方向連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，連桿不能按順序通過(guò)給定的各個(gè)位置。1C2234AB3DC1C3B1B2

圖中，要求連桿依次占據(jù)B1C1、B2C2、B3C3，當(dāng)AB沿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)可以滿足要求，但沿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，則不能滿足連桿預(yù)期的次序要求。149機(jī)械原理1.運(yùn)動(dòng)連續(xù)性——當(dāng)主動(dòng)件連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件能否連續(xù)實(shí)現(xiàn)給定的各個(gè)位置的運(yùn)動(dòng)。2.可行域

——當(dāng)曲柄AB連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，搖桿CD的擺動(dòng)范圍或3.不可行域——由δ和δ'所決定的范圍可行域不可行域不可行域150機(jī)械原理錯(cuò)位不連續(xù)——不連通的兩個(gè)可行域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)不連續(xù)。1C234ABDC1C2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)裝配模式C4C3φC″ADBφB1C1C2ADC′B2B不連通域151機(jī)械原理90o-PAE2aIIOaObIC1C2D欲得確定解，則需附加條件：(1)給定機(jī)架長(zhǎng)度d；(2)給定曲柄長(zhǎng)度a；(3)給定連桿長(zhǎng)度b(1).給定機(jī)架長(zhǎng)度d的解：(2).給定曲柄長(zhǎng)度a的解：作圖步驟：證明：152機(jī)械原理給定連桿長(zhǎng)度b的解：I90o-PIIIE2bAC1C2D作圖步驟：證明：Ob153機(jī)械原理曲柄滑塊機(jī)構(gòu)已知條件：滑塊行程H、偏距e和行程速比系數(shù)KIMN90o-PB1B2AC1C2有無(wú)窮多解設(shè)曲柄長(zhǎng)度為a，連桿長(zhǎng)度為b，則:設(shè)計(jì)過(guò)程：154機(jī)械原理

◆擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)對(duì)于擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),由于其導(dǎo)桿的擺角φ

剛好等于其極位夾角θ，因此，只要給定曲柄長(zhǎng)度LAB

(或給定機(jī)架長(zhǎng)度LAD)和行程速比系數(shù)K就可以求得機(jī)構(gòu)。分析：由于θ與導(dǎo)桿擺角φ相等，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)時(shí)，僅需要確定曲柄a。計(jì)算θ＝180(K-1)/(K+1)；任選D作∠mDn＝φ＝θ取A點(diǎn)，使得AD=d,則:a=dsin(φ/2)已知：機(jī)架長(zhǎng)度d，K，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。φ=θmndADθφ=θBADB155機(jī)械原理給定兩連架桿上對(duì)應(yīng)位置的設(shè)計(jì)問(wèn)題此問(wèn)題的本質(zhì)是：已知固定鉸鏈，求活動(dòng)鉸鏈。設(shè)計(jì)方法——采用轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)法(或反轉(zhuǎn)法)轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)法或反轉(zhuǎn)法——根據(jù)機(jī)構(gòu)的倒置理論，通過(guò)取不同構(gòu)件為機(jī)架，將活動(dòng)鉸鏈位置的求解轉(zhuǎn)化為固定鉸鏈的求解設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)的方法。ADE1F1E2F2B1C1ADB2C2ADADB3C3α1α3α2φ3φ2φ1B1C1ADB2C2B3C3C2B3A’B’2DB1C1A

DB3C3B1C1ADC2B3A’B’2ADB3C3B1C1ADA’B’2ADB3C3B1C1ADC3B3A’B’2ADB1C1ADC3B’3A’A”B’2ADB1C1ADC3B’3A’A”B’2ADB1C1ADC3B’3B1A’A”B’2AB1C1ADB’3A’A”B’2168機(jī)械原理C2B2B2C21212AB1C1DAB1C1DA′D′轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)法原理：

其原理與取不同構(gòu)件為機(jī)架的演化方法（稱為“機(jī)構(gòu)倒置”原理）完全相同，即相對(duì)運(yùn)動(dòng)不變?cè)怼．?dāng)給整個(gè)機(jī)構(gòu)加一個(gè)共同的運(yùn)動(dòng)時(shí)，雖然各構(gòu)件的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)改變了，但是各構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)并不發(fā)生變化，亦即各構(gòu)件的相對(duì)尺寸不發(fā)生改變。169機(jī)械原理A′D′B2C2E2F2以連桿上任一線為相對(duì)機(jī)架的情況

所得結(jié)果與以連桿為相對(duì)機(jī)架時(shí)相同，故設(shè)計(jì)時(shí)可以連桿上任意線為相對(duì)機(jī)架進(jìn)行，結(jié)果相同。AB1C1DA′D′170機(jī)械原理1212C1B1ADE1F1E2F2A′D′已知連桿在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的兩個(gè)位置E1F1

、

E2F2

，設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)——轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)法(或反轉(zhuǎn)法)的應(yīng)用有無(wú)窮多解171機(jī)械原理ADE1F1已知連桿上在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的三個(gè)位置E1F1、E2F2、E3F3

，設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)E2F2E3F3A’2D’2A’3D’3C1B1唯一解172機(jī)械原理反轉(zhuǎn)法或轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)法的具體作圖方法——為了不改變反轉(zhuǎn)前后機(jī)構(gòu)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，作圖時(shí)將原機(jī)構(gòu)每一位置的各構(gòu)件之間的相對(duì)位置視為剛性體；用作全等四邊形或全等三角形的方法，求出轉(zhuǎn)化后機(jī)構(gòu)的各構(gòu)件的相對(duì)位置。這一方法又稱為“剛化——反轉(zhuǎn)法”。反轉(zhuǎn)作圖法只限于求解兩位置或三位置的設(shè)計(jì)問(wèn)題

173機(jī)械原理設(shè)計(jì)方法——采用轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)法(或反轉(zhuǎn)法)B2C2AB1C1D1212以連架桿為相對(duì)機(jī)架12B2A按兩連架桿預(yù)定的對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)174機(jī)械原理按兩連架桿三個(gè)對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)C1B3'_B2'B1ADC1C2C3請(qǐng)求出B1討論：1、哪個(gè)構(gòu)件應(yīng)成為相對(duì)機(jī)架？2

、反轉(zhuǎn)角為哪個(gè)？_E3E2B1ADB2B3E1已知：機(jī)架長(zhǎng)度LAD、一連架桿長(zhǎng)度LAB及其起始位置、兩連架桿對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角12、12

、13、13

。設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)實(shí)例

曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，現(xiàn)要求用一連桿將搖桿ＣＤ和一滑塊Ｆ連接起來(lái)，使搖桿的三個(gè)已知位置C1D、C2D、C3D和滑塊的三個(gè)位置F1、F2、F3相對(duì)應(yīng)。試確定此連桿的長(zhǎng)度及其與搖桿ＣＤ鉸接點(diǎn)的位置。固化DC1F1順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至C1D與C2D重合F1F1’E固化DC2F2逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)至C3D與C2D重合F2F3F1’F3’EF2F3F1F1’F3’E180機(jī)械原理§5.5平面多桿機(jī)構(gòu)一、四桿機(jī)構(gòu)的局限

不能很好地滿足生產(chǎn)實(shí)際所需要的復(fù)雜要求，比如在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中，由于受壓力角和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性等條件的限制，從動(dòng)件的擺角一般為。但是，在工程上往往需要從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)更大的擺角，如在縫紉機(jī)的擺梭機(jī)構(gòu)中要求梭芯擺動(dòng)左右。181機(jī)械原理二、采用多桿機(jī)構(gòu)的目的1、獲得小的運(yùn)動(dòng)空間182機(jī)械原理(2)取得有利的傳動(dòng)角

當(dāng)從動(dòng)件的擺角較大，機(jī)構(gòu)的外廓尺寸或鉸鏈位置的布置受到嚴(yán)格限制的地方，采用四桿機(jī)構(gòu)往往不能獲得有利的傳動(dòng)角，而采用多桿機(jī)構(gòu)則可使傳動(dòng)角條件得到改善。183機(jī)械原理(3)獲得較大的機(jī)械增益

機(jī)械增益是指在忽略重力和慣性力，不計(jì)運(yùn)動(dòng)副中摩擦發(fā)熱等引起的能量損失的情況下，機(jī)構(gòu)輸出力（力矩）與輸入力（力矩）之比值。184機(jī)械原理(4)改變從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)特性

185機(jī)械原理(5)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)從動(dòng)件帶停歇運(yùn)動(dòng)某些機(jī)械有時(shí)要求在原動(dòng)件連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，其從動(dòng)件能作一段時(shí)間的停歇，而整個(gè)運(yùn)動(dòng)還應(yīng)是連續(xù)平穩(wěn)的，利用多桿機(jī)構(gòu)能較好的滿足這方面的要求。實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)停歇的方法：利用連桿曲線上的近似圓弧或直線部分。

利用兩個(gè)四桿機(jī)構(gòu)在極位附近的串接。若讓曲柄搖桿機(jī)構(gòu)在某一極位（ABCD）時(shí)，與前一級(jí)雙曲柄機(jī)構(gòu)在低速區(qū)串接，就可使從動(dòng)搖桿獲得較長(zhǎng)時(shí)間的近似停歇運(yùn)動(dòng)。186機(jī)械原理利用連桿上E點(diǎn)軌跡使導(dǎo)桿停歇利用連桿上A點(diǎn)軌跡的自交性使滑塊獲得兩個(gè)不同的行程187機(jī)械原理(6)擴(kuò)大機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的行程(7)可使從動(dòng)件的行程可調(diào)188機(jī)械原理(8)實(shí)現(xiàn)特定要求下的平面引導(dǎo)189機(jī)械原理三、多桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例1901、學(xué)習(xí)要求（1）了解連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的特點(diǎn)及其主要優(yōu)缺點(diǎn)。（2）了解平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式、演化型式及平面四桿機(jī)構(gòu)的一些應(yīng)用實(shí)例。（3）了解有關(guān)四桿機(jī)構(gòu)的一些基本知識(shí)（包括四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件、行程速比系數(shù)及急回作用、傳動(dòng)角及死點(diǎn)等）。（4）了解四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題，并學(xué)會(huì)根據(jù)簡(jiǎn)單的條件設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的一些基本方法。2、本章的重點(diǎn)

本章的重點(diǎn)是四桿機(jī)構(gòu)的基本型式及其他演化，有關(guān)四桿機(jī)構(gòu)的一些基本知識(shí)，以及平面四桿機(jī)構(gòu)的一些基本設(shè)計(jì)方法。1.極位夾角：機(jī)構(gòu)中從動(dòng)搖桿處于兩極限位置時(shí)，原動(dòng)曲柄的相應(yīng)兩位置之間所夾的銳角。

，表示機(jī)構(gòu)具有急回特性，且極位夾角愈大，機(jī)構(gòu)的急回運(yùn)動(dòng)就愈顯著，所以，要判斷一個(gè)機(jī)構(gòu)是否有急回特性，就要找出極位夾角。

知識(shí)點(diǎn)回顧2.壓力角與傳動(dòng)角：在四桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)不計(jì)摩擦?xí)r，主動(dòng)件通過(guò)連桿作用在從動(dòng)件上的力的作用線與其受力點(diǎn)出的速度方向之間所夾的銳角，稱為機(jī)構(gòu)在此位置的壓力角，而把壓力角的余角，即連桿與從動(dòng)搖桿所夾的銳角，稱為傳動(dòng)角。

它們常用來(lái)衡量機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性能。傳動(dòng)角愈大，即壓力角愈小，機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性能愈好，效率愈高。

多數(shù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中