第10章平面連桿機(jī)構(gòu)

第2章平面連桿機(jī)構(gòu)§2-1

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式和特性

§2-2

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件

§2-3

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化

§2-4

平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計

學(xué)習(xí)重點預(yù)熱：

什么是平面連桿機(jī)構(gòu)？特點及研究內(nèi)容是什么？預(yù)熱

定義:全由低副（轉(zhuǎn)動副、移動副）構(gòu)成的平面機(jī)構(gòu)稱為平面連桿機(jī)構(gòu)

特點：面接觸，承載能力強(qiáng)，耐磨損；易于制造和獲得較高的制造精度；能實現(xiàn)多種運(yùn)動規(guī)律。

缺點：效率低；累計運(yùn)動誤差較大；高速運(yùn)轉(zhuǎn)時不平衡動載荷較大，且難于消除。

內(nèi)容：類型、應(yīng)用及其特性，平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計

1234ABCD連桿連架桿連架桿機(jī)架曲柄搖桿(擺桿)(整轉(zhuǎn))(擺轉(zhuǎn))機(jī)架、連桿、連架桿機(jī)架－參考系（固定件）連架桿－與機(jī)架相聯(lián)連桿－不與機(jī)架相聯(lián)基本構(gòu)件曲柄：可回轉(zhuǎn)360°的連架桿搖桿：擺角小于360°的連架桿滑塊：作往復(fù)移動的連架桿連架桿鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)－全由轉(zhuǎn)動副相聯(lián)的平面四桿機(jī)構(gòu)§2-1

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式和特性

一、平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式—鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)一、平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式—鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)

1．曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

2．雙曲柄機(jī)構(gòu)

3．雙搖桿機(jī)構(gòu)

二、平面四桿機(jī)構(gòu)的演化型式

1．曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

2．導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

3．偏心輪機(jī)構(gòu)

§2-1

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式和特性

運(yùn)動副全是轉(zhuǎn)動副

1.曲柄搖桿機(jī)構(gòu)☆

兩連架桿中一個為曲柄，另一個為搖桿。

曲柄為主動件時，可以實現(xiàn)由曲柄的整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動到搖桿往復(fù)擺動的運(yùn)動轉(zhuǎn)換。搖桿為主動件時，則可以將搖桿的擺動轉(zhuǎn)換為曲柄的整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動。

應(yīng)用舉例：

①牛頭刨床工作臺橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)

②縫紉機(jī)的踏板機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用---雷達(dá)縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)

牛頭刨床進(jìn)給機(jī)構(gòu)縫紉機(jī)踏板\牛頭刨床進(jìn)給機(jī)構(gòu)圖

(a)局部結(jié)構(gòu)圖;(b)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖

1—主動齒輪;2—從動齒輪;3—連桿;4—搖桿（棘爪）;5—棘輪;6—絲杠;7—機(jī)架

1）急回特性和行程速比系數(shù)搖桿的擺角ψ＝∠C1DC2；極位夾角θ工作行程回程曲柄等速轉(zhuǎn)動時，搖桿往復(fù)擺動的平均速度不相同，這種運(yùn)動稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的急回運(yùn)動。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的急回運(yùn)動程度可以用2和的比值來衡量,稱為行程速比系數(shù)。θ↗，↗，急回程度↗。θ=0時，

=1時，機(jī)構(gòu)無急回運(yùn)動。

傳動角壓力角的余角。2）壓力角和傳動角

壓力角

從動件受力點（C點）的受力方向與受力點的速度方向之間所夾的銳角。壓力角越小，傳動角越大，機(jī)構(gòu)傳力性能越好。設(shè)計時應(yīng)使≥在△ABD和△BCD中，分別有式中，。聯(lián)立求解得δ與γ如何確定鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的最小傳動角？①當(dāng)δ≤時，=δ（對頂角關(guān)系）；②當(dāng)δ＞時，=-δ（互為補(bǔ)角關(guān)系）。由此可見，要判斷min位置前，首先應(yīng)判斷δmin、δmax位置?？煞忠韵氯N情況討論：

①δ≤時，min=δmin

；②δ＞時，min=-δmax

；③機(jī)構(gòu)中①和②兩種情況共存時，可先計算當(dāng)δ≤時的1min=δmin

，然后再計算當(dāng)δ＞時的=-δmax

。則min＝min{1min,2min}。結(jié)論：

min可能發(fā)生在主動曲柄與機(jī)架兩次共線（AB′，AB″）的位置之一處，即處。

進(jìn)一步分析δ與的關(guān)系3）死點位置1．死點的概念

在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)搖桿為主動件時，當(dāng)連桿與從動曲柄共線時，機(jī)構(gòu)的傳動角＝，此時主動件CD通過連桿作用于從動曲柄AB上的力恰好通過其回轉(zhuǎn)中心，所以出現(xiàn)了不能使構(gòu)件AB轉(zhuǎn)動的頂死現(xiàn)象，機(jī)構(gòu)的這種位置稱為死點位置或死點。2．死點的缺陷對于傳動機(jī)構(gòu)，存在死點位置是一個缺陷，常采用下列措施使機(jī)構(gòu)順利通過死點位置：①利用系統(tǒng)的慣性；②利用特殊機(jī)構(gòu)。

3．死點的利用在工程中也常常應(yīng)用死點位置實現(xiàn)工作要求。如快速夾具、飛機(jī)起落架等。

具夾速快

利用慣性利用機(jī)構(gòu)錯位排列正平行四邊形機(jī)構(gòu)蒸汽機(jī)車的車輪聯(lián)動機(jī)構(gòu)2.雙曲柄機(jī)構(gòu)☆兩個連架桿都能作整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動振動篩（也稱為慣性篩）在雙曲柄機(jī)構(gòu)中，如果組成四邊形的對邊長度分別相等

則根據(jù)曲柄相對位置的不同，可得到正平行四邊形機(jī)構(gòu)和反平行四邊形機(jī)構(gòu)。反平行四邊形機(jī)構(gòu)車門啟閉機(jī)構(gòu)

3.雙搖桿機(jī)構(gòu)☆兩連架桿均為搖桿飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)起重機(jī)中重物平移機(jī)構(gòu)汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)(等腰梯形機(jī)構(gòu))

在中①

②

整理得③

將式①、②、③中的三個不等式兩兩相加，化簡后得④④

曲柄存在條件：①最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和；②連架桿與機(jī)架中必有一桿為最短桿。你會判斷由不同桿作機(jī)架時四桿機(jī)構(gòu)屬于哪種機(jī)構(gòu)么？§2-2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件（曲柄存在條件）

在中雙搖桿機(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)架以與最短桿相對的桿為機(jī)架以最短桿為機(jī)架NY判斷由不同桿作機(jī)架時四桿機(jī)構(gòu)屬于哪種機(jī)構(gòu)取不同構(gòu)件為機(jī)架時的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)型式(a)構(gòu)件4為機(jī)架;(b)構(gòu)件2為機(jī)架;(c)構(gòu)件1為機(jī)架;(d)構(gòu)件3為機(jī)架取不同構(gòu)件為機(jī)架時的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)型式

1.曲柄滑塊機(jī)構(gòu)☆一連架桿為曲柄，另一連架桿相對機(jī)架作往復(fù)移動而稱為滑塊應(yīng)用舉例：內(nèi)燃機(jī)、空氣壓縮機(jī)、沖床和縫紉機(jī)等。對心式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)§2-3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化

取曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的不同構(gòu)件作為機(jī)架，可以得到以下四種不同的機(jī)構(gòu)。2.導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)曲柄轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)曲柄擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)擺動導(dǎo)桿滑塊機(jī)構(gòu)（搖塊機(jī)構(gòu)）移動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（定塊機(jī)構(gòu)）應(yīng)用

導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用圖(a)曲柄滑塊機(jī)構(gòu);(b)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu);

（c)擺動導(dǎo)桿滑塊機(jī)構(gòu)(搖塊機(jī)構(gòu)）;(d)移動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（定塊機(jī)構(gòu)）

導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)圖2

曲柄擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)(a)曲柄擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu);(b)電氣開關(guān)小型刨床機(jī)構(gòu)卡車車廂自動翻轉(zhuǎn)卸料機(jī)構(gòu)

手動抽水機(jī)

3.偏心輪機(jī)構(gòu)特點：容易加工；工作時潤滑條件和受力情況好；可用于較重載荷的傳動中。應(yīng)用舉例：蒸汽機(jī)換氣閥傳動機(jī)構(gòu)、沖壓機(jī)傳動機(jī)構(gòu)等。（a）等效曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（b）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（c）等效曲柄搖桿機(jī)構(gòu)（d)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)§2-4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計主要任務(wù)根據(jù)給定的運(yùn)動條件，用圖解法、解析法或?qū)嶒灧ù_定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動尺寸。①按給定的位置或運(yùn)動規(guī)律要求設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)；②按給定的軌跡要求設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)。一、按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)二、按給定的連桿位置設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)三、按給定的兩連架桿對應(yīng)位置設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)四、按給定的運(yùn)動軌跡設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)１．連桿曲線２．圖譜法一、按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)1．曲柄搖桿機(jī)構(gòu)2．曲柄滑塊機(jī)構(gòu)3．導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)已知條件：行程速比系數(shù)K、搖桿的長度CD和搖桿的擺角Ψ

（1）計算極位夾角（2）取適當(dāng)?shù)谋壤擀蘬=CD/CD(m/mm)，并由

CD和Ψ

作出兩極限位置C1D、C2D;（3）過C2點作∠C1C2N＝90°－θ的射線C2N，然后再過C1點作C2C1的垂線C1N交C2N于P;（4）以C2P為直徑作圓，圓心為O，則A點必在此圓上;（5）由其他已知條件在圓周上取點A，連AC1、AC2;（6）以A為圓心，AC1為半徑做圓弧交AC2于E點，作EC2的垂直平分線得EC2之半即為AB長度由于極限位置處曲柄與連桿共線，故AC2＝BC＋AB，AC1＝BC－AB，因此，容易得到（7）討論：由于A點可在△C1PC2的外接圓周的弧C1PC2上任意選取，所以，若僅按行程速比系數(shù)K來設(shè)計，可以得到無窮多組解。因此，在未給出其它附加條件的情況下，如欲獲得良好的傳動質(zhì)量，可按照傳動角最優(yōu)或其它輔助條件來確定A點的位置。1．曲柄搖桿機(jī)構(gòu)2．曲柄滑塊機(jī)構(gòu)已知條件：行程速比系數(shù)K、滑塊行程H

偏心距e

①計算極位夾角;

②作直線C1C2＝H/μl，且C1、C2作為滑塊的兩極限位置;③根據(jù)C1、C2點求滿足極位夾角為θ的A點（結(jié)果為一圓弧C1PC2）;

④作一直線與平行，并使其間的距離等于偏心距e，則此直線與上述圓弧的交點即為曲柄的軸心A的位置;⑤連接AC1、AC2，并按上述作圖方法，即可得到曲柄的長度lAB和連桿的長度lBC。3．導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)分析（機(jī)構(gòu)簡圖演示）：對于擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，其極位夾角θ等于導(dǎo)桿的擺角Ψ，而所需要確定的尺寸是曲柄長度lAC。已知條件：行程速比系數(shù)K、機(jī)架長度lAD

①計算極位夾角；

②選擇適當(dāng)?shù)谋壤咦髦本€μl，任選固定鉸鏈點D；③按夾角Ψ（＝θ）作出導(dǎo)桿的兩極限位置Dm和Dn；④作擺角Ψ的角平分線AD，并在AD上截取AD=lAD/μl，即可得到曲柄軸心A點的位置；⑤過A點作導(dǎo)桿極限位置的垂線AC1（或AC2），即得曲柄長度lAC=μlAC。二、按給定的連桿位置設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)分析：根據(jù)設(shè)計要求，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)在運(yùn)動過程中，其連桿必須能依次通過預(yù)定位置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，……。顯然，此類機(jī)構(gòu)設(shè)計的實質(zhì)就是確定兩固定鉸鏈A、D點的位置。由鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動可知，連桿上B、C兩點的運(yùn)動軌跡分別是以A、D兩點為圓心的圓或圓弧，而連桿相鄰位置對應(yīng)點的連線B1B2、B2B3、C1C2、C2C3……分別為對應(yīng)圓或圓弧上的弦長。所以，A、D兩點必然分別位于上述對應(yīng)弦長的垂直平分線上。這樣，此類連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計就變得比較簡單了。下面分別討論兩種情況的主要設(shè)計步驟：

1．給定連桿兩個位置設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)2．給定連桿三個位置設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)1．給定連桿兩個位置設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)主要設(shè)計步驟：①根據(jù)已知條件，選取適當(dāng)?shù)谋壤擀蘬，繪出連桿的兩個位置

；

②連接，并分別作它們的垂直平分線；③在和上分別任取兩點A、D（一般也可根據(jù)其它輔助條件選?。?；④連接AB1C1D即為所求四桿機(jī)構(gòu)的一個位置。

注意：在給定連桿的兩個位置要求設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)時，由于A、D兩點可在

和

上任意選取，因此可得無窮多組解。一般還應(yīng)該考慮其它輔助條件