第三章平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)

§3-1平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題§3-2平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化§3-3平面四桿機(jī)構(gòu)的主要工作特性緒論定義：若干剛性構(gòu)件通過(guò)低副聯(lián)接而成的機(jī)構(gòu)，稱(chēng)為連桿機(jī)構(gòu)，又稱(chēng)低副機(jī)構(gòu)。一、連桿機(jī)構(gòu)§3-1平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題

平面連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)件運(yùn)動(dòng)形式多樣，如可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)、擺動(dòng)、移動(dòng)和平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，從而可用于剛體引導(dǎo)、實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律或已知軌跡。剛體引導(dǎo)實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動(dòng)軌跡二、連桿機(jī)構(gòu)的作用實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律§3-1平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題三、連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)?

承受載荷大，便于潤(rùn)滑?

制造方便，易獲得較高的精度?

兩構(gòu)件之間的接觸靠幾何封閉實(shí)現(xiàn)?

實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)規(guī)律和軌跡要求優(yōu)點(diǎn)§3-1平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題缺點(diǎn)

?慣性力不易平衡

?不易精確實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律和軌跡要求§3-1平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題四、連桿機(jī)構(gòu)的分類(lèi)1)根據(jù)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)分類(lèi)平面連桿機(jī)構(gòu)(Planarlinkage)空間連桿機(jī)構(gòu)(Spatiallinkage)§3-1平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題2)根據(jù)構(gòu)件的數(shù)目分類(lèi)四桿機(jī)構(gòu)五桿機(jī)構(gòu)六桿機(jī)構(gòu)多桿機(jī)構(gòu)§3-1平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題3)根據(jù)機(jī)構(gòu)自由度數(shù)分類(lèi)單自由度連桿機(jī)構(gòu)雙自由度連桿機(jī)構(gòu)多自由度連桿機(jī)構(gòu)§3-1平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題4)根據(jù)運(yùn)動(dòng)鏈的開(kāi)或閉分類(lèi)

本章主要討論平面四桿機(jī)構(gòu)。開(kāi)鏈連桿機(jī)構(gòu)平面四桿機(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)?！?-1平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題五、平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題問(wèn)題一：實(shí)現(xiàn)構(gòu)件給定位置（剛體導(dǎo)引）

要求連桿機(jī)構(gòu)按規(guī)定順序精確或近似地經(jīng)過(guò)給定的若干位置。§3-1平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題問(wèn)題二：實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律（或函數(shù)生成）

要求主、從動(dòng)件滿(mǎn)足已知的若干組對(duì)應(yīng)位置關(guān)系，包括滿(mǎn)足一定的急回特性要求，或者在主動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律一定時(shí)，從動(dòng)件能精確地或近似地按給定規(guī)律運(yùn)動(dòng)。§3-1平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題問(wèn)題三：實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動(dòng)軌跡

要求連桿機(jī)構(gòu)中作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件上某一點(diǎn)精確或近似地沿著給定的軌跡運(yùn)動(dòng)。§3-1平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題§3-1平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題§3-2平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化§3-3平面四桿機(jī)構(gòu)的主要工作特性緒論一、平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式－－鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)--所有運(yùn)動(dòng)副均為轉(zhuǎn)動(dòng)副的平面四桿機(jī)構(gòu)。它是平面四桿機(jī)構(gòu)的最基本的型式，其它型式的平面四桿機(jī)構(gòu)都可看作是在它的基礎(chǔ)上通過(guò)演化而成的?！?-2平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化機(jī)架連桿能繞其軸線(xiàn)轉(zhuǎn)360o的連架桿。僅能繞其軸線(xiàn)作往復(fù)擺動(dòng)的連架桿。★曲柄★搖桿連架桿組成轉(zhuǎn)動(dòng)副的兩構(gòu)件能作整周轉(zhuǎn)動(dòng)?！镎D(zhuǎn)副★擺動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副組成轉(zhuǎn)動(dòng)副的兩構(gòu)件僅能作往復(fù)擺動(dòng)。BADC整轉(zhuǎn)副擺動(dòng)副連架桿§3-2平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化1.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的三種基本形式曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)根據(jù)連架桿為曲柄或搖桿的不同，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)分為三種基本型式：§3-2平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化2.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄主動(dòng)§3-2平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化搖桿主動(dòng)§3-2平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化雙曲柄機(jī)構(gòu)普通雙曲柄機(jī)構(gòu)§3-2平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化平行四邊形機(jī)構(gòu)§3-2平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化雙搖桿機(jī)構(gòu)§3-2平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化等腰梯形機(jī)構(gòu)反平行四邊形機(jī)構(gòu)§3-2平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化?

取不同構(gòu)件為機(jī)架[倒置]，構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)與機(jī)架的選取無(wú)關(guān)。?

用移動(dòng)副代替轉(zhuǎn)動(dòng)副，轉(zhuǎn)動(dòng)副演化[變異]為移動(dòng)副。?改變移動(dòng)副結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)件和桿狀構(gòu)件互換，不會(huì)影響構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。?

擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副，或改變轉(zhuǎn)動(dòng)副結(jié)構(gòu)，不會(huì)影響構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。§3-2平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化二、平面四桿機(jī)構(gòu)的演化1.三種鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的關(guān)系

構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)與機(jī)架的選取無(wú)關(guān)取1為機(jī)架雙曲柄機(jī)構(gòu)取3為機(jī)架雙搖桿機(jī)構(gòu)取2為機(jī)架曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)§3-2平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化通過(guò)更換機(jī)架得到的機(jī)構(gòu)稱(chēng)為倒置機(jī)構(gòu)2.含一個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)使C點(diǎn)沿弧形導(dǎo)槽運(yùn)動(dòng)CD長(zhǎng)趨于無(wú)窮大

曲柄搖桿機(jī)構(gòu)演化為含一個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)，稱(chēng)為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)動(dòng)副D演化為移動(dòng)副§3-2平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化e——偏距，曲柄回轉(zhuǎn)中心A至經(jīng)過(guò)C點(diǎn)直槽中心線(xiàn)的距離。e≠0——偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)e＝0——對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)§3-2平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化

內(nèi)燃機(jī)、蒸氣機(jī)、往復(fù)式抽水機(jī)、空氣壓縮機(jī)及沖床等的主要機(jī)構(gòu)都是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)?！?-2平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的倒置取不同構(gòu)件為機(jī)架（A、B為整轉(zhuǎn)副）取1為機(jī)架取2為機(jī)架取3為機(jī)架§3-2平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化1234曲柄滑塊機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)曲柄搖塊機(jī)構(gòu)移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)§3-2平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)二、含兩個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)將轉(zhuǎn)動(dòng)副C演化為移動(dòng)副1.正弦機(jī)構(gòu)C→∞§3-2平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化

若將對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)動(dòng)副B演化為移動(dòng)副，則得正切機(jī)構(gòu)或正切發(fā)生器，此時(shí)構(gòu)件1只能在一定角度范圍內(nèi)擺動(dòng)，關(guān)有關(guān)系：§3-2平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化正切搖塊搖桿搖桿導(dǎo)桿滑塊搖塊取1為機(jī)架取2為機(jī)架取3為機(jī)架§3-2平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化正切機(jī)構(gòu)的倒置§3-2平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化含兩個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用三、偏心輪機(jī)構(gòu)（擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副機(jī)構(gòu)）

在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)或其他含有曲柄的四桿機(jī)構(gòu)中，如果曲軸長(zhǎng)度很短，則在桿狀曲軸兩端裝設(shè)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副將存在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的困難。而如果曲柄需安裝在直軸的兩支承之間，則將導(dǎo)致連桿與曲柄軸的運(yùn)動(dòng)干涉。曲軸，力學(xué)性能差§3-2平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化偏心輪－工程中常將曲柄設(shè)計(jì)成偏心距為曲柄長(zhǎng)的

偏心圓盤(pán)。(適用于載荷很大，行程較小的機(jī)構(gòu)，如沖床、減床、壓印機(jī)床等)偏心輪機(jī)構(gòu)－曲柄為偏心輪結(jié)構(gòu)的連桿機(jī)構(gòu)。§3-2平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化

在要求曲柄長(zhǎng)度和從動(dòng)件行程可調(diào)節(jié)的場(chǎng)合，常采用雙偏心輪機(jī)構(gòu)。曲柄由偏心距分別為AO1、O1O2的兩個(gè)偏心輪1、2組成，通過(guò)改變兩偏心輪相對(duì)周向位置，可實(shí)現(xiàn)曲柄長(zhǎng)度AB在一定范圍內(nèi)的連續(xù)調(diào)節(jié)，從而使滑塊4具有不同的行程?！?-2平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化§3-1平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題§3-2平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化§3-3平面四桿機(jī)構(gòu)的主要工作特性緒論一、轉(zhuǎn)動(dòng)副為整轉(zhuǎn)副的充分必要條件B1C1D成立B2C2D成立§3-3平面四桿機(jī)構(gòu)的主要工作特性a最短格拉?；舴?Grashoff)判據(jù)或桿長(zhǎng)之和條件：最短構(gòu)件與最長(zhǎng)構(gòu)件長(zhǎng)度之和小于等于其它兩構(gòu)件長(zhǎng)度之和——LSC重要，熟記！§3-3平面四桿機(jī)構(gòu)的主要工作特性結(jié)論：鉸鏈四桿運(yùn)動(dòng)鏈中，某一轉(zhuǎn)動(dòng)副為整轉(zhuǎn)副的充分必要條件是組成該轉(zhuǎn)動(dòng)副的兩構(gòu)件中必有一個(gè)構(gòu)件為最短構(gòu)件，且四個(gè)構(gòu)件的長(zhǎng)度滿(mǎn)足桿長(zhǎng)之和條件。推論1：如果四個(gè)構(gòu)件的長(zhǎng)度不滿(mǎn)足桿長(zhǎng)之和條件，則四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副均為擺動(dòng)副，從而無(wú)論取哪個(gè)構(gòu)件為機(jī)架，均得雙搖桿機(jī)構(gòu)。第一種雙搖桿機(jī)構(gòu)：adcb?

b最短，

?

b+d(最長(zhǎng))>a+c§3-3平面四桿機(jī)構(gòu)的主要工作特性推論2：鉸鏈四桿運(yùn)動(dòng)鏈中四個(gè)構(gòu)件的長(zhǎng)度滿(mǎn)足桿長(zhǎng)之和條件，且其中一個(gè)構(gòu)件的長(zhǎng)度小于其他三個(gè)構(gòu)件中任一構(gòu)件的長(zhǎng)度，則該最短構(gòu)件所聯(lián)接的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副均為整轉(zhuǎn)副，另兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副均為擺動(dòng)副。?

a最短，

?

a+d(最長(zhǎng))≤b+c機(jī)架連桿BADC整轉(zhuǎn)副擺動(dòng)副連架桿adcb

若取最短構(gòu)件為機(jī)架，則得雙曲柄機(jī)構(gòu)，而取最短構(gòu)件的任一相鄰構(gòu)件為機(jī)架，則得曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，又若取最短構(gòu)件的對(duì)邊為機(jī)架，則得雙搖桿機(jī)構(gòu)?！?-3平面四桿機(jī)構(gòu)的主要工作特性機(jī)架1機(jī)架2機(jī)架3機(jī)架4雙曲柄曲柄搖桿雙搖桿曲柄搖桿鉸鏈四桿運(yùn)動(dòng)鏈§3-3平面四桿機(jī)構(gòu)的主要工作特性?

a最短，

?

a+d(最長(zhǎng))≤b+c但取最短桿a的對(duì)面桿為機(jī)架第二種雙搖桿機(jī)構(gòu)：§3-3平面四桿機(jī)構(gòu)的主要工作特性

例：判斷圖示兩個(gè)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類(lèi)型解：對(duì)圖(a)，有：∵30+70>40+55∴該機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。對(duì)圖(b)，有：∵20+80<40+70，且機(jī)架為最短桿的相鄰桿，∴該機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。3070405520804070(a)(b)§3-3平面四桿機(jī)構(gòu)的主要工作特性

例：若要求該機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，問(wèn)AB桿尺寸應(yīng)為多少？B1107060ACD解：1.設(shè)AB為最短桿即LAB+110≤60+70LAB≤202.設(shè)AB為最長(zhǎng)桿即LAB+60≤110+70LAB≤1203.設(shè)AB為之間桿即110+60≤LAB+70100≤LAB所以AB桿的取值范圍為：LAB≤20，100≤LAB≤120§3-3平面四桿機(jī)構(gòu)的主要工作特性1.極位夾角：機(jī)構(gòu)從動(dòng)件處于兩個(gè)極限位置時(shí)，原動(dòng)件所處兩個(gè)對(duì)應(yīng)位置之間所夾的銳角θ。2.急回特性：在曲柄等速回轉(zhuǎn)的情況下，從動(dòng)件往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度并不相等，這種現(xiàn)象稱(chēng)為機(jī)構(gòu)的急回特性。二、★極位夾角和急回特性§3-3平面四桿機(jī)構(gòu)的主要工作特性

曲柄搖桿所需時(shí)間C點(diǎn)平均角速度AB1→AB2轉(zhuǎn)角φ1=180o+θC1D→C2D

轉(zhuǎn)角ψt1＝φ1/ω1ω'3＝ψ/t1AB2→AB1轉(zhuǎn)角φ2=180o-θC2D→C1D

轉(zhuǎn)角ψω''3＝ψ/t2∵t1>t2∴ω'3<ω''3工作行程空回行程t2＝φ2/ω1§3-3平面四桿機(jī)構(gòu)的主要工作特性3.從動(dòng)件行程速度變化系數(shù)極位夾角θ是產(chǎn)生急回特性的根本原因θ↑→K↑→急回越顯著若θ=0o，則無(wú)急回或§3-3平面四桿機(jī)構(gòu)的主要工作特性●對(duì)心式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)結(jié)論：對(duì)心式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)無(wú)急回特性。●

偏置式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)結(jié)論：偏置式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)有急回特性。4.推廣到曲柄滑塊機(jī)構(gòu):B1C1BACB2C2ABCB1C1C2B2§3-3平面四桿機(jī)構(gòu)的主要工作特性5.推廣到導(dǎo)桿機(jī)構(gòu):C1C2BACθψ

結(jié)論：有急回特性，且極位夾角等于擺桿擺角，即§3-3平面四桿機(jī)構(gòu)的主要工作特性三、★壓力角和傳動(dòng)角∴α越小，受力越好。γ越大，受力越好。FvcFn1ABCD234ω1δαγFt1.壓力角:連桿對(duì)從動(dòng)件力作用線(xiàn)與從動(dòng)件該點(diǎn)的速度方向之間所夾的銳角，為機(jī)構(gòu)的壓力角α

。2.傳動(dòng)角:壓力角α的余角γ稱(chēng)為傳動(dòng)角。

機(jī)構(gòu)常用傳動(dòng)角大小及變化來(lái)衡量機(jī)構(gòu)傳力性能的好壞?！?-3平面四桿機(jī)構(gòu)的主要工作特性3.曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角位置δ為銳角：傳動(dòng)角γ＝δ4vcABCDF123以曲柄1為原動(dòng)件的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：f

★當(dāng)曲柄1和機(jī)架4處于兩共線(xiàn)位置時(shí)，連桿和輸出件的夾角最小和最大（）。F1vcDFCABF21234abcdB2DAC2B1C1δ為鈍角：傳動(dòng)角γ＝180o－δ§3-3平面四桿機(jī)構(gòu)的主要工作特性ACBDvBFFvcaAB134Cb2vcABC12F一、舉例：二、思考：若以曲柄為原動(dòng)件，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的左右極限位置和兩個(gè)可能的最小傳動(dòng)角位置有什么不同？§3-3平面四桿機(jī)構(gòu)的主要工作特性四、死點(diǎn)位置

若以搖桿CD為主動(dòng)件，則當(dāng)連桿與從動(dòng)曲柄共線(xiàn)時(shí)，機(jī)構(gòu)傳動(dòng)角為零，這時(shí)CD通過(guò)連桿作用于從動(dòng)件AB上的力恰好通過(guò)其回