第10章平面連桿機(jī)構(gòu)

C919大型客機(jī)是我國(guó)首款按照國(guó)際通行適航標(biāo)準(zhǔn)自行研制、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的噴氣式干線客機(jī)。座級(jí)158-192座，航程4075-5555公里。2015年11月2日完成總裝下線，2017年5月5日成功首飛，2022年9月29日獲得中國(guó)民用航空局頒發(fā)的型號(hào)合格證，2022年12月9日全球首架交付。飛機(jī)起落架就是典型平面四桿機(jī)構(gòu)我輩當(dāng)自強(qiáng)思政教育

平面連桿機(jī)構(gòu)本章要點(diǎn)：平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式及演化一般四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法

四桿機(jī)構(gòu)的類型判別方法應(yīng)掌握內(nèi)容：第10章常用機(jī)構(gòu)概述

一般四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性和傳力特性10.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)10.1.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的組成和基本形式（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)

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)1.曲柄搖桿機(jī)構(gòu)在兩連架桿中，一個(gè)為曲柄，另一個(gè)為搖桿。應(yīng)用舉例：牛頭刨床橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)、攪面機(jī)、衛(wèi)星天線、飛剪縫紉機(jī)腳踏板機(jī)構(gòu)、自行車、走步機(jī)、送料機(jī)構(gòu)

一般曲柄主動(dòng)，將連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為搖桿的擺動(dòng)，也可搖桿主動(dòng)，曲柄從動(dòng)。運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：根據(jù)連架桿運(yùn)動(dòng)形式的不同，可分為三種基本形式

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例攪面機(jī)

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例衛(wèi)星接收裝置

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例縫紉機(jī)腳踏板機(jī)構(gòu)

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例自行車

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例跑步機(jī)

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)2.雙曲柄機(jī)構(gòu)—兩連桿架均為曲柄的四桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用舉例：慣性篩、插床機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：從動(dòng)曲柄變速回轉(zhuǎn)

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)慣性篩雙曲柄機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)插床機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)翼板式水泵雙曲柄機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例升降平臺(tái)

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)3.雙搖桿機(jī)構(gòu)—兩連桿架均為搖桿的四桿機(jī)構(gòu)港口起重機(jī)、飛機(jī)起落架、車輛的前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)應(yīng)用舉例：

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例港口起重機(jī)選擇連桿上合適的點(diǎn)，軌跡為近似的水平直線

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例飛機(jī)起落架

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)車輛的前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)風(fēng)扇搖頭雙搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)10.1.2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中曲柄存在的條件

設(shè)a＜d，則當(dāng)AB

桿能繞軸A

相對(duì)于AD

桿作整周轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，AB

桿必須占據(jù)與AD

桿共線的兩個(gè)位置

a≤d，a≤b，a≤c

在△B’’C’’D中b≤(d-a)+c在△B’C’D中即a+b≤d+c

c≤(d-a)+b即a+c≤d+b

a+d≤b+c

將式3-1、3-2、3-3兩兩相加，可得即AB桿為最短桿

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有一個(gè)曲柄的條件：(1)最短桿與最長(zhǎng)桿之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和；(2)最短桿為連架桿。選任一桿為機(jī)架，都能實(shí)現(xiàn)完全相同的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，這稱為運(yùn)動(dòng)的可逆性。在一個(gè)四桿機(jī)構(gòu)中，選取不同的構(gòu)件作機(jī)架，以獲得輸出構(gòu)件與輸入構(gòu)件間不同的運(yùn)動(dòng)特性。這一方法稱為連桿機(jī)構(gòu)的倒置。

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)可用以下方法來判別鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型：2.若機(jī)構(gòu)滿足桿長(zhǎng)之和條件，則(1)以最短桿的鄰邊為機(jī)架時(shí)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(2)以最短桿為機(jī)架時(shí)為雙曲柄機(jī)構(gòu)(3)以最短桿的對(duì)邊為機(jī)架時(shí)為雙搖桿機(jī)構(gòu)1.若機(jī)構(gòu)不滿足桿長(zhǎng)之和條件則只能成為雙搖桿機(jī)構(gòu)

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)不滿足條件（1）滿足條件（1）最短桿為機(jī)架最短桿的相鄰桿為機(jī)架最短桿的相對(duì)桿為機(jī)架雙曲柄機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)10.2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的其它形式10.2.1曲柄滑塊機(jī)構(gòu)擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副，使轉(zhuǎn)動(dòng)副變成移動(dòng)副曲柄滑塊機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于活塞式內(nèi)燃機(jī)、空氣壓縮機(jī)、沖床等機(jī)械中。

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的其它形式

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的其它形式曲柄滑快機(jī)構(gòu)演化

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的其它形式

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的其它形式10.2.2轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)當(dāng)構(gòu)件2和構(gòu)件4均能作整周轉(zhuǎn)動(dòng)，稱為轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)稈機(jī)構(gòu)，小型刨床就是應(yīng)用實(shí)例

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的其它形式

當(dāng)桿曲柄的長(zhǎng)度小于機(jī)架長(zhǎng)度時(shí)，導(dǎo)稈只能作來回?cái)[動(dòng)，又稱為擺動(dòng)導(dǎo)稈機(jī)構(gòu)，牛頭刨中的主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是他的應(yīng)用實(shí)例右圖所示為機(jī)械廠常用的加工平面的牛頭刨床。其工作原理如下：

電動(dòng)機(jī)通過帶傳動(dòng)、齒輪變速箱、曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)滑枕以合適的速度(與不同硬度的被切材料相適應(yīng))往復(fù)移動(dòng)，從而使與滑枕相連的刨刀單向切削金屬。為了降低輸入功率同時(shí)節(jié)省非加工時(shí)間，滑枕往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度不等(切削金屬的工作行程速度較低以降低輸入功率；刨刀返回的非工作行程速度較大以減小非切削時(shí)間)。因刨刀寬度有限，當(dāng)滑枕往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次時(shí)，與進(jìn)給手輪相連的棘輪-螺旋機(jī)構(gòu)(圖中未畫出)帶動(dòng)工作臺(tái)及其固定在上面的被加工工件沿垂直于紙面的方向移動(dòng)一段距離，將新的待切除材料置于刨刀之前，滑枕多次往復(fù)運(yùn)動(dòng)后就加工出了較大的平面。在切削之前，調(diào)整曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中曲柄的長(zhǎng)度，可改變滑枕移動(dòng)的行程大小，旋轉(zhuǎn)升降螺桿可調(diào)整工作臺(tái)的高低，這樣就能適應(yīng)加工不同尺寸的工件。

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的其它形式

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的其它形式當(dāng)以滑塊為機(jī)架時(shí)，可演化成移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，圖示壓水機(jī)就是實(shí)例10.2.3移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和曲柄搖塊機(jī)構(gòu)

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的其它形式當(dāng)以連桿為機(jī)架時(shí)，可演化成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，圖示自卸貨車就是實(shí)例

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的其它形式

如果兩個(gè)移動(dòng)副代替鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，便可得到三種不同形式的四桿機(jī)構(gòu)①曲柄移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)10.2.4雙移副四桿機(jī)構(gòu)

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的其它形式正弦機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例縫紉機(jī)針運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

第10章

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的其它形式②雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的其它形式③

雙滑塊機(jī)構(gòu)10.2.5多桿機(jī)構(gòu)除上述基本的四桿機(jī)構(gòu)外，將四桿機(jī)構(gòu)合理組合可得到生產(chǎn)中常見的許多多桿機(jī)構(gòu)。右圖所示的手動(dòng)沖床(六桿機(jī)構(gòu))就是由兩個(gè)四桿機(jī)構(gòu)1、2、3、4和3、5、6、4組成的。這里，前一個(gè)機(jī)構(gòu)的輸出構(gòu)件3是第二個(gè)機(jī)構(gòu)的輸入構(gòu)件，搬動(dòng)手柄1，沖桿上下運(yùn)動(dòng)。顯然，由于杠桿效應(yīng)，搬動(dòng)手柄的力獲得兩次放大，從而使沖桿的作用力變得很大。這種增力效應(yīng)在連桿機(jī)構(gòu)中經(jīng)常用到。不言而喻，右下圖中的大篩機(jī)構(gòu)是由一個(gè)雙曲柄機(jī)構(gòu)（A、B、C、D）和一個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（D、C、E）組成的。注意并非任何多桿機(jī)構(gòu)都是如上所述由若干個(gè)四桿機(jī)構(gòu)串聯(lián)組成的，例如左圖所示的圓盤鋸機(jī)構(gòu)就不能分解為幾個(gè)獨(dú)立的四桿機(jī)構(gòu)。

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的其它形式10.3平面四桿機(jī)構(gòu)的工作特性10.3.1運(yùn)動(dòng)特性急回特性急回特性機(jī)構(gòu)工作件返回行程速度大于工作行程的特性。工作行程時(shí)：V1=C1C2/t1

返回行程時(shí)：V2=C1C2/t2行程速比系數(shù)K為了表示工作件往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的急回程度，用V2和V1的比值K來描述。由上式可得：急回特性的作用四桿機(jī)構(gòu)的急回特性可以節(jié)省空間，提高生產(chǎn)率。

平面四桿機(jī)構(gòu)的工作特性

平面四桿機(jī)構(gòu)的工作特性

平面四桿機(jī)構(gòu)的工作特性10.3.2傳力特性壓力角和傳動(dòng)角1.壓力角a壓力角：從動(dòng)件所受的力F與受力點(diǎn)速度Vc所夾的銳角a。有效分力：Ft=Fcosa有害分力：Fr=Fsinaa愈小，機(jī)構(gòu)傳動(dòng)性能愈好。2.傳動(dòng)角g傳動(dòng)角：連桿與從動(dòng)件所夾的銳角g。g=900-ag越大，機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性能越好，設(shè)計(jì)時(shí)一般應(yīng)使gmin≥40°，對(duì)于高速大功率機(jī)械應(yīng)使gmin≥50°。3.最小傳動(dòng)角的位置鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)在曲柄與機(jī)架共線的兩位置出現(xiàn)最小傳動(dòng)角。

平面四桿機(jī)構(gòu)的工作特性對(duì)于曲柄滑塊機(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。對(duì)于擺動(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。

平面四桿機(jī)構(gòu)的工作特性死點(diǎn)死點(diǎn)的位置在從動(dòng)曲柄與連桿共線的連個(gè)位置之一時(shí)，出現(xiàn)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角g=0，壓力角a=90的情況，這時(shí)連桿對(duì)從動(dòng)曲柄的作用里恰好通過其回轉(zhuǎn)中心，不能推動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)的這種位置稱為死點(diǎn)位置。死點(diǎn)的利弊利：工程上利用死點(diǎn)進(jìn)行工作。

弊：機(jī)構(gòu)有死點(diǎn)，從動(dòng)件將出現(xiàn)卡死或運(yùn)動(dòng)方向不確定現(xiàn)象，對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不利度過死點(diǎn)的方法增大從動(dòng)件的質(zhì)量、利用慣性度過死點(diǎn)位置。采用機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列的方法

平面四桿機(jī)構(gòu)的工作特性

平面四桿機(jī)構(gòu)的工作特性死點(diǎn)的應(yīng)用利用死點(diǎn)夾緊工件飛機(jī)起落架10.4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)一個(gè)設(shè)計(jì)過程：已知條件→構(gòu)件尺寸

兩類基本問題：實(shí)現(xiàn)給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律；

實(shí)現(xiàn)給定運(yùn)動(dòng)軌跡；

三種設(shè)計(jì)方法：圖解法解析法實(shí)驗(yàn)法已知條件：運(yùn)動(dòng)條件、幾何條件、動(dòng)力條件。簡(jiǎn)明易懂，精確性差。精確度好，計(jì)算繁雜。形象直觀，過程復(fù)雜。

平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)10.4.1圖解法設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)

1.按給定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

下圖為鑄造車間振實(shí)造型機(jī)的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。它利用一個(gè)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)翻臺(tái)的兩個(gè)工作位置。在位置Ⅰ，砂箱7與翻臺(tái)8固聯(lián)，并在振實(shí)臺(tái)9上振實(shí)造型。當(dāng)液壓缸中的壓力油推動(dòng)活塞6時(shí)，通過連桿5使搖桿4擺動(dòng)，從而將翻臺(tái)轉(zhuǎn)到虛線位置Ⅱ。然后托臺(tái)10上升接觸砂箱、解除砂箱與翻臺(tái)間的緊固聯(lián)接并起模。由于連桿兩端的鉸鏈B、C作圓周運(yùn)動(dòng)，因此，在已知連桿長(zhǎng)及其兩個(gè)或三個(gè)位置的情況下，機(jī)架上A、D兩點(diǎn)必位于連桿對(duì)應(yīng)點(diǎn)連線B1B2、C1C2、B2B3、C2C3的垂直平分線上。顯然，由于三點(diǎn)確定一個(gè)圓，給定三個(gè)位置時(shí)有唯一解；給定兩個(gè)位置有一組解。設(shè)計(jì)步驟請(qǐng)單擊按鈕“設(shè)計(jì)”觀察動(dòng)畫。

平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)2.按給定兩連架桿的對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

剛化反轉(zhuǎn)法

平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)步驟：

平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.按給定行程速度變化系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)已知條件：機(jī)架長(zhǎng)度、行程速比系數(shù)K。由右圖知，擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的極位夾角等于導(dǎo)桿的擺角，需要確定的尺寸是曲柄長(zhǎng)度。設(shè)計(jì)步驟如下：

1）根據(jù)行程速比系數(shù)K求極位夾角。2）任選固定鉸鏈中心C，以夾角作出導(dǎo)桿兩極限位置、。3）作擺角的角平分線，并在線上取AC=，得鉸鏈A的位置。4）過A點(diǎn)作導(dǎo)桿極限位置的垂線或，得。

平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)4.按給定速度變化系數(shù)K設(shè)計(jì)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)已知：連桿AB和CD的三組對(duì)應(yīng)位置

要求：確定各構(gòu)件的長(zhǎng)度a、b、c、d

步驟：建立坐標(biāo)系xAy，和分別為AB和CD的初始角。將各向量坐標(biāo)投影得，將三組已知位置代入以上公式，確定出選定曲柄長(zhǎng)度a，則b、c、d。設(shè)計(jì)出所需四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法：建立方程式，根據(jù)以知參數(shù)對(duì)方程求解。10.4.2解析法設(shè)計(jì)