機械原理（第5版）課件：連桿機構及其設計

連桿機構及其設計機械原理第一節(jié)平面四桿機構的類型及其演化第二節(jié)平面四桿機構的基本特性第三節(jié)平面連桿機構設計第四節(jié)多桿機構本章內容提要平面連桿機構

將若干個構件用低副連接起來并作平面運動的機構，稱為平面連桿機構。這種機構也稱為低副機構。鉸鏈四桿機構

雷達天線機構第一節(jié)平面四桿機構的類型及其演化運動副為面接觸，壓強小，承載能力大，耐沖擊。平面連桿機構的特點可以實現(xiàn)不同的運動規(guī)律和特定軌跡要求。構件可以很長，用于遠距離的操作。運動副的形狀簡單、規(guī)則，容易制造。5.運動傳遞路線較長，易產(chǎn)生累積誤差。6.慣性力難以平衡，不易于高速運動。用于實現(xiàn)遠距離操作及受力大的場合挖掘機用于受力大的場合破碎機攪拌機實現(xiàn)給定軌跡用于實現(xiàn)各種不同的運動規(guī)律要求

慣性篩鉸鏈四桿機構

全部運動副都為轉動副的四桿機構。連桿：不與機架相連并作平面運動的構件。一、基本類型四桿機構

由四個構件組成的平面連桿機構。機架：支承傳動零件。曲柄：與機架相連并作整周轉動的構件。搖桿：與機架相連并作往復擺動的構件。曲柄、搖桿——連架桿曲柄機架連桿搖桿1.曲柄搖桿機構兩連架桿中，一個作整周轉動，一個作往復擺動。曲柄搖桿機構的應用顎式破碎機構四桿破碎機構曲柄搖桿機構的應用雷達天線機構攪拌機機構2.雙曲柄機構兩連架桿均能作整周轉動。雙曲柄機構的應用正平行四邊形機構機車車輪驅動機構攝影平臺升降機構車門機構3.雙搖桿機構兩連架桿均不能作整周轉動。雙搖桿機構的應用鶴式起重機構1.改變運動副尺寸——曲柄演化為偏心輪二、演化形式當曲柄的實際尺寸很短并傳遞較大的動力時,可將曲柄做成幾何中心與回轉中心距離等于曲柄長度的圓盤，常稱此機構為偏心輪機構。偏心輪機構的演化曲柄搖桿機構雙偏心輪機構

在曲柄搖桿機構中，若搖桿的桿長增大至無窮長，則其與機架相連的轉動副轉化成移動副。2.改變構件形狀——轉動副演化為移動副單移動副機構雙移動副機構1)曲柄滑塊機構（固定導桿）3.選用不同構件為機架對心式偏置式2)曲柄搖塊機構（固定與滑塊相對轉動的構件）自卸卡車3)導桿機構

(固定與滑塊不相連的構件)擺動導桿機構導桿機構轉動導桿擺動導桿轉動導桿機構轉動導桿機構的應用擺動導桿機構的應用4)定塊機構（固定滑塊）

唧筒定塊機構四桿機構的基本形式

曲柄搖桿機構雙曲柄機構雙搖桿機構

課堂小結2.四桿機構的演化形式

偏心輪與轉動副的關系移動副與轉動副的關系曲柄滑塊機構擺動導桿機構一、曲柄存在的條件第二節(jié)平面四桿機構的基本特性

曲柄整周轉動，曲柄AB必須順利通過與機架AD共線的兩個位置AB1和AB2。當曲柄處于AB2時，有

b≤(d－a)＋c

a＋b≤c＋d

c≤(d－a)＋b

a＋c≤b＋d

a＋d≤b＋c

當曲柄處于AB1時，有前三式兩兩相加可得

轉動副成為周轉副的條件:

(2)組成周轉副的兩桿中必有一桿為四桿中的最短桿。(1)桿長條件：最短桿與最長桿的長度和應小于或等于其余兩桿的長度和。同時即最短桿為機架——雙曲柄機構最短桿為連桿——雙搖桿機構(2)當時：雙曲柄機構雙搖桿機構(1)當時：最短桿為連架桿——曲柄搖桿機構鉸鏈四桿機構類型的判斷方法：無論何桿為機架——均為雙搖桿機構曲柄搖桿機構例4-1圖示鉸鏈四桿機構，BC=50mm，CD=35mm，

AD=30mm，AD為機架，若為曲柄搖桿機構，

試討論AB的取值范圍。解：ABCD若為曲柄搖桿機構，則AB必為最短桿，由桿長條件得AB+BC≤CD+AD所以，AB≤CD＋AD－BC=(35＋30－50)mm=15mm即AB≤15mm時，該鉸鏈四桿機構為曲柄搖桿機構。二、急回運動特性——原動件勻速連續(xù)回轉，從動件往復運動速度不同的性質。機構極位——曲柄與連桿兩次共線時的位置。極位夾角——原動件曲柄在機構極位時所夾的銳角

。擺角——從動件搖桿兩極限位置的夾角

。擺角

,時間t1擺角

,時間t2因為α1＞α2且曲柄勻速所以t1＞t2

曲柄搖桿

原動件勻速轉動時，從動件往復運動速度快慢不同，稱為急回運動特性。故搖桿C點平均速度

四桿機構從動件空回行程平均速度與工作行程平均速度的比值稱為行程速比系數(shù)，用K表示：

（2）當

>0°，K>1，機構有急回作用。因此，（1）當

=0°，K=1，機構無急回作用。壓力角——從動件在Ｃ點的受力方向與該點速度方向所夾的銳角，稱機構在此位置的壓力角，用

表示。有效分力有害分力

壓力角

越小，推動機械運動的有效分力越大，故壓力角越小越好。三、壓力角和傳動角F

Fn

vFtFABCD

傳動角

越大，推動機械運動的有效分力越大，故傳動角越大越好。

min

40°大功率機械：

min

50°

min的位置：曲柄與機架兩共線位置之一——最小傳動角位置。對

min的要求：

傳動角：壓力角的余角，用

表示。（圖示∠

B1C1D=

min）死點位置:機構頂死，不能運動；或出現(xiàn)運動不確定。四、死點位置死點位置的危害：從動件的傳動角

等于零時機構所處的位置。

克服死點的措施：1.利用慣性,如飛輪。2.采用幾套相同的機構錯位。3.利用虛約束,如蒸汽機車中的平行四邊形機構。死點位置的利用夾緊機構

從動件不能在兩個不連通的可行域內連續(xù)運動，這種運動的不連續(xù)一般稱為錯位不連續(xù)；C2B1AC1DB2BC

'

五、運動的連續(xù)性從動件不能違反運動順序，否則稱為錯序不連續(xù)。設計任務：根據(jù)給定的運動要求選定機構的型式,并確定其各構件的尺寸參數(shù)。設計的基本問題:滿足預定的運動規(guī)律要求:

要求原動件運動規(guī)律一定的條件下，從動件滿足預定的運動規(guī)律要求。（圖解法、解析法）滿足預定的軌跡要求:

要求連桿上某些點的軌跡能符合預定的要求，稱為軌跡機構設計。（解析法、實驗法）滿足預定的連桿位置要求:

要求連桿能順序地實現(xiàn)一些給定位置，稱為導引機構設計。（圖解法、解析法）繼續(xù)第三節(jié)平面連桿機構設計一、圖解法

1.按連桿預定的位置設計四桿機構1）作出已知的連桿位置B1C1、B2C2、B3C3；2）分別連接B1B2、B2B3、C1C2、C2C3；3）分別作B1B2、B2B3、C1C2、C2C3的垂直平分線,取對應的交點為A與D；4）連接AB1、C1D，并求得各構件尺寸長度。已知條件：連桿長度lBC和連桿的三個給定位置B1C1、B2C2、B3C3。應用于車門裝置、爐門裝置等。返回爐門裝置2.按兩連架桿預定的對應位置設計四桿機構已知條件：機架長度lAD和兩連架桿的三個對應位置AB1、ID和AB2、IID及AB3、IIID。C1B2'-

12B3'-

131）作出兩連架桿的幾個對應位置；2）連接B2D，繞D點轉-

12角，得B2'點；3）連接B3D，繞D點轉-

13角，得B3'點；4）分別作B1B2'、B2'B3'的垂直平分線，兩線交于ⅠD桿上C1點；5）確定連桿BC和連架桿CD的長度。

12

13ⅠⅡⅢD

12

13B2B3AB13.按給定的行程速比系數(shù)Ｋ設計四桿機構已知條件：擺角

設計關鍵：找鉸鏈中心A點的位置。C1

D

A

？搖桿長度和行程速比系數(shù)Ｋ。

C2

B1

θ

1)畫出搖桿CD兩極限位置，且C1DC2=ψ;N

C2

C1

D

A

B2E

ψ

θ

2)畫輔助圓;3)根據(jù)機架長度或位置確定A點;4)連接AC1、AC2，

C1AC2=θ;5)確定曲柄、連桿長度。設計方法：90－θ圖解法思路：（4）利用其他輔助條件完成設計。（3）利用幾何關系尋找問題的關鍵；（2）將運動條件轉化為幾何條件；（1）將已知的幾何條件盡可能畫出；返回二、解析法

1.按預定的兩連架桿對應位置設計四桿機構令令返回由上兩式分別消去

和

得