第4章 平面連桿機(jī)構(gòu)

§2平面四桿機(jī)構(gòu)的基本性質(zhì)§3

平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

§1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式及其演化平面連桿機(jī)構(gòu)

第四章平面連桿機(jī)構(gòu)特點(diǎn)：①全部低副（面接觸），利于潤(rùn)滑，磨損小、傳載大、壽命長(zhǎng)；②易加工，精度高，制造成本低。③運(yùn)動(dòng)鏈較長(zhǎng)，所以運(yùn)動(dòng)累積誤差大，不能精確實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)計(jì)算較復(fù)雜。平面連桿機(jī)構(gòu)平面機(jī)構(gòu)+低副聯(lián)接(轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副)最常用→平面四桿機(jī)構(gòu)（四個(gè)構(gòu)件→四根桿)→鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)（全由轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)）機(jī)架：

固定的桿件連架桿：與機(jī)架相連的桿連桿：

連接連架桿的桿§1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式和特性一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型及特點(diǎn)

組成曲柄：能轉(zhuǎn)動(dòng)360o的連架桿搖桿：不能轉(zhuǎn)動(dòng)360o的連架桿

1.曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：連架桿┌曲柄→(一般)原動(dòng)件→勻速轉(zhuǎn)動(dòng)└搖桿→(一般)從動(dòng)件→變速往復(fù)擺動(dòng)

分類：

曲柄搖桿機(jī)構(gòu)特征：曲柄＋搖桿作用：將曲柄的整周回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動(dòng)。雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu)(天線→搖桿)→調(diào)整天線俯仰角的大小

2.雙曲柄機(jī)構(gòu)：

連架桿均為曲柄→┌主動(dòng)曲柄:勻速轉(zhuǎn)動(dòng)└從動(dòng)曲柄:變速轉(zhuǎn)動(dòng)

作用：將等速回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榈人倩蜃兯倩剞D(zhuǎn)。機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)特例：平行四邊形機(jī)構(gòu)特征：兩連架桿等長(zhǎng)且平行，連桿作平動(dòng)。AB=CDBC=AD平行四邊形機(jī)構(gòu)存在運(yùn)動(dòng)不確定位置?？刹捎脙山M機(jī)構(gòu)錯(cuò)開排列的方法予以克服。3.雙搖桿機(jī)構(gòu)－連架桿均為搖桿

例:鶴式起重機(jī)的變速機(jī)構(gòu):CD(桿3)為原動(dòng)件,懸掛重物的E點(diǎn)在連桿上→保持E點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡在近似水平線上。（平移貨物→平穩(wěn)、減小能量消耗）從動(dòng)件作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的平面連桿機(jī)構(gòu)中，若從動(dòng)件工作行程的平均速度小于回程的平均速度，則稱該機(jī)構(gòu)具有急回特性。在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)從動(dòng)件（搖桿）位于兩極限位置時(shí)，曲柄與連桿共線。此時(shí)對(duì)應(yīng)的主動(dòng)曲柄之間所夾的銳角θ叫作極位夾角。二.急回運(yùn)動(dòng)和行程速比系數(shù)（以曲柄搖桿機(jī)構(gòu)為例）工作行程時(shí)間＞空回行程時(shí)間

例：牛頭刨床、往復(fù)式輸送機(jī)縮短非生產(chǎn)時(shí)間,提高生產(chǎn)率設(shè)曲柄以ω逆時(shí)針勻速旋轉(zhuǎn)。從AB1轉(zhuǎn)到AB2，轉(zhuǎn)過180°+θ時(shí)為工作行程，所花時(shí)間為t1曲柄從AB2繼續(xù)轉(zhuǎn)過180°-θ到AB1時(shí)為回程，所花時(shí)間為t2

,此時(shí)搖桿從C2D擺到C1D，平均速度為V2

,那么有

顯然

t1>t2V2>V1

即該機(jī)構(gòu)具有急回特性θ－極位夾角(搖桿處于兩極位時(shí)，對(duì)應(yīng)曲柄所夾銳角)θ↑→K↑→急回運(yùn)動(dòng)性質(zhì)↑設(shè)計(jì)時(shí)往往先給定K值，再計(jì)算θ，即

為能定量描述急回運(yùn)動(dòng)，將回程平均速度V2

與工作行程平均速度V1之比定義為行程速度變化系數(shù)K

三、壓力角和傳動(dòng)角

1.壓力角α

作用在從動(dòng)件上的驅(qū)動(dòng)力F與該力作用點(diǎn)絕對(duì)速度VC之間所夾的銳角。α↓→有效力切向分力Ft=

FcosαFt=

Fcosα↑→（方便）

對(duì)傳動(dòng)有利切向分力Ft=

Fcosα法向分力Fn=Fcosγγ↑

Ft↑

對(duì)傳動(dòng)有利。=Fsinγ常用γ的大小來表示機(jī)構(gòu)傳力性能的好壞γ是α的余角。2.傳動(dòng)角γ

傳動(dòng)角：連桿與從動(dòng)桿所夾銳角

=90°－壓力角越小(即傳動(dòng)角越大)，有用的分力越大。所以傳動(dòng)角是衡量機(jī)構(gòu)受力大小的一個(gè)重要參數(shù)。傳動(dòng)不利。當(dāng)∠BCD≤90°時(shí)，γ＝∠BCD因此設(shè)計(jì)時(shí)一般要求:

γmin≥40°當(dāng)∠BCD＞90°時(shí)，γ＝180°-∠BCD當(dāng)∠BCD最小或最大時(shí)，即在主動(dòng)曲柄與機(jī)架共線的位置，都有可能出現(xiàn)γmin由于在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中，γ角是變化的，min出現(xiàn)在什么位置？γmin＝[δmin,(180°-δmax

)

]min

主動(dòng)件與機(jī)架共線的兩個(gè)位置之一,傳動(dòng)角最小.從動(dòng)件與連桿共線（=0）

→卡死→機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)卡死機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不確定存在死點(diǎn)條件：有極限位置（從動(dòng)件與連桿共線）措施：

曲柄搖桿機(jī)構(gòu)搖桿主動(dòng)→死點(diǎn)死點(diǎn)四.死點(diǎn)位置飛輪自身慣性飛機(jī)起落架死點(diǎn)位置的應(yīng)用平面四桿機(jī)構(gòu)具有整轉(zhuǎn)副

則可能存在曲柄。設(shè)l1

<l4,連架桿若能整周回轉(zhuǎn)，必有兩次與機(jī)架共線。

l1+l2

≤l3+l4

l1+l3≤l2+l4l1+l4≤l2+l3由△B2C2D可得：由△B1C1D可得：l2≤(l4–l1)+l3l3≤(l4–l1)+l2將以上三式兩兩相加得：

即：l1≤l2

l1≤l3

l1≤l4

AB

為最短桿§2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在的條件取決于機(jī)構(gòu)各桿的相對(duì)長(zhǎng)度和機(jī)架的選擇

l1最短

推論1：

當(dāng)Lmax+LminL+L′(其余兩桿長(zhǎng)度之和)時(shí)最短桿是連架桿之一——曲柄搖桿機(jī)構(gòu)最短桿是機(jī)架——雙曲柄機(jī)構(gòu)最短桿是連桿——雙搖桿機(jī)構(gòu)推論2：

當(dāng)Lmax+Lmin>L+L′(其余兩桿長(zhǎng)度之和)時(shí)

——雙搖桿機(jī)構(gòu)曲柄存在的條件：(1)最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和(2)最短桿是連架桿或機(jī)架整轉(zhuǎn)副——能作360?相對(duì)回轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)副；擺轉(zhuǎn)副——只能作有限角度擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)

變換機(jī)架1.曲柄滑塊機(jī)構(gòu)§3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化演化方法：變桿長(zhǎng)、換機(jī)架、擴(kuò)大回轉(zhuǎn)副等曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)ABC1234ABC1234ABC1234

l1＞

l2

擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

l1＜

l2轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)調(diào)換機(jī)架

2.導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)ABC1234（桿2和桿4均可整周回轉(zhuǎn)）（桿4往復(fù)擺動(dòng)）牛頭刨床應(yīng)用實(shí)例:小型刨床（擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)）（轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)）搖塊機(jī)構(gòu)→滑塊擺動(dòng)→滑塊為固定件→滑塊移動(dòng)＋擺動(dòng)→滑塊移動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)CABCABCABCAB曲柄滑塊機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)搖塊機(jī)構(gòu)定塊機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)定塊機(jī)構(gòu)3.搖塊機(jī)構(gòu)、定塊機(jī)構(gòu)搖塊機(jī)構(gòu)

定塊機(jī)構(gòu)ABC1234ABC1234φ4.雙滑塊機(jī)構(gòu)正弦機(jī)構(gòu)正切機(jī)構(gòu)aaφSS5.擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副偏心輪機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)將轉(zhuǎn)動(dòng)副B加大，直至把轉(zhuǎn)動(dòng)副A包括進(jìn)去，成為幾何中心是B，轉(zhuǎn)動(dòng)中心為A的偏心圓盤。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的急回特性分析應(yīng)用：節(jié)省回程時(shí)間，提高生產(chǎn)率。導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的急回特性分析

故，有急回運(yùn)動(dòng)§4

平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)（簡(jiǎn)介）

實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律1）給定連桿位置

2）給定連架桿位置

3）給定行程速比系數(shù)實(shí)現(xiàn)給定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡方法：作圖法、解析法、實(shí)驗(yàn)法●D1.實(shí)現(xiàn)給定連桿的兩個(gè)位置已知連桿長(zhǎng)度B1C1B2C2四桿機(jī)構(gòu)AB1C1D為所求.A●

若無其他附加條件，則有無窮多解。1234ABCD2.實(shí)現(xiàn)構(gòu)件給定的三個(gè)位置

已知連桿長(zhǎng)度B1C1B2C2B3C3AD四桿機(jī)構(gòu)AB1C1D為所求.有唯一解。NψDC1C2θθ90o-θAB2PB1M已知：搖桿長(zhǎng)度l3，擺角ψ，行程速比系數(shù)K3給定行程速比系數(shù)AC1=B1