第3章平面連桿機構

1、第第3 3章章 平面連桿機構平面連桿機構 3.1 概述概述3.2 鉸鏈四桿機構及其演化鉸鏈四桿機構及其演化3.3 平面四桿機構的基本特性平面四桿機構的基本特性3.4 平面四桿機構的設計平面四桿機構的設計 學習平面連桿機構的基本類型及其演化，平面四桿機學習平面連桿機構的基本類型及其演化，平面四桿機構的基本特性，平面四桿機構的設計。構的基本特性，平面四桿機構的設計。u本章學習目標本章學習目標 掌握：掌握：平面連桿機構的基本類型及其演化，即曲柄搖桿機平面連桿機構的基本類型及其演化，即曲柄搖桿機構、雙曲柄機構、雙搖桿機構、曲柄滑塊機構、導構、雙曲柄機構、雙搖桿機構、曲柄滑塊機構、導桿機構、搖塊機構、定

2、塊機構和偏心輪機構，鉸鏈桿機構、搖塊機構、定塊機構和偏心輪機構，鉸鏈四桿機構曲柄的存在條件，急回運動特性，平面四四桿機構曲柄的存在條件，急回運動特性，平面四桿機構的圖解法設計。桿機構的圖解法設計。u本章學習要求本章學習要求 了解：了解：各種平面四桿機構的應用，平面四桿機構的壓力角、各種平面四桿機構的應用，平面四桿機構的壓力角、傳動角和死點位置，平面四桿機構的解析法設計，傳動角和死點位置，平面四桿機構的解析法設計，平面四桿機構的圖譜法設計。平面四桿機構的圖譜法設計。 平面連桿機構平面連桿機構是由若干個構件以低副連接組成的平面是由若干個構件以低副連接組成的平面機構，因此又稱為平面低副機構。機構，因

3、此又稱為平面低副機構。3.1 概述概述平面連桿機構具有如下優(yōu)點平面連桿機構具有如下優(yōu)點的制造精度，而且承載能力高，耐磨損。的制造精度，而且承載能力高，耐磨損。 低副以圓柱面或平面相接觸，制造簡便，易于獲得較高低副以圓柱面或平面相接觸，制造簡便，易于獲得較高 當原動件以相同的規(guī)律運動時，通過改變各構件的相對當原動件以相同的規(guī)律運動時，通過改變各構件的相對長度，可使從動件獲得不同的運動規(guī)律。長度，可使從動件獲得不同的運動規(guī)律。 連桿構件上不同的點具有不同形狀的運動軌跡，并且其連桿構件上不同的點具有不同形狀的運動軌跡，并且其形狀受到各構件相對長度的影響，因而可得到各種不同形狀受到各構件相對長度的影響

4、，因而可得到各種不同形狀的軌跡曲線。形狀的軌跡曲線。 能方便地實現(xiàn)轉動、擺動和移動等基本運動形式及相互能方便地實現(xiàn)轉動、擺動和移動等基本運動形式及相互轉換轉換平面連桿機構的缺點平面連桿機構的缺點當構件數(shù)和運動副較多時，傳動的精度和效率較低。當構件數(shù)和運動副較多時，傳動的精度和效率較低。 低副中存在間隙，容易產(chǎn)生累積誤差，當構件數(shù)和運動低副中存在間隙，容易產(chǎn)生累積誤差，當構件數(shù)和運動不易精確實現(xiàn)復雜的運動規(guī)律，且設計較為復雜。不易精確實現(xiàn)復雜的運動規(guī)律，且設計較為復雜。 平面連桿機構常以其所含的構件平面連桿機構常以其所含的構件(桿桿)數(shù)來命名，如數(shù)來命名，如四四桿機構、五桿機構，六桿機構桿機構、

5、五桿機構，六桿機構等等3.2 鉸鏈四桿機構及其演化鉸鏈四桿機構及其演化 全部用轉動副相連的平面四桿機構稱為全部用轉動副相連的平面四桿機構稱為鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構，如圖所示如圖所示 。機架：機架：固定構件固定構件4；連架桿：連架桿：與機架相連的構件與機架相連的構件1和和3。其中，能繞機架作整周轉動的連其中，能繞機架作整周轉動的連架桿稱為架桿稱為曲柄曲柄，只能繞機架作一，只能繞機架作一定角度往復擺動的連架桿稱為定角度往復擺動的連架桿稱為搖搖桿桿；連桿：連桿：不與機架直接相連的構件不與機架直接相連的構件2。3.2.1鉸鏈四桿機構的基本類型鉸鏈四桿機構的基本類型 1.曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構 兩連

6、架桿中一個為曲柄而另一個為搖桿的鉸鏈四桿機兩連架桿中一個為曲柄而另一個為搖桿的鉸鏈四桿機構。構。雷達調整機構雷達調整機構 和面機機構和面機機構 2. 雙曲柄機構雙曲柄機構 兩連架桿均為曲柄的鉸鏈四桿機構兩連架桿均為曲柄的鉸鏈四桿機構 。機車車輪聯(lián)動機構機車車輪聯(lián)動機構 慣性篩的鉸鏈四桿機構慣性篩的鉸鏈四桿機構 3. 雙搖桿機構雙搖桿機構 兩連架桿均為搖桿的鉸鏈四桿機構兩連架桿均為搖桿的鉸鏈四桿機構 。汽車前輪轉向機構汽車前輪轉向機構 飛機起落架機構飛機起落架機構 3.2.2 鉸鏈四桿機構的演化鉸鏈四桿機構的演化 1. 曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構 平面鉸鏈四桿機構可通過變更構件長度和形狀、變更平面

7、鉸鏈四桿機構可通過變更構件長度和形狀、變更機架和擴大轉動副等途徑演化成其他平面連桿機構。機架和擴大轉動副等途徑演化成其他平面連桿機構。曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構 2.導桿機構導桿機構 曲柄滑塊機構取構件曲柄滑塊機構取構件1為固定構件演化而來。為固定構件演化而來。 曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構3.搖塊機構搖塊機構 曲柄滑塊機構取構件曲柄滑塊機構取構件2為固定構件演化而來。為固定構件演化而來。 4.定塊機構定塊機構 曲柄滑塊機構取構件曲柄滑塊機構取構件3為固定構件演化而來。為固定構件演化而來。 導桿機構導桿機構 搖塊機構搖塊機構 定塊機構定塊機構 5.偏心輪機構偏心輪機構 偏心輪機構偏心輪機構 3.3.

8、1 鉸鏈四桿機構存在曲柄的條件鉸鏈四桿機構存在曲柄的條件 3.3 平面四桿機構的基本特性平面四桿機構的基本特性 1. 整轉副的存在條件整轉副的存在條件 即即 在在 中中DAC3124)(llll4123)(llll在在 中中DAC 4321llll21ll 31ll 41ll 最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和；最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和； 整轉副是由最短桿與其鄰邊組成的。整轉副是由最短桿與其鄰邊組成的。鉸鏈四桿機構有整轉副存在的條件鉸鏈四桿機構有整轉副存在的條件 2.曲柄的存在條件曲柄的存在條件 取最短桿的鄰邊為機架時，機架上只有一個整轉副，故取最短桿的鄰

9、邊為機架時，機架上只有一個整轉副，故 具有整轉副的鉸鏈四桿機構是否存在曲柄，還應根具有整轉副的鉸鏈四桿機構是否存在曲柄，還應根據(jù)選擇哪個桿為機架來判斷。據(jù)選擇哪個桿為機架來判斷。得到得到曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構。 取最短桿為機架時，機架上有兩個整轉副，故得到取最短桿為機架時，機架上有兩個整轉副，故得到雙曲雙曲機構機構。 取最短桿的對邊為機架時，機架上沒有整轉副，故得到取最短桿的對邊為機架時，機架上沒有整轉副，故得到雙搖桿機構。雙搖桿機構。 如果鉸鏈四桿機構中的最短桿與最長桿長度之和大于如果鉸鏈四桿機構中的最短桿與最長桿長度之和大于其余兩桿長度之和，則該機構中不存在整轉副，無論取哪其余兩桿長度之

10、和，則該機構中不存在整轉副，無論取哪個桿為機架都只能得到個桿為機架都只能得到雙搖桿機構。雙搖桿機構。3.3.2 急回特性與行程速比系數(shù)急回特性與行程速比系數(shù) 1. 搖桿擺角搖桿擺角 搖桿在兩極限位置的夾角搖桿在兩極限位置的夾角2. 極位夾角極位夾角 對應搖桿兩極限位置，曲柄兩位置所夾的銳角。對應搖桿兩極限位置，曲柄兩位置所夾的銳角。3. 行程速比系數(shù)行程速比系數(shù) K0021211212180180ttttK111800KK或或3.3.3 壓力角和傳動角壓力角和傳動角 c1. 壓力角壓力角 ：作用在從動件上作用在從動件上 點的驅動力點的驅動力 與該點絕與該點絕對速度對速度 之間所夾的銳角。之間所

11、夾的銳角。CFc2. 傳動角傳動角 ：壓力角壓力角 的余角（即連桿和從動搖桿所夾的余角（即連桿和從動搖桿所夾的銳角）的銳角） 3.3.4 死點位置死點位置 c 如圖所示的曲柄搖桿機構，如果以搖桿如圖所示的曲柄搖桿機構，如果以搖桿3為原動件，為原動件，曲柄曲柄1為從動件，在搖桿擺到極限位置，連桿為從動件，在搖桿擺到極限位置，連桿2與曲柄與曲柄1兩兩次共線，從動件的傳動角次共線，從動件的傳動角 ，即連桿傳給曲柄的力，即連桿傳給曲柄的力通過鉸鏈中心，不論此力多大，均不能使曲柄轉動。機通過鉸鏈中心，不論此力多大，均不能使曲柄轉動。機構的這種傳動角為零的位置稱為死點位置。構的這種傳動角為零的位置稱為死點

12、位置。00c 當機構處于死點位置時，機構的從動件將出現(xiàn)卡死或當機構處于死點位置時，機構的從動件將出現(xiàn)卡死或運動不確定現(xiàn)象。運動不確定現(xiàn)象。 如圖所示的縫紉機踏板機構，實際使用時常會出現(xiàn)踏如圖所示的縫紉機踏板機構，實際使用時常會出現(xiàn)踏不動或倒車現(xiàn)象，在正常運轉時，借助帶輪的慣性作用，不動或倒車現(xiàn)象，在正常運轉時，借助帶輪的慣性作用，可以使曲柄順利通過死點位置?？梢允骨樌ㄟ^死點位置。 如圖所示的鉆床夾具，當工件如圖所示的鉆床夾具，當工件5被夾緊時，處于死點被夾緊時，處于死點位置可夾緊工件。位置可夾緊工件。 縫紉機踏板機構縫紉機踏板機構 鉆床夾具的夾緊機構鉆床夾具的夾緊機構 3.4平面四桿機構

13、的設計平面四桿機構的設計 平面四桿機構的設計主要是根據(jù)給定的運動條件，選平面四桿機構的設計主要是根據(jù)給定的運動條件，選擇機構的類型和確定機構運動簡圖中各構件的尺寸。在設擇機構的類型和確定機構運動簡圖中各構件的尺寸。在設計中還應考慮結構條件計中還應考慮結構條件(如合適的桿長比和運動副結構與尺如合適的桿長比和運動副結構與尺寸寸)，動力條件，動力條件(最小傳動角限制最小傳動角限制)等。等。 按照給定從動件的運動規(guī)律設計四桿機構，即位置設計。按照給定從動件的運動規(guī)律設計四桿機構，即位置設計。如要求從動件具有一定的急回特性，要求滿足某構件占如要求從動件具有一定的急回特性，要求滿足某構件占據(jù)幾個預定位置等

14、。據(jù)幾個預定位置等。 按照給定點的運動軌跡設計四桿機構，即軌跡設計。如按照給定點的運動軌跡設計四桿機構，即軌跡設計。如要求起重機吊鉤的軌跡為一直線，和面機的和面桿端按要求起重機吊鉤的軌跡為一直線，和面機的和面桿端按預定軌跡運動等。預定軌跡運動等。1. 按給定的行程速比系數(shù)設計四桿機構按給定的行程速比系數(shù)設計四桿機構 3.4.1 圖解法設計四桿機構圖解法設計四桿機構 已知條件：已知條件：行程速比系數(shù)行程速比系數(shù) ，搖桿長度，搖桿長度 及擺角及擺角 。K3l解：解：2. 按給定連桿位置設計四桿機構按給定連桿位置設計四桿機構 造型機翻轉機構設計造型機翻轉機構設計 已知連桿兩個位置的設計已知連桿兩個位置的設計 已知連桿三個位置的設計已知連桿三個位置的設計 給定連桿給定連桿3個位置的設計個位置的設計 解析法，就是以機構參數(shù)來表達各構件運動間的函數(shù)解析法，就是以機構參數(shù)來表達各構件運動間的函數(shù)關系，從而按給定條件求解出未知參數(shù)的解法。隨著計算關系，從而按給定條件求解出未知參數(shù)的解法。隨著計算機應用的普及，計算機輔助設計四桿機構已成必然趨勢。機應用的普及，計算機輔助設計四桿