第04章 平面連桿機(jī)構(gòu)-

1、第第4 4章章 平面連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)4.1 平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用連桿機(jī)構(gòu)：連桿機(jī)構(gòu)： 由若干個(gè)構(gòu)件通過由若干個(gè)構(gòu)件通過低副低副連接而組成，又稱連接而組成，又稱為為低副機(jī)構(gòu)低副機(jī)構(gòu)。平面連桿機(jī)構(gòu)：平面連桿機(jī)構(gòu)： 所有構(gòu)件均在相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的連所有構(gòu)件均在相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的連桿機(jī)構(gòu)。桿機(jī)構(gòu)?？臻g連桿機(jī)構(gòu)：空間連桿機(jī)構(gòu)： 所有構(gòu)件不全在相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的所有構(gòu)件不全在相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的連桿機(jī)構(gòu)。連桿機(jī)構(gòu)。4.1 平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用全部運(yùn)動(dòng)副為轉(zhuǎn)動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)稱為全部運(yùn)動(dòng)副為轉(zhuǎn)動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)稱為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)根據(jù)連架桿的運(yùn)動(dòng)形式不同分為：曲柄搖桿

2、機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)ABCD曲柄曲柄作整周運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件；作整周運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件；搖桿搖桿作擺動(dòng)的構(gòu)件。作擺動(dòng)的構(gòu)件。桿機(jī)構(gòu)裝配桿機(jī)構(gòu)裝配4.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化4.2.1 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：指兩連架桿一為曲柄，一為搖桿的鉸指兩連架桿一為曲柄，一為搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。鏈四桿機(jī)構(gòu)。雷達(dá)天線的俯仰機(jī)構(gòu)雷達(dá)天線的俯仰機(jī)構(gòu)4.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化4.2.1 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：指兩連架桿一為曲柄，一為搖桿的鉸指兩連架桿一為曲柄，一為搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。鏈四桿機(jī)構(gòu)。牛頭刨床橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)牛頭

3、刨床橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)4.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化4.2.1 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：指兩連架桿一為曲柄，一為搖桿的鉸指兩連架桿一為曲柄，一為搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。鏈四桿機(jī)構(gòu)。4.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化4.2.1 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型雙曲柄機(jī)構(gòu)：雙曲柄機(jī)構(gòu)：指兩個(gè)連架桿都是曲柄的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。指兩個(gè)連架桿都是曲柄的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。若機(jī)構(gòu)中相對(duì)兩桿平行且相等，則稱為平面四邊形機(jī)若機(jī)構(gòu)中相對(duì)兩桿平行且相等，則稱為平面四邊形機(jī)構(gòu)。構(gòu)。機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化4.2.1 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型雙曲柄機(jī)構(gòu)：雙曲柄機(jī)構(gòu)：

4、指兩個(gè)連架桿都是曲柄的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。指兩個(gè)連架桿都是曲柄的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。若機(jī)構(gòu)中相對(duì)兩桿平行且相等，則稱為平面四邊形機(jī)若機(jī)構(gòu)中相對(duì)兩桿平行且相等，則稱為平面四邊形機(jī)構(gòu)。構(gòu)。4.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化4.2.1 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型雙曲柄機(jī)構(gòu)：雙曲柄機(jī)構(gòu)：指兩個(gè)連架桿都是曲柄的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。指兩個(gè)連架桿都是曲柄的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。若機(jī)構(gòu)中相對(duì)兩桿平行且相等，則稱為平面四邊形機(jī)若機(jī)構(gòu)中相對(duì)兩桿平行且相等，則稱為平面四邊形機(jī)構(gòu)。構(gòu)。4.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化4.2.1 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型雙曲柄機(jī)構(gòu)：雙曲柄機(jī)構(gòu)：指兩個(gè)連架桿都是曲柄的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。指兩個(gè)連架桿都是曲柄的鉸鏈四

5、桿機(jī)構(gòu)。若機(jī)構(gòu)中相對(duì)兩桿平行且相等，則稱為平面四邊形機(jī)若機(jī)構(gòu)中相對(duì)兩桿平行且相等，則稱為平面四邊形機(jī)構(gòu)。構(gòu)。4.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化4.2.1 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型雙搖桿機(jī)構(gòu)：雙搖桿機(jī)構(gòu)：指兩個(gè)連架桿都是搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。指兩個(gè)連架桿都是搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)飛機(jī)起落架收放機(jī)構(gòu)飛機(jī)起落架收放機(jī)構(gòu)4.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化4.2.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的演化1 1、轉(zhuǎn)動(dòng)副變移動(dòng)副、轉(zhuǎn)動(dòng)副變移動(dòng)副曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)4.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化

6、4.2.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的演化1 1、轉(zhuǎn)動(dòng)副變移動(dòng)副、轉(zhuǎn)動(dòng)副變移動(dòng)副選用不同構(gòu)件為機(jī)架選用不同構(gòu)件為機(jī)架4.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化4.2.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的演化1 1、轉(zhuǎn)動(dòng)副變移動(dòng)副、轉(zhuǎn)動(dòng)副變移動(dòng)副選用不同構(gòu)件為機(jī)架選用不同構(gòu)件為機(jī)架（1 1）曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)4.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化4.2.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的演化1 1、轉(zhuǎn)動(dòng)副變移動(dòng)副、轉(zhuǎn)動(dòng)副變移動(dòng)副選用不同構(gòu)件為機(jī)架選用不同構(gòu)件為機(jī)架（2 2）曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（牛頭刨牛頭刨）4.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化4.2.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的演化1 1、轉(zhuǎn)

7、動(dòng)副變移動(dòng)副、轉(zhuǎn)動(dòng)副變移動(dòng)副選用不同構(gòu)件為機(jī)架選用不同構(gòu)件為機(jī)架（3 3）擺動(dòng)滑塊機(jī)構(gòu)）擺動(dòng)滑塊機(jī)構(gòu)貨車卸料機(jī)構(gòu)貨車卸料機(jī)構(gòu)4.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化4.2.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的演化1 1、轉(zhuǎn)動(dòng)副變移動(dòng)副、轉(zhuǎn)動(dòng)副變移動(dòng)副選用不同構(gòu)件為機(jī)架選用不同構(gòu)件為機(jī)架（4 4）移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)）移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)抽水唧筒抽水唧筒4.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化4.2.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的演化2 2、兩個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)、兩個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)（1 1）正切機(jī)構(gòu)）正切機(jī)構(gòu)4.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化4.2.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的演化2 2、兩個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)、兩個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)（2 2）正弦機(jī)構(gòu)

8、正弦機(jī)構(gòu)4.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化4.2.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的演化2 2、兩個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)、兩個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)（3 3）兩個(gè)移動(dòng)副相鄰，且均不與機(jī)架相關(guān)聯(lián)）兩個(gè)移動(dòng)副相鄰，且均不與機(jī)架相關(guān)聯(lián)4.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化4.2.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的演化2 2、兩個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)、兩個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)（4 4）兩個(gè)移動(dòng)副都與機(jī)架相關(guān)聯(lián)）兩個(gè)移動(dòng)副都與機(jī)架相關(guān)聯(lián)橢圓儀橢圓儀4.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化4.2.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的演化3 3、擴(kuò)大移動(dòng)副的尺寸、擴(kuò)大移動(dòng)副的尺寸曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)偏心盤機(jī)構(gòu)偏心盤機(jī)構(gòu)4.3 平面四桿機(jī)構(gòu)的工作特性4.3.1 鉸鏈四桿

9、機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件平面連桿機(jī)構(gòu)具有傳遞和變換運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)力的傳遞和變換功能，平面連桿機(jī)構(gòu)具有傳遞和變換運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)力的傳遞和變換功能，前者稱為平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性，后者稱為平面連桿機(jī)構(gòu)的前者稱為平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性，后者稱為平面連桿機(jī)構(gòu)的傳力特性。傳力特性。4.3 平面四桿機(jī)構(gòu)的工作特性4.3.1 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件在在A ACDCD中，根據(jù)三角形任意兩邊之和中，根據(jù)三角形任意兩邊之和必大于第三邊，可得：必大于第三邊，可得：) 1 ()()(41233124llllllll)2(42313241llllllll在在ACDACD中，根據(jù)三角形任意兩邊之和必大于等于第三邊，可得：中，根據(jù)三

10、角形任意兩邊之和必大于等于第三邊，可得：)3(4321llll以上三式兩兩相加并化簡可得：以上三式兩兩相加并化簡可得：)4(413121llllll4.3 平面四桿機(jī)構(gòu)的工作特性4.3.1 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在條件：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在條件：1、曲柄為最短桿；、曲柄為最短桿；2、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。4.3 平面四桿機(jī)構(gòu)的工作特性4.3.1 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件 滿足上述條件時(shí)，取不同的構(gòu)件為機(jī)架時(shí)，可得三種不同滿足上述條件時(shí)，取不同的構(gòu)件為機(jī)架時(shí)，可得三種不同性質(zhì)的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)：性

11、質(zhì)的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)：取最短桿的鄰桿為機(jī)架取最短桿的鄰桿為機(jī)架 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)取最短桿的對(duì)桿為機(jī)架取最短桿的對(duì)桿為機(jī)架 雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu) 取最短桿為機(jī)架取最短桿為機(jī)架 雙曲柄機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu) “最短構(gòu)件與最長構(gòu)件的長度之和小于或等于其余兩構(gòu)件長度之和”是必要條件， 如果不滿足此條件，無論取那個(gè)構(gòu)件作為機(jī)架，都不存在曲柄。 4.3 平面四桿機(jī)構(gòu)的工作特性4.3.2 急回運(yùn)動(dòng)特性在在曲柄等速回轉(zhuǎn)情況下，由于曲柄等速回轉(zhuǎn)情況下，由于1=180， 2=180；所以所以t1t2,搖桿往復(fù)擺動(dòng)的平均速度為搖桿往復(fù)擺動(dòng)的平均速度為V2V1；把搖桿的這種往復(fù)擺動(dòng)快慢不同的運(yùn)動(dòng)稱為把搖桿的這種往復(fù)擺動(dòng)快

12、慢不同的運(yùn)動(dòng)稱為急回運(yùn)動(dòng)急回運(yùn)動(dòng)。急回運(yùn)動(dòng)的程度可以用行程速比系數(shù)急回運(yùn)動(dòng)的程度可以用行程速比系數(shù)K來衡量。來衡量。4.3 平面四桿機(jī)構(gòu)的工作特性4.3.2 急回運(yùn)動(dòng)特性行程速比系數(shù)行程速比系數(shù)K11180180180/212112122112KKtttCCtCCvvK或：4.3 平面四桿機(jī)構(gòu)的工作特性4.3.3 壓力角和傳動(dòng)角壓力角：壓力角：在不考慮摩擦?xí)r在不考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)從動(dòng)件上作用的力機(jī)構(gòu)從動(dòng)件上作用的力F與與該力作用點(diǎn)的速度方向所該力作用點(diǎn)的速度方向所夾的銳角夾的銳角，稱為機(jī)構(gòu)壓力稱為機(jī)構(gòu)壓力角。角。傳動(dòng)角：傳動(dòng)角：壓力角的余角壓力角的余角稱稱為機(jī)構(gòu)在此位置的傳動(dòng)角。為機(jī)構(gòu)在此位置的傳

13、動(dòng)角。常用傳動(dòng)角的大小和變化來衡量機(jī)構(gòu)傳力性能的好常用傳動(dòng)角的大小和變化來衡量機(jī)構(gòu)傳力性能的好壞。壞。設(shè)計(jì)時(shí)通常要求設(shè)計(jì)時(shí)通常要求min40，對(duì)于高速和大功率的傳對(duì)于高速和大功率的傳動(dòng)機(jī)械，動(dòng)機(jī)械，min50。4.3 平面四桿機(jī)構(gòu)的工作特性4.3.4 死點(diǎn)位置死點(diǎn)位置指從動(dòng)件的傳動(dòng)角等于零時(shí)機(jī)構(gòu)所處的位置。死點(diǎn)位置指從動(dòng)件的傳動(dòng)角等于零時(shí)機(jī)構(gòu)所處的位置。若以搖桿為主動(dòng)件，則當(dāng)連桿若以搖桿為主動(dòng)件，則當(dāng)連桿與曲柄共線，機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角為與曲柄共線，機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角為零，機(jī)構(gòu)此位置就稱為死點(diǎn)。零，機(jī)構(gòu)此位置就稱為死點(diǎn)。當(dāng)以滑塊為主動(dòng)件當(dāng)以滑塊為主動(dòng)件，機(jī)構(gòu)也處，機(jī)構(gòu)也處于死點(diǎn)位置。于死點(diǎn)位置。4.3 平面

14、四桿機(jī)構(gòu)的工作特性4.3.4 死點(diǎn)位置蒸汽機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，由兩組曲柄滑蒸汽機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，由兩組曲柄滑塊機(jī)構(gòu)組成，曲柄位置錯(cuò)開塊機(jī)構(gòu)組成，曲柄位置錯(cuò)開9090度，使死度，使死點(diǎn)位置錯(cuò)開。點(diǎn)位置錯(cuò)開。4.3 平面四桿機(jī)構(gòu)的工作特性4.3.4 死點(diǎn)位置利用機(jī)構(gòu)死點(diǎn)工作的實(shí)例4.4 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 根據(jù)機(jī)械的用途和性能要求等的不同，對(duì)連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求是多種多樣的，按設(shè)計(jì)要求，一般可歸納為以下三類問題：滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求；滿足預(yù)定的連桿位置要求；滿足預(yù)定的軌跡要求。4.4 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)按照給定的行程速度變化系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)例：已知搖桿長度例：已知搖桿長度l3、擺、擺角角和行程速度變化系數(shù)和行程速度變化系數(shù)K，要求設(shè)計(jì)此曲柄搖桿，要求設(shè)計(jì)此曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)。4.4 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)按照給定的行程速度變化系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)例：已知擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)例：已知擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中機(jī)架的長度中機(jī)架的長度l4和行程速和行程速度變化系數(shù)度變化系數(shù)K，要求設(shè)計(jì)，要求設(shè)計(jì)此擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。此擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。4.4 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)按預(yù)定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)1. 1. 給定連桿兩組位置給定連桿兩組位置有唯一解。有唯一解。B2C2AD將鉸鏈將鉸鏈A、D分別選在分別選在B1B2，C1C2連線的垂直連線的垂直平分線上任意位置，都能滿足設(shè)計(jì)要求。平分線上任意位置，都能滿足設(shè)計(jì)要求。2.2.給定連桿上鉸鏈給定