連桿機(jī)構(gòu)綜述

1、第2章 平面連桿機(jī)構(gòu)第第2章章 平面連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu) 本章要解決問題本章要解決問題1. 什么是平面連桿機(jī)構(gòu)？它有哪些優(yōu)、缺點(diǎn)？2. 平面連桿機(jī)構(gòu)有哪些應(yīng)注意的運(yùn)動和動力特性？3. 什么情況下鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄？4. 各種各樣的機(jī)構(gòu)是如何演化出來的？5. 設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)的方法有哪些？應(yīng)用舉例。基本要求基本要求平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用；曲柄存在條件；急回特性、最小傳動角及其出現(xiàn)位置、死點(diǎn)、運(yùn)動轉(zhuǎn)折點(diǎn)；重點(diǎn)重點(diǎn) 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式；四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性；曲柄存在條件；四桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用。第第2章章 平面連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)概念：n連桿機(jī)構(gòu)是若干構(gòu)件用低副（轉(zhuǎn)動副和移動副）聯(lián)接而成。n若各構(gòu)件均在相

2、互平行的平面內(nèi)運(yùn)動，就稱為平面連桿機(jī)構(gòu)。n由四個構(gòu)件組成的平面連桿機(jī)構(gòu)稱平面四桿機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)n連桿機(jī)構(gòu)相聯(lián)處都是面接觸，因此具有下述優(yōu)點(diǎn)：1、承受載荷大，便于潤滑，故磨損??；2、制造方便，易獲得較高的精度；3、能夠?qū)崿F(xiàn)多種運(yùn)動形式的轉(zhuǎn)化和得到各種復(fù)雜的運(yùn)動軌跡。缺點(diǎn)：n1、運(yùn)動副內(nèi)有間隙，當(dāng)構(gòu)件數(shù)目較多或精度較低時，運(yùn)動累積誤差大。n2、連桿機(jī)構(gòu)中，由于有的構(gòu)件的運(yùn)動速度在變化，產(chǎn)生慣性動負(fù)荷，因此常會引起沖擊或振動。n、不易精確實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動規(guī)律，且設(shè)計(jì)較為復(fù)雜；當(dāng)構(gòu)件數(shù)多時，效率較低概念：n全部用轉(zhuǎn)動副相連的平面四桿機(jī)構(gòu)稱鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)n機(jī)架：固定構(gòu)件；n連架桿：與機(jī)架相連的桿；n連

3、桿：連接兩連架桿的活 動構(gòu)件；n曲柄：能繞固定鉸鏈中心 作整周轉(zhuǎn)動的連架桿；n搖桿：只能擺動的連架桿。 平面連桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)1、二桿機(jī)構(gòu)n平面連桿機(jī)構(gòu)中最簡單的型式。如：電動機(jī)、砂輪機(jī)、水泵等。2、三桿機(jī)構(gòu)nF=3*2-2*3=0n組成一個構(gòu)件3、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式按連架桿的運(yùn)動形式不同，四桿機(jī)構(gòu)分為：n）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)n）雙曲柄機(jī)構(gòu)（不等雙曲柄機(jī)構(gòu)、平行雙曲柄機(jī)構(gòu)、反向雙曲柄機(jī)構(gòu)）n）雙搖桿機(jī)構(gòu) ）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)n在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩個連架桿，一為曲柄，另一個為搖桿，則此鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)牛頭刨床橫向自動進(jìn)給機(jī)構(gòu)）雙曲柄機(jī)構(gòu)n雙曲柄機(jī)構(gòu)：是兩連架桿都可以相對于機(jī)

4、架作整周轉(zhuǎn)動的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。n1、不等雙曲柄機(jī)構(gòu)（如慣性篩機(jī)構(gòu)） 特點(diǎn)：主動曲柄以等角速度連續(xù)旋轉(zhuǎn)時，從動曲柄則以變角速度連續(xù)轉(zhuǎn)動。慣性篩機(jī)構(gòu)n2、平行雙曲柄機(jī)構(gòu)（平行四邊形機(jī)構(gòu)）：機(jī)構(gòu)中相對的兩桿平行且相等。n兩曲柄同向、同角速度回轉(zhuǎn)，連桿平動。n一周過兩次轉(zhuǎn)折點(diǎn)。n過轉(zhuǎn)折點(diǎn)常用方法 （1）在機(jī)構(gòu)中安裝一個大質(zhì)量的飛輪，利用其慣性闖過轉(zhuǎn)折點(diǎn)； （2）利用多組機(jī)構(gòu)來消除運(yùn)動不確定現(xiàn)象。應(yīng)用實(shí)例n3、反向雙曲柄機(jī)構(gòu) 特點(diǎn)：兩曲柄轉(zhuǎn)向相反，且角速度不相等。應(yīng)用實(shí)例n雙折車門啟閉機(jī)構(gòu)三、雙搖桿機(jī)構(gòu)n雙搖桿機(jī)構(gòu)：是兩連架桿都為搖桿的四桿機(jī)構(gòu)。應(yīng)用實(shí)例（1）n飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例（2）n汽車前輪的轉(zhuǎn)向

5、機(jī)構(gòu)二、有一個移動副的四桿機(jī)構(gòu)（1）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例（2）搖塊機(jī)構(gòu)（桿2為機(jī)架時）搖塊機(jī)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例（3）定塊機(jī)構(gòu)或稱移動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（滑塊3作為機(jī)架時）（4）轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（短桿1為機(jī)架時）ABBC三、有兩個移動副的四桿機(jī)構(gòu)n（1）雙移動副正弦機(jī)構(gòu)（桿4作機(jī)架）n從動件位移和主動件回轉(zhuǎn)角正弦成正比。跳針機(jī)構(gòu)（2）橢圓機(jī)構(gòu)（桿3作機(jī)架）滑塊連桿上任意點(diǎn)的軌跡是橢圓。橢圓儀機(jī)構(gòu)（3）雙搖塊機(jī)構(gòu)（4）正切機(jī)構(gòu)（從動件位移和主動件回轉(zhuǎn)角正切）雙搖塊機(jī)構(gòu)正切機(jī)構(gòu)五四桿機(jī)構(gòu)的擴(kuò)展 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

6、常見的許多多桿機(jī)構(gòu)。下圖所示的手動沖床是由兩個四桿機(jī)構(gòu)許多多桿機(jī)構(gòu)。下圖所示的手動沖床是由兩個四桿機(jī)構(gòu)1、2、3、4和和3、5、6、4組成的。組成的。 該機(jī)構(gòu)使搬動手柄的力獲得兩次放大，從而使沖桿的作該機(jī)構(gòu)使搬動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，下圖中的大篩機(jī)構(gòu)是由一個雙曲柄機(jī)構(gòu)而喻，下圖中的大篩機(jī)構(gòu)是由一個雙曲柄機(jī)構(gòu)(、)和一個曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（、）組成的。和一個曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（、）組成的。 平面機(jī)構(gòu)的基本特性n一、整轉(zhuǎn)副的條件n二、急回運(yùn)動和行程速比系數(shù)n三、壓力角和傳動角n四、機(jī)構(gòu)的

7、死點(diǎn)位置4231llll3241llll4321llll21ll 、31ll 、41ll 4123)(llll3124)(llll4231llll3241llll一、整轉(zhuǎn)副的條件鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，設(shè)AB桿為曲柄。n1）最短桿長度+最長桿長度其他兩桿長度之和。（此條件稱為桿長條件）。n2）組成整轉(zhuǎn)副的兩桿中必有一個桿為四桿中的最短桿，且最短桿為連架桿或機(jī)架。（最短桿為連架桿或機(jī)架）曲柄存在條件二、急回運(yùn)動n搖桿的擺角：搖桿在兩個極限位置之間的夾角 ，就是搖桿的。n搖桿處在兩個極限位置時，曲柄所對應(yīng)的兩個位置之間的銳角 稱為。當(dāng)曲柄以勻角速 由位置AB1順時針方向轉(zhuǎn)到位置AB2時，曲柄的轉(zhuǎn)角 。這時

8、搖桿由左極限位置C1D擺到右極限位置C2D，設(shè)所需時間為t1，擺桿上C點(diǎn)的平均速度為v1。當(dāng)曲柄再繼續(xù)轉(zhuǎn)過角度 ，即曲柄從位置AB2轉(zhuǎn)到AB1時，搖桿由位置C2D返回C1D，所需時間為t2，C點(diǎn)的平均速度為v2。雖然搖桿往返的擺角相同，但由于對應(yīng)的曲柄轉(zhuǎn)角不相等 ,因而 v1v2 。它表明搖桿在擺回時具有較大的平均角速度。我們把這種運(yùn)動特性稱為急回運(yùn)動特性。1221n行程速比系數(shù)K2122112112/180 180CCtKCCttt11180KKn1、當(dāng) =0時無急回特性；n2、當(dāng) 不等于零時有急回特性；角越大，K值越大，急回特性越明顯。平面連桿機(jī)構(gòu)有無急回作用，主要取決于有無極位夾角。曲柄

9、滑塊機(jī)構(gòu)和導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中的極位夾角導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)演示三、壓力角和傳動角n壓力角壓力角：在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，如果不考慮構(gòu)件的慣性力和鉸鏈中的摩擦力，則原動件AB通過連桿BC作用到從動件CD上的力F的作用線與力作用點(diǎn)C點(diǎn)絕對速度vc所夾的銳角 。n傳動角傳動角 ：連桿與從動件之間所夾的銳角n 越小， 越大傳力性能越好。90曲柄滑塊機(jī)構(gòu)與導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中的傳動角為了保證機(jī)構(gòu)傳動良好，設(shè)計(jì)時通常應(yīng)使 。最小傳動角出現(xiàn)的位置，可以由機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖判斷出來。min 傳動角rn1、傳動角是銳角；n2、機(jī)構(gòu)正常傳動的條件： ;n3、r=45 50 ，傳動功率大，傳動角許用值取大點(diǎn)。00min3241242123222cos2co

10、sllllllllBCD maxmin1cos1801cos0BCDBCDBCDBCD，時，時，當(dāng) minmaxminminmaxminminmax1809090BCDBCDBCDBCDBCD、時，時，所以，當(dāng) 3、最小傳動角的位置 cos24124212llllBD BCDllllBD cos232232223、 死點(diǎn)位置n所謂死點(diǎn)位置就是指從動件的傳動角等于0時機(jī)構(gòu)所處的位置。n這時，連桿作用在從動件上的有效力距為零，因而從動件不能運(yùn)動。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的死點(diǎn)位置n為了消除死點(diǎn)位置對機(jī)構(gòu)傳動的不利影響，使機(jī)構(gòu)順利通過死點(diǎn)位置的方法與機(jī)構(gòu)通過轉(zhuǎn)折點(diǎn)的方法相同：（1）在機(jī)構(gòu)中安裝一

11、個大質(zhì)量的飛輪，利用其慣性闖過轉(zhuǎn)折點(diǎn)；（2）利用多組機(jī)構(gòu)來消除運(yùn)動不確定現(xiàn)象。機(jī)構(gòu)死點(diǎn)特性的應(yīng)用n1、開關(guān)的分合閘機(jī)構(gòu)n2、縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)n3、鉆床夾具第四節(jié) 平面四桿機(jī)構(gòu)的演化n1 擴(kuò)大轉(zhuǎn)動副n2 轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)化成移動副n3 取不同構(gòu)件為機(jī)架1 擴(kuò)大轉(zhuǎn)動副n偏心輪機(jī)構(gòu)2 轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)化為移動副n由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)向曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的演變n偏距e：C點(diǎn)的運(yùn)動軌跡m-m的延長線與曲柄轉(zhuǎn)動中心A之間的距離稱為偏距。n對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)動態(tài)模型曲柄滑塊機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例3、取不同構(gòu)件為機(jī)架n取最短桿為機(jī)架時，機(jī)架上有兩個整轉(zhuǎn)副，故得雙曲柄機(jī)構(gòu)。n取最短桿的鄰邊為機(jī)架時，機(jī)架上只有一個整轉(zhuǎn)副，故

12、得曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。n取最短桿的對邊為機(jī)架時，機(jī)架上沒有整轉(zhuǎn)副，故得雙搖桿機(jī)構(gòu)。 變換機(jī)架獲得不同機(jī)構(gòu)的形式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)3.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)n常用方法： 幾何作圖法：直觀 解析法：精確 實(shí)驗(yàn)法：簡便 平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)n一按給定行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)n二按給定從動件的位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)n三按給定兩連架桿間對應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)一、按給定行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)n已知：搖桿CD的長度 、擺角和行程速比系數(shù)K（極位夾角）。設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)二 按給定連桿的位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 1 在圖示鑄工車間震實(shí)式造型機(jī)工作臺翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中，當(dāng)翻臺（即為連桿BC）在震實(shí)臺上造型震實(shí)時，希望能處于圖示實(shí)線B1C1位置；

13、而當(dāng)需要起模時，希望翻臺能翻轉(zhuǎn)180到達(dá)圖示托臺上方的虛線B2C2位置，以便托臺上升接觸砂箱起模。要求確定鉸鏈中心A和D的位置。 分析：由于連桿上B、C兩點(diǎn)的軌跡為以A、D為圓心的圓弧，所以A、D必位于B1C1和B2C2的中垂線上。設(shè)計(jì)步驟：（1）畫出連桿的兩個位置B1C1和B2C2，然后作B1B2和C1C2的中垂線。（2）分別在B1B2、C1C2聯(lián)線的中垂線上任取A、D兩點(diǎn)，均能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動要求，可有無窮多解。這時應(yīng)考慮實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸以及傳動角是否符合要求等附加條件加以分析選定。（3）本例中要求A、D兩點(diǎn)在同一水平線上，且AD=BC，則可唯一確定A、D的位置。 2 連桿位置用動鉸鏈中心B、C兩點(diǎn)表

14、示。連桿經(jīng)過三個預(yù)期位置序列B1C1、B2C2和B3C3的四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。三按給定兩連架桿間對應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)(解析法)n已知連架桿AB和CD的三對對應(yīng)角位置,1,2 ,3,設(shè)計(jì)該機(jī)構(gòu)。sinsinsincoscoscos32342lllll)cos(cos21cos4334222324lllllll233130322212022111101)cos(coscos)cos(coscos)cos(coscos2223432031244(1): ,2lllllll 令11:l 取得210)cos(coscos234l, l, l例1 如圖，已知：lBC=100mm, lCD=70mm, lAD=5

15、0mm, AD為固定構(gòu)件。1）如果該機(jī)構(gòu)能成為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，且AB為曲柄，求 lAB 的值；2) 如果該機(jī)構(gòu)能成為雙曲柄機(jī)構(gòu)，求 lAB的值；3）如果該機(jī)構(gòu)能成為雙搖桿機(jī)構(gòu)，求lAB的值；ADCDBCABllllmmlAB20n解： （1）如果能成為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，則機(jī)構(gòu)必須滿足“最短桿與最長桿長度之和小于或等于其它兩桿長度之和，且AB應(yīng)為最短桿”有： ，代入各桿長度，得： n（2） 如果能成為雙曲柄機(jī)構(gòu)，則應(yīng)滿足“最長桿與最短桿長度之和小于或等于其它兩桿長度之和，且機(jī)架AD應(yīng)為最短桿”。則：n1）若BC為最長桿即：BCMAX=100mm， 則：100ABlmm8 08 01 0 0B CA D

16、A BC DA BA Blllllm mm mlm m，mmlAB100mmlmmmmlllllABABCDBCADAB120100120mmlmmAB12080n2） 若AB為最長桿即：n綜合以上兩種情況：n（3）若能成為雙搖桿機(jī)構(gòu)，則應(yīng)分兩種情況分析：n第一種情況，機(jī)構(gòu)各桿件長度滿足“桿長之和條件”，但以最短桿的對邊為機(jī)架；n第二種情況，機(jī)構(gòu)各桿件長度不滿足“桿長之和條件”，本題只存在第二種情況。mmlAB50mmlmmmmlllllABABCDADBCAB502020100707050ABABlln1）當(dāng) ，AB為最短桿，BC為最長桿 n2）當(dāng)：805080ADBCABCDABABlll

17、llmmmmlmmmmlAB100120ADABBCCDABlllllmmAD為最短桿，BC為最長桿，則n3）當(dāng) ，AB為最長桿，AD為最短桿mmlmmmmlllllABABADBCCDAB220120220)(mmlmmmmlmmABAB2201208020另外，AB增大時，還應(yīng)考慮到，BC與CD成伸直共線時，需構(gòu)成三角形的邊長關(guān)系，即綜合，可得 除以上分析外，機(jī)構(gòu)成為雙搖桿機(jī)構(gòu)時，lAB的取值范圍亦可用以下方法獲得： 對于以上給定的桿長，若能構(gòu)成一個鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，則它只有三種類型：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)。故分析出機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)時lAB的取值范圍后，在0220mm之內(nèi)的其余值即為雙搖桿機(jī)構(gòu)時lAB的取值范圍本章小結(jié)本章小結(jié)本章介紹了如下內(nèi)容本章介紹了如下內(nèi)容平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)；鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型及運(yùn)動特性；平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)；鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型及運(yùn)動特性；機(jī)構(gòu)演變的方法；平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。機(jī)構(gòu)演變的方法；平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)?；靖拍罨靖拍罴被靥匦詨毫莻鲃咏撬傈c(diǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)折點(diǎn)急回特性壓力角傳動角死點(diǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)折點(diǎn)學(xué)習(xí)注意點(diǎn)學(xué)習(xí)注意點(diǎn)1、無論是研究四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動