平面連桿機構(gòu)課件

第三章平面連桿機構(gòu)第一節(jié)平面四桿機構(gòu)的類型及其應(yīng)用第二節(jié)平面四桿機構(gòu)的一些基本特性第三節(jié)平面四桿機構(gòu)的設(shè)計第四節(jié)平面連桿機構(gòu)的結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)重點預(yù)熱：

什么是平面連桿機構(gòu)？特點及研究內(nèi)容是什么？第三章平面連桿機構(gòu)第一節(jié)平面四桿機構(gòu)的類型及其應(yīng)用1預(yù)熱

定義:全由低副（轉(zhuǎn)動副、移動副）構(gòu)成的平面機構(gòu)稱為平面連桿機構(gòu)

特點：面接觸，承載能力強，耐磨損；易于制造和獲得較高的制造精度；能實現(xiàn)多種運動規(guī)律。

缺點：效率低；累計運動誤差較大；高速運轉(zhuǎn)時不平衡動載荷較大，且難于消除。

內(nèi)容：類型、應(yīng)用及其特性，平面四桿機構(gòu)的設(shè)計

預(yù)熱定義:全由低副（轉(zhuǎn)動副、移動副）構(gòu)成的平面機2一、平面四桿機構(gòu)的基本型式—鉸鏈四桿機構(gòu)1．曲柄搖桿機構(gòu)2．雙曲柄機構(gòu)3．雙搖桿機構(gòu)

二、平面四桿機構(gòu)的演化型式

1．曲柄滑塊機構(gòu)2．導(dǎo)桿機構(gòu)3．偏心輪機構(gòu)

第一節(jié)平面四桿機構(gòu)的類型及其應(yīng)用運動副全是轉(zhuǎn)動副一、平面四桿機構(gòu)的基本型式—鉸鏈四桿機構(gòu)第一3

1.曲柄搖桿機構(gòu)☆兩連架桿中：一個為曲柄，另一個為搖桿。應(yīng)用舉例：

①牛頭刨床工作臺橫向進給機構(gòu)

②縫紉機的踏板機構(gòu)1.曲柄搖桿機構(gòu)☆兩連架桿中：一個為曲柄，4縫紉機踏板機構(gòu)

牛頭刨床進給機構(gòu)縫紉機踏板\牛頭刨床進給機構(gòu)圖

(a)局部結(jié)構(gòu)圖;(b)曲柄搖桿機構(gòu)運動簡圖1—主動齒輪;2—從動齒輪;3—連桿;4—搖桿（棘爪）;5—棘輪;6—絲杠;7—機架縫紉機踏板機構(gòu)牛頭刨床進給機構(gòu)縫紉機踏板\牛頭刨床進給機5正平行四邊形機構(gòu)蒸汽機車的車輪聯(lián)動機構(gòu)2.雙曲柄機構(gòu)☆兩個連架桿都能作整周回轉(zhuǎn)運動振動篩（也稱為慣性篩）反平行四邊形機構(gòu)車門啟閉機構(gòu)正平行四邊形機構(gòu)蒸汽機車的車輪聯(lián)動機構(gòu)2.雙曲柄機構(gòu)☆兩個63.雙搖桿機構(gòu)☆兩連架桿均為搖桿起重機中重物平移機構(gòu)汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)(等腰梯形機構(gòu))3.雙搖桿機構(gòu)☆兩連架桿均為搖桿起重機中重物平移機構(gòu)汽車前輪7

1.曲柄滑塊機構(gòu)☆一連架桿為曲柄，另一連架桿相對機架作往復(fù)移動而稱為滑塊應(yīng)用舉例：內(nèi)燃機、空氣壓縮機、沖床和縫紉機等。對心式曲柄滑塊機構(gòu)偏置式曲柄滑塊機構(gòu)1.曲柄滑塊機構(gòu)☆一連架桿為曲柄，另一連架桿相對機架8

取曲柄滑塊機構(gòu)中的不同構(gòu)件作為機架，可以得到以下四種不同的機構(gòu)。2.導(dǎo)桿機構(gòu)曲柄轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)曲柄擺動導(dǎo)桿機構(gòu)擺動導(dǎo)桿滑塊機構(gòu)（搖塊機構(gòu)）移動導(dǎo)桿機構(gòu)（定塊機構(gòu)）應(yīng)用取曲柄滑塊機構(gòu)中的不同構(gòu)件作為機架，可以得到以9

(a)曲柄滑塊機構(gòu);(b)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu);（c)擺動導(dǎo)桿滑塊機構(gòu)(搖塊機構(gòu)）;(d)移動導(dǎo)桿機構(gòu)（定塊機構(gòu)）(a)曲柄滑塊機構(gòu);(b)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu);10

曲柄擺動導(dǎo)桿機構(gòu)(a)曲柄擺動導(dǎo)桿機構(gòu);(b)電氣開關(guān)小型刨床機構(gòu)卡車車廂自動翻轉(zhuǎn)卸料機構(gòu)

手動抽水機曲柄擺動導(dǎo)桿機構(gòu)小型刨床機構(gòu)卡車車廂自動翻轉(zhuǎn)卸料機構(gòu)11

3.偏心輪機構(gòu)特點：容易加工；工作時潤滑條件和受力情況好；可用于較重載荷的傳動中。應(yīng)用舉例：蒸汽機換氣閥傳動機構(gòu)、沖壓機傳動機構(gòu)等。（a）等效曲柄滑塊機構(gòu)（b）曲柄滑塊機構(gòu)（c）等效曲柄搖桿機構(gòu)（d)曲柄搖桿機構(gòu)3.偏心輪機構(gòu)特點：容易加工；（a）等效曲柄滑塊機構(gòu)12一、曲柄存在條件

二、急回特性和行程速比系數(shù)三、壓力角和傳動角四、死點位置第二節(jié)平面四桿機構(gòu)的一些基本特性一、曲柄存在條件第二節(jié)平面四桿機構(gòu)的一些基本特性13曲柄存在條件：①最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和；②連架桿與機架中必有一桿為最短桿。你會判斷由不同桿作機架時四桿機構(gòu)屬于哪種機構(gòu)么？一、曲柄存在條件曲柄存在條件：你會判斷由不同桿作機架時四桿機構(gòu)屬于哪種機構(gòu)么14雙搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)以最短桿相鄰桿為機架以與最短桿相對的桿為機架以最短桿為機架NY判斷由不同桿作機架時四桿機構(gòu)屬于哪種機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)以最短桿相鄰桿為機15取不同構(gòu)件為機架時的鉸鏈四桿機構(gòu)型式(a)構(gòu)件4為機架;(b)構(gòu)件2為機架;(c)構(gòu)件1為機架;(d)構(gòu)件3為機架取不同構(gòu)件為機架時的鉸鏈四桿機構(gòu)型式取不同構(gòu)件為機架時的鉸鏈四桿機構(gòu)型式取不同構(gòu)件為機架時的鉸鏈16二、急回特性和行程速比系數(shù)搖桿的擺角ψ＝C1DC2；極位夾角θ工作行程回程曲柄搖桿機構(gòu)的急回運動程度可以用2和的比值來衡量，

稱為行程速比系數(shù)。θ↗，↗，急回程度↗。θ=0時，

=1時，機構(gòu)無急回運動。急回運動?二、急回特性和行程速比系數(shù)搖桿的擺角ψ＝C1DC217

傳動角壓力角的余角。三、壓力角和傳動角

壓力角

從動件受力點（C點）的受力方向與受力點的速度方向之間所夾的銳角。壓力角越小，傳動角越大，機構(gòu)傳力性能越好。設(shè)計時應(yīng)使≥δ與γ傳動角三、壓力角和傳動角壓力角壓力角越小，傳動角越大18四、死點位置1．死點的概念在曲柄搖桿機構(gòu)中，當(dāng)搖桿為主動件時，當(dāng)連桿與從動曲柄共線時，機構(gòu)的傳動角＝，此時主動件CD通過連桿作用于從動曲柄AB上的力恰好通過其回轉(zhuǎn)中心，所以出現(xiàn)了不能使構(gòu)件AB轉(zhuǎn)動的頂死現(xiàn)象，機構(gòu)的這種位置稱為死點位置或死點。2．死點的缺陷對于傳動機構(gòu)，存在死點位置是一個缺陷，常采用下列措施使機構(gòu)順利通過死點位置：①利用系統(tǒng)的慣性；②利用特殊機構(gòu)。

3．死點的利用在工程中也常常應(yīng)用死點位置實現(xiàn)工作要求。如快速夾具、飛機起落架等。

四、死點位置1．死點的概念19

具夾速快具夾速快20

利用慣性利用機構(gòu)錯位排列利用機構(gòu)錯位排列21第三節(jié)平面四桿機構(gòu)的設(shè)計一、按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu)二、按給定的連桿位置設(shè)計四桿機構(gòu)三、按給定的兩連架桿對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)四、按給定的運動軌跡設(shè)計四桿機構(gòu)１．連桿曲線２．圖譜法第三節(jié)平面四桿機構(gòu)的設(shè)計一、按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計四桿機22一、按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu)1．曲柄搖桿機構(gòu)2．曲柄滑塊機構(gòu)3．導(dǎo)桿機構(gòu)一、按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu)1．曲柄搖桿機構(gòu)23已知條件：行程速比系數(shù)K、搖桿的長度CD和搖桿的擺角Ψ

（1）計算極位夾角（2）取適當(dāng)?shù)谋壤擀蘬=CD/CD(m/mm)，并由

CD和Ψ作出兩極限位置C1D、C2D;（3）過C2點作∠C1C2N＝90°－θ的射線C2N，然后再過C1點作C2C1的垂線C1N交C2N于P;（4）以C2P為直徑作圓，圓心為O，則A點必在此圓上;（5）由其他已知條件在圓周上取點A，連AC1、AC2;（6）以A為圓心，AC1為半徑做圓弧交AC2于E點，作EC2的垂直平分線得EC2之半即為AB長度由于極限位置處曲柄與連桿共線，故AC2＝BC＋AB，AC1＝BC－AB，因此，容易得到（7）討論：由于A點可在△C1PC2的外接圓周的弧C1PC2上任意選取，所以，若僅按行程速比系數(shù)K來設(shè)計，可以得到無窮多組解。因此，在未給出其它附加條件的情況下，如欲獲得良好的傳動質(zhì)量，可按照傳動角最優(yōu)或其它輔助條件來確定A點的位置。1．曲柄搖桿機構(gòu)已知條件：行程速比系數(shù)K、搖桿的長度CD和搖桿的擺角Ψ242．曲柄滑塊機構(gòu)已知條件：行程速比系數(shù)K、滑塊行程H

偏心距e①計算極位夾角;

②作直線C1C2＝H/μl，且C1、C2作為滑塊的兩極限位置;③根據(jù)C1、C2點求滿足極位夾角為θ的A點（結(jié)果為一圓弧C1PC2）;

④作一直線與平行，并使其間的距離等于偏心距e，則此直線與上述圓弧的交點即為曲柄的軸心A的位置;⑤連接AC1、AC2，并按上述作圖方法，即可得到曲柄的長度lAB和連桿的長度lBC。2．曲柄滑塊機構(gòu)已知條件：行程速比系數(shù)K、253．導(dǎo)桿機構(gòu)分析（機構(gòu)簡圖演示）：對于擺動導(dǎo)桿機構(gòu)，其極位夾角θ等于導(dǎo)桿的擺角Ψ，而所需要確定的尺寸是曲柄長度lAC。已知條件：行程速比系數(shù)K、機架長度lAD①計算極位夾角；

②選擇適當(dāng)?shù)谋壤咦髦本€μl，任選固定鉸鏈點D；③按夾角Ψ（＝θ）作出導(dǎo)桿的兩極限位置Dm和Dn；④作擺角Ψ的角平分線AD，并在AD上截取AD=lAD/μl，即可得到曲柄軸心A點的位置；⑤過A點作導(dǎo)桿極限位置的垂線AC1（或AC2），即得曲柄長度lAC=μlAC。3．導(dǎo)桿機構(gòu)分析（機構(gòu)簡圖演示）：對于擺動導(dǎo)桿機構(gòu)，其極26二、按給定的連桿位置設(shè)計四桿機構(gòu)

1．給定連桿兩個位置設(shè)計四桿機構(gòu)2．給定連桿三個位置設(shè)計四桿機構(gòu)二、按給定的連桿位置設(shè)計四桿機構(gòu)1．給定連桿兩個位置271．給定連桿兩個位置設(shè)計四桿機構(gòu)例1．給定連桿兩個位置設(shè)計四桿機構(gòu)例28例例292．給定連桿三個位置設(shè)計四桿機構(gòu)2．給定連桿三個位置設(shè)計四桿機構(gòu)30三、按給定的兩連架桿對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)如圖所示為一鉸鏈四桿機構(gòu)。根據(jù)此機構(gòu)各構(gòu)件所構(gòu)成的矢量封閉形，可以寫成以下矢量方程式①

將此矢量方程式分別向

及軸投影，可得如下兩個代數(shù)方程式如以各構(gòu)件相對于a長度代入上式，則移項后可得②③繼續(xù)三、按給定的兩連架桿對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)如圖所示為一鉸31再由兩式平方相加消去δ，并整理之，可得④令：⑤則：⑥

上式中含有P0、P1、P2、α0及φ0五個待定參數(shù)。若將連架桿的五組對應(yīng)位置αi及φi(i=1,2,…5)，分別代入上式，則可得到一個五個方程的方程組，在就該方程組聯(lián)立求解后，即可求出參數(shù)P0、P1、P2、α0及φ0。

然后再由式⑤求得m、n、l，最后，根據(jù)實際需要定出曲柄的長度a，則機構(gòu)其它構(gòu)件的長度b、c、d便可完全確定。

又若取兩連架桿的起始角α0=φ0=0，則式（3-16）將成為這時式中只含有P0、P1、P2三個待求參數(shù)了，所以該機構(gòu)所能滿足的兩連架桿的對應(yīng)位置數(shù)也最多是三組了。繼續(xù)例題再由兩式平方相加消去δ，并整理之，可得④令：⑤則：⑥上32

如圖所示為用于某操縱裝置中的鉸鏈四桿機構(gòu)，如要求該四桿機構(gòu)的兩連架桿應(yīng)滿足的三組對應(yīng)位置為、；

、；、。例題解如圖所示為用于某操縱裝置中的鉸鏈四桿機構(gòu)，如要求該四桿33

將給定的α1，α2，α3和φ1，φ2，φ3代入式（3-17）即可得到如下的方程組聯(lián)立求解，得

P0=1.53；P1=-1.06；P2=0.778再由式⑤可求得各桿長比為：

若根據(jù)結(jié)構(gòu)條件取曲柄長a＝200mm，則可求得b＝356mm；c＝306mm；d＝288mm。

如果只要求該機構(gòu)的兩連架桿滿足給定的兩組對應(yīng)位置，則在參數(shù)P0、P1、P2中有一個可以任意選定，所以這時將有無窮多解。解將給定的α1，α2，α3和φ1，φ2，φ3代入式（334１．應(yīng)用連桿曲線

四桿機構(gòu)運動時，連桿作平面運動，連桿上任一點都將描繪出一條封閉曲線。該曲線稱為連桿曲線。顯然，連桿曲線的形狀隨連桿上點的位置以及各桿相對尺寸的不同而變化。正是由于連桿曲線的這種多樣性，才使其能在各種機械上得到越來越廣泛的應(yīng)用。如圖所示的自動線上步進式傳送機構(gòu)，即為應(yīng)用連桿曲線（卵形曲線）來實現(xiàn)步進式傳送工件的典型實例。１．應(yīng)用連桿曲線四桿機構(gòu)運動時，連桿作平面運動，連桿上任35２．圖譜法圖譜法是按照給定的運動軌跡設(shè)計四桿機構(gòu)的另一種簡便的方法，它是利用連桿曲線圖譜（可查手冊），查出與要求軌跡曲線相似的連桿曲線，以及描繪該連桿曲線的四桿機構(gòu)的相對桿長，然后測量出出圖譜中的連桿曲線與所要求的軌跡曲線之間的放大（或縮?。┍稊?shù)，即可求出機構(gòu)的各尺寸參數(shù)。２．圖譜法圖譜法是按照給定的運動軌跡設(shè)計四桿機構(gòu)的另一36第四節(jié)平面連桿機構(gòu)的結(jié)構(gòu)一、平面連桿機構(gòu)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)１．具有轉(zhuǎn)動副的構(gòu)件結(jié)構(gòu)２．具有轉(zhuǎn)動副和移動副的構(gòu)件結(jié)構(gòu)二、平面連桿機構(gòu)運動副的結(jié)構(gòu)三、平面連桿機構(gòu)的運動干涉問題

四、平面連桿機構(gòu)的調(diào)節(jié)第四節(jié)平面連桿機構(gòu)的結(jié)構(gòu)一、平面連桿機構(gòu)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)37１．具有轉(zhuǎn)動副的構(gòu)件結(jié)構(gòu)１．具有轉(zhuǎn)動副的構(gòu)件結(jié)構(gòu)382.具有轉(zhuǎn)動副和移動副的構(gòu)件結(jié)構(gòu)2.具有轉(zhuǎn)動副和移動副的構(gòu)件結(jié)構(gòu)39二、平面連桿機構(gòu)運動副的結(jié)構(gòu)滑動軸承式轉(zhuǎn)動副結(jié)構(gòu)滾動軸承式轉(zhuǎn)動副結(jié)構(gòu)幾種平面接觸式移動副結(jié)構(gòu)分離式導(dǎo)軌圓柱面接觸式移動副相對轉(zhuǎn)動的限制滾動導(dǎo)軌式移動副結(jié)構(gòu)二、平面連桿機構(gòu)運動副的結(jié)構(gòu)滑動軸承式轉(zhuǎn)動副結(jié)構(gòu)40滾動軸承式轉(zhuǎn)動副結(jié)構(gòu)滑動軸承式轉(zhuǎn)動副結(jié)構(gòu)

整體式附加軸套式剖分式

滾動軸承式轉(zhuǎn)動副結(jié)構(gòu)滑動軸承式轉(zhuǎn)動副結(jié)構(gòu)滾動軸承式轉(zhuǎn)動副結(jié)構(gòu)滑動軸承式轉(zhuǎn)動副結(jié)構(gòu)整體式附加軸41分離式導(dǎo)軌可調(diào)間隙式移動副結(jié)構(gòu)矩形V形燕尾形組合形幾種平面接觸式移動副結(jié)構(gòu)分離式導(dǎo)軌可調(diào)間隙式移動副結(jié)構(gòu)幾種平面接觸式移動副結(jié)構(gòu)分離式導(dǎo)軌可調(diào)間隙式移動副結(jié)構(gòu)矩形V形燕尾形組合形幾種平面接42平面防轉(zhuǎn)銷軸防轉(zhuǎn)圓柱面接觸式移動副相對轉(zhuǎn)動的限制滾輪式導(dǎo)軌滾珠式導(dǎo)軌滾動導(dǎo)軌式移動副結(jié)構(gòu)圓柱面接觸式移動副相對轉(zhuǎn)動的限制、滾動導(dǎo)軌式移動副結(jié)構(gòu)平面防轉(zhuǎn)銷軸防轉(zhuǎn)圓柱面接觸式移動副相對轉(zhuǎn)動的限制滾輪式導(dǎo)軌滾43三、平面連桿機構(gòu)的運動干涉問題連桿機構(gòu)在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，常常需要考慮如何避免軌跡干涉問題。構(gòu)件的外形一般可根據(jù)機構(gòu)的運動不干涉條件來確定。也就是說，結(jié)構(gòu)設(shè)計要求組成連桿機構(gòu)的所有運動構(gòu)件在其運動范圍內(nèi)與所存在的軸、機架和橫梁等部件之間不得發(fā)生碰撞現(xiàn)象，否則會妨礙構(gòu)件的正常運動，并對設(shè)備造成一定的損害。

三、平面連桿機構(gòu)的運動干涉問題連桿機構(gòu)在結(jié)構(gòu)設(shè)計時44四、平面連桿機構(gòu)的調(diào)節(jié)在某些情況下，連桿機構(gòu)的結(jié)構(gòu)要求具備一定的調(diào)節(jié)能力，以滿足實際應(yīng)用中的一些特殊要求。如圖所示為采用螺旋機構(gòu)來調(diào)整構(gòu)件長度的方法。此外，還可以通過偏心輪來調(diào)節(jié)構(gòu)件的長度。調(diào)節(jié)支座的位置可以采用蝸輪蝸桿機構(gòu)、螺旋機構(gòu)等機構(gòu)來實現(xiàn)，當(dāng)然，也可通過調(diào)節(jié)滑塊在導(dǎo)槽中的位置來調(diào)整。調(diào)節(jié)連桿長度調(diào)節(jié)曲柄長度四、平面連桿機構(gòu)的調(diào)節(jié)在某些情況下，連桿機構(gòu)的結(jié)構(gòu)要45§3-2平面四桿機構(gòu)的基本形式及其演化一、平面四桿機構(gòu)的基本類型及應(yīng)用

曲柄搖桿機構(gòu)基本類型：§3-2平面四桿機構(gòu)的基本形式及其演化一、平面四桿機構(gòu)的基46

雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)47

雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)48321DCBA一、轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)化為移動副（改變構(gòu)件長度獲得曲柄滑塊機構(gòu)）321DCBA321DCBA一、轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)化為移動副321DCBA49BAC321ABCe321偏心滑塊機構(gòu)對心滑塊機構(gòu)BAC321ABCe321偏心滑塊機構(gòu)對心滑塊機構(gòu)50二、擴大轉(zhuǎn)動副獲得偏心輪機構(gòu)二、擴大轉(zhuǎn)動副獲得偏心輪機構(gòu)51擴大轉(zhuǎn)動副獲得偏心輪機構(gòu)CBAC1C2ABC擴大轉(zhuǎn)動副獲CBAC1C2ABC52ADabd曲柄搖桿機構(gòu)的極位夾角當(dāng)機構(gòu)從動件處于兩極限位置時，主動件曲柄在兩相應(yīng)位置所夾的角稱為極位夾角。極位夾角:ADabd曲柄搖桿機構(gòu)的極位夾角當(dāng)機構(gòu)從動件處于兩53B’C’δminF2ABCDγδFvcF1abcdδγFVcγ=δ或γ

=180-

δB’’C’’δmaxγγmin=[δmin,180-δmax]min三、最小傳動角的確定B’C’δminF2ABCDγδFvcF1abcdδγ541.按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu)已知：求：A點的位置，并定出：C1DB1C2B2AO90-90-(>1)1.按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu)已知：求：A點的位置，55AB=(AC2-AC1)/2BC=(AC1+AC2)/2AC1=BC-ABAC2=BC+AB180°（K-1）（K+1）θ=確定比例尺C1DB1C2B2AO90-90-解：AB=(AC2-AC1)/2AC1=BC-AB180°（K-56B1B2B3C2C3C1ADc23c12b23b12實現(xiàn)連桿三個位置的設(shè)計設(shè)計一個平面鉸鏈四桿機構(gòu)，關(guān)鍵在于找到兩個連架桿的活動鉸鏈點和相應(yīng)的固定鉸鏈點。

B1B2B3C2C3C1ADc23c12b23b12實現(xiàn)連桿57學(xué)習(xí)重點1.熟練掌握并能應(yīng)用四桿機構(gòu)曲柄存在條件判斷是否存在曲柄及機構(gòu)類型；2.理解四桿機構(gòu)的行程速比系數(shù)K、急回特性、極位夾角、傳動角、壓力角、死點位置等概念，并能熟練通過作圖確定和求出四桿機構(gòu)的極限位置、極位夾角、最小傳動角（或最大壓力角）和死點位置。3.能綜合運用按給定的行程速比系數(shù)K和連桿的位置等運動條件來熟練設(shè)計四桿機構(gòu)。學(xué)習(xí)重點1.熟練掌握并能應(yīng)用四桿機構(gòu)曲柄存在條件判斷是否58第三章平面連桿機構(gòu)第一節(jié)平面四桿機構(gòu)的類型及其應(yīng)用第二節(jié)平面四桿機構(gòu)的一些基本特性第三節(jié)平面四桿機構(gòu)的設(shè)計第四節(jié)平面連桿機構(gòu)的結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)重點預(yù)熱：

什么是平面連桿機構(gòu)？特點及研究內(nèi)容是什么？第三章平面連桿機構(gòu)第一節(jié)平面四桿機構(gòu)的類型及其應(yīng)用59預(yù)熱

定義:全由低副（轉(zhuǎn)動副、移動副）構(gòu)成的平面機構(gòu)稱為平面連桿機構(gòu)

特點：面接觸，承載能力強，耐磨損；易于制造和獲得較高的制造精度；能實現(xiàn)多種運動規(guī)律。

缺點：效率低；累計運動誤差較大；高速運轉(zhuǎn)時不平衡動載荷較大，且難于消除。

內(nèi)容：類型、應(yīng)用及其特性，平面四桿機構(gòu)的設(shè)計

預(yù)熱定義:全由低副（轉(zhuǎn)動副、移動副）構(gòu)成的平面機60一、平面四桿機構(gòu)的基本型式—鉸鏈四桿機構(gòu)1．曲柄搖桿機構(gòu)2．雙曲柄機構(gòu)3．雙搖桿機構(gòu)

二、平面四桿機構(gòu)的演化型式

1．曲柄滑塊機構(gòu)2．導(dǎo)桿機構(gòu)3．偏心輪機構(gòu)

第一節(jié)平面四桿機構(gòu)的類型及其應(yīng)用運動副全是轉(zhuǎn)動副一、平面四桿機構(gòu)的基本型式—鉸鏈四桿機構(gòu)第一61

1.曲柄搖桿機構(gòu)☆兩連架桿中：一個為曲柄，另一個為搖桿。應(yīng)用舉例：

①牛頭刨床工作臺橫向進給機構(gòu)

②縫紉機的踏板機構(gòu)1.曲柄搖桿機構(gòu)☆兩連架桿中：一個為曲柄，62縫紉機踏板機構(gòu)

牛頭刨床進給機構(gòu)縫紉機踏板\牛頭刨床進給機構(gòu)圖

(a)局部結(jié)構(gòu)圖;(b)曲柄搖桿機構(gòu)運動簡圖1—主動齒輪;2—從動齒輪;3—連桿;4—搖桿（棘爪）;5—棘輪;6—絲杠;7—機架縫紉機踏板機構(gòu)牛頭刨床進給機構(gòu)縫紉機踏板\牛頭刨床進給機63正平行四邊形機構(gòu)蒸汽機車的車輪聯(lián)動機構(gòu)2.雙曲柄機構(gòu)☆兩個連架桿都能作整周回轉(zhuǎn)運動振動篩（也稱為慣性篩）反平行四邊形機構(gòu)車門啟閉機構(gòu)正平行四邊形機構(gòu)蒸汽機車的車輪聯(lián)動機構(gòu)2.雙曲柄機構(gòu)☆兩個643.雙搖桿機構(gòu)☆兩連架桿均為搖桿起重機中重物平移機構(gòu)汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)(等腰梯形機構(gòu))3.雙搖桿機構(gòu)☆兩連架桿均為搖桿起重機中重物平移機構(gòu)汽車前輪65

1.曲柄滑塊機構(gòu)☆一連架桿為曲柄，另一連架桿相對機架作往復(fù)移動而稱為滑塊應(yīng)用舉例：內(nèi)燃機、空氣壓縮機、沖床和縫紉機等。對心式曲柄滑塊機構(gòu)偏置式曲柄滑塊機構(gòu)1.曲柄滑塊機構(gòu)☆一連架桿為曲柄，另一連架桿相對機架66

取曲柄滑塊機構(gòu)中的不同構(gòu)件作為機架，可以得到以下四種不同的機構(gòu)。2.導(dǎo)桿機構(gòu)曲柄轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)曲柄擺動導(dǎo)桿機構(gòu)擺動導(dǎo)桿滑塊機構(gòu)（搖塊機構(gòu)）移動導(dǎo)桿機構(gòu)（定塊機構(gòu)）應(yīng)用取曲柄滑塊機構(gòu)中的不同構(gòu)件作為機架，可以得到以67

(a)曲柄滑塊機構(gòu);(b)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu);（c)擺動導(dǎo)桿滑塊機構(gòu)(搖塊機構(gòu)）;(d)移動導(dǎo)桿機構(gòu)（定塊機構(gòu)）(a)曲柄滑塊機構(gòu);(b)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu);68

曲柄擺動導(dǎo)桿機構(gòu)(a)曲柄擺動導(dǎo)桿機構(gòu);(b)電氣開關(guān)小型刨床機構(gòu)卡車車廂自動翻轉(zhuǎn)卸料機構(gòu)

手動抽水機曲柄擺動導(dǎo)桿機構(gòu)小型刨床機構(gòu)卡車車廂自動翻轉(zhuǎn)卸料機構(gòu)69

3.偏心輪機構(gòu)特點：容易加工；工作時潤滑條件和受力情況好；可用于較重載荷的傳動中。應(yīng)用舉例：蒸汽機換氣閥傳動機構(gòu)、沖壓機傳動機構(gòu)等。（a）等效曲柄滑塊機構(gòu)（b）曲柄滑塊機構(gòu)（c）等效曲柄搖桿機構(gòu)（d)曲柄搖桿機構(gòu)3.偏心輪機構(gòu)特點：容易加工；（a）等效曲柄滑塊機構(gòu)70一、曲柄存在條件

二、急回特性和行程速比系數(shù)三、壓力角和傳動角四、死點位置第二節(jié)平面四桿機構(gòu)的一些基本特性一、曲柄存在條件第二節(jié)平面四桿機構(gòu)的一些基本特性71曲柄存在條件：①最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和；②連架桿與機架中必有一桿為最短桿。你會判斷由不同桿作機架時四桿機構(gòu)屬于哪種機構(gòu)么？一、曲柄存在條件曲柄存在條件：你會判斷由不同桿作機架時四桿機構(gòu)屬于哪種機構(gòu)么72雙搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)以最短桿相鄰桿為機架以與最短桿相對的桿為機架以最短桿為機架NY判斷由不同桿作機架時四桿機構(gòu)屬于哪種機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)以最短桿相鄰桿為機73取不同構(gòu)件為機架時的鉸鏈四桿機構(gòu)型式(a)構(gòu)件4為機架;(b)構(gòu)件2為機架;(c)構(gòu)件1為機架;(d)構(gòu)件3為機架取不同構(gòu)件為機架時的鉸鏈四桿機構(gòu)型式取不同構(gòu)件為機架時的鉸鏈四桿機構(gòu)型式取不同構(gòu)件為機架時的鉸鏈74二、急回特性和行程速比系數(shù)搖桿的擺角ψ＝C1DC2；極位夾角θ工作行程回程曲柄搖桿機構(gòu)的急回運動程度可以用2和的比值來衡量，

稱為行程速比系數(shù)。θ↗，↗，急回程度↗。θ=0時，

=1時，機構(gòu)無急回運動。急回運動?二、急回特性和行程速比系數(shù)搖桿的擺角ψ＝C1DC275

傳動角壓力角的余角。三、壓力角和傳動角

壓力角

從動件受力點（C點）的受力方向與受力點的速度方向之間所夾的銳角。壓力角越小，傳動角越大，機構(gòu)傳力性能越好。設(shè)計時應(yīng)使≥δ與γ傳動角三、壓力角和傳動角壓力角壓力角越小，傳動角越大76四、死點位置1．死點的概念在曲柄搖桿機構(gòu)中，當(dāng)搖桿為主動件時，當(dāng)連桿與從動曲柄共線時，機構(gòu)的傳動角＝，此時主動件CD通過連桿作用于從動曲柄AB上的力恰好通過其回轉(zhuǎn)中心，所以出現(xiàn)了不能使構(gòu)件AB轉(zhuǎn)動的頂死現(xiàn)象，機構(gòu)的這種位置稱為死點位置或死點。2．死點的缺陷對于傳動機構(gòu)，存在死點位置是一個缺陷，常采用下列措施使機構(gòu)順利通過死點位置：①利用系統(tǒng)的慣性；②利用特殊機構(gòu)。

3．死點的利用在工程中也常常應(yīng)用死點位置實現(xiàn)工作要求。如快速夾具、飛機起落架等。

四、死點位置1．死點的概念77

具夾速快具夾速快78

利用慣性利用機構(gòu)錯位排列利用機構(gòu)錯位排列79第三節(jié)平面四桿機構(gòu)的設(shè)計一、按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu)二、按給定的連桿位置設(shè)計四桿機構(gòu)三、按給定的兩連架桿對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)四、按給定的運動軌跡設(shè)計四桿機構(gòu)１．連桿曲線２．圖譜法第三節(jié)平面四桿機構(gòu)的設(shè)計一、按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計四桿機80一、按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu)1．曲柄搖桿機構(gòu)2．曲柄滑塊機構(gòu)3．導(dǎo)桿機構(gòu)一、按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu)1．曲柄搖桿機構(gòu)81已知條件：行程速比系數(shù)K、搖桿的長度CD和搖桿的擺角Ψ

（1）計算極位夾角（2）取適當(dāng)?shù)谋壤擀蘬=CD/CD(m/mm)，并由

CD和Ψ作出兩極限位置C1D、C2D;（3）過C2點作∠C1C2N＝90°－θ的射線C2N，然后再過C1點作C2C1的垂線C1N交C2N于P;（4）以C2P為直徑作圓，圓心為O，則A點必在此圓上;（5）由其他已知條件在圓周上取點A，連AC1、AC2;（6）以A為圓心，AC1為半徑做圓弧交AC2于E點，作EC2的垂直平分線得EC2之半即為AB長度由于極限位置處曲柄與連桿共線，故AC2＝BC＋AB，AC1＝BC－AB，因此，容易得到（7）討論：由于A點可在△C1PC2的外接圓周的弧C1PC2上任意選取，所以，若僅按行程速比系數(shù)K來設(shè)計，可以得到無窮多組解。因此，在未給出其它附加條件的情況下，如欲獲得良好的傳動質(zhì)量，可按照傳動角最優(yōu)或其它輔助條件來確定A點的位置。1．曲柄搖桿機構(gòu)已知條件：行程速比系數(shù)K、搖桿的長度CD和搖桿的擺角Ψ822．曲柄滑塊機構(gòu)已知條件：行程速比系數(shù)K、滑塊行程H

偏心距e①計算極位夾角;

②作直線C1C2＝H/μl，且C1、C2作為滑塊的兩極限位置;③根據(jù)C1、C2點求滿足極位夾角為θ的A點（結(jié)果為一圓弧C1PC2）;

④作一直線與平行，并使其間的距離等于偏心距e，則此直線與上述圓弧的交點即為曲柄的軸心A的位置;⑤連接AC1、AC2，并按上述作圖方法，即可得到曲柄的長度lAB和連桿的長度lBC。2．曲柄滑塊機構(gòu)已知條件：行程速比系數(shù)K、833．導(dǎo)桿機構(gòu)分析（機構(gòu)簡圖演示）：對于擺動導(dǎo)桿機構(gòu)，其極位夾角θ等于導(dǎo)桿的擺角Ψ，而所需要確定的尺寸是曲柄長度lAC。已知條件：行程速比系數(shù)K、機架長度lAD①計算極位夾角；

②選擇適當(dāng)?shù)谋壤咦髦本€μl，任選固定鉸鏈點D；③按夾角Ψ（＝θ）作出導(dǎo)桿的兩極限位置Dm和Dn；④作擺角Ψ的角平分線AD，并在AD上截取AD=lAD/μl，即可得到曲柄軸心A點的位置；⑤過A點作導(dǎo)桿極限位置的垂線AC1（或AC2），即得曲柄長度lAC=μlAC。3．導(dǎo)桿機構(gòu)分析（機構(gòu)簡圖演示）：對于擺動導(dǎo)桿機構(gòu)，其極84二、按給定的連桿位置設(shè)計四桿機構(gòu)

1．給定連桿兩個位置設(shè)計四桿機構(gòu)2．給定連桿三個位置設(shè)計四桿機構(gòu)二、按給定的連桿位置設(shè)計四桿機構(gòu)1．給定連桿兩個位置851．給定連桿兩個位置設(shè)計四桿機構(gòu)例1．給定連桿兩個位置設(shè)計四桿機構(gòu)例86例例872．給定連桿三個位置設(shè)計四桿機構(gòu)2．給定連桿三個位置設(shè)計四桿機構(gòu)88三、按給定的兩連架桿對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)如圖所示為一鉸鏈四桿機構(gòu)。根據(jù)此機構(gòu)各構(gòu)件所構(gòu)成的矢量封閉形，可以寫成以下矢量方程式①

將此矢量方程式分別向

及軸投影，可得如下兩個代數(shù)方程式如以各構(gòu)件相對于a長度代入上式，則移項后可得②③繼續(xù)三、按給定的兩連架桿對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)如圖所示為一鉸89再由兩式平方相加消去δ，并整理之，可得④令：⑤則：⑥

上式中含有P0、P1、P2、α0及φ0五個待定參數(shù)。若將連架桿的五組對應(yīng)位置αi及φi(i=1,2,…5)，分別代入上式，則可得到一個五個方程的方程組，在就該方程組聯(lián)立求解后，即可求出參數(shù)P0、P1、P2、α0及φ0。

然后再由式⑤求得m、n、l，最后，根據(jù)實際需要定出曲柄的長度a，則機構(gòu)其它構(gòu)件的長度b、c、d便可完全確定。

又若取兩連架桿的起始角α0=φ0=0，則式（3-16）將成為這時式中只含有P0、P1、P2三個待求參數(shù)了，所以該機構(gòu)所能滿足的兩連架桿的對應(yīng)位置數(shù)也最多是三組了。繼續(xù)例題再由兩式平方相加消去δ，并整理之，可得④令：⑤則：⑥上90

如圖所示為用于某操縱裝置中的鉸鏈四桿機構(gòu)，如要求該四桿機構(gòu)的兩連架桿應(yīng)滿足的三組對應(yīng)位置為、；

、；、。例題解如圖所示為用于某操縱裝置中的鉸鏈四桿機構(gòu)，如要求該四桿91

將給定的α1，α2，α3和φ1，φ2，φ3代入式（3-17）即可得到如下的方程組聯(lián)立求解，得

P0=1.53；P1=-1.06；P2=0.778再由式⑤可求得各桿長比為：

若根據(jù)結(jié)構(gòu)條件取曲柄長a＝200mm，則可求得b＝356mm；c＝306mm；d＝288mm。

如果只要求該機構(gòu)的兩連架桿滿足給定的兩組對應(yīng)位置，則在參數(shù)P0、P1、P2中有一個可以任意選定，所以這時將有無窮多解。解將給定的α1，α2，α3和φ1，φ2，φ3代入式（392１．應(yīng)用連桿曲線

四桿機構(gòu)運動時，連桿作平面運動，連桿上任一點都將描繪出一條封閉曲線。該曲線稱為連桿曲線。顯然，連桿曲線的形狀隨連桿上點的位置以及各桿相對尺寸的不同而變化。正是由于連桿曲線的這種多樣性，才使其能在各種機械上得到越來越廣泛的應(yīng)用。如圖所示的自動線上步進式傳送機構(gòu)，即為應(yīng)用連桿曲線（卵形曲線）來實現(xiàn)步進式傳送工件的典型實例。１．應(yīng)用連桿曲線四桿機構(gòu)運動時，連桿作平面運動，連桿上任93２．圖譜法圖譜法是按照給定的運動軌跡設(shè)計四桿機構(gòu)的另一種簡便的方法，它是利用連桿曲線圖譜（可查手冊），查出與要求軌跡曲線相似的連桿曲線，以及描繪該連桿曲線的四桿機構(gòu)的相對桿長，然后測量出出圖譜中的連桿曲線與所要求的軌跡曲線之間的放大（或縮小）倍數(shù)，即可求出機構(gòu)的各尺寸參數(shù)。２．圖譜法圖譜法是按照給定的運動軌跡設(shè)計四桿機構(gòu)的另一94第四節(jié)平面連桿機構(gòu)的結(jié)構(gòu)一、平面連桿機構(gòu)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)１．具有轉(zhuǎn)動副的構(gòu)件結(jié)構(gòu)２．具有轉(zhuǎn)動副和移動副的構(gòu)件結(jié)構(gòu)二、平面連桿機構(gòu)運動副的結(jié)構(gòu)三、平面連桿機構(gòu)的運動干涉問題

四、平面連桿機構(gòu)的調(diào)節(jié)第四節(jié)平面連桿機構(gòu)的結(jié)構(gòu)一、平面連桿機構(gòu)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)95１．具有轉(zhuǎn)動副的構(gòu)件結(jié)構(gòu)１．具有轉(zhuǎn)動副的構(gòu)件結(jié)構(gòu)962.具有轉(zhuǎn)動副和移動副的構(gòu)件結(jié)構(gòu)2.具有轉(zhuǎn)動副和移動副的構(gòu)件結(jié)構(gòu)97二、平面連桿機構(gòu)運動副的結(jié)構(gòu)滑動軸承式轉(zhuǎn)動副結(jié)構(gòu)滾動軸承式轉(zhuǎn)動副結(jié)構(gòu)幾種平面接觸式移動副結(jié)構(gòu)分離式導(dǎo)軌圓柱面接觸式移動副相對轉(zhuǎn)動的限制滾動導(dǎo)軌式移動副結(jié)構(gòu)二、平面連桿機構(gòu)運動副的結(jié)構(gòu)滑動軸承式轉(zhuǎn)動副結(jié)構(gòu)98滾動軸承式轉(zhuǎn)動副結(jié)構(gòu)滑動軸承式轉(zhuǎn)動副結(jié)構(gòu)

整體式附加軸套式剖分式

滾動軸承式轉(zhuǎn)動副結(jié)構(gòu)滑動軸承式轉(zhuǎn)動副結(jié)構(gòu)滾動軸承式轉(zhuǎn)動副結(jié)構(gòu)滑動軸承式轉(zhuǎn)動副結(jié)構(gòu)整體式附加軸99分離式導(dǎo)軌可調(diào)間隙式移動副結(jié)構(gòu)矩形V形燕尾形組合形幾種平面接觸式移動副結(jié)構(gòu)分離式導(dǎo)軌可調(diào)間隙式移動副結(jié)構(gòu)幾種平面接觸式移動副結(jié)構(gòu)分離式導(dǎo)軌可調(diào)間隙式移動副結(jié)構(gòu)矩形V形燕尾形組合形幾種平面接100平面防轉(zhuǎn)銷軸防轉(zhuǎn)圓柱面接觸式移動副相對轉(zhuǎn)動的限制滾輪式導(dǎo)軌滾珠式導(dǎo)軌滾動導(dǎo)軌式移動副結(jié)構(gòu)圓柱面接觸式移動副相對轉(zhuǎn)動的限制、滾動導(dǎo)軌式移動副結(jié)構(gòu)平面防轉(zhuǎn)銷軸防轉(zhuǎn)圓柱面接觸式移動副相對轉(zhuǎn)動的限制滾輪式導(dǎo)軌滾101三、平面連桿機構(gòu)的運動干涉問題連桿機構(gòu)在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，常常需要考慮如何避免軌跡干涉問題。構(gòu)件的外形一般可根據(jù)機構(gòu)的運動不干