第三章連桿機構

第三章連桿機構13.1平面連桿機構的類型及演化3.2平面四桿機構的曲柄存在條件和幾個基本概念3.3平面四桿機構的圖解法設計23.1平面連桿機構的類型及演化平面連桿機構是由若干個剛性構件用低副連接而成的機構，也稱平面低副機構。機構——構件通過運動副構成的確定相對可動的系統(tǒng)，且這個系統(tǒng)中具有一個固定構件。運動副——按照接觸形式有高副和低副之分。連桿機構——若干構件全部用低副連接組成的機構。平面連桿機構——各構件都在同一平面內運動的連桿機構。平面連桿機構的含義33.1平面連桿機構的類型及演化內燃機43.1平面連桿機構的類型及演化抽油機53.1平面連桿機構的類型及演化平面連桿機構的特點機構中的運動副均為低副，故又稱低副機構。構件運動形式及連桿曲線具有多樣性。不易精確實現(xiàn)復雜的運動規(guī)律，且設計較為復雜；運動鏈長，累積誤差大，效率低；面接觸，應力分散，承載能力高，可用來傳遞較大的力接觸面為圓柱面或平面，制造簡單，兩構件連接可靠優(yōu)點：缺點：減少磨損，便于潤滑高速運轉時動平衡比較困難2023年2月3日——由轉動副組成的四桿機構。連架桿：直接與機架相連的構件連架桿連桿連架桿曲柄：能做整周回轉的連架桿搖桿：不能做整周回轉的連架桿連桿：不直接與機架相連的構件機架：

固定構件構件擺轉副(擺動副)：轉動副連接的構件不能整周相對運動整轉副：轉動副連接的構件能整周相對運動轉動副3.1平面連桿機構的類型及演化鉸鏈四桿機構曲柄或搖桿均指的是連架桿，而非連桿！2023年2月3日鉸鏈四桿機構——曲柄搖桿機構：

特點：轉動擺動兩連架桿分別為曲柄和搖桿的鉸鏈四桿機構。3.1平面連桿機構的類型及演化2023年2月3日曲柄搖桿機構——實例：3.1平面連桿機構的類型及演化攪拌機雷達調整機構2023年2月3日曲柄搖桿機構——實例：3.1平面連桿機構的類型及演化縫紉機踏板機構2023年2月3日鉸鏈四桿機構——雙曲柄機構：

特點：轉動轉動兩連架桿均為曲柄的鉸鏈四桿機構。3.1平面連桿機構的類型及演化主動曲柄作等速轉動，從動曲柄作變速轉動。2023年2月3日雙曲柄機構——實例：3.1平面連桿機構的類型及演化慣性篩機構2023年2月3日雙曲柄機構特例1：平行四邊形機構3.1平面連桿機構的類型及演化平行四邊形機構機車車輪

連桿與機架的長度相等、兩曲柄長度相等且轉向和角速度相同的平行四邊形機構。該機構的從動曲柄與主動曲柄轉速相同，連桿作平動。2023年2月3日雙曲柄機構特例1：平行四邊形機構3.1平面連桿機構的類型及演化攝影平臺升降機構2023年2月3日雙曲柄機構特例2：反平行四邊形機構3.1平面連桿機構的類型及演化

連桿與機架長度相等但不平行、兩曲柄長度相等但轉向相反的反平行四邊形機構。該機構的從動曲柄與主動曲柄變速相同，連桿作平面運動。反平行四邊形機構車門開閉機構鉸鏈四桿機構——雙搖桿機構：

特點：擺動擺動兩連架桿都為搖桿的鉸鏈四桿機構。3.1平面連桿機構的類型及演化主動搖桿作等速擺動，從動搖桿作變速擺動。2023年2月3日雙搖桿機構——實例：3.1平面連桿機構的類型及演化鶴式起重機造型機翻箱機構173.1平面連桿機構的類型及演化平面連桿機構的演化——2023年2月3日12123對心曲柄滑塊機構將轉動副變?yōu)橐苿痈逼们瑝K機構曲柄搖桿機構123e：偏距183.1平面連桿機構的類型及演化平面連桿機構的演化——2023年2月3日偏心曲柄滑塊機構對心曲柄滑塊機構曲柄搖桿機構曲柄滑塊機構雙滑塊機構

正弦機構搖桿變?yōu)榛瑝K，滑槽弧半徑為搖桿長度時滑槽弧半徑為無窮大時滑道與曲柄鉸鏈共線搖桿變?yōu)榛瑝K，滑槽弧半徑為連桿長度時滑槽弧半徑為無窮大時將轉動副變?yōu)橐苿痈?93.1平面連桿機構的類型及演化平面連桿機構的演化——取不同構件為機架2023年2月3日選取不同構件作為機架，得到不同形式的機構曲柄搖桿機構雙搖桿機構雙曲柄機構203.1平面連桿機構的類型及演化平面連桿機構的演化2023年2月3日轉動導桿機構含有1個移動副的四桿機構曲柄滑塊機構213.1平面連桿機構的類型及演化平面連桿機構的演化2023年2月3日轉動導桿機構含有1個移動副的四桿機構223.1平面連桿機構的類型及演化平面連桿機構的演化2023年2月3日擺動導桿機構含有1個移動副的四桿機構牛頭刨床233.1平面連桿機構的類型及演化平面連桿機構的演化2023年2月3日擺動導桿機構曲柄搖塊機構含有1個移動副的四桿機構243.1平面連桿機構的類型及演化平面連桿機構的演化2023年2月3日擺動導桿機構移動導桿機構含有1個移動副的四桿機構253.1平面連桿機構的類型及演化平面連桿機構的演化2023年2月3日正弦機構含有兩個移動副的四桿機構曲柄1通過導塊2使導桿3作往復移動。導桿3的動程等于兩倍曲柄長度，

y=l1sinφ縫紉機下針機構263.1平面連桿機構的類型及演化平面連桿機構的演化2023年2月3日正切機構含有兩個移動副的四桿機構導桿1在一個范圍內擺動，桿3作直線移動：

y=l1tgφl1y273.1平面連桿機構的類型及演化平面連桿機構的演化2023年2月3日雙轉塊機構含有兩個移動副的四桿機構主動轉塊1等速轉動，從動轉塊3也作等速轉動，且轉向相同。十字溝槽聯(lián)軸節(jié)283.1平面四桿機構的曲柄存在條件和幾個基本概念1.平面四桿機構的曲柄存在條件dabcADc2c1B2B1a+d≤b+c

b≤(d-a)+c即a+b≤c+dc≤(d-a)+b即a+c≤b+d

a≤b，a≤c

，a≤d

當則桿1通過AB1關鍵位置。當則桿1通過AB2關鍵位置。3.1平面四桿機構的曲柄存在條件和幾個基本概念1.平面四桿機構的曲柄存在條件dacb2134ADC2C1B2B1a+d≤b+c

b≤(d-a)+c即a+b≤c+dc≤(d-a)+b即a+c≤b+d

a≤b，a≤c

，a≤d

當則桿1通過AB1關鍵位置。當則桿1通過AB2關鍵位置。3.1平面四桿機構的曲柄存在條件和幾個基本概念1.平面四桿機構的曲柄存在條件dacb2134ADC2C1B2B1a+d≤b+c

b≤(d-a)+c即a+b≤c+dc≤(d-a)+b即a+c≤b+d

a≤b，a≤c

，a≤d

當則桿1通過AB1關鍵位置。當則桿1通過AB2關鍵位置。313.1平面四桿機構的曲柄存在條件和幾個基本概念1.平面四桿機構的曲柄存在條件結論（轉動副為整轉副的條件）：最短桿長度+最長桿長度≤其余兩桿之和組成該周轉副的兩桿中必有一桿為最短桿當四桿機構各桿的長度滿足桿長條件時，有最短桿參與構成的轉動副為整轉副，其余轉動副為擺動副。323.1平面四桿機構的曲柄存在條件和幾個基本概念1.平面四桿機構的曲柄存在條件1）如果：lmin+lmax≤其它兩桿長度之和

——滿足曲柄存在的條件（滿足桿長和條件）鉸鏈四桿機構的類型與尺寸之間的關系：以最短桿的相鄰構件為機架，此機構為曲柄搖桿機構；以最短桿為機架，則此機構為雙曲柄機構；以最短桿的對邊為機架，此機構為雙搖桿機構。2）如果：lmin+lmax＞其它兩桿長度之和——不滿足曲柄存在的條件，

則不論選哪個構件為機架，都為雙搖桿機構。333.1平面四桿機構的曲柄存在條件和幾個基本概念1.平面四桿機構的曲柄存在條件

例1已知鉸鏈四桿機構ABCD，其中a240mm，b600mm，c400mm,d=500mm。試問：（1）當取桿4為機架時，是否有曲柄存在？（2）若各桿長度不變，能否以選不同桿為機架的辦法獲得雙曲柄機構和雙搖桿機構？（3）若1、2、3三桿的長度保持不變，取桿4為機架，要獲得曲柄搖桿機構，d的取值范圍如何？343.1平面四桿機構的曲柄存在條件和幾個基本概念1.平面四桿機構的曲柄存在條件353.1平面四桿機構的曲柄存在條件和幾個基本概念2.平面四桿機構的急回特性B2C2B1C1當曲柄與連桿兩次共線時，搖桿處于兩極限位置。A21C34BD擺角極位夾角以曲柄搖桿機構為例擺角ψ：搖桿在兩極限位置間的夾角(∠C1DC2)。曲柄在搖桿處于兩極限位置時所夾的補角(∠C1AC2)。極位夾角θ：363.1平面四桿機構的曲柄存在條件和幾個基本概念2.平面四桿機構的急回特性B2C2B1C1A21C34BD當擺桿從DC2

DC1，曲柄從AB2

AB1轉過的角度對應的時間搖桿點C的平均速度373.1平面四桿機構的曲柄存在條件和幾個基本概念2.平面四桿機構的急回特性B2C2B1C1A21C34BD擺桿:DC2

DC1轉過的角度對應的時間搖桿點C的平均速度DC1

DC2故:

v2>v1機構工作件返回行程速度大于工作行程速度的特性——急回特性3.1平面四桿機構的曲柄存在條件和幾個基本概念2.平面四桿機構的急回特性行程速比系數K為了表示工作件往復運動時的急回程度，用V2和V1的比值K來描述：由上式可得：可見：θ↑K↑急回特性越顯著——導致機器動載↑沖擊↑3.1平面四桿機構的曲柄存在條件和幾個基本概念2.平面四桿機構的急回特性曲柄滑塊機構的急回特性導桿機構的急回特性

3.1平面四桿機構的曲柄存在條件和幾個基本概念2.平面四桿機構的急回特性畫出圖中各個機構的極位夾角2023年2月3日3.1平面四桿機構的曲柄存在條件和幾個基本概念

已知偏置式曲柄滑塊機構偏距為e=10，曲柄與連桿長度分別為AB=15、BC=45，求作該機構的極位夾角和滑塊行程H。

1015452023年2月3日壓力角—作用在從動件上的力的方向與著力點速度方向所夾銳角。FF

FVABDC有效分力FFcosFsin

徑向壓力F

Fsin=Fcos

連桿機構中，壓力角是衡量機構傳力性能優(yōu)劣的一個重要指標。且壓力角越大，對機構的傳動越不利。傳動過程中，壓力角是不斷變化的,而不是常量。3.1平面四桿機構的曲柄存在條件和幾個基本概念3.平面四桿機構的傳力特性FF

FVABDC有效分力FFcosFsin

徑向壓力F

Fsin=Fcos

3.1平面四桿機構的曲柄存在條件和幾個基本概念3.平面四桿機構的傳力特性傳動角

—壓力角的余角，亦即連桿與從動件所夾的銳角。連桿機構中，常用傳動角的大小及變化情況來衡量機構傳力性能的優(yōu)劣。且傳動角越大，對機構的傳動越有利。傳動過程中，傳動角是不斷變化的,而不是常量。2023年2月3日傳動角出現(xiàn)極值的位置及計算C1B1abcdDA12傳動角總取銳角B2C23.1平面四桿機構的曲柄存在條件和幾個基本概念3.平面四桿機構的傳力特性余弦定理：2023年2月3日

最小傳動角出現(xiàn)在曲柄與機架共線的位置，且min=min（1，2）為了保證機構具有良好的傳力性能，設計時通常要求min

40o；對于高速和大功率傳動機械，min

50o。3.1平面四桿機構的曲柄存在條件和幾個基本概念3.平面四桿機構的傳力特性2023年2月3日3.1平面四桿機構的曲柄存在條件和幾個基本概念3.平面四桿機構的傳力特性曲柄連桿機構的最小傳動角2023年2月3日

死點(Deadpoint)位置F

=0

連桿與曲柄在兩個共線位置時，主動件搖桿通過連桿作用于從動件曲柄上的力F通過其回轉中心，0，曲柄不能轉動。

不管在主動件上作用多大的驅動力，都不能在從動件上產生有效分力的機構位置，稱為機構的死點位置。3.1平面四桿機構的曲柄存在條件和幾個基本概念3.平面四桿機構的傳力特性2023年2月3日如何使機構順利通過死點位置？

利用飛輪慣性對于連續(xù)運轉的機器，可采用裝飛輪(flywheel)加大慣性的方法，利用從動件的慣性闖過死點。如縫紉機角踏板機構中，從動曲柄軸上安裝了兼有飛輪作用的大帶輪，可利用慣性通過死點。3.1平面四桿機構的曲柄存在條件和幾個基本概念3.平面四桿機構的傳力特性利用慣性(inertia)通過死點2023年2月3日如何使機構順利通過死點位置？將兩組以上的機構組合起來，使各組機構的死點相互錯開排列。如蒸汽機車車輪聯(lián)動機構，兩側的曲柄滑塊機構的曲柄位置相互錯開90o。3.1平面四桿機構的曲柄存在條件和幾個基本概念3.平面四桿機構的傳力特性機構錯位排列2023年2月3日利用死點位置飛機起落架鉆孔夾具ABCDFF

03.1平面四桿機構的曲柄存在條件和幾個基本概念3.平面四桿機構的傳力特性工件ABCD1234工件P畫出圖中各個機構的壓力角2023年2月3日3.1平面四桿機構的曲柄存在條件和幾個基本概念圖示鉸鏈四桿機構中，已知

，lBC=45mm,lCD=35mm,lAD=30mm,AD為固定構件。試分析:①若此機構為曲柄搖桿機構，且AB為曲柄，求lAB的范圍；

②若此機構為雙曲柄機構，求lAB的范圍；

③若此機構為能不能獲得雙搖桿機構，如果能，求lAB的范圍。④若lAB=15mm,則該機構的行程速比系數K、極位夾角，最小傳動角分別為多少（圖解法）3.1平面四桿機構的圖解法設計3.1平面四桿機構的圖解法設計3.1平面四桿機構的圖解法設計3.1平面四桿機構的圖解法設計連桿機構設計的基本問題根據給定的要求選定機構的型式，確定各構件的尺寸，同時還要滿足結構條件、動力條件和運動連續(xù)條件等。（1）滿足預定的運動規(guī)律的要求即滿足兩連架桿預定的對應位置要求滿足給定行程速比系數K的要求等。3.1平面四桿機構的圖解法設計連桿機構設計的基本問題（2）滿足預定的連桿位置要求即要求連桿能占據一系列預定位置。

即要求在機構的運動過程中，連桿上某些點的軌跡能滿足預定的軌跡要求。（3）滿足預定的軌跡要求圖解法、解析法和實驗法。連桿機構的設計方法有：3.1平面四桿機構的圖解法設計1.全等三角形法（反轉法）已知:機架長度d和兩連架桿三組對應位置。③繞D

將△B2E2D旋轉φ1

－φ2得B’2點，如右上圖。設計步驟：⑥由B’1

B’2B3

三點求圓心C3

。④同理，連接B3E3、DB3得△B3E3D⑤將△B3E3D繞D旋轉φ1－φ3得B’3點，如左下圖。α2B2φ2E2α1B1

φ1E1AdDB3α3φ3E3B’2B’3C1C2B3C3α2B2φ2E2α1B1

φ1E1AdDB3α3φ3E3B’2B’3①任意選定構件AB的長度B’2α2B2φ2E2α1B1

φ1E1AdDB3α3φ3E3②連接B2E2、DB2,得△B2E2D3.1平面四桿機構的圖解法設計2.滿足行程速比系數的設計①計算θ＝180°(K－1)/(K+1);已知：CD桿長，擺角φ及K，設計此機構。步驟如下：②任取一點作為搖桿的固定轉動副D，按照搖桿