機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ) 朱龍英 02平面連桿機(jī)構(gòu)

2023/2/51

連桿傳動是利用常用的低副傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行的傳動，連桿傳動能方便的實現(xiàn)轉(zhuǎn)動、擺動、移動等運動形式的轉(zhuǎn)換。其中以由四個構(gòu)件組成的四桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用最廣泛，而且是組成多桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)。本章內(nèi)容：著重討論平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型、演化方法、運動特性及常用設(shè)計方法。第二章平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計2023/2/52連接型式:平面連桿機(jī)構(gòu)的基本型式是鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)其余四桿機(jī)構(gòu)均是由鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)演化而成的二桿三桿,不可能.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)根據(jù)有無移動副存在：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，滑塊四桿機(jī)構(gòu)滑塊四桿機(jī)構(gòu)2023/2/531、特點優(yōu)點：

(1)面接觸，壓強(qiáng)小，便于潤滑，磨損輕，壽命長，傳遞動力大

(2)低副易于加工，可獲得較高精度，成本低

(3)桿可較長，可用作實現(xiàn)遠(yuǎn)距離的操縱控制

(4)可實現(xiàn)轉(zhuǎn)動、移動等基本運動規(guī)律和運動軌跡二、平面連桿機(jī)構(gòu)的特點和應(yīng)用§2-1概述1、連桿機(jī)構(gòu)：構(gòu)件全部用低副聯(lián)接而成的機(jī)構(gòu)（低副機(jī)構(gòu)）2、平面連桿機(jī)構(gòu)3、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)一、概念缺點：

(1)低副中存在間隙，精度低

(2)不容易實現(xiàn)精確復(fù)雜的運動規(guī)律2023/2/542、應(yīng)用：雷達(dá)天線俯仰角調(diào)整機(jī)構(gòu)攝影車升降機(jī)構(gòu)搖頭風(fēng)扇傳動機(jī)構(gòu)2023/2/55機(jī)械式轉(zhuǎn)向系2023/2/56機(jī)車車輪的聯(lián)動機(jī)構(gòu)

機(jī)車車輪聯(lián)動機(jī)構(gòu)2023/2/57§2-2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型、應(yīng)用及其演化名詞：機(jī)架、連架桿（曲柄、搖桿）、連桿2023/2/582023/2/59。名詞：導(dǎo)桿（作為其他構(gòu)件的移動導(dǎo)軌，并與機(jī)架有相對運動）2023/2/510(一)

曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

特點：兩連架桿一個是曲柄（整周轉(zhuǎn)）；一個是搖桿（擺動）一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式2023/2/511應(yīng)用：

雷達(dá)

縫紉機(jī)2023/2/5122023/2/513(二)雙曲柄機(jī)構(gòu)

特點：兩連架桿都是曲柄（整周轉(zhuǎn)）主動曲柄勻速轉(zhuǎn)，從動曲柄變速轉(zhuǎn)2023/2/514(三)雙搖桿機(jī)構(gòu)

特點：兩連架桿都是搖桿（擺動）飛機(jī)起落架（實景）

2023/2/515鶴式起重機(jī)2023/2/5162023/2/5172023/2/518二、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化轉(zhuǎn)動副演化方法選取不同構(gòu)件作為機(jī)架移動副（滑塊四桿機(jī)構(gòu)）擴(kuò)大轉(zhuǎn)動副（一）取不同構(gòu)件為機(jī)架類型:對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)L1L11、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)eL2L22023/2/5192、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)(1)演化過程對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)將曲柄改為機(jī)架時，就演化成導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。2023/2/520(2)類型轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)移動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)L1<L2

L1>L2

L1L2

：機(jī)架長度，:曲柄長度2023/2/521(3)應(yīng)用牛頭刨床機(jī)構(gòu)

簡易刨床縫紉機(jī)刺布機(jī)構(gòu)2023/2/5222023/2/5233、搖塊機(jī)構(gòu)(1)演化過程曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)將連桿改為機(jī)架時，就演化成搖塊機(jī)構(gòu)。2023/2/524(2)應(yīng)用泵2023/2/5254、定塊機(jī)構(gòu)(1)演化過程曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)將滑塊改為機(jī)架時，就演化成定塊機(jī)構(gòu)。2023/2/526(2)應(yīng)用移動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

2023/2/5272023/2/5281、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中一個轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)化為移動副（二）轉(zhuǎn)動副變移動副2023/2/529e類型:對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：L1<L2

行程S=2L1偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：e<L2-L1

行程L1L2L1L2曲柄存在條件：2023/2/5302、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中兩個轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)化為移動副由于此機(jī)構(gòu)當(dāng)主動件1等速回轉(zhuǎn)時，從動導(dǎo)桿3的位移為y=Labsinα，故又稱正弦機(jī)構(gòu)

α2023/2/531雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)2023/2/532雙滑塊機(jī)構(gòu)

雙滑塊機(jī)構(gòu)2023/2/533（三）擴(kuò)大運動副（偏心輪)

在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（曲柄搖桿機(jī)構(gòu)）中，若曲柄很短，可將轉(zhuǎn)動副B的尺寸擴(kuò)大到超過曲柄長度，則曲柄AB就演化成幾何中心B不與轉(zhuǎn)動中心A重合的圓盤，該圓盤稱為偏心輪，含有偏心輪的機(jī)構(gòu)稱為偏心輪機(jī)構(gòu)。2023/2/5342023/2/535

偏心輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，偏心輪軸頸的強(qiáng)度和剛度大，且易于安裝整體式連桿，廣泛用于曲柄長度要求較短、沖擊在和較大的機(jī)械中。

顎式破碎機(jī)

2023/2/536一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件類型的判別關(guān)鍵在于：機(jī)構(gòu)中有無曲柄，有幾個曲柄有無曲柄在于：機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的相對位置及最短桿所處的位置機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件:

？§2-3平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性及設(shè)計2023/2/537

在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，

AB

為曲柄、BC

為連桿、CD為搖桿、AD

為機(jī)架。各桿長度分別為

、

、

、

。

經(jīng)整理,得:在△CB2D

中

同理，若假設(shè)l4≤l1,亦可得到：在△

CB1D

中若假設(shè)l1≤l4,可得到：2023/2/538

1、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件：

(1)Lmax+LminL(其余兩桿長度之和)；

(2)機(jī)架或連架桿為最短桿。

2、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在一個曲柄的條件：

(1)Lmax+LminL(其余兩桿長度之和)；

(2)連架桿為最短桿。

3、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在二個曲柄的條件：

(1)Lmax+LminL(其余兩桿長度之和)；

(2)機(jī)架為最短桿。

4、當(dāng)Lmax+Lmin>L(其余兩桿長度之和)時，或者最短桿是連桿時，結(jié)論：

為雙搖桿機(jī)構(gòu)2023/2/539ACBD2023/2/5402023/2/5412023/2/542當(dāng)回程所用時間小于工作行程所用時間時，稱該機(jī)構(gòu)具有急回特性。二、急回特性2023/2/543極位夾角：

（固定鉸鏈A相對活動鉸鏈C兩個極限位置的夾角）急回特性分析：

設(shè)1=C，行程與回程所用時間分別為t1和t2，1=1t1=1800+2=1t2=1800-

t1>t2,v2>v1行程速比系數(shù)K二、急回特性K=1,無急回特性q↑，K↑，急回特征越顯著1jC212v2v1慢快急回特性的應(yīng)用例：牛頭刨工作要求B1C14ABCD231jB22023/2/544C1B1B2HC2偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)2AB134eCab,有急回特性。擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)B2B1有急回特性。B1B2HH=2a,,無急回特性。314A對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)B2CabC1C2AB2023/2/545注意：急回特性是表征從動件特性的。若

>0，即K>0從動件具有急回特性，此機(jī)構(gòu)具有急回特性。分析機(jī)構(gòu)的急回特性時要注意原動件的運動方向。優(yōu)點：可縮短非工作行程的時間，提高效率。平面四桿機(jī)構(gòu)具有急回特性的條件：（1）原動件作等速整周轉(zhuǎn)動；（2）輸出件作往復(fù)運動；（3）2023/2/546

壓力角FVa從動桿(運動輸出件)受力作用點的力作用線與速度方位線所夾銳角.(不考慮摩擦)傳動角gagddg=dg=

180

-d壓力角的余角.(連桿軸線與從動桿軸線所夾銳角)傳動不利，設(shè)計時規(guī)定min4050三、壓力角和傳動角1、壓力角與傳動角傳動角的大小隨機(jī)構(gòu)位置的不同而變化，min在哪？有效力Ft=FCOS，越大越好，因此越小越好。2023/2/5472、最小傳動角minDBAC=0cos=1cosmin=180°cos=–1cosmax分析：

min或

max可能最小傳動角最小的位置：原動件與機(jī)架共線dabc2023/2/548死點:傳動角為零g=0(從動件與連桿共線),機(jī)構(gòu)頂死三、死點M=F*L＝0B1C1B2C24ABCD231=00=00=00C2B2=00BACB1C１原動件作往復(fù)運動2023/2/549利用構(gòu)件慣性力實例:家用縫紉機(jī)采用多套機(jī)構(gòu)錯位排列實例:蒸汽機(jī)車車輪聯(lián)動機(jī)構(gòu)蒸汽機(jī)車兩側(cè)利用錯位排列的兩套曲柄滑塊機(jī)構(gòu)使車輪聯(lián)動機(jī)構(gòu)通過死點克服死點的措施GG’EFE’F’2023/2/550實例:夾具飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)死點的利用折疊家具機(jī)構(gòu)=002023/2/551設(shè)計內(nèi)容：選擇形式；確定尺寸（運動簡圖）設(shè)計方法：圖解法；實驗法；解析法§2-4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計兩類問題：實現(xiàn)給定的運動規(guī)律

(位置設(shè)計)(軌跡設(shè)計)實現(xiàn)給定的運動軌跡2023/2/552一、平面連桿設(shè)計的基本問題1.平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計的基本任務(wù)根據(jù)給定的設(shè)計要求選定機(jī)構(gòu)型式；確定各構(gòu)件尺寸，并要滿足結(jié)構(gòu)條件、動力條件和運動連續(xù)條件等。2.平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計的三大類基本命題滿足預(yù)定運動的規(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§2-4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計2023/2/553（1）滿足預(yù)定運動的規(guī)律要求要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角能夠滿足預(yù)定的對應(yīng)位置關(guān)系；要求在原動件運動規(guī)律一定的條件下，從動件能夠準(zhǔn)確地或近似地滿足預(yù)定的運動規(guī)律要求。滿足兩連架桿轉(zhuǎn)角的預(yù)定對應(yīng)位置關(guān)系要求的機(jī)構(gòu)示例——車門開閉機(jī)構(gòu)設(shè)計時要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角應(yīng)大小相等，方向相反，以實現(xiàn)車門的起閉2023/2/554飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)=00（2）滿足預(yù)定的連桿位置要求設(shè)計時要求連桿能依次點據(jù)一系列的預(yù)定位置。(又稱為導(dǎo)引機(jī)構(gòu)的設(shè)計

)設(shè)計時要求機(jī)輪在放下時連桿與另一連架桿在共線位置。

2023/2/555（3）滿足預(yù)定的軌跡要求設(shè)計時要求在機(jī)構(gòu)運動過程中，連桿上某點能實現(xiàn)預(yù)定的軌跡。(又稱為軌跡生成機(jī)構(gòu)的設(shè)計)機(jī)構(gòu)示例——鶴式起重機(jī)機(jī)構(gòu)示例——攪拌機(jī)機(jī)構(gòu)3.設(shè)計方法:1）解析法2）圖解法

3）實驗法2023/2/556用圖解法設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)：

1.