第5章 平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計

機械原理DesignofLinkageMechanisms第五章平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計1

§5-2平面四桿機構(gòu)的類型和應(yīng)用§5-3平面四桿機構(gòu)的基本知識§5-4平面四桿機構(gòu)的設(shè)計

§5-1平面四桿機構(gòu)的特點及基本型式§5-5多桿機構(gòu)5平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計2機械原理連桿機構(gòu)的應(yīng)用實例：3機械原理4機械原理5機械原理6機械原理7機械原理8機械原理9機械原理10機械原理11機械原理12機械原理13機械原理14機械原理15機械原理§5.1平面四桿機構(gòu)的特點和基本型式連桿機構(gòu)(linkagemechanisms)由低副（轉(zhuǎn)動副、移動副、球面副、圓柱副、及螺旋副等）聯(lián)結(jié)而成的機構(gòu)，或稱低副機構(gòu)。含有不直接與機架相連的構(gòu)件（連桿）的低副機構(gòu)稱連桿機構(gòu)16機械原理連桿機構(gòu)分類根據(jù)其構(gòu)件間的相對運動分為平面連桿機構(gòu)或空間連桿機構(gòu)。所有構(gòu)件間的運動均為平面運動，且只用低副連接的機構(gòu)稱為平面連桿機構(gòu)，又稱平面低副機構(gòu)。根據(jù)構(gòu)件數(shù)目分為四桿機構(gòu)、五桿機構(gòu)…。廣泛應(yīng)用的是平面四桿機構(gòu)，而且它是構(gòu)成和研究平面多桿機構(gòu)的基礎(chǔ)，其它機構(gòu)都是由四桿機構(gòu)演化而成的。四桿機構(gòu)六桿機構(gòu)17機械原理空間機構(gòu)與平面機構(gòu)18機械原理空間機構(gòu)與平面機構(gòu)19機械原理連桿機構(gòu)（LinkageMechanisms）的特點(characteristics)平面連桿機構(gòu)的主要優(yōu)點：（1）低副接觸面大、承載能力強、利于潤滑，不易磨損，而且易于加工。（2）不同構(gòu)件尺寸，可改變從動件運動規(guī)律，實現(xiàn)增力和擴大行程。（3）能夠?qū)崿F(xiàn)多種連桿運動軌跡曲線20機械原理軌跡曲線21機械原理平面連桿機構(gòu)的主要缺點：（1）運動必須經(jīng)過中間構(gòu)件進行傳遞，因而傳遞路線長，易產(chǎn)生積累誤差，機械效率降低，設(shè)計方法也較復(fù)雜。（2）連桿機構(gòu)作變速運動的構(gòu)件慣性力及慣性力矩難以完成平衡，不宜作高速運動；（3）連桿機構(gòu)較難準確地實現(xiàn)預(yù)期的運動規(guī)律。手工設(shè)計非常繁瑣復(fù)雜，計算機設(shè)計就較為簡單構(gòu)件不都是和機架相連，誤差通過傳遞累計，輸出件誤差較大實際中的連桿各構(gòu)件均具有質(zhì)量，則必然存在慣性，會增加機構(gòu)的動載荷不是不能平衡，是能夠平衡，平衡部分慣性力，不能完全消除得到的是近似的運動曲線22機械原理5.2平面四桿機構(gòu)的類型和應(yīng)用ABC32144l1ABD321ф23所有運動副均為轉(zhuǎn)動副的平面四桿機構(gòu)稱為鉸鏈四桿構(gòu)機械原理一、平面四桿機構(gòu)的基本形式——鉸鏈四桿機構(gòu)

(revolutefour-barmechanisms)連架桿(sidelinks)連架桿連桿(coupler)能繞其軸線轉(zhuǎn)360o的連架桿。僅能繞其軸線作往復(fù)擺動的連架桿。曲柄(crank)搖桿(rocker)連架桿機架(frame)周轉(zhuǎn)副：整周轉(zhuǎn)動

擺轉(zhuǎn)副：不能整周轉(zhuǎn)動

24機械原理按照兩連架桿的運動形式的不同，可將鉸鏈四桿機構(gòu)分為：曲柄搖桿機構(gòu)(crank-rockermechanisms)雙曲柄機構(gòu)(doublerockermechanisms)雙搖桿機構(gòu)(double-crankmechanisms)鉸鏈四桿機構(gòu)25機械原理（1）曲柄搖桿機構(gòu)(crank-rockermechanisms)鉸鏈四桿機構(gòu)中，若其兩個連架桿一為曲柄，一為搖桿，則此四桿機構(gòu)稱為曲柄搖桿機構(gòu)。功能：連續(xù)轉(zhuǎn)動往復(fù)擺動26機械原理曲柄搖桿機構(gòu)(crank-rockermechanisms)27機械原理（2）雙曲柄機構(gòu)(doublerockermechanisms) ——兩個連架桿都是曲柄的鉸鏈四桿機構(gòu)功能：連續(xù)轉(zhuǎn)動連續(xù)轉(zhuǎn)動28機械原理雙曲柄機構(gòu)

(doublerockermechanisms)29機械原理雙曲柄機構(gòu)(doublerockermechanisms)AECDB123456應(yīng)用實例：慣性篩30機械原理雙曲柄機構(gòu)(doublerockermechanisms)ACBD特例：若機構(gòu)中相對兩桿平行且相等，則成為平面四邊形機構(gòu)。平行四邊形機構(gòu)特性：▲兩曲柄同速同向轉(zhuǎn)動▲連桿作平動臺燈伸展機構(gòu)31機械原理雙曲柄機構(gòu)(doublerockermechanisms)平行四邊形機構(gòu)位置不確定問題32機械原理雙曲柄機構(gòu)(doublerockermechanisms)

逆平行（反平行）四邊形機構(gòu)（兩相對桿長相等但不平行的雙曲柄機構(gòu)）DBCA公車車門開閉機構(gòu)特性：以長邊機架時，兩曲柄以反方向轉(zhuǎn)動以短邊為機架時，與一般雙曲柄機構(gòu)相似33機械原理（3）雙搖桿機構(gòu)(double-crankmechanisms) ——兩個連架桿都是搖桿的鉸鏈四桿機構(gòu)功能：往復(fù)擺動往復(fù)擺動34機械原理雙搖桿機構(gòu)(double-crankmechanisms)35機械原理雙搖桿機構(gòu)(double-crankmechanisms)梯形機構(gòu)36機械原理雙搖桿機構(gòu)(double-crankmechanisms)飛機起落架機構(gòu)37機械原理雙搖桿機構(gòu)(double-crankmechanisms)推土機鏟斗機構(gòu)電風(fēng)扇搖頭機構(gòu)38機械原理雙搖桿機構(gòu)(double-crankmechanisms)汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)αβP特例：等腰梯形機構(gòu)——兩搖桿長度相等的雙搖桿機構(gòu)3940機械原理二、平面四桿機構(gòu)的演化偏心曲柄滑塊機構(gòu)(off-setslider-crank)對心曲柄滑塊機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)雙滑塊機構(gòu)正弦機構(gòu)s=lsinφ↓∞

→∞φl1.改變構(gòu)件的形狀和運動尺寸41機械原理轉(zhuǎn)動副變成移動副42機械原理2.改變運動副的尺寸擴大B擴大BACD123BABCD1232ABD1C343機械原理轉(zhuǎn)動副44機械原理移動副：擴大DABCDDACB45機械原理3.取不同構(gòu)件為機架(0~360°)(0~360°)(<360°)(<360°)1234ABCD曲柄搖桿機構(gòu)取不同構(gòu)件為機架各構(gòu)件間的相對運動關(guān)系不變整周轉(zhuǎn)動副46機械原理雙曲柄機構(gòu)(0~360°)(0~360°)(<360°)(<360°)1234ABDC雙搖桿機構(gòu)(0~360°)(0~360°)(<360°)1234ABCD(<360°)47機械原理BA1234C(a)曲柄滑塊機構(gòu)(b)(曲柄)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)BA1234C導(dǎo)桿:組成移動副的兩活動構(gòu)件，畫成桿狀的構(gòu)件稱為導(dǎo)桿，畫成塊狀的構(gòu)件稱為滑塊。導(dǎo)桿機構(gòu)擺動導(dǎo)桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)BA1234C(c)(曲柄)擺動導(dǎo)桿機構(gòu)(曲柄搖塊機構(gòu))48機械原理(d)曲柄搖塊機構(gòu)A1234CB(e)定塊機構(gòu)（直動滑桿機構(gòu)）A234CB149機械原理50

取構(gòu)件2為機架，曲柄1作360°周轉(zhuǎn)運動，滑塊3繞轉(zhuǎn)動中心C作往復(fù)搖動。A1234CBBA1234C對心曲柄滑塊機構(gòu)3搖塊機構(gòu)

(Swing-Crank

Mechanism)51524定塊機構(gòu)

(Fixed-Crank

Mechanism)

取滑塊3為機架，構(gòu)件2作往復(fù)擺動，構(gòu)件4在滑塊中作往復(fù)移動。A234CB1BA1234C對心曲柄滑塊機構(gòu)53抽水唧筒54（二）含兩個移動副的四桿機構(gòu)

1．正弦機構(gòu)

兩個移動副相鄰，且其中一個移動副與機架相關(guān)聯(lián)，移動導(dǎo)桿3的位移與主動曲柄1的轉(zhuǎn)角的正弦成正比，即，故稱正弦機構(gòu)，常用于儀表和解算裝置中。5556

兩個移動副不相鄰，從動件3的位移與原動件轉(zhuǎn)角的正切成正比，故稱為正切機構(gòu)。2．正切機構(gòu)

572．雙滑塊機構(gòu)

兩個移動副都與機架相關(guān)聯(lián)，則得如圖所示的雙滑塊機構(gòu)。58機械原理雙滑塊機構(gòu)59機械原理含二個移動副的副四桿機構(gòu)1432雙滑塊機構(gòu)1432雙轉(zhuǎn)塊機構(gòu)1432正弦機構(gòu)1432正切機構(gòu)60偏心輪機構(gòu)BB

由轉(zhuǎn)動副銷軸的半徑擴大并超過曲柄長度演化而來。這樣使轉(zhuǎn)動副接觸面積增大，磨損減小，曲柄由原來的桿件變成板狀，強度、剛度增大。常用于工作行程很小而承受很大的沖擊載荷的場合。如內(nèi)燃機、鍛壓設(shè)備、柱塞油泵中。AA616263機械原理§5-3平面四桿機構(gòu)的基本知識

一、平面四桿機構(gòu)的曲柄存在條件C2A1a4b3cdBD64機械原理b+cr2|b-c|r1cbB24DC23dAaB11

要使AB成為曲柄，則拆副后AB上的點B應(yīng)在r1與

r2圍成的環(huán)面內(nèi)運動。即使AB轉(zhuǎn)到與機架共線的兩位置在環(huán)面內(nèi)。其條件：EFGE'F'G'aB1Ad-ad+a165機械原理當d>a時，式（2）變?yōu)?1)(2)(c>b)(b>c)(2a)(2b)a≤

dc≤

ba≤

ca≤

db≤

ca≤

b66機械原理同理當a>d時，同樣有由(1)及（2a'

）(2b')可得(1)(b>c)(2b)(c>b)(2a)cbB2DC3r2BaAd+a1da-d|C-b|r34cb結(jié)論：如果最短桿與最長桿的長度之和小于或等于其它兩桿長度之和（滿足桿長和條件）則存在整周轉(zhuǎn)動副，組成該整周轉(zhuǎn)動副的兩桿必有一桿為最短桿。(2a')(2b')67機械原理鉸鏈四桿機構(gòu)的類型與尺寸之間的關(guān)系在鉸鏈四桿機構(gòu)中：（1）如果最短桿與最長桿的長度之和小于或等于其它兩桿長度之和——滿足桿長條件①以最短桿的相鄰構(gòu)件為機架，則此機構(gòu)為以最短桿為曲柄的曲柄搖桿機構(gòu)；②以最短桿為機架，則此機構(gòu)為雙曲柄機構(gòu)；③以最短桿的對邊構(gòu)件為機架，則此機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)。（2）如果最短桿與最長桿的長度之和大于其它兩桿長度之和（不滿足桿長和條件），則不論選哪個構(gòu)件為機架，都為雙搖桿機構(gòu)。68機械原理判斷由不同桿作機架時四桿機構(gòu)屬于哪種機構(gòu)a、b為最長與最短雙搖桿機構(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NY69

實例

如圖ABCD中，已知各桿長度分別為：a=30，b=50，c=40，d=45，試確定該機構(gòu)分別以AD、AB、CD、BC各桿為機架時，各屬何機構(gòu)？

解：∵a+b<c+d滿足曲柄存在充要條件1，因而可能有曲柄存在。當以最短桿AB為機架時，故為雙曲柄機構(gòu)。以AD為機架時，曲柄搖桿機構(gòu)。以CD為機架時，雙搖桿機構(gòu)。以BC為機架時，曲柄搖桿機構(gòu)。abcdABCD70機械原理曲柄滑塊機構(gòu)存在曲柄的條件BA1234Ceab偏置曲柄滑塊機構(gòu)有曲柄的條件：最短桿長度＋偏距≤連桿的長度；連架桿為最短桿。對心曲柄滑塊機構(gòu)有曲柄的條件：最短桿長度≤連桿的長度；連架桿為最短桿。71機械原理二、急回特性與行程速度變化系數(shù)

(coefficientoftravelspeedariation)急回運動：原動件作勻速轉(zhuǎn)動，從動件作往復(fù)運動的機構(gòu)，從動件正行程的平均速度慢于反行程的平均速度的現(xiàn)象，也稱為機構(gòu)的急回特性。72機械原理1）概念極位——輸出構(gòu)件的極限位置擺角φ——從動件兩極限位置所夾的銳角極位夾角——當輸出構(gòu)件在兩極位時，原動件所處兩個位置之間所夾的銳角。1jB2C212v2v1B1C14ABCD23173CBADd74CBADd75CBADd76CBADd77CBADd78CBADd79CBADd80CBADd81CBADd82CBADd83CBADd84ACDBacbd85CBADd86CBADd87C2ADd機構(gòu)的遠極位B288ADdC2B2V289BADdV2C290BADdV2C291BADdV2C292BADdV2C293ADdV2C12機構(gòu)的近極位C2B2B194CBADdC2V22V195CBADdC2v22V196CBADdC2v22V197CBADdC2v22V198ACDacbdC2v22V199CBADdC2v22V1100BADdC2v22V11B2B1機構(gòu)的近極位機構(gòu)的遠極位C1101BADdC2v22V11B2B1C1

搖桿處于兩極限位置時，對應(yīng)的曲柄所夾的銳角——極位夾角102ADdC2v22（t2）V11（t1）B2B1C1因為1（t1）

>2（t2）；所以v2>v1，弧長S103機械原理2)急回運動機理

急回作用具有方向性,當原動件的回轉(zhuǎn)方向改變時,急回的行程也隨之改變。注意！a)曲柄轉(zhuǎn)過搖桿上C點擺過：所用時間：b)曲柄轉(zhuǎn)過搖桿上C點擺過：所用時間：c)設(shè)兩過程的平均速度為V1、V2：回程速度大于正行程速度。104機械原理3)行程速比系數(shù)K為表明急回運動程度，用行程速度變化系數(shù)K(timeratio)來衡量，作為機構(gòu)的基本運動特征參數(shù)。定義為反正行程速度比，即或：平面四桿機構(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）θK

，急回運動特性愈顯著。

105機械原理曲柄滑塊機構(gòu)中，原動件AB以等速轉(zhuǎn)動B1B2HH=2a,,無急回特性。314A對心曲柄滑塊機構(gòu)B2CabC1C2C1B1B2HC2偏置曲柄滑塊機構(gòu)2AB134eCab,有急回特性。106機械原理對心曲柄滑塊機構(gòu)θ=0，K=1，無急回運動偏置曲柄滑塊機構(gòu)

θ0，K1，有急回運動107機械原理3）曲柄擺動導(dǎo)桿機構(gòu)B2B1有急回特性。108機械原理曲柄搖桿機構(gòu)是否始終存在急回運動特性？（1）Ⅰ型曲柄搖桿機構(gòu)

K>1，從動件慢行程方向與曲柄的轉(zhuǎn)動方向一致，如圖所示。其結(jié)構(gòu)特征是A、D位于C1、C2兩點所在直線的同側(cè)，構(gòu)件尺寸關(guān)系為。109機械原理（2）Ⅱ型曲柄搖桿機構(gòu)

K>1，從動件慢行程方向與曲柄的轉(zhuǎn)動方向相反，如圖所示。其結(jié)構(gòu)特征是A、D位于C1、C2兩點所在直線的異側(cè)，構(gòu)件尺寸關(guān)系為110機械原理（3）Ⅲ型曲柄搖桿機構(gòu)

K=1，從動件無急回特性，如圖所示。其結(jié)構(gòu)特征是A、C1、C2三點共線，構(gòu)件尺寸關(guān)系為111機械原理三、壓力角、傳動角和死點1）壓力角(pressureangle)與傳動角(transmissionangle)

在不計摩擦力、重力、慣性力的條件下，機構(gòu)中驅(qū)使從動件運動的力的方向線與從動件上受力點的速度方向線所夾的銳角。壓力角：傳動角：壓力角的余角。vcFF1F21ABCD234越小，受力越好。越大，受力越好。傳動角是變化的。112機械原理三、壓力角、傳動角和死點ACBDvBFFvcaAB134Cb2vFABC2314113機械原理2）平面四桿機構(gòu)的最小傳動角位置連接BD，在ABD中：ABCDcbadFVC在BCD中：若此式為極值，則需取極值，即故當<90o時：=min=min當>90o時：min=180o-max結(jié)論：當=0o或180o時:min=min{min

，(180o-max)}曲柄與機架共線時，出現(xiàn)最小傳動角。114§2-5鉸鏈四桿機構(gòu)的特性

為保證機構(gòu)具有良好的傳動性能，一般規(guī)定機構(gòu)的最小傳動角γmin≥40o，在傳遞較大力矩時，應(yīng)使γmin≥50o。B'C'AD''max'C''B''AD'min''外共線內(nèi)共線取′與〞兩者中的較小值為最小傳動角

min='，''minor115機械原理曲柄滑塊機構(gòu)：當主動件為曲柄時，最小傳動角出現(xiàn)在曲柄與機架垂直的位置。擺動導(dǎo)桿機構(gòu)：由于在任何位置時主動曲柄通過滑塊傳給從動桿的力的方向，與從動桿上受力點的速度方向始終一致，所以傳動角等于90度?？偨Y(jié)：傳動角大小與各桿長有關(guān)，可按給給定的許用傳動角統(tǒng)籌各種性能指標，設(shè)計四桿機構(gòu)。116機械原理3）機構(gòu)的死點位置(deadpointpositions)畫出壓力角1C234ABDabcdvBFBB2C2vB踏板縫紉機主運動機構(gòu)腳AB1C1DFBvB死點：當機構(gòu)處于傳動角（或壓力角）的機構(gòu)位置ADCBADCBADCBADCBDCBADCBADCBADCBAADCBCBDDAABCDD

連桿BC與從動件曲柄AB共線，壓力角=900，傳動角=0，機構(gòu)位于兩個死點位置。采用裝飛輪加大慣性的方法，利用從動件的慣性闖過死點。127機械原理4）克服死點的方法1）利用安裝飛輪加大慣性的方法，借慣性作用使機構(gòu)闖過死點。2）采用將兩組以上的同樣機構(gòu)組合使用，而使各組機構(gòu)的死點位置相互錯開排列的方法。GG’EFE’F’

機構(gòu)錯位排列

F’A’E’D’G’B’C’ABEFDCG

將兩組以上的機構(gòu)組合起來，是各組機構(gòu)的死點相互錯開排列。如蒸汽機車車輪聯(lián)動機構(gòu)，兩側(cè)的曲柄滑塊機構(gòu)的曲柄位置相互錯開90o。飛機起落架機構(gòu)在機輪放下時，BC桿與CD桿成一直線，機構(gòu)處于死點位置，使降落更加安全可靠。ABDCABCDγ=0F5）死點的利用分合閘機構(gòu)觸頭FACBD彈簧拉力觸頭ABCDFFQFB在力的作用下手柄不會自動松脫133機械原理§5.4平面四桿機構(gòu)的設(shè)計一、連桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題和方法⑴實現(xiàn)預(yù)訂的連桿位置要求--剛體導(dǎo)引(Bodyguidance)剛體導(dǎo)引

是機構(gòu)能引導(dǎo)剛體（如連桿）通過一系列給定位置。㈠基本問題134機械原理⑵

再現(xiàn)給定的軌跡(pathgeneration)軌跡生成(pathgeneration)，

是指連桿上某點通過某一預(yù)先給定軌跡的功能。135機械原理⑶實現(xiàn)兩個連架桿的給定對應(yīng)位置問題⑷綜合功能O2O3O4O1D1下連桿上連桿上剪刀D2下剪刀二.

平面四桿機構(gòu)選型

1.主動件連續(xù)轉(zhuǎn)動，從動件往復(fù)移動（1）如要求行程速比系數(shù)K=1，可采用正弦機構(gòu)或?qū)π那瑝K機構(gòu)。

在正弦機構(gòu)中，當主動件等角速回轉(zhuǎn)時，從動件作簡諧運動。運轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)，但其中存在兩個移動副，摩擦磨損較為顯著。BA1234C對心曲柄滑塊機構(gòu)

在該機構(gòu)中，當連桿長度與曲柄長度的比值n越大，則從動件運動越接近于簡諧運動，運轉(zhuǎn)越平穩(wěn)。但n較大時，在滑塊行程相同的條件下，連桿長度越大，占據(jù)的空間越大。反之，n越小時，從動件運動的變化越劇烈，運轉(zhuǎn)越不平穩(wěn)。通常n≥3。2.要求行程速比系數(shù)，可考慮采用偏置曲柄滑塊機構(gòu)。

AB1234eC偏置曲柄滑塊機構(gòu)

影響該機構(gòu)基本性質(zhì)的尺寸參數(shù)是n和（偏距與曲柄長之比）。在n—定的條件下，增加可獲得較大的K值，但最大壓力角也將隨之加大，傳動情況惡化。通常推薦K≤2。2.主動件連續(xù)轉(zhuǎn)動，從動件往復(fù)擺動

如要求行程速比系數(shù)K=1，可采用Ⅲ型曲柄搖桿機構(gòu)，傳動比較平穩(wěn)。從動搖桿的最大擺角

隨著K值的增加，Ⅱ型曲柄搖桿機構(gòu)比Ⅰ型曲柄搖桿機構(gòu)對壓力角的影響更為顯著。所以，當K值較大時，在機構(gòu)條件允許的情況下，盡可能選用Ⅰ型曲柄搖桿機構(gòu)。若，建議盡量采用擺動導(dǎo)桿機構(gòu)。

3、主動件連續(xù)轉(zhuǎn)動，從動件也連續(xù)轉(zhuǎn)動

滿足這種運動要求的機構(gòu)有轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)。

142機械原理三、連桿機構(gòu)設(shè)計的基本方法

1）平面四桿機構(gòu)設(shè)計的主要任務(wù)：

在機構(gòu)綜合的基礎(chǔ)上，根據(jù)機構(gòu)所要完成的運動功能而提出的設(shè)計條件（運動條件、幾何條件和傳力條件等），確定機構(gòu)的運動尺寸（一般又稱為尺度綜合），畫出機構(gòu)運動簡圖。2）設(shè)計中應(yīng)滿足的附加條件：（1）要求某連架桿為曲柄；（2）要求機構(gòu)的運動具有連續(xù)性；（3）要求最小傳動角在許用傳動角范圍內(nèi)，即（4）特殊的運動要求，如要求機構(gòu)輸出件有急回特性；（5）足夠的運動空間等。3）平面四桿機構(gòu)運動設(shè)計的問題概括成下述兩個基本問題（2）實現(xiàn)已知軌跡問題（1）實現(xiàn)已知運動規(guī)律問題；4）設(shè)計方法（1）幾何法（作圖法）；

（2）解析法；（3）實驗法；143機械原理四.平面四桿機構(gòu)的圖解法設(shè)計按連桿預(yù)定位置設(shè)計四桿機構(gòu)按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計四桿機構(gòu)按兩連架桿預(yù)定的對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)

144機械原理按連桿預(yù)定位置設(shè)計四桿機構(gòu)(1)給定連桿上兩鉸鏈中心位置的設(shè)計問題此問題的本質(zhì)是：已知活動鉸鏈，求固定鉸鏈（求活動鉸鏈軌跡圓的圓心）。AB1B2B3C1C2C3D145機械原理按給定行程速度變化系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)設(shè)計要求：已知搖桿的長度CD、擺角及行程速比系數(shù)K。計算極位夾角：選定機構(gòu)比例尺，作出極位圖：GF(除弧FG以外)IMN90o-PB1B2C1C2DA3)聯(lián)C1C2，過C2

作C1M

C1C2

；另過C1作C2C1N=90-

射線C1N，交C1M于P點；4)以C1P

為直徑作圓I，則該圓上任一點均可作為A鉸鏈，有無窮多解。設(shè)計過程：146機械原理C2B2C1B1IGFC1C2DB1B2A錯位不連續(xù)問題A鉸鏈不能選定在FG弧段不連通域147機械原理補充：運動的連續(xù)性遇到的運動不連續(xù)問題有：1.錯序不連續(xù)1C234ABDC1C21C3234AB2DC1C2B1B32.錯位不連續(xù)148機械原理錯序不連續(xù)——原動件按同一方向連續(xù)轉(zhuǎn)動時，連桿不能按順序通過給定的各個位置。1C2234AB3DC1C3B1B2

圖中，要求連桿依次占據(jù)B1C1、B2C2、B3C3，當AB沿逆時針轉(zhuǎn)動可以滿足要求，但沿順時針轉(zhuǎn)動，則不能滿足連桿預(yù)期的次序要求。149機械原理1.運動連續(xù)性——當主動件連續(xù)運動時，從動件能否連續(xù)實現(xiàn)給定的各個位置的運動。2.可行域

——當曲柄AB連續(xù)轉(zhuǎn)動時，搖桿CD的擺動范圍或3.不可行域——由δ和δ'所決定的范圍可行域不可行域不可行域150機械原理錯位不連續(xù)——不連通的兩個可行域內(nèi)的運動不連續(xù)。1C234ABDC1C2鉸鏈四桿機構(gòu)裝配模式C4C3φC″ADBφB1C1C2ADC′B2B不連通域151機械原理90o-PAE2aIIOaObIC1C2D欲得確定解，則需附加條件：(1)給定機架長度d；(2)給定曲柄長度a；(3)給定連桿長度b(1).給定機架長度d的解：(2).給定曲柄長度a的解：作圖步驟：證明：152機械原理給定連桿長度b的解：I90o-PIIIE2bAC1C2D作圖步驟：證明：Ob153機械原理曲柄滑塊機構(gòu)已知條件：滑塊行程H、偏距e和行程速比系數(shù)KIMN90o-PB1B2AC1C2有無窮多解設(shè)曲柄長度為a，連桿長度為b，則:設(shè)計過程：154機械原理

◆擺動導(dǎo)桿機構(gòu)對于擺動導(dǎo)桿機構(gòu),由于其導(dǎo)桿的擺角φ

剛好等于其極位夾角θ，因此，只要給定曲柄長度LAB

(或給定機架長度LAD)和行程速比系數(shù)K就可以求得機構(gòu)。分析：由于θ與導(dǎo)桿擺角φ相等，設(shè)計此機構(gòu)時，僅需要確定曲柄a。計算θ＝180(K-1)/(K+1)；任選D作∠mDn＝φ＝θ取A點，使得AD=d,則:a=dsin(φ/2)已知：機架長度d，K，設(shè)計此機構(gòu)。φ=θmndADθφ=θBADB155機械原理給定兩連架桿上對應(yīng)位置的設(shè)計問題此問題的本質(zhì)是：已知固定鉸鏈，求活動鉸鏈。設(shè)計方法——采用轉(zhuǎn)化機構(gòu)法(或反轉(zhuǎn)法)轉(zhuǎn)化機構(gòu)法或反轉(zhuǎn)法——根據(jù)機構(gòu)的倒置理論，通過取不同構(gòu)件為機架，將活動鉸鏈位置的求解轉(zhuǎn)化為固定鉸鏈的求解設(shè)計四桿機構(gòu)的方法。ADE1F1E2F2B1C1ADB2C2ADADB3C3α1α3α2φ3φ2φ1B1C1ADB2C2B3C3C2B3A’B’2DB1C1A

DB3C3B1C1ADC2B3A’B’2ADB3C3B1C1ADA’B’2ADB3C3B1C1ADC3B3A’B’2ADB1C1ADC3B’3A’A”B’2ADB1C1ADC3B’3A’A”B’2ADB1C1ADC3B’3B1A’A”B’2AB1C1ADB’3A’A”B’2168機械原理C2B2B2C21212AB1C1DAB1C1DA′D′轉(zhuǎn)化機構(gòu)法原理：

其原理與取不同構(gòu)件為機架的演化方法（稱為“機構(gòu)倒置”原理）完全相同，即相對運動不變原理。當給整個機構(gòu)加一個共同的運動時，雖然各構(gòu)件的絕對運動改變了，但是各構(gòu)件之間的相對運動并不發(fā)生變化，亦即各構(gòu)件的相對尺寸不發(fā)生改變。169機械原理A′D′B2C2E2F2以連桿上任一線為相對機架的情況

所得結(jié)果與以連桿為相對機架時相同，故設(shè)計時可以連桿上任意線為相對機架進行，結(jié)果相同。AB1C1DA′D′170機械原理1212C1B1ADE1F1E2F2A′D′已知連桿在運動過程中的兩個位置E1F1

、

E2F2

，設(shè)計四桿機構(gòu)——轉(zhuǎn)化機構(gòu)法(或反轉(zhuǎn)法)的應(yīng)用有無窮多解171機械原理ADE1F1已知連桿上在運動過程中的三個位置E1F1、E2F2、E3F3

，設(shè)計四桿機構(gòu)E2F2E3F3A’2D’2A’3D’3C1B1唯一解172機械原理反轉(zhuǎn)法或轉(zhuǎn)化機構(gòu)法的具體作圖方法——為了不改變反轉(zhuǎn)前后機構(gòu)的相對運動，作圖時將原機構(gòu)每一位置的各構(gòu)件之間的相對位置視為剛性體；用作全等四邊形或全等三角形的方法，求出轉(zhuǎn)化后機構(gòu)的各構(gòu)件的相對位置。這一方法又稱為“剛化——反轉(zhuǎn)法”。反轉(zhuǎn)作圖法只限于求解兩位置或三位置的設(shè)計問題

173機械原理設(shè)計方法——采用轉(zhuǎn)化機構(gòu)法(或反轉(zhuǎn)法)B2C2AB1C1D1212以連架桿為相對機架12B2A按兩連架桿預(yù)定的對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)174機械原理按兩連架桿三個對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)C1B3'_B2'B1ADC1C2C3請求出B1討論：1、哪個構(gòu)件應(yīng)成為相對機架？2

、反轉(zhuǎn)角為哪個？_E3E2B1ADB2B3E1已知：機架長度LAD、一連架桿長度LAB及其起始位置、兩連架桿對應(yīng)轉(zhuǎn)角12、12

、13、13

。設(shè)計四桿機構(gòu)實例

曲柄搖桿機構(gòu)，現(xiàn)要求用一連桿將搖桿ＣＤ和一滑塊Ｆ連接起來，使搖桿的三個已知位置C1D、C2D、C3D和滑塊的三個位置F1、F2、F3相對應(yīng)。試確定此連桿的長度及其與搖桿ＣＤ鉸接點的位置。固化DC1F1順時針旋轉(zhuǎn)至C1D與C2D重合F1F1’E固化DC2F2逆時針旋轉(zhuǎn)至C3D與C2D重合F2F3F1’F3’EF2F3F1F1’F3’E180機械原理§5.5平面多桿機構(gòu)一、四桿機構(gòu)的局限

不能很好地滿足生產(chǎn)實際所需要的復(fù)雜要求，比如在曲柄搖桿機構(gòu)和擺動導(dǎo)桿機構(gòu)中，由于受壓力角和運動穩(wěn)定性等條件的限制，從動件的擺角一般為。但是，在工程上往往需要從動件實現(xiàn)更大的擺角，如在縫紉機的擺梭機構(gòu)中要求梭芯擺動左右。181機械原理二、采用多桿機構(gòu)的目的1、獲得小的運動空間182機械原理(2)取得有利的傳動角

當從動件的擺角較大，機構(gòu)的外廓尺寸或鉸鏈位置的布置受到嚴格限制的地方，采用四桿機構(gòu)往往不能獲得有利的傳動角，而采用多桿機構(gòu)則可使傳動角條件得到改善。183機械原理(3)獲得較大的機械增益

機械增益是指在忽略重力和慣性力，不計運動副中摩擦發(fā)熱等引起的能量損失的情況下，機構(gòu)輸出力（力矩）與輸入力（力矩）之比值。184機械原理(4)改變從動件的運動特性

185機械原理(5)實現(xiàn)機構(gòu)從動件帶停歇運動某些機械有時要求在原動件連續(xù)運轉(zhuǎn)的過程中，其從動件能作一段時間的停歇，而整個運動還應(yīng)是連續(xù)平穩(wěn)的，利用多桿機構(gòu)能較好的滿足這方面的要求。實現(xiàn)運動停歇的方法：利用連桿曲線上的近似圓弧或直線部分。

利用兩個四桿機構(gòu)在極位附近的串接。若讓曲柄搖桿機構(gòu)在某一極位（ABCD）時，與前一級雙曲柄機構(gòu)在低速區(qū)串接，就可使從動搖桿獲得較長時間的近似停歇運動。186機械原理利用連桿上E點軌跡使導(dǎo)桿停歇利用連桿上A點軌跡的自交性使滑塊獲得兩個不同的行程187機械原理(6)擴大機構(gòu)從動件的行程(7)可使從動件的行程可調(diào)188機械原理(8)實現(xiàn)特定要求下的平面引導(dǎo)189機械原理三、多桿機構(gòu)的應(yīng)用實例1901、學(xué)習(xí)要求（1）了解連桿機構(gòu)傳動的特點及其主要優(yōu)缺點。（2）了解平面四桿機構(gòu)的基本型式、演化型式及平面四桿機構(gòu)的一些應(yīng)用實例。（3）了解有關(guān)四桿機構(gòu)的一些基本知識（包括四桿機構(gòu)有曲柄的條件、行程速比系數(shù)及急回作用、傳動角及死點等）。（4）了解四桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題，并學(xué)會根據(jù)簡單的條件設(shè)計平面四桿機構(gòu)的一些基本方法。2、本章的重點

本章的重點是四桿機構(gòu)的基本型式及其他演化，有關(guān)四桿機構(gòu)的一些基本知識，以及平面四桿機構(gòu)的一些基本設(shè)計方法。1.極位夾角：機構(gòu)中從動搖桿處于兩極限位置時，原動曲柄的相應(yīng)兩位置之間所夾的銳角。

，表示機構(gòu)具有急回特性，且極位夾角愈大，機構(gòu)的急回運動就愈顯著，所以，要判斷一個機構(gòu)是否有急回特性，就要找出極位夾角。

知識點回顧2.壓力角與傳動角：在四桿機構(gòu)中，當不計摩擦?xí)r，主動件通過連桿作用在從動件上的力的作用線與其受力點出的速度方向之間所夾的銳角，稱為機構(gòu)在此位置的壓力角，而把壓力角的余角，即連桿與從動搖桿所夾的銳角，稱為傳動角。

它們常用來衡量機構(gòu)的傳動性能。傳動角愈大，即壓力角愈小，機構(gòu)的傳動性能愈好，效率愈高。

多數(shù)機構(gòu)運動中