平面連桿機構

案例導入

案例分析：如圖所示為縫紉機踏板機構，為其機構運動簡圖和結構示意圖?？p紉機傳動路線為:操作者踩踏踏板使搖桿1（原動件）往復擺動→連桿2驅→曲柄3（從動件）→帶動帶輪使機頭主軸連續(xù)轉動?？p紉機踏板機構CopyRightZDJ案例導入

問題：（1）各構件的長度如何才能保證實現(xiàn)相關的運動？（2）該機構在工作時，出現(xiàn)卡死現(xiàn)象如何處理？

縫紉機踏板機構CopyRightZDJ教學目標1掌握平面四桿機構的基本類型、應用及演化

2熟練掌握鉸鏈四桿的類型及判斷

3

熟練掌握平面四桿的工作特性，平面四桿機構的設計CopyRightZDJ教學重點和難點

1鉸鏈四桿機構類型的判斷2平面四桿機構的基本特性

3平面四桿機構的設計CopyRightZDJ3.1平面四桿機構的類型

鉸鏈四桿機構的類型

1鉸鏈四桿機構類型的判斷

2課堂練習

4案例分析

3CopyRightZDJ3.2鉸鏈四桿機構的演化曲柄滑塊機構

1導桿機構

2搖塊機構

3移動導桿機構

4偏心輪機構5課堂練習6CopyRightZDJ3.3平面連桿機構的特性急回特性和行程速比系數(shù)1壓力角和傳動角2死點位置3課堂練習

4CopyRightZDJ3.4平面連桿機構的設計按給定的行程速比系數(shù)設計四桿機構1按給定連桿位置設計四桿機構2課堂練習3CopyRightZDJ3.1平面連桿機構的類型復習：平面機構的概念

測量儀表機構飛機發(fā)動機內部結構圖CopyRightZDJ3.1平面連桿機構的類型基本概念：連桿機構：機構中各構件只采用低副連接的構件稱為連桿機構。平面連桿機構：所有構件均在同一平面或相互平行的平面內運動的連桿機構稱為平面連桿機構。

縫紉機腳踏機構鋸管機構CopyRightZDJ3.1平面連桿機構的類型

四桿機構：由四個構件組成的平面連桿機構稱為四桿機構

腳踏式脫粒機縫紉機縫紉機構CopyRightZDJ3.1平面連桿機構的類型

3.1.1鉸鏈四桿機構類型

基本概念：（1）鉸鏈四桿機構：四個構件全部用轉動副相連的四桿機構，稱為鉸鏈四桿機構。

（2）機架：機構中固定不動的構件。（3）連架桿：與機架連接的構架。

CopyRightZDJ3.1平面連桿機構的類型曲柄：若能繞機架作整周轉動的連架桿則稱為曲柄。

搖桿：只能繞著機架在一定范圍內擺動的連架桿。（4）連桿：不直接與機架相連的構件。CopyRightZDJ鉸鏈四桿機構按是否存在曲柄可分為三類：

1、曲柄搖桿機構（1）概念：鉸鏈四桿機構的兩個連架桿中，若一個是曲柄，另一個是搖桿，則稱為曲柄搖桿機構。

3.1平面連桿機構的類型CopyRightZDJ3.1平面連桿機構的類型（2）應用案例：雷達天線、腳踏式脫粒機、攪拌機、水稻插秧機的秧爪運動機構。

腳踏式脫粒機縫紉機的腳踏粒機雷達天線CopyRightZDJ3.1平面連桿機構的類型

攪拌機機構水稻插秧機的秧爪運動機構（3）功能：將連續(xù)轉動轉換為擺動，或者將擺動轉換為連續(xù)轉動。CopyRightZDJ3.1平面連桿機構的類型

2、雙曲柄機構（1）概念：具有兩個曲柄的鉸鏈四桿機構，稱為雙曲柄機構。

CopyRightZDJ3.1平面連桿機構的類型（2）應用案例：慣性篩機構

（3）功能：將等速轉動轉換為不等速同向轉動。慣性篩機構CopyRightZDJ3.1平面連桿機構的類型

（4）雙曲柄機構的其他類型

1）平行四邊形機構：兩相對構件互相平行，呈平行四邊形的雙曲柄機構。案例：單盤秤機構、火車車輪聯(lián)動裝置等

平行四邊形機構單盤秤機構CopyRightZDJ3.1平面連桿機構的類型

2）反平行四邊形機構：兩相對構件長度相等，一對構件互相平行的雙曲柄機構。

應用案例：公共汽車的車門開關機構

反平行四邊形機構公共汽車的車門開關機構

CopyRightZDJ3.1平面連桿機構的類型

3）功能：將等速轉動轉換為等速同向、不等速同向、等多種轉動。）

反平行四邊形機構平行四邊形機構CopyRightZDJ3.1平面連桿機構的類型3、雙搖桿機構（1）概念：鉸鏈四桿機構的兩個連架桿若都是搖桿，則稱為雙搖桿機構。

爐門開啟機構雙搖桿機構CopyRightZDJ3.1平面連桿機構的類型

（2）應用案例：港口鶴式起重機、汽車轉向機構、電風扇搖頭機構、飛機起落架等機構。電風扇搖頭機構CopyRightZDJ3.1平面連桿機構的類型

（3）功能：將一種擺動轉換為另一種擺動。汽車前輪轉向機構鶴式起重機CopyRightZDJ3.1平面連桿機構的類型

想一想練一練請根據(jù)下列機構的運動情況，判斷其屬于哪類鉸鏈四桿機構？

水排以鼓風煉鐵飛機起落架CopyRightZDJ3.1平面連桿機構的類型3.1.2鉸鏈四桿機構類型的判斷

1、鉸鏈四桿機構存在曲柄的條件

機構中相鄰構件能否相對轉整周，由各構件長度間的關系決定。（1）長度和條件：機構中最短構件與最長構件長度之和小于或等于其余兩構件長度之和，即

CopyRightZDJ3.1平面連桿機構的類型

（2）最短構件條件：連架桿與機架中必有一桿為最短構件。

CopyRightZDJ3.1平面連桿機構的類型2、鉸鏈四桿機構基本類型的判別方法

（1）滿足長度和條件，即1)若以最短構件相鄰邊為機架時，機構為曲柄搖桿機構；2）若以最短構件為機架，則機構為雙曲柄機構；

3）若以最短構件對邊為機架，則機構為雙搖桿機構。

CopyRightZDJ3.1平面連桿機構的類型

（2）不滿足長度和條件，則無論取哪個構件為機架均為雙搖桿機構。CopyRightZDJ3.1平面連桿機構的類型案例分析：

如圖所示的鉸鏈四桿機構ABCD中，已知各桿的長度分別為：a=30，b=50，c=40，d=45。試確定該機構分別以AD、AB、CD和BC為機架時，屬于何種機構？CopyRightZDJ3.1平面連桿機構的類型

案例分析：如圖所示縫紉機踏板機構，已知AB=4cm、AD=11cm、BC=16cm，若BC為機構的最長構件，請問縫紉機踏板機構中各構件應滿足什么條件，縫紉機踏板機構才能為曲柄搖桿機構？

CopyRightZDJ3.1平面連桿機構的類型-課堂練習想一想練一練請判斷圖所示各機構屬于何類鉸鏈四桿機構？

CopyRightZDJ3.2鉸鏈四桿機構的演化

在實際工作機械中，鉸鏈四桿機構還遠遠不能滿足需要，生產實踐中，常常采用多種不同外形、結構和特性的四桿機構，都可以認為是鉸鏈四桿機構的演化形式。

常用的的演化方法：

（1）變轉動副為移動副；（2）取不同的構件作機架；（3）擴大轉動副和移動副的尺寸。

CopyRightZDJ3.2鉸鏈四桿機構的演化

3.2.1曲柄滑塊機構（1）由曲柄搖桿機構，將CD→無窮大，C點軌跡變成直線；

（2）演化方法：將轉動副→移動副；

（3）類型：a.偏心曲柄滑塊機構，e≠0偏距：曲柄轉動中心距導路的距離。b.對心曲柄滑塊機構，e=0CopyRightZDJ3.2鉸鏈四桿機構的演化（4）應用案例：內燃機、空氣壓縮機、沖床和送料機構等。飛機發(fā)動機內部結構圖對心曲柄滑塊機構CopyRightZDJ3.2鉸鏈四桿機構的演化

鋸管機構測量儀表機構自動送料機構（5）功能：將轉動轉換為滑塊的往復移動CopyRightZDJ3.2鉸鏈四桿機構的演化3.2.2導桿機構

（1）演化過程：改變對心曲柄滑塊中的機架而演化來的；（2）演化方法：改變曲柄滑塊機構的機架,以構件1為機架。

導桿機構的演化CopyRightZDJ3.2鉸鏈四桿機構的演化（3）導桿機構類型：a、若l1<l2為轉動導桿機構b、若l1>l2為擺動導桿機構轉動導桿機構擺動導桿機構CopyRightZDJ3.2鉸鏈四桿機構的演化（3）應用案例：常用于牛頭刨床、插床和回轉油泵中。牛頭刨床擺動導桿機構CopyRightZDJ3.2鉸鏈四桿機構的演化

(4)功能:將曲柄的連續(xù)轉動轉化為導桿的轉動或擺動。

插床機構轉動導桿機構CopyRightZDJ3.2鉸鏈四桿機構的演化3.2.3搖塊機構和定塊機構

1、搖塊機構（擺動導桿滑塊機構）（1）演化方法：以構件2為機架，可得搖塊機構。（2）應用實例：卡車車廂自動卸料機構、玩具步行機構

卡車車廂自動卸料機構搖塊機構的演化CopyRightZDJ3.2鉸鏈四桿機構的演化2、定塊機構（移動導桿機構）：（1）演化方法：以構件3為機架，得到定塊機構。（2）應用實例：手動抽水機

移動導桿機構的演化手動抽水機CopyRightZDJ3.2鉸鏈四桿機構的演化3.3.4偏心輪機構

（1）在曲柄滑塊機構或其他含有曲柄的四桿機構中，當曲柄長度很短時，由于存在結構設計困難，工程中常將曲柄設計成偏心輪或偏心軸的形式。

（2）目的：不僅克服了結構設計問題，而且還提高了偏心軸的強度和剛度。曲柄為偏心輪結構的連桿機構稱為偏心輪機構。1-偏心輪2-連桿3-滑塊4-機架CopyRightZDJ3.2鉸鏈四桿機構的演化

（3）應用范圍：偏心輪廣泛應用在傳力較大的剪床、沖床、顎式破碎機、內燃機等機械中。剪床機構偏心輪機構CopyRightZDJ3.2鉸鏈四桿機構的演化-課堂練習想一想練一練

請根據(jù)下列機構的運動情況，判斷它們屬于哪類機構？小雞跳機構飛剪機構CopyRightZDJ3.2鉸鏈四桿機構的演化-課堂練習

請根據(jù)設計要求試畫出下列機構的示意圖

1.根據(jù)木鋸鋸木料的動作，擬設計一臺金屬棒料的鋸床機構？2.試設計一個機構，模擬小孩坐在公共汽車的座椅上，出現(xiàn)顛簸的動作？

3.請將手壓式抽水機改為電動機驅動的自動抽水機?

手壓式抽水機CopyRightZDJ3.2鉸鏈四桿機構的演化-課堂練習請畫出下列機構運動示意圖，并判斷由幾種機構組合而成?

沖床機構插齒機CopyRightZDJ3.3鉸鏈四桿機構的基本特性3.3.1急回特性和行程數(shù)比系數(shù)1、基本概念：（以曲柄搖桿機構為例，曲柄為原動件）

（1）四桿機構的極限位置：當曲柄與連桿二次共線時，搖桿位于機構的最左或最右的位置。（2）極位夾角（θ）：從動件處于二個極限位置時，相對應的原動件曲柄所夾的銳角。

CopyRightZDJ3.3鉸鏈四桿機構的基本特性

（3）擺角（ψ）：搖桿（從動件）在兩個極限位置時的夾角稱為搖桿的擺角。CopyRightZDJ3.3鉸鏈四桿機構的基本特性

2、急回特性：原動件曲柄作連續(xù)轉動時，作往復運動的搖桿在空回行程的平均速度大于工作行程的特性稱為急回特性。

３、行程速比系數(shù)（K）：從動件空回行程與工作行程的平均速度之比。

CopyRightZDJ3.3鉸鏈四桿機構的基本特性

極位夾角為：

討論：a、θ>0o→K>1→此時機構具有急回特性，θ↑→

K↑→急回特性越顯著。

b、θ=0o→K=1，此時機構無急回特性。CopyRightZDJ3.3鉸鏈四桿機構的基本特性

想一想練一練

試確定下列不同機構以曲柄為原動件時的極限位置？CopyRightZDJ3.3鉸鏈四桿機構的基本特性

想一想練一練

試確定擺動導桿機構和曲柄滑塊機構以曲柄為原動件時是否存在急回特性？CopyRightZDJ3.3鉸鏈四桿機構的基本特性3.3.2壓力角和傳動角

1、壓力角（α）：從動件上的作用力F與該點速度vc所夾銳角α稱為機構的壓力角。

F的兩個分力：

Fn=Fsinα—引起摩擦力，有害分力

Ft=Fcosα—有效分力2、傳動角（γ）：壓力角α的余角即α+γ=90o稱為傳動角。討論：α↑（γ↓）

→Fn↑→傳力性能差。

α↓（γ↑）→Fn↓→傳力性能好。CopyRightZDJ3.3鉸鏈四桿機構的基本特性為保證機構的傳力性能良好，必須限定機構的最小傳動角，通常γmin≥[γ]。對于一般機械，通常[γ]

=40o~50o,對于傳遞功率大的機械[γ]

≥50o，對于一些非傳力機構，也可取[γ]<40o,但不能過小。CopyRightZDJ3.3鉸鏈四桿機構的基本特性

3、γmin的確定

（1）曲柄搖桿機構的γmin位置

搖桿CD為從動件，曲柄AB為原動時，當原動件AB與機架AD共線時，傳動角最小。比較兩者兩次共線的γmin，并取小值為該機構的最小傳動角γmin

。CopyRightZDJ3.3鉸鏈四桿機構的基本特性（2）曲柄滑塊機構γmin位置

對于曲柄滑塊機構，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。CopyRightZDJ3.3鉸鏈四桿機構的基本特性

（3）擺動導桿機構

1）以曲柄為原動件，傳動角γ恒等于90o。2）以導桿為原動件，傳動角γmin=0o，位置出現(xiàn)在導桿與曲柄垂直處。CopyRightZDJ3.3鉸鏈四桿機構的基本特性3.3.3死點位置1、概念：平面連桿機構的傳動角γ=0o，壓力角α=90o的位置稱為死點位置。

CopyRightZDJ3.3鉸鏈四桿機構的基本特性2、死點位置的利弊

利：工程上利用死點位置進行工作。

夾具機構飛機起落架機構CopyRightZDJ3.3鉸鏈四桿機構的基本特性弊：機構有死點，從動件出現(xiàn)卡死或運動方向不確定現(xiàn)象，對傳動不利，如縫紉機的腳踏機構。縫紉機的腳踏機構CopyRightZDJ3.3鉸鏈四桿機構的基本特性

3、克服死點的方法（1）增大從動件的質量，利用慣性度過死點位置。（2）在從動曲柄上施加外力或安裝飛輪以增加慣性。（3）采用相同的機構錯位排列?；疖囓囕喡?lián)動裝置縫紉機的腳踏機構CopyRightZDJ3.3鉸鏈四桿機構的基本特性想一想練一練

請問擺動導桿機構、對心曲柄滑塊機構以哪個構件為原動件時，機構存在死點位置？CopyRightZDJ3.4平面四桿機構的設計

平面四桿機構的設計，主要考慮給定的運動條件，確定機構運動簡圖。有時為了使設計可靠、合理，還應考慮幾何條件和動力條件。

生產實踐中的四桿機構設計問題可歸納為兩類：

（1）實現(xiàn)給定的從動件運動規(guī)律,或使從動件具有急回特性。（2）實現(xiàn)給定的運動規(guī)律。平面四桿機構運動設計的方法有圖解法、實驗法和解析法。本節(jié)主要介紹圖解法CopyRightZDJ3.4平面四桿機構的設計3.4.1按給定的行程速比系數(shù)設計四桿機構

已知條件：（1）行程速比系數(shù)K

（2）機構的極限位置處的幾何關系（3）其他輔助條件

1、曲柄搖桿機構

已知條件：搖桿的長度lCD

、擺角ψ和行程速比系數(shù)K

設計：1）確定鉸鏈A的位置；2）確定其他三個構件的長度

CopyRightZDJ3.4平面四桿機構的設計

曲柄搖桿機構的設計步驟：（1）按給定行程速比系數(shù)K，求出極位夾角θ，

CopyRightZDJ3.4平面四桿機構的設計

曲柄搖桿機構的設計步驟：

（2）任選確定適當?shù)拈L度比例尺μl，任選固定鉸鏈中心D的位置，按搖桿長度lCD和擺角ψ，作出搖桿的兩個極限位置C1D和C2D。CopyRightZDJ3.4平面四桿機構的設計（3）連接C1和C2，并作C1C2的垂線C1M。（4）作∠C1C2N=90o-θ，則C1M與C2N相交于P點，由圖知：∠C1PC2=θ。（5）作△C1PC2的外接圓，在此圓周上（弧C1C2和弧EF除外）任意一點都可以作為曲柄的固定鉸鏈中心A，現(xiàn)任取一點。連接AC1和AC2，因同弧上的圓周角相等，故∠C1AC2=∠C1PC2=θ。

CopyRightZDJ3.4平面四桿機構的設計（6）確定AC1、AC2的長度，可得

AB=（AC2-AC1

）/2，BC=（AC2-AC1

）實際構件長度lAB=μlAB，lBC=μlBC，lCD=μlCDCopyRightZDJ3.4平面四桿機構的設計

2、導桿機構已知條件：機架長度l4、行程速比系數(shù)K，設計導桿機構

解題的關鍵：分析極位夾角θ與擺角ψ的關系

CopyRightZDJ3.4平面四桿機構的設計

設計步驟：