機械設計第三章

1、國家級精品課程教材國家級精品課程教材電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社主編：唐林虎主編：唐林虎副主編：張亞萍等副主編：張亞萍等 第第三三章章 平面連桿機構平面連桿機構第第三三章章 平面連桿機構平面連桿機構 3.1 概述概述1 3.2 平面連桿機構的基本類型和應用平面連桿機構的基本類型和應用23.3 平面四桿機構的演化形式平面四桿機構的演化形式 33.4 平面連桿機構的基本特性平面連桿機構的基本特性 43.5 平面連桿機構的設計平面連桿機構的設計5 3.6 平面多桿機構簡介平面多桿機構簡介 6第第三三章章 平面連桿機構平面連桿機構12346 課后習題答案課后習題答案第第三三章章 平面連桿機構平面連桿機

2、構教學要求教學要求（1）掌握平面四桿機構的基本形式、應用及演化；）掌握平面四桿機構的基本形式、應用及演化；（2）掌握平面四桿機構的基本特性，理解急回特性、行程速比）掌握平面四桿機構的基本特性，理解急回特性、行程速比因數(shù)、傳動角、壓力角、死點位置等概念；因數(shù)、傳動角、壓力角、死點位置等概念；（3）掌握鉸鏈四桿機構曲柄存在的條件；）掌握鉸鏈四桿機構曲柄存在的條件；（4）掌握四桿機構的設計方法。掌握四桿機構的設計方法。重點與難點重點與難點重點重點：平面四桿機構的基本形式、應用及基本特性；平面四桿機構的基本形式、應用及基本特性；難點難點：平面四桿機構類型的判斷及設計方法。平面四桿機構類型的判斷及設計方

3、法。 3 3.1 .1 概述概述 連桿機構是用轉(zhuǎn)動副和移動副將構件相互聯(lián)接而成，用以實連桿機構是用轉(zhuǎn)動副和移動副將構件相互聯(lián)接而成，用以實現(xiàn)運動變換和動力傳遞的機構。現(xiàn)運動變換和動力傳遞的機構。 連桿機構按各構件間相對運動性質(zhì)的不同，可分為空間連桿連桿機構按各構件間相對運動性質(zhì)的不同，可分為空間連桿機構和平面連桿機構兩類。平面連桿機構是由若干構件通過低機構和平面連桿機構兩類。平面連桿機構是由若干構件通過低副（轉(zhuǎn)動副或移動副）聯(lián)接而成的平面機構，又稱為平面低副副（轉(zhuǎn)動副或移動副）聯(lián)接而成的平面機構，又稱為平面低副機構。機構。平面連桿機構的優(yōu)點：平面連桿機構的優(yōu)點： （1）能夠進行多種運動形式的轉(zhuǎn)

4、換。）能夠進行多種運動形式的轉(zhuǎn)換。 （2）運動副一般均為低副。兩構件之間為面接觸，接觸表）運動副一般均為低副。兩構件之間為面接觸，接觸表面是圓柱面或平面，單位面積上的壓力較小，制造容易，磨面是圓柱面或平面，單位面積上的壓力較小，制造容易，磨損較慢，可承受較大載荷。損較慢，可承受較大載荷。 （3）具有豐富的連桿曲線。）具有豐富的連桿曲線。 3 3.1 .1 概述概述 平面連桿機構的缺點：平面連桿機構的缺點： （1）連接處的間隙造成的積累誤差較大，機械效率較低。）連接處的間隙造成的積累誤差較大，機械效率較低。 （2）連桿機構運動時產(chǎn)生慣性力，不適用于高速場合。）連桿機構運動時產(chǎn)生慣性力，不適用于高

5、速場合。 （3）設計方法比較復雜，難以實現(xiàn)精確的軌跡。）設計方法比較復雜，難以實現(xiàn)精確的軌跡。 平面連桿機構應用于各種機器和儀器中，如金屬加工機床、平面連桿機構應用于各種機器和儀器中，如金屬加工機床、起重運輸機械、采礦機械、農(nóng)業(yè)機械、交通運輸機械和儀表等。起重運輸機械、采礦機械、農(nóng)業(yè)機械、交通運輸機械和儀表等。本章著重介紹平面四連桿機構的類型、基本特性和設計方法。本章著重介紹平面四連桿機構的類型、基本特性和設計方法。 3 3. .2 2 平面連桿機構的基本類型和應用平面連桿機構的基本類型和應用 鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構：所有運動副均為轉(zhuǎn)動副的平面四桿機構所有運動副均為轉(zhuǎn)動副的平面四桿機構 。連

6、桿連桿連架桿連架桿連架桿連架桿機架機架構件名稱：構件名稱：（1）機架：機構中固定不動的構件機架：機構中固定不動的構件AD。（2）連架桿：與機架相連的構件連架桿：與機架相連的構件AB和和CD。（3） 連桿：不與機架直接連接的構件連桿：不與機架直接連接的構件BC。 3 3. .2 2 平面連桿機構的基本類型和應用平面連桿機構的基本類型和應用（1）曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構（2）雙曲柄機構雙曲柄機構（3）雙搖桿機構雙搖桿機構 連架桿連架桿曲柄曲柄：能繞軸線作整周回轉(zhuǎn)運動能繞軸線作整周回轉(zhuǎn)運動的連架桿。的連架桿。 搖桿搖桿：只能在某一角度只能在某一角度( (小于小于360) )內(nèi)擺動內(nèi)擺動的連架桿。的連

7、架桿。 因此，鉸鏈四桿機構又根據(jù)其連架桿運動形式的不同，因此，鉸鏈四桿機構又根據(jù)其連架桿運動形式的不同，分為以下三種基本類型：分為以下三種基本類型： 3 3. .2 2 平面連桿機構的基本類型和應用平面連桿機構的基本類型和應用3 3. .2 2.1.1曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構兩連架桿中一個為曲柄，另一個為搖桿的鉸鏈四桿機構兩連架桿中一個為曲柄，另一個為搖桿的鉸鏈四桿機構。運動特點：運動特點： 若選曲柄為主動件，則該機若選曲柄為主動件，則該機構可將曲柄的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)闃嬁蓪⑶幕剞D(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復擺動。搖桿的往復擺動。 若選搖桿為主動件，則該機若選搖桿為主動件，則該機構可將搖桿的往復擺動轉(zhuǎn)

8、變?yōu)闃嬁蓪u桿的往復擺動轉(zhuǎn)變?yōu)榍恼芑剞D(zhuǎn)運動。曲柄的整周回轉(zhuǎn)運動。 動態(tài)演示動態(tài)演示 3 3. .2 2 平面連桿機構的基本類型和應用平面連桿機構的基本類型和應用破碎機的破碎機構破碎機的破碎機構縫紉機的驅(qū)動機構縫紉機的驅(qū)動機構應用實例：應用實例：動態(tài)演示動態(tài)演示 3 3. .2 2 平面連桿機構的基本類型和應用平面連桿機構的基本類型和應用3 3. .2 2. .2 2雙曲柄機構雙曲柄機構兩連架桿均為曲柄的鉸鏈四桿機構兩連架桿均為曲柄的鉸鏈四桿機構。1. .普通雙曲柄機構普通雙曲柄機構運動特點：運動特點： 主動曲柄等速回轉(zhuǎn)一周，從主動曲柄等速回轉(zhuǎn)一周，從動曲柄變速回轉(zhuǎn)一周，從動曲動曲柄變速回

9、轉(zhuǎn)一周，從動曲柄的角速度在一周中有時小于柄的角速度在一周中有時小于主動曲柄的角速度，有時大于主動曲柄的角速度，有時大于主動曲柄的角速度。主動曲柄的角速度。普通雙曲柄機構普通雙曲柄機構動態(tài)演示動態(tài)演示 3 3. .2 2 平面連桿機構的基本類型和應用平面連桿機構的基本類型和應用應用實例：應用實例：慣性篩慣性篩 3 3. .2 2 平面連桿機構的基本類型和應用平面連桿機構的基本類型和應用2. .平行雙曲柄機構平行雙曲柄機構運動特點：運動特點： 兩曲柄的回轉(zhuǎn)方向相同，且兩曲柄的回轉(zhuǎn)方向相同，且角速度時時相等角速度時時相等。應用實例：應用實例：機車聯(lián)動機構機車聯(lián)動機構路燈檢修車升降機構路燈檢修車升降機

10、構平行雙曲柄機構平行雙曲柄機構動態(tài)演示動態(tài)演示動態(tài)演示動態(tài)演示 3 3. .2 2 平面連桿機構的基本類型和應用平面連桿機構的基本類型和應用3. .反向雙曲柄機構反向雙曲柄機構運動特點：運動特點： 兩曲柄反向不等速兩曲柄反向不等速。應用實例：應用實例：車門啟閉機構車門啟閉機構反向雙曲柄反向雙曲柄動態(tài)演示動態(tài)演示動態(tài)演示動態(tài)演示 3 3. .2 2 平面連桿機構的基本類型和應用平面連桿機構的基本類型和應用3 3. .2 2. .3 3雙搖桿機構雙搖桿機構兩連架桿均為搖桿的鉸鏈四桿機構兩連架桿均為搖桿的鉸鏈四桿機構。運動特點：運動特點： 兩搖桿均可作為主動件。當兩搖桿均可作為主動件。當主動搖桿擺動

11、時，通過連桿帶主動搖桿擺動時，通過連桿帶動從動搖桿擺動。動從動搖桿擺動。應用實例：應用實例：雙搖桿機構雙搖桿機構港口起重機港口起重機動態(tài)演示動態(tài)演示動態(tài)演示動態(tài)演示 3 3. .2 2 平面連桿機構的基本類型和應用平面連桿機構的基本類型和應用電風扇搖頭機構電風扇搖頭機構汽車前輪轉(zhuǎn)向機構汽車前輪轉(zhuǎn)向機構 3 3. .3 3 平面四桿機構的演化形式平面四桿機構的演化形式 在實際機械中，還廣泛采用著其他多種形式的四桿機構。在實際機械中，還廣泛采用著其他多種形式的四桿機構。這些機構可認為是由四桿機構的基本類型演化而成的這些機構可認為是由四桿機構的基本類型演化而成的。 其演變的方法有：其演變的方法有：（

12、1）改變構件的形狀改變構件的形狀、長度長度。（2）改變運動副的尺寸改變運動副的尺寸。（3）選不同構件為機架選不同構件為機架等。等。 較為常用的演化機構有較為常用的演化機構有： 曲柄滑塊機構、導桿機構、搖塊機構、定塊機構等曲柄滑塊機構、導桿機構、搖塊機構、定塊機構等。 它們均屬于滑塊四桿機構，即含有移動副和轉(zhuǎn)動副的四桿它們均屬于滑塊四桿機構，即含有移動副和轉(zhuǎn)動副的四桿機構。機構。 3 3. .3 3 平面四桿機構的演化形式平面四桿機構的演化形式 曲柄滑塊機構是由曲柄、連桿、滑塊及機架組成曲柄滑塊機構是由曲柄、連桿、滑塊及機架組成。是在。是在曲曲柄搖桿機構柄搖桿機構的基礎上的基礎上，采用了改變構件

13、尺寸和形狀的方法而得采用了改變構件尺寸和形狀的方法而得到到的另一種平面連桿機構的另一種平面連桿機構，常用作回轉(zhuǎn)運動與往復直線運動之常用作回轉(zhuǎn)運動與往復直線運動之間的轉(zhuǎn)換。間的轉(zhuǎn)換。3 3. .3 3. .1 1 曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構曲柄搖桿曲柄搖桿機構機構圓弧導軌曲柄滑塊機構圓弧導軌曲柄滑塊機構 3 3. .3 3 平面四桿機構的演化形式平面四桿機構的演化形式 若滑塊移動導路中心通過曲柄轉(zhuǎn)動中心，則稱為對心曲若滑塊移動導路中心通過曲柄轉(zhuǎn)動中心，則稱為對心曲柄滑塊機構；若不通過曲柄轉(zhuǎn)動中心，則稱為偏置曲柄滑塊柄滑塊機構；若不通過曲柄轉(zhuǎn)動中心，則稱為偏置曲柄滑塊機構，機構，e為偏心距。為偏心距

14、。對心曲柄滑塊機構對心曲柄滑塊機構 偏置偏置曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構 動態(tài)演示動態(tài)演示動態(tài)演示動態(tài)演示 3 3. .3 3 平面四桿機構的演化形式平面四桿機構的演化形式應用實例：應用實例：機構示意圖機構示意圖 機構簡圖機構簡圖 內(nèi)燃機中的曲柄滑塊機構1-曲軸；2-連桿；3-活塞 機構示意圖機構示意圖 機構簡圖機構簡圖 壓力機中的曲柄滑塊機構 1-工件；2-滑塊；3-連桿；4-曲軸；5-齒輪 3 3. .3 3 平面四桿機構的演化形式平面四桿機構的演化形式3 3. .3 3. .2 2 導桿機構導桿機構曲柄滑塊曲柄滑塊機構機構轉(zhuǎn)動導桿機構轉(zhuǎn)動導桿機構（l1l2） 若改選若改選曲柄滑塊機構中的構件

15、曲柄滑塊機構中的構件AB為機架，則構件為機架，則構件AC將繞將繞A轉(zhuǎn)動，而滑塊將以構件轉(zhuǎn)動，而滑塊將以構件AC為為導軌，沿該構件相對移動，并導軌，沿該構件相對移動，并一起繞一起繞A點轉(zhuǎn)動，構件點轉(zhuǎn)動，構件AC稱為導桿，而由此演化成的四桿機稱為導桿，而由此演化成的四桿機構稱為導桿機構構稱為導桿機構。擺動導桿機構擺動導桿機構（l1l2）改選改選AB為機架為機架動態(tài)演示動態(tài)演示動態(tài)演示動態(tài)演示 3 3. .3 3 平面四桿機構的演化形式平面四桿機構的演化形式應用實例：應用實例：簡易刨床的主運動機構簡易刨床的主運動機構 動態(tài)演示動態(tài)演示 牛頭刨床的主運動機構牛頭刨床的主運動機構 3 3. .3 3 平

16、面四桿機構的演化形式平面四桿機構的演化形式3 3. .3 3. .3 3 搖塊機構搖塊機構曲柄滑塊曲柄滑塊機構機構 曲柄滑塊機構中，如改選與滑塊鉸接的構件曲柄滑塊機構中，如改選與滑塊鉸接的構件BC為機架，為機架，使滑塊只能搖擺不能移動，則將演化成搖塊機構，使滑塊只能搖擺不能移動，則將演化成搖塊機構，改選改選BC為機架為機架搖塊搖塊機構機構應用實例：應用實例：自卸汽車的翻斗機構自卸汽車的翻斗機構動態(tài)演示動態(tài)演示動態(tài)演示動態(tài)演示 3 3. .3 3 平面四桿機構的演化形式平面四桿機構的演化形式3 3. .3 3. .4 4 定塊機構定塊機構 將將曲柄滑塊機構中的滑塊改為機架，將演化成定塊機構。曲柄

17、滑塊機構中的滑塊改為機架，將演化成定塊機構。應用實例：應用實例：手動唧筒手動唧筒 曲柄滑塊曲柄滑塊機構機構改選滑塊改選滑塊為機架為機架動態(tài)演示動態(tài)演示定塊定塊機構機構 3 3. .4 4 平面連桿機構的基本特性平面連桿機構的基本特性 平面連桿機構具有傳遞和變換各種運動，實現(xiàn)力的傳遞和平面連桿機構具有傳遞和變換各種運動，實現(xiàn)力的傳遞和變換的功能，前者稱為平面連桿機構的運動特性，后者稱為平變換的功能，前者稱為平面連桿機構的運動特性，后者稱為平面連桿機構的傳力特性。面連桿機構的傳力特性。3 3. .4 4. .1 1 運動特性運動特性1鉸鏈四桿機構存在曲柄的條件鉸鏈四桿機構存在曲柄的條件 鉸鏈四桿機

18、構中有曲柄的前提是運動副中必有整轉(zhuǎn)副存在。鉸鏈四桿機構中有曲柄的前提是運動副中必有整轉(zhuǎn)副存在。 影響平面鉸鏈四桿機構中曲柄存在的因素影響平面鉸鏈四桿機構中曲柄存在的因素有：有：（1）構成四桿運動鏈的各構件長度構成四桿運動鏈的各構件長度。（2）運動鏈中選取的機架與其它構件的相對位置運動鏈中選取的機架與其它構件的相對位置。下面以曲柄搖桿機構為例，討論鉸鏈四桿機構曲柄存在的條件。下面以曲柄搖桿機構為例，討論鉸鏈四桿機構曲柄存在的條件。 3 3. .4 4 平面連桿機構的基本特性平面連桿機構的基本特性 設曲柄搖桿機構各桿的設曲柄搖桿機構各桿的桿長分別為桿長分別為a、b、c、d，設，設da，在桿，在桿A

19、B繞轉(zhuǎn)動副繞轉(zhuǎn)動副A轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動過程中，要使動過程中，要使A成為整轉(zhuǎn)成為整轉(zhuǎn)副，則副，則AB應能占據(jù)與機架應能占據(jù)與機架AD重疊和拉直共線的兩個特重疊和拉直共線的兩個特殊位置殊位置AB1和和AB2，即可構成，即可構成B1C1D和和B2C2D。 根據(jù)三角形兩邊之和大于第三邊這一幾何關系，并結(jié)合機構運根據(jù)三角形兩邊之和大于第三邊這一幾何關系，并結(jié)合機構運動的特點，可得：動的特點，可得：dbcadcbacbda將上式兩兩相加，得：將上式兩兩相加，得：ac；ab；ad 3 3. .4 4 平面連桿機構的基本特性平面連桿機構的基本特性 故故四桿機構有曲柄的條件為：四桿機構有曲柄的條件為： （1）最短桿與最長桿

20、的長度之和應小于其他兩桿長度之和；）最短桿與最長桿的長度之和應小于其他兩桿長度之和； （2）連架桿或機架中必有一最短桿。）連架桿或機架中必有一最短桿。曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構 雙曲柄機構雙曲柄機構 雙搖桿機構雙搖桿機構 根據(jù)上述結(jié)論，可得出以下推論：根據(jù)上述結(jié)論，可得出以下推論： （1）當）當lmin+lmaxl+ l時：時： 若以最短桿的相鄰構件為機架，該機構為曲柄搖桿機構。若以最短桿的相鄰構件為機架，該機構為曲柄搖桿機構。 若以最短桿為機架，該機構為雙曲柄機構。若以最短桿為機架，該機構為雙曲柄機構。 若以最短桿相對的構件為機架，該機構為雙搖桿機構。若以最短桿相對的構件為機架，該機構為雙搖桿

21、機構。 3 3. .4 4 平面連桿機構的基本特性平面連桿機構的基本特性l1，l2，l3，l4lmax+lminl+llmin為連架桿嗎？曲柄搖桿機構lmin為機架嗎？雙曲柄機構雙搖桿機構NNNYYY鉸鏈四桿機構基本類型的判別流程可用下面框圖表示：鉸鏈四桿機構基本類型的判別流程可用下面框圖表示： （2）當）當lmin+lmaxl+ l時：時： 則無論取哪個構件為機架則無論取哪個構件為機架，均無曲柄存在，只能為雙搖均無曲柄存在，只能為雙搖桿機構。桿機構。 3 3. .4 4 平面連桿機構的基本特性平面連桿機構的基本特性2急回運動特性急回運動特性（1）曲柄搖桿機構分析）曲柄搖桿機構分析 曲柄搖桿機

22、構中，設曲柄曲柄搖桿機構中，設曲柄AB為原動件。在曲柄以等角為原動件。在曲柄以等角速度速度1逆時針轉(zhuǎn)動一周的過程逆時針轉(zhuǎn)動一周的過程中，兩次與連桿共線。中，兩次與連桿共線。 此時此時C1D和和C2D為搖桿的兩個極限位置，簡稱極位。其夾角為搖桿的兩個極限位置，簡稱極位。其夾角稱為最大擺角。曲柄與連桿兩次共線位置間所夾的銳角稱為最大擺角。曲柄與連桿兩次共線位置間所夾的銳角為極位為極位夾角。夾角。 當主動件曲柄當主動件曲柄AB以等角速度以等角速度1逆時針旋轉(zhuǎn)，從動件在正行逆時針旋轉(zhuǎn)，從動件在正行程（行程）程（行程）C1D至至C2D和反行程（回程）和反行程（回程）C2D至至C1D時時C點的平均點的平均

23、線速度分別為線速度分別為 和和 ，所需時間為，所需時間為t1和和t2 ，對應曲柄的轉(zhuǎn)角分別，對應曲柄的轉(zhuǎn)角分別為為1=+和和2=-，顯然有，顯然有t1t2，即搖桿，即搖桿(回程回程)的速度大于行程的速度大于行程的速度。的速度。1v2v 3 3. .4 4 平面連桿機構的基本特性平面連桿機構的基本特性（2）急回運動特性）急回運動特性 構件構件返回速度大于推進速度的現(xiàn)象稱為急回運動特性。返回速度大于推進速度的現(xiàn)象稱為急回運動特性。（3）行程速比因數(shù)）行程速比因數(shù) 通常用通常用 與與 的比值的比值K來描述急回特性，來描述急回特性，K稱為行程速比因稱為行程速比因數(shù)。數(shù)。1v2v180180212112

24、ttvvK 111800KK 0，K1，有急回特性；，有急回特性； 越大，越大，K越大，急回特性越明顯；越大，急回特性越明顯； 越小，越小，K越小，急回特性越不明顯；越小，急回特性越不明顯； =0時，時，K=1，機構無急回特性。，機構無急回特性。機構有無急回特性，機構有無急回特性，急回特性是否顯著，急回特性是否顯著，取決于機構的極位取決于機構的極位夾角夾角 3 3. .4 4 平面連桿機構的基本特性平面連桿機構的基本特性 除曲柄搖桿機構外，偏置曲柄滑塊機構、擺動導桿機構等也除曲柄搖桿機構外，偏置曲柄滑塊機構、擺動導桿機構等也都具有急回特性。都具有急回特性。偏置曲柄滑塊機構偏置曲柄滑塊機構擺動導

25、桿機構擺動導桿機構 3 3. .4 4 平面連桿機構的基本特性平面連桿機構的基本特性3 3. .4 4. .2 2 傳力特性傳力特性1壓力角和傳動角壓力角和傳動角 （1）壓力角）壓力角 力力F與受力點的速度與受力點的速度vc方方向之間所夾的銳角向之間所夾的銳角，稱為壓，稱為壓力角。力角。 （2）傳動角）傳動角 壓力角壓力角的余角的余角。 Ft= FcosFn= Fsin有效分力有效分力有有害害分力分力壓力角壓力角越小，越小，或傳動角或傳動角越大，則越大，則力力F在在vc方向的有效分方向的有效分力越大，機構的傳力性能越好。力越大，機構的傳力性能越好。因此，壓力角因此，壓力角或傳動角的大小或傳動角

26、的大小是衡量機構傳力性能的重是衡量機構傳力性能的重要標志。要標志。 3 3. .4 4 平面連桿機構的基本特性平面連桿機構的基本特性 （3）機構具有良好傳力性能的條件機構具有良好傳力性能的條件 傳動角傳動角隨機構的不斷運動而相應變化，為保證機構有較好隨機構的不斷運動而相應變化，為保證機構有較好的傳力性能，應控制機構的最小傳動角的傳力性能，應控制機構的最小傳動角min。一般可取。一般可取min40，重載高速場合取重載高速場合取min50。（4）最小傳動角）最小傳動角min的確定的確定 曲柄搖桿機構的曲柄搖桿機構的min 在在曲柄整轉(zhuǎn)一周的過程中，當曲柄轉(zhuǎn)到與機架共線的兩曲柄整轉(zhuǎn)一周的過程中，當曲

27、柄轉(zhuǎn)到與機架共線的兩個位置時，個位置時，傳動角將出現(xiàn)極值傳動角將出現(xiàn)極值和和，其中較小者即為最小，其中較小者即為最小傳動角傳動角min。 3 3. .4 4 平面連桿機構的基本特性平面連桿機構的基本特性 曲柄滑塊機構的最大壓力角曲柄滑塊機構的最大壓力角max 若機構的主動件為曲柄若機構的主動件為曲柄AB，從動件為滑塊，從動件為滑塊C，在曲柄與，在曲柄與滑塊導路垂直時，滑塊導路垂直時，=max。 擺動導桿機構的最小壓力角擺動導桿機構的最小壓力角min 構件構件3作用于導桿作用于導桿4上的力上的力F和導桿和導桿4上的上的C點速度點速度VC4都始都始終垂直于終垂直于AC，壓力角，壓力角始終為始終為0

28、，傳力性能最好。，傳力性能最好。曲柄滑塊機構的曲柄滑塊機構的max擺動導桿機構的擺動導桿機構的min 3 3. .4 4 平面連桿機構的基本特性平面連桿機構的基本特性2死點位置死點位置 不管在主動件上作用多大的驅(qū)動力，都不能在從動件上產(chǎn)不管在主動件上作用多大的驅(qū)動力，都不能在從動件上產(chǎn)生有效分力的機構位置，稱為機構的生有效分力的機構位置，稱為機構的死點位置。死點位置。（1）死點位置舉例）死點位置舉例曲柄搖桿機構的死點位置曲柄搖桿機構的死點位置擺動導桿機構的死點位置擺動導桿機構的死點位置曲柄滑塊機構的死點位置曲柄滑塊機構的死點位置 3 3. .4 4 平面連桿機構的基本特性平面連桿機構的基本特性

29、（2）死點位置的克服）死點位置的克服 當死點位置的存在對機構運動不利時，應盡量避免出現(xiàn)死當死點位置的存在對機構運動不利時，應盡量避免出現(xiàn)死點，克服死點位置的方法有：點，克服死點位置的方法有： 采用機構死點位置錯采用機構死點位置錯位排列的辦法，以保持位排列的辦法，以保持從動曲柄的轉(zhuǎn)向不變從動曲柄的轉(zhuǎn)向不變。利用飛輪慣性利用飛輪慣性 采用加大從動件慣性的采用加大從動件慣性的方法，靠慣性幫助通過死方法，靠慣性幫助通過死點。點。 3 3. .4 4 平面連桿機構的基本特性平面連桿機構的基本特性（3）死點位置的利用）死點位置的利用 在實際工程應用中，有許多場合是利用死點位置來實現(xiàn)一在實際工程應用中，有許

30、多場合是利用死點位置來實現(xiàn)一定工作要求的，例如：定工作要求的，例如： 工件夾緊機構工件夾緊機構飛機起落架飛機起落架動態(tài)演示動態(tài)演示動態(tài)演示動態(tài)演示 3 3. .5 5 平面連桿機構的設計平面連桿機構的設計3 3. .5 5. .1 1 連桿機構設計的基本問題連桿機構設計的基本問題 連桿機構設計可歸納為下列兩類問題：連桿機構設計可歸納為下列兩類問題： （1）按照給定從動件的位置設計四桿機構，即位置設計。）按照給定從動件的位置設計四桿機構，即位置設計。 （2）按照給定點的運動軌跡設計四桿機構，即軌跡設計。）按照給定點的運動軌跡設計四桿機構，即軌跡設計。 設計方法設計方法： （1）作圖法）作圖法：直

31、觀、清晰，簡單易行，但誤差較大直觀、清晰，簡單易行，但誤差較大。 （2）實驗法）實驗法：適用于運動要求較復雜的四桿機構的初步設計，適用于運動要求較復雜的四桿機構的初步設計，但工作較繁瑣。但工作較繁瑣。 （3）解析法）解析法：可得到較準確的結(jié)果并具有較高的精度，但計可得到較準確的結(jié)果并具有較高的精度，但計算求解較麻煩。算求解較麻煩。本節(jié)主要介紹本節(jié)主要介紹采用采用作圖法設計四桿機構。作圖法設計四桿機構。 3 3. .5 5 平面連桿機構的設計平面連桿機構的設計3 3. .5 5. .2 2 按給定的連桿位置設計四桿機構按給定的連桿位置設計四桿機構1按給定連桿的兩個位置設計四桿機構按給定連桿的兩個

32、位置設計四桿機構 設已知連桿設已知連桿BC的長度和預定要占據(jù)的兩個位置的長度和預定要占據(jù)的兩個位置B1C1和和B2C2，設計此四桿機構設計此四桿機構。 設計分析：該設計的主要問題是如何確定鉸鏈設計分析：該設計的主要問題是如何確定鉸鏈A和和D的位置，的位置，從而確定除連桿外其它三個構件的長度。從而確定除連桿外其它三個構件的長度。 設計步驟：設計步驟： （1）選取適當?shù)谋壤撸┻x取適當?shù)谋壤週，繪出給定連桿的兩個位置，繪出給定連桿的兩個位置B1C1和和B2C2。 （2）分別連接）分別連接B1B2、C1C2 ，并作直線段，并作直線段B1B2和和C1C2的垂直平的垂直平分線分線b12和和c12。 （

33、3）兩固定鉸鏈）兩固定鉸鏈A、D可分別在可分別在b12和和c12上任取。上任取。 3 3. .5 5 平面連桿機構的設計平面連桿機構的設計 （4） 連接連接AB1C1D或或AB2C2D即為所求的四桿機構。即為所求的四桿機構。 （5）從圖中量取各桿的長度再乘以比例尺）從圖中量取各桿的長度再乘以比例尺L，就得到實，就得到實際長度際長度。有無窮多解有無窮多解 3 3. .5 5 平面連桿機構的設計平面連桿機構的設計2按給定連桿的按給定連桿的三三個位置設計四桿機構個位置設計四桿機構 設已知連桿設已知連桿BC的長度和依次占據(jù)的三個位置的長度和依次占據(jù)的三個位置B1C1、B2C2、B3C3 。確定滿足上述

34、條件的鉸鏈四桿機構中其它各桿件的長度。確定滿足上述條件的鉸鏈四桿機構中其它各桿件的長度和位置。和位置。 設計分析：顯然設計分析：顯然B點的運動軌跡是由點的運動軌跡是由B1、B2、B3三點所確定三點所確定的圓弧，的圓弧，C點的運動軌跡是由點的運動軌跡是由C1、C2、C3三點所確定的圓弧，分三點所確定的圓弧，分別找出這兩段圓弧的圓心別找出這兩段圓弧的圓心A和和D，也就完成了此四桿機構的設計。，也就完成了此四桿機構的設計。 設計步驟：設計步驟： （1）確定比例尺）確定比例尺L，畫出給定連桿的三個位置。，畫出給定連桿的三個位置。 （2）連接）連接B1B2、B2B3 ，分別作直線段，分別作直線段B1B2

35、和和B2B3的垂直平分的垂直平分線線b12和和b23，兩垂直平分線的交點，兩垂直平分線的交點A即為即為B1、B2、B3三點所確定三點所確定圓弧的圓心。圓弧的圓心。 3 3. .5 5 平面連桿機構的設計平面連桿機構的設計 有唯一解有唯一解 （3）連接）連接C1C2、C2C3，分別作直線段，分別作直線段C1C2和和C2C3的垂直平分的垂直平分線線c12、c23，兩平分線交于點，兩平分線交于點D，D點即為點即為C1、C2、C3三點所確定三點所確定圓弧的圓心。圓弧的圓心。 （4）連接）連接AB1C1D（或（或AB2C2D）即得所求的四桿機構。）即得所求的四桿機構。 （5）從圖中量取各桿的長度再乘以比

36、例尺）從圖中量取各桿的長度再乘以比例尺L，就得到實際構，就得到實際構件長度尺寸。件長度尺寸。 3 3. .5 5 平面連桿機構的設計平面連桿機構的設計3 3. .5 5. .3 3 按給定的行程速比因數(shù)按給定的行程速比因數(shù)K設計四桿機構設計四桿機構1曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構 設已知行程速比因數(shù)設已知行程速比因數(shù)K，搖桿長度為，搖桿長度為lCD，最大擺角為，最大擺角為，試用作圖法設計此曲柄搖桿機構。試用作圖法設計此曲柄搖桿機構。 設計分析：該設計的實質(zhì)設計分析：該設計的實質(zhì)是確定是確定鉸鏈鉸鏈中心中心A點的位置，然點的位置，然后定出其他三桿的尺寸。后定出其他三桿的尺寸。 設計步驟：設計步驟： （

37、1）由速比因數(shù)）由速比因數(shù)K計算極位夾角計算極位夾角。 （2）作搖桿的極限位置。）作搖桿的極限位置。 （3）求曲柄鉸鏈中心）求曲柄鉸鏈中心A。 （4）求曲柄和連桿的鉸鏈中心）求曲柄和連桿的鉸鏈中心B。 （5）計算各桿的實際長度。）計算各桿的實際長度。有無窮多解有無窮多解 3 3. .5 5 平面連桿機構的設計平面連桿機構的設計2曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構 設已知曲柄滑塊機構的行程速比因數(shù)設已知曲柄滑塊機構的行程速比因數(shù)K、滑塊行程、滑塊行程H和偏和偏距距e，試設計此機構。，試設計此機構。 設計分析：設計分析：與上例分析方與上例分析方法類似，可把曲柄滑塊機構中法類似，可把曲柄滑塊機構中的行程的行程

38、H視為曲柄搖桿機構中視為曲柄搖桿機構中搖桿無限長時搖桿無限長時C點擺過的弦長點擺過的弦長。 設計步驟：設計步驟： （1）求極位夾角）求極位夾角。 （2）作）作出滑塊出滑塊的的兩個兩個極限位置。極限位置。 （3）求曲柄鉸鏈中心）求曲柄鉸鏈中心A。 （4）按與曲柄搖桿機構相同的按與曲柄搖桿機構相同的方法，確定曲柄和連桿的長度方法，確定曲柄和連桿的長度。 3 3. .5 5 平面連桿機構的設計平面連桿機構的設計3導桿機構導桿機構 已知擺動導桿機構中機架的長度為已知擺動導桿機構中機架的長度為lAD，行程速比因數(shù)為，行程速比因數(shù)為K，試設計該機構。試設計該機構。 設計分析：設計分析：導桿機構的極位夾導桿

39、機構的極位夾角角等于導桿的擺角等于導桿的擺角，所需確定的，所需確定的尺寸是曲柄長度尺寸是曲柄長度lAC。 設計步驟：設計步驟： （1）求極位夾角求極位夾角（即擺角（即擺角）。）。 （2）作）作出導桿出導桿的的兩個兩個極限位置。極限位置。 （3）求曲柄鉸鏈中心）求曲柄鉸鏈中心A。 （4）過過A點作導桿任一極限位置的點作導桿任一極限位置的垂直線垂直線AC1(或或 AC2)，量出，量出AC的長度，的長度，按照相應比例尺按照相應比例尺L換算實際距離換算實際距離lAC。有唯一解有唯一解 3 3. .6 6 平面多桿機構簡介平面多桿機構簡介 與四桿機構相比，多桿機構具有某些獨特的運動規(guī)律和作與四桿機構相比

40、，多桿機構具有某些獨特的運動規(guī)律和作用，一般可實現(xiàn)以下要求用，一般可實現(xiàn)以下要求:插齒機主傳動機構插齒機主傳動機構肘桿機構肘桿機構1改變從動件的運動特性改變從動件的運動特性 2可獲得較大的機械增益可獲得較大的機械增益 3 3. .6 6 平面多桿機構簡介平面多桿機構簡介 3擴大機構從動件的行程擴大機構從動件的行程 鋼料推送裝置鋼料推送裝置課后習題答案課后習題答案一、判斷題一、判斷題1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 二、選擇題二、選擇題1.B 2. B 3. A 4. C 5. C 6. B 7. C 8. A 9. D 10. C11.B 12. C 13. D 1

41、4. A 15. A 16. C 17. B 18. C 19. A 20. C三、綜合題三、綜合題 1.連桿機構是用轉(zhuǎn)動副和移動副將構件相互聯(lián)接而成，用連桿機構是用轉(zhuǎn)動副和移動副將構件相互聯(lián)接而成，用以實現(xiàn)運動變換和動力傳遞的機構。以實現(xiàn)運動變換和動力傳遞的機構。 其主要優(yōu)點其主要優(yōu)點:（1）能夠進行多種運動形式的轉(zhuǎn)換。（）能夠進行多種運動形式的轉(zhuǎn)換。（2）運動副一般均為低副。兩構件之間為面接觸，接觸表面是圓柱運動副一般均為低副。兩構件之間為面接觸，接觸表面是圓柱面或平面，單位面積上的壓力較小，制造容易，磨損較慢，可面或平面，單位面積上的壓力較小，制造容易，磨損較慢，可承受較大載荷。承受較大

42、載荷。（3）具有豐富的連桿曲線。在連桿機構中，）具有豐富的連桿曲線。在連桿機構中，課后習題答案課后習題答案 連桿上各點的軌跡是各種不同形狀的曲線，其形狀隨著各構連桿上各點的軌跡是各種不同形狀的曲線，其形狀隨著各構件相對長度的改變而改變，可滿足不同軌跡的設計要求。件相對長度的改變而改變，可滿足不同軌跡的設計要求。 主要缺點有主要缺點有:（1）連接處的間隙造成的積累誤差較大。）連接處的間隙造成的積累誤差較大。（2）連桿機構運動時產(chǎn)生慣性力，不適用于高速場合。（）連桿機構運動時產(chǎn)生慣性力，不適用于高速場合。（3）設計方法比較復雜，難以實現(xiàn)精確的軌跡。設計方法比較復雜，難以實現(xiàn)精確的軌跡。 2. 搖桿

43、搖桿(回程回程)的速度大于行程的速度，這種返回速度大于的速度大于行程的速度，這種返回速度大于推進速度的現(xiàn)象稱為急回特性。工程上常用從動件往返速度推進速度的現(xiàn)象稱為急回特性。工程上常用從動件往返速度的比值的比值K來表示急回特性的顯著程度，比值來表示急回特性的顯著程度，比值K即為行程速度系即為行程速度系數(shù)。曲柄與連桿兩次共線位置間所夾的銳角數(shù)。曲柄與連桿兩次共線位置間所夾的銳角稱為極位夾角。稱為極位夾角。 當當0時，時，K1，機構有急回特性；，機構有急回特性；越大，越大，K值越大，值越大，急回特性越明顯；急回特性越明顯；越小，越小，K值越小，急回特性越不明顯；值越小，急回特性越不明顯；=0時，時，K=1，機構無急回特性。，機構無急回特性。課后習題答案課后習題答案 3. 忽略摩擦時的力忽略摩擦時的力F與受力點的速度與受力點的速度vc方向之間所夾的銳方向之間所夾的銳角角，稱為壓力角。在連桿設計中，為了便于觀察和度量，習，稱為壓力角。在連桿設計中，為了便于觀察和度量，習慣用壓力角的余角慣用壓力角的余角（