第3章平面連桿機(jī)構(gòu)

1、第第3 3章章 平面連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu) 3.1 概述概述3.2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)及其演化鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)及其演化3.3 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性3.4 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計 學(xué)習(xí)平面連桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化，平面四桿機(jī)學(xué)習(xí)平面連桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化，平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性，平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計。構(gòu)的基本特性，平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計。u本章學(xué)習(xí)目標(biāo)本章學(xué)習(xí)目標(biāo) 掌握：掌握：平面連桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化，即曲柄搖桿機(jī)平面連桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化，即曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、導(dǎo)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、搖塊機(jī)構(gòu)、定

2、塊機(jī)構(gòu)和偏心輪機(jī)構(gòu)，鉸鏈桿機(jī)構(gòu)、搖塊機(jī)構(gòu)、定塊機(jī)構(gòu)和偏心輪機(jī)構(gòu)，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄的存在條件，急回運(yùn)動特性，平面四四桿機(jī)構(gòu)曲柄的存在條件，急回運(yùn)動特性，平面四桿機(jī)構(gòu)的圖解法設(shè)計。桿機(jī)構(gòu)的圖解法設(shè)計。u本章學(xué)習(xí)要求本章學(xué)習(xí)要求 了解：了解：各種平面四桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用，平面四桿機(jī)構(gòu)的壓力角、各種平面四桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用，平面四桿機(jī)構(gòu)的壓力角、傳動角和死點(diǎn)位置，平面四桿機(jī)構(gòu)的解析法設(shè)計，傳動角和死點(diǎn)位置，平面四桿機(jī)構(gòu)的解析法設(shè)計，平面四桿機(jī)構(gòu)的圖譜法設(shè)計。平面四桿機(jī)構(gòu)的圖譜法設(shè)計。 平面連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)是由若干個構(gòu)件以低副連接組成的平面是由若干個構(gòu)件以低副連接組成的平面機(jī)構(gòu)，因此又稱為平面低副機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)，因

3、此又稱為平面低副機(jī)構(gòu)。3.1 概述概述平面連桿機(jī)構(gòu)具有如下優(yōu)點(diǎn)平面連桿機(jī)構(gòu)具有如下優(yōu)點(diǎn)的制造精度，而且承載能力高，耐磨損。的制造精度，而且承載能力高，耐磨損。 低副以圓柱面或平面相接觸，制造簡便，易于獲得較高低副以圓柱面或平面相接觸，制造簡便，易于獲得較高 當(dāng)原動件以相同的規(guī)律運(yùn)動時，通過改變各構(gòu)件的相對當(dāng)原動件以相同的規(guī)律運(yùn)動時，通過改變各構(gòu)件的相對長度，可使從動件獲得不同的運(yùn)動規(guī)律。長度，可使從動件獲得不同的運(yùn)動規(guī)律。 連桿構(gòu)件上不同的點(diǎn)具有不同形狀的運(yùn)動軌跡，并且其連桿構(gòu)件上不同的點(diǎn)具有不同形狀的運(yùn)動軌跡，并且其形狀受到各構(gòu)件相對長度的影響，因而可得到各種不同形狀受到各構(gòu)件相對長度的影響

4、，因而可得到各種不同形狀的軌跡曲線。形狀的軌跡曲線。 能方便地實現(xiàn)轉(zhuǎn)動、擺動和移動等基本運(yùn)動形式及相互能方便地實現(xiàn)轉(zhuǎn)動、擺動和移動等基本運(yùn)動形式及相互轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換平面連桿機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)平面連桿機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)當(dāng)構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動副較多時，傳動的精度和效率較低。當(dāng)構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動副較多時，傳動的精度和效率較低。 低副中存在間隙，容易產(chǎn)生累積誤差，當(dāng)構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動低副中存在間隙，容易產(chǎn)生累積誤差，當(dāng)構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動不易精確實現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動規(guī)律，且設(shè)計較為復(fù)雜。不易精確實現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動規(guī)律，且設(shè)計較為復(fù)雜。 平面連桿機(jī)構(gòu)常以其所含的構(gòu)件平面連桿機(jī)構(gòu)常以其所含的構(gòu)件(桿桿)數(shù)來命名，如數(shù)來命名，如四四桿機(jī)構(gòu)、五桿機(jī)構(gòu)，六桿機(jī)構(gòu)桿機(jī)構(gòu)、

5、五桿機(jī)構(gòu)，六桿機(jī)構(gòu)等等3.2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)及其演化鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)及其演化 全部用轉(zhuǎn)動副相連的平面四桿機(jī)構(gòu)稱為全部用轉(zhuǎn)動副相連的平面四桿機(jī)構(gòu)稱為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，如圖所示如圖所示 。機(jī)架：機(jī)架：固定構(gòu)件固定構(gòu)件4；連架桿：連架桿：與機(jī)架相連的構(gòu)件與機(jī)架相連的構(gòu)件1和和3。其中，能繞機(jī)架作整周轉(zhuǎn)動的連其中，能繞機(jī)架作整周轉(zhuǎn)動的連架桿稱為架桿稱為曲柄曲柄，只能繞機(jī)架作一，只能繞機(jī)架作一定角度往復(fù)擺動的連架桿稱為定角度往復(fù)擺動的連架桿稱為搖搖桿桿；連桿：連桿：不與機(jī)架直接相連的構(gòu)件不與機(jī)架直接相連的構(gòu)件2。3.2.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型 1.曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 兩連

6、架桿中一個為曲柄而另一個為搖桿的鉸鏈四桿機(jī)兩連架桿中一個為曲柄而另一個為搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。構(gòu)。雷達(dá)調(diào)整機(jī)構(gòu)雷達(dá)調(diào)整機(jī)構(gòu) 和面機(jī)機(jī)構(gòu)和面機(jī)機(jī)構(gòu) 2. 雙曲柄機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu) 兩連架桿均為曲柄的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)兩連架桿均為曲柄的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 。機(jī)車車輪聯(lián)動機(jī)構(gòu)機(jī)車車輪聯(lián)動機(jī)構(gòu) 慣性篩的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)慣性篩的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 3. 雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu) 兩連架桿均為搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)兩連架桿均為搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 。汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu) 3.2.2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化 1. 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)可通過變更構(gòu)件長度和形狀、變更平面

7、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)可通過變更構(gòu)件長度和形狀、變更機(jī)架和擴(kuò)大轉(zhuǎn)動副等途徑演化成其他平面連桿機(jī)構(gòu)。機(jī)架和擴(kuò)大轉(zhuǎn)動副等途徑演化成其他平面連桿機(jī)構(gòu)。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 2.導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)取構(gòu)件曲柄滑塊機(jī)構(gòu)取構(gòu)件1為固定構(gòu)件演化而來。為固定構(gòu)件演化而來。 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)3.搖塊機(jī)構(gòu)搖塊機(jī)構(gòu) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)取構(gòu)件曲柄滑塊機(jī)構(gòu)取構(gòu)件2為固定構(gòu)件演化而來。為固定構(gòu)件演化而來。 4.定塊機(jī)構(gòu)定塊機(jī)構(gòu) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)取構(gòu)件曲柄滑塊機(jī)構(gòu)取構(gòu)件3為固定構(gòu)件演化而來。為固定構(gòu)件演化而來。 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 搖塊機(jī)構(gòu)搖塊機(jī)構(gòu) 定塊機(jī)構(gòu)定塊機(jī)構(gòu) 5.偏心輪機(jī)構(gòu)偏心輪機(jī)構(gòu) 偏心輪機(jī)構(gòu)偏心輪機(jī)構(gòu) 3.3.

8、1 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件 3.3 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性 1. 整轉(zhuǎn)副的存在條件整轉(zhuǎn)副的存在條件 即即 在在 中中DAC3124)(llll4123)(llll在在 中中DAC 4321llll21ll 31ll 41ll 最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和；最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和； 整轉(zhuǎn)副是由最短桿與其鄰邊組成的。整轉(zhuǎn)副是由最短桿與其鄰邊組成的。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副存在的條件鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副存在的條件 2.曲柄的存在條件曲柄的存在條件 取最短桿的鄰邊為機(jī)架時，機(jī)架上只有一個整轉(zhuǎn)副，故取最短桿的鄰

9、邊為機(jī)架時，機(jī)架上只有一個整轉(zhuǎn)副，故 具有整轉(zhuǎn)副的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是否存在曲柄，還應(yīng)根具有整轉(zhuǎn)副的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是否存在曲柄，還應(yīng)根據(jù)選擇哪個桿為機(jī)架來判斷。據(jù)選擇哪個桿為機(jī)架來判斷。得到得到曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。 取最短桿為機(jī)架時，機(jī)架上有兩個整轉(zhuǎn)副，故得到取最短桿為機(jī)架時，機(jī)架上有兩個整轉(zhuǎn)副，故得到雙曲雙曲機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)。 取最短桿的對邊為機(jī)架時，機(jī)架上沒有整轉(zhuǎn)副，故得到取最短桿的對邊為機(jī)架時，機(jī)架上沒有整轉(zhuǎn)副，故得到雙搖桿機(jī)構(gòu)。雙搖桿機(jī)構(gòu)。 如果鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中的最短桿與最長桿長度之和大于如果鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中的最短桿與最長桿長度之和大于其余兩桿長度之和，則該機(jī)構(gòu)中不存在整轉(zhuǎn)副，無論取哪其余兩桿長度之

10、和，則該機(jī)構(gòu)中不存在整轉(zhuǎn)副，無論取哪個桿為機(jī)架都只能得到個桿為機(jī)架都只能得到雙搖桿機(jī)構(gòu)。雙搖桿機(jī)構(gòu)。3.3.2 急回特性與行程速比系數(shù)急回特性與行程速比系數(shù) 1. 搖桿擺角搖桿擺角 搖桿在兩極限位置的夾角搖桿在兩極限位置的夾角2. 極位夾角極位夾角 對應(yīng)搖桿兩極限位置，曲柄兩位置所夾的銳角。對應(yīng)搖桿兩極限位置，曲柄兩位置所夾的銳角。3. 行程速比系數(shù)行程速比系數(shù) K0021211212180180ttttK111800KK或或3.3.3 壓力角和傳動角壓力角和傳動角 c1. 壓力角壓力角 ：作用在從動件上作用在從動件上 點(diǎn)的驅(qū)動力點(diǎn)的驅(qū)動力 與該點(diǎn)絕與該點(diǎn)絕對速度對速度 之間所夾的銳角。之間所

11、夾的銳角。CFc2. 傳動角傳動角 ：壓力角壓力角 的余角（即連桿和從動搖桿所夾的余角（即連桿和從動搖桿所夾的銳角）的銳角） 3.3.4 死點(diǎn)位置死點(diǎn)位置 c 如圖所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，如果以搖桿如圖所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，如果以搖桿3為原動件，為原動件，曲柄曲柄1為從動件，在搖桿擺到極限位置，連桿為從動件，在搖桿擺到極限位置，連桿2與曲柄與曲柄1兩兩次共線，從動件的傳動角次共線，從動件的傳動角 ，即連桿傳給曲柄的力，即連桿傳給曲柄的力通過鉸鏈中心，不論此力多大，均不能使曲柄轉(zhuǎn)動。機(jī)通過鉸鏈中心，不論此力多大，均不能使曲柄轉(zhuǎn)動。機(jī)構(gòu)的這種傳動角為零的位置稱為死點(diǎn)位置。構(gòu)的這種傳動角為零的位置稱為死點(diǎn)

12、位置。00c 當(dāng)機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置時，機(jī)構(gòu)的從動件將出現(xiàn)卡死或當(dāng)機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置時，機(jī)構(gòu)的從動件將出現(xiàn)卡死或運(yùn)動不確定現(xiàn)象。運(yùn)動不確定現(xiàn)象。 如圖所示的縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)，實際使用時常會出現(xiàn)踏如圖所示的縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)，實際使用時常會出現(xiàn)踏不動或倒車現(xiàn)象，在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，借助帶輪的慣性作用，不動或倒車現(xiàn)象，在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，借助帶輪的慣性作用，可以使曲柄順利通過死點(diǎn)位置?？梢允骨樌ㄟ^死點(diǎn)位置。 如圖所示的鉆床夾具，當(dāng)工件如圖所示的鉆床夾具，當(dāng)工件5被夾緊時，處于死點(diǎn)被夾緊時，處于死點(diǎn)位置可夾緊工件。位置可夾緊工件。 縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu) 鉆床夾具的夾緊機(jī)構(gòu)鉆床夾具的夾緊機(jī)構(gòu) 3.4平面四桿機(jī)構(gòu)

13、的設(shè)計平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計主要是根據(jù)給定的運(yùn)動條件，選平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計主要是根據(jù)給定的運(yùn)動條件，選擇機(jī)構(gòu)的類型和確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖中各構(gòu)件的尺寸。在設(shè)擇機(jī)構(gòu)的類型和確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖中各構(gòu)件的尺寸。在設(shè)計中還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)條件計中還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)條件(如合適的桿長比和運(yùn)動副結(jié)構(gòu)與尺如合適的桿長比和運(yùn)動副結(jié)構(gòu)與尺寸寸)，動力條件，動力條件(最小傳動角限制最小傳動角限制)等。等。 按照給定從動件的運(yùn)動規(guī)律設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)，即位置設(shè)計。按照給定從動件的運(yùn)動規(guī)律設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)，即位置設(shè)計。如要求從動件具有一定的急回特性，要求滿足某構(gòu)件占如要求從動件具有一定的急回特性，要求滿足某構(gòu)件占據(jù)幾個預(yù)定位置等

14、。據(jù)幾個預(yù)定位置等。 按照給定點(diǎn)的運(yùn)動軌跡設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)，即軌跡設(shè)計。如按照給定點(diǎn)的運(yùn)動軌跡設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)，即軌跡設(shè)計。如要求起重機(jī)吊鉤的軌跡為一直線，和面機(jī)的和面桿端按要求起重機(jī)吊鉤的軌跡為一直線，和面機(jī)的和面桿端按預(yù)定軌跡運(yùn)動等。預(yù)定軌跡運(yùn)動等。1. 按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計四桿機(jī)構(gòu) 3.4.1 圖解法設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)圖解法設(shè)計四桿機(jī)構(gòu) 已知條件：已知條件：行程速比系數(shù)行程速比系數(shù) ，搖桿長度，搖桿長度 及擺角及擺角 。K3l解：解：2. 按給定連桿位置設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)按給定連桿位置設(shè)計四桿機(jī)構(gòu) 造型機(jī)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計造型機(jī)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計 已知連桿兩個位置的設(shè)計已知連桿兩個位

15、置的設(shè)計 已知連桿三個位置的設(shè)計已知連桿三個位置的設(shè)計 給定連桿給定連桿3個位置的設(shè)計個位置的設(shè)計 解析法，就是以機(jī)構(gòu)參數(shù)來表達(dá)各構(gòu)件運(yùn)動間的函數(shù)解析法，就是以機(jī)構(gòu)參數(shù)來表達(dá)各構(gòu)件運(yùn)動間的函數(shù)關(guān)系，從而按給定條件求解出未知參數(shù)的解法。隨著計算關(guān)系，從而按給定條件求解出未知參數(shù)的解法。隨著計算機(jī)應(yīng)用的普及，計算機(jī)輔助設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)已成必然趨勢。機(jī)應(yīng)用的普及，計算機(jī)輔助設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)已成必然趨勢。3.4.2 解析法設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)解析法設(shè)計四桿機(jī)構(gòu) 3.4.3 實驗法設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)實驗法設(shè)計四桿機(jī)構(gòu) 按給定的運(yùn)動軌跡設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)時，常采用實驗法。按給定的運(yùn)動軌跡設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)時，常采用實驗法。 平面四桿機(jī)構(gòu)在運(yùn)動時，其連桿作復(fù)雜平面運(yùn)動，連平面四桿機(jī)構(gòu)在運(yùn)動時，其連桿作復(fù)雜平面運(yùn)動，連桿上任一點(diǎn)的運(yùn)動軌跡為封閉曲線，該封閉曲線稱為連桿桿上任一點(diǎn)的運(yùn)動軌跡為封閉曲線，該封閉曲線稱為連桿曲線。曲線。 l1=1 l2=2 l3=2.5 l4=3 人有了知識，就會具備各種分析能力，人有了知識，就會具備各種分析能力，明辨是非的能力。明辨是非的能力。所以我們要勤懇讀書，廣泛閱讀，所以我們要勤懇讀書，廣泛閱讀，古人