第三章平面連桿機(jī)構(gòu)

1、3.1 四桿機(jī)構(gòu)四桿機(jī)構(gòu)的的基本形式基本形式3.23.2 四桿機(jī)構(gòu)四桿機(jī)構(gòu)的基本特性的基本特性3.33.3 四桿機(jī)構(gòu)四桿機(jī)構(gòu)的演化的演化3.43.4 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.13.1 四桿機(jī)構(gòu)基本形式四桿機(jī)構(gòu)基本形式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：四個(gè)運(yùn)動(dòng)副均為轉(zhuǎn)動(dòng)副四個(gè)運(yùn)動(dòng)副均為轉(zhuǎn)動(dòng)副組成：組成： 機(jī)架、連桿、連架桿機(jī)架、連桿、連架桿機(jī)架：機(jī)架：固定不動(dòng)的構(gòu)件固定不動(dòng)的構(gòu)件ADAD連架桿：連架桿：直接與機(jī)架相連的構(gòu)直接與機(jī)架相連的構(gòu)件件ABAB、CDCD連桿：連桿：不與機(jī)架相連的構(gòu)件不與機(jī)架相連的構(gòu)件BCBC曲柄：曲柄：能作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的連架桿能作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的連架桿搖桿：搖桿：不能作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的

2、連架桿不能作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的連架桿1B2C31B2C34AD連桿連桿連架桿連架桿連架桿連架桿機(jī)架機(jī)架1234ABCD曲柄曲柄搖桿搖桿( (擺桿擺桿) )( (周轉(zhuǎn)副周轉(zhuǎn)副) )( (擺轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副) )四桿機(jī)構(gòu)四桿機(jī)構(gòu)分類(lèi)分類(lèi)按連架桿不同運(yùn)動(dòng)形式分：按連架桿不同運(yùn)動(dòng)形式分：(1) (1) 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(2)(2) 雙曲柄機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)(3)(3) 雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)連桿連桿連架桿連架桿連架桿連架桿1234ABCD4AD23作機(jī)架曲柄搖桿機(jī)構(gòu)14AD23作機(jī)架雙搖桿機(jī)構(gòu)4AD1231作機(jī)架雙曲柄機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)4AD123(1) (1) 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：連架桿連

3、架桿1 1為曲柄，為曲柄，3 3為搖桿為搖桿運(yùn)動(dòng)變換：運(yùn)動(dòng)變換：轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)搖動(dòng)搖動(dòng)舉例：舉例：攪拌器機(jī)構(gòu)攪拌器機(jī)構(gòu)、雷達(dá)天線機(jī)構(gòu)雷達(dá)天線機(jī)構(gòu)、雨刮器雨刮器1234(2) (2) 雙曲柄機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：二連架桿均為曲柄二連架桿均為曲柄運(yùn)動(dòng)變換：運(yùn)動(dòng)變換：轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，通常二轉(zhuǎn)速不相等轉(zhuǎn)動(dòng)，通常二轉(zhuǎn)速不相等舉例：舉例：振動(dòng)篩機(jī)構(gòu)振動(dòng)篩機(jī)構(gòu)特殊雙曲柄機(jī)構(gòu)特殊雙曲柄機(jī)構(gòu)平行四邊形機(jī)構(gòu)平行四邊形機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：二曲柄等速二曲柄等速運(yùn)動(dòng)不確定問(wèn)題運(yùn)動(dòng)不確定問(wèn)題車(chē)門(mén)開(kāi)閉機(jī)構(gòu)車(chē)門(mén)開(kāi)閉機(jī)構(gòu)反平行四邊形機(jī)構(gòu)反平行四邊形機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：二曲柄轉(zhuǎn)向相反二曲柄轉(zhuǎn)向相反(3) (3) 雙搖

4、桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu) 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：二連架桿均為搖桿二連架桿均為搖桿運(yùn)動(dòng)變換：運(yùn)動(dòng)變換：擺動(dòng)擺動(dòng)擺動(dòng)擺動(dòng)舉例舉例: : 鶴式起重機(jī)鶴式起重機(jī)起重機(jī)特殊機(jī)構(gòu)特殊機(jī)構(gòu)等腰梯形機(jī)構(gòu)等腰梯形機(jī)構(gòu)實(shí)例實(shí)例: : 汽車(chē)前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)汽車(chē)前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3.2 平面平面四桿機(jī)構(gòu)的工作特性四桿機(jī)構(gòu)的工作特性1 1 曲柄存在條件曲柄存在條件2 2 急回特征急回特征3 3 壓力角壓力角4 4 死點(diǎn)死點(diǎn)連桿連桿連架桿連架桿連架桿連架桿1234ABCD1 1 曲柄存在條件曲柄存在條件曲柄存在條件：曲柄存在條件：1. 1. 最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和其余兩桿長(zhǎng)度之和2.

5、 2. 最短桿是連架桿或機(jī)架最短桿是連架桿或機(jī)架最短桿最短桿參與構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副都是參與構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副都是整周副整周副 其余均為擺轉(zhuǎn)副其余均為擺轉(zhuǎn)副推論推論1 1： 當(dāng)當(dāng)Lmax+Lmin L( (其余兩桿長(zhǎng)度之和其余兩桿長(zhǎng)度之和) )時(shí)時(shí)最短桿是連架桿之一最短桿是連架桿之一 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)最短桿是機(jī)架最短桿是機(jī)架 雙曲柄機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)最短桿是連桿最短桿是連桿 雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)推論推論2： 當(dāng)當(dāng)Lmax+Lmin L(其余兩桿長(zhǎng)度之和其余兩桿長(zhǎng)度之和)時(shí)時(shí) 雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)ABCDabcdlmax+lmin l余1+l余2雙曲柄機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)可能有曲柄機(jī)架是否最短構(gòu)件的

6、對(duì)邊最短構(gòu)件的鄰邊最短構(gòu)件四桿機(jī)構(gòu)類(lèi)型的判別四桿機(jī)構(gòu)類(lèi)型的判別當(dāng)回程所用時(shí)間小于工作行程所用時(shí)間時(shí)，稱(chēng)該機(jī)構(gòu)具有當(dāng)回程所用時(shí)間小于工作行程所用時(shí)間時(shí)，稱(chēng)該機(jī)構(gòu)具有急回特征急回特征極位夾角：極位夾角： 急回特性分析：急回特性分析： 1 = C 1 = 1 t1 =1800 + 2 = 1 t2 =1800 - t1 t2 , v2 v1行程速比系數(shù)行程速比系數(shù)K K 2 2 急回特征急回特征K=1, K=1, 無(wú)急回特性無(wú)急回特性qKqK急回特征越顯著急回特征越顯著1jB2C212v2v1 00212112122112180180tttCCtCCvvK/11180 KK 慢快v急回特性的應(yīng)用例：

7、急回特性的應(yīng)用例：牛頭刨牛頭刨工作要求工作要求B1C14ABCD231 外力作用方向外力作用方向與被推動(dòng)件在力的作用點(diǎn)處的與被推動(dòng)件在力的作用點(diǎn)處的絕對(duì)絕對(duì)速度方向速度方向間所夾的銳角。間所夾的銳角。傳動(dòng)角傳動(dòng)角是壓力角的余角是壓力角的余角ACBDvBF vcFFtFn1jABCD1234FvcAB134C12越小越小, ,傳力性能越好。傳力性能越好。越大越大, ,傳力性能越好。傳力性能越好。 cosFFt有效分力有效分力 sinFFn法向分力外力F傳動(dòng)角：傳動(dòng)角：連桿與從動(dòng)件所夾的銳角連桿與從動(dòng)件所夾的銳角 。 =90- 3 3 壓力角壓力角：最小傳動(dòng)角分析最小傳動(dòng)角分析死點(diǎn)死點(diǎn): :傳動(dòng)角

8、為零傳動(dòng)角為零 =0=0( (連桿與從動(dòng)件共線連桿與從動(dòng)件共線),),機(jī)構(gòu)頂死機(jī)構(gòu)頂死4 4 死點(diǎn)死點(diǎn)B1C1B2C24ABCD231Fv=00Fv=00=00C2B2=00BACB1C利用構(gòu)件慣性力利用構(gòu)件慣性力 實(shí)例實(shí)例: :家用縫紉機(jī)家用縫紉機(jī)采用多套機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列采用多套機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列 實(shí)例實(shí)例: :蒸汽機(jī)車(chē)車(chē)輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)蒸汽機(jī)車(chē)車(chē)輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu) 蒸汽機(jī)車(chē)兩側(cè)利用錯(cuò)位排列的兩套曲柄滑塊機(jī)構(gòu)使車(chē)輪聯(lián)蒸汽機(jī)車(chē)兩側(cè)利用錯(cuò)位排列的兩套曲柄滑塊機(jī)構(gòu)使車(chē)輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)死點(diǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)死點(diǎn)克服死點(diǎn)的措施克服死點(diǎn)的措施 GGEFEF實(shí)例實(shí)例: :飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)死點(diǎn)的利用死點(diǎn)的利用折疊家具機(jī)構(gòu)折疊家具

9、機(jī)構(gòu)=00動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)1 1 改變構(gòu)件的形狀和運(yùn)動(dòng)尺寸改變構(gòu)件的形狀和運(yùn)動(dòng)尺寸偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)心曲柄滑快機(jī)構(gòu)對(duì)心曲柄滑快機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)雙滑塊機(jī)構(gòu)雙滑塊機(jī)構(gòu) 正弦機(jī)構(gòu)正弦機(jī)構(gòu)s=l sin l3.3 四桿機(jī)構(gòu)四桿機(jī)構(gòu)的演化的演化3 3 選不同的構(gòu)件為機(jī)架選不同的構(gòu)件為機(jī)架偏心輪機(jī)構(gòu)偏心輪機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)314A2BC曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)314A2BC2 2 改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸牛頭刨床牛頭刨床小型刨床小型刨床應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例: :應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例B234C1A自卸卡車(chē)舉升機(jī)構(gòu)自

10、卸卡車(chē)舉升機(jī)構(gòu)ACB1234應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例B34C1A2應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例4A1B23C應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例13C4AB2A1C234B導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)314A2BC曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)314A2BC搖塊機(jī)構(gòu)搖塊機(jī)構(gòu)314A2BC選不同的構(gòu)件為機(jī)架選不同的構(gòu)件為機(jī)架314A2BC直動(dòng)滑桿機(jī)構(gòu)直動(dòng)滑桿機(jī)構(gòu)手搖唧筒手搖唧筒這種通過(guò)選擇不同構(gòu)件作為機(jī)架以獲得不同機(jī)構(gòu)的這種通過(guò)選擇不同構(gòu)件作為機(jī)架以獲得不同機(jī)構(gòu)的方法稱(chēng)為：方法稱(chēng)為：機(jī)構(gòu)的倒置機(jī)構(gòu)的倒置導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)314A2BC曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)314A2BC搖塊機(jī)構(gòu)搖塊機(jī)構(gòu)314A2BC選不同的構(gòu)件為機(jī)架選不同的構(gòu)件為機(jī)架偏心輪機(jī)構(gòu)偏心輪機(jī)

11、構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)( (擴(kuò)大回轉(zhuǎn)副擴(kuò)大回轉(zhuǎn)副) )偏心輪機(jī)構(gòu)偏心輪機(jī)構(gòu)偏心輪機(jī)構(gòu)（續(xù)）偏心輪機(jī)構(gòu)（續(xù)）對(duì)心式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)心式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏心輪機(jī)構(gòu)偏心輪機(jī)構(gòu)1B24AC3h=2lAB4C231BA B副擴(kuò)大曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)1B2C34AD曲線導(dǎo)軌曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲線導(dǎo)軌曲柄滑塊機(jī)構(gòu)lCD e 01B24AC3偏置式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)心式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)心式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)1B24AC3e3D1B2C4A對(duì)對(duì)CDCD桿等效轉(zhuǎn)化桿等效轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)動(dòng)副變成移動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副變成移動(dòng)副導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)選不同構(gòu)件作機(jī)架選不同構(gòu)件作機(jī)架機(jī)構(gòu)倒置機(jī)構(gòu)倒置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊

12、機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)變更機(jī)架變更機(jī)架曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)曲柄搖塊機(jī)構(gòu)曲柄搖塊機(jī)構(gòu)移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題 機(jī)構(gòu)選型機(jī)構(gòu)選型根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)要求選擇機(jī)構(gòu)根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)要求選擇機(jī)構(gòu)的類(lèi)型；的類(lèi)型；尺度綜合尺度綜合確定各構(gòu)件的尺度參數(shù)確定各構(gòu)件的尺度參數(shù)( (長(zhǎng)度尺寸長(zhǎng)度尺寸) )。 同時(shí)要滿(mǎn)足其他輔助條件：同時(shí)要滿(mǎn)足其他輔助條件：a)結(jié)構(gòu)條件（如要求有曲柄、桿長(zhǎng)比恰當(dāng)、運(yùn)動(dòng)副結(jié)構(gòu)合理等）;b)動(dòng)力條件（如min）;c)運(yùn)動(dòng)連續(xù)性條件等。3.4 3.4 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

13、ADCB飛機(jī)起落架飛機(jī)起落架BC（1 1）滿(mǎn)足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)，如）滿(mǎn)足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)，如: :飛機(jī)起飛機(jī)起落架、函數(shù)機(jī)構(gòu)。落架、函數(shù)機(jī)構(gòu)。函數(shù)機(jī)構(gòu)函數(shù)機(jī)構(gòu)要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角滿(mǎn)足函數(shù)滿(mǎn)足函數(shù) y=logxy=logxxy=logxABCD兩類(lèi)設(shè)計(jì)要求：兩類(lèi)設(shè)計(jì)要求：如如鑄造翻箱機(jī)構(gòu)鑄造翻箱機(jī)構(gòu)要求連桿在兩個(gè)位置要求連桿在兩個(gè)位置垂直地面且相差垂直地面且相差180180 CBABDC（2 2）滿(mǎn)足預(yù)定的連桿位置要求）滿(mǎn)足預(yù)定的連桿位置要求E 計(jì)算計(jì)算180180(K-1)/(K+1);(K-1)/(K+1);已知：已知：CDCD桿長(zhǎng)，擺角桿長(zhǎng)，

14、擺角及及K K， 設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。步驟如下：設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。步驟如下：任取一點(diǎn)任取一點(diǎn)D D，作等腰三角形，作等腰三角形 腰長(zhǎng)為腰長(zhǎng)為CDCD，夾角為，夾角為; ;作作C C2 2PCPC1 1C C2 2，作作C1PC1P使使作作P CP C1 1C C2 2的外接圓的外接圓，則則A A點(diǎn)必在此圓上。點(diǎn)必在此圓上。選定選定A A，設(shè)曲柄為，設(shè)曲柄為l l1 1 ，連桿為連桿為l l2 2 ，則則: :以以A A為圓心，為圓心，A C2A C2為半徑作弧交于為半徑作弧交于E,E,得：得： l1 =ECEC1 1/ 2 / 2 l l2 2 = A C = A C1 1ECEC1 1/ 2/ 2,A,A

15、 C2= =l2- - l1= = l1 =( A C=( A C1 1A CA C2 2)/)/ 2 C2C1P=90, ,交于交于P;P; 90-P A A C1= = l1+ +l2C1C2DA一、按給定的行程速比系數(shù)一、按給定的行程速比系數(shù)K K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)（1 1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)ADmn=D分析：分析：由于由于與導(dǎo)桿擺角與導(dǎo)桿擺角相等，設(shè)計(jì)此相等，設(shè)計(jì)此 機(jī)機(jī)構(gòu)時(shí)，僅需要確定曲柄構(gòu)時(shí)，僅需要確定曲柄 a a。計(jì)算計(jì)算180180(K-1)/(K+1);(K-1)/(K+1);任選任選D D作作mDnmDn，取取A A點(diǎn)，使得點(diǎn)，使得AD=d, AD=d, 則則

16、: : a=dsin(a=dsin(/2)/2)。=Ad作角分線作角分線; ;已知：機(jī)架長(zhǎng)度已知：機(jī)架長(zhǎng)度d d，K K，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。（2 2） 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)E222aeH已知已知K K，滑塊行程，滑塊行程H H，偏距，偏距e e，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu) 。計(jì)算計(jì)算: : 180180(K-1)/(K+1);(K-1)/(K+1);作作C1 C2 C1 C2 H H作射線作射線C1O C1O 使使C C2 2C C1 1O=90O=90, , 以以O(shè) O為圓心，為圓心，C1OC1O為半徑作圓。為半徑作圓。以以A A為圓心，為圓心，A C1A C1為半徑作弧交于為半徑作弧交于E,E,得：得：作射線作射線C2OC2O使使C C1 1C C2 2 O=90 O=90。 作偏距線作偏距線e e，交圓弧于，交圓弧于A A，即為所求。，即為所求。C1C2909