第8章 平面連桿機構及其設計

1、第8章 平面連桿機構及其設計8-1 8-1 連桿機構及其傳動特點連桿機構及其傳動特點8-2 8-2 平面四桿機構的類型和應用平面四桿機構的類型和應用8-3 8-3 平面四桿機構的基本知識平面四桿機構的基本知識8-4 8-4 平面四桿機構的設計平面四桿機構的設計8-5 8-5 多桿機構多桿機構8-1 8-1 連桿機構及其傳動特點連桿機構及其傳動特點n由若干個剛性構件通過低副連接而成的平面機構稱由若干個剛性構件通過低副連接而成的平面機構稱為為連桿機構連桿機構，又稱為，又稱為平面低副機構。平面低副機構。四桿機構擺動導桿機構n抽油機中的連桿機構抽油機中的連桿機構抽油機內燃機中的連桿機構內燃機中的連桿機

2、構內燃機縫紉機中的連桿機構縫紉機中的連桿機構縫紉機平面連桿機構的傳動優(yōu)點平面連桿機構的傳動優(yōu)點n1 1）平面連桿機構屬于低副機構，運動副為面接觸，）平面連桿機構屬于低副機構，運動副為面接觸，壓強小，承載能力大，耐沖擊，并且便于潤滑，磨壓強小，承載能力大，耐沖擊，并且便于潤滑，磨損小。損小。n2 2）在連桿機構中，在原動件的運動規(guī)律不變的條）在連桿機構中，在原動件的運動規(guī)律不變的條件下，可用改變各構件的相對長度來使從動件得到件下，可用改變各構件的相對長度來使從動件得到不同的運動規(guī)律。不同的運動規(guī)律。n3 3）通過改變各構件的相對長度可得到不同軌跡。）通過改變各構件的相對長度可得到不同軌跡。n4

3、4）制造方便易獲得較高的精度。）制造方便易獲得較高的精度。n5 5）兩構件之間的接觸是靠本身的幾何封閉來維系）兩構件之間的接觸是靠本身的幾何封閉來維系的，不需要力封閉。的，不需要力封閉。平面連桿機構的缺點平面連桿機構的缺點n1 1）不易精確地滿足各種運動規(guī)律和運動軌跡）不易精確地滿足各種運動規(guī)律和運動軌跡的要求；當機構復雜時累計誤差較大，同時的要求；當機構復雜時累計誤差較大，同時使機械效率降低，也影響其傳動精度。使機械效率降低，也影響其傳動精度。n2 2）慣性力不容易平衡，不適合于高速傳動。）慣性力不容易平衡，不適合于高速傳動。平面連桿機構設計的三類基本問題平面連桿機構設計的三類基本問題1）實

4、現(xiàn)構件給定位置）實現(xiàn)構件給定位置2）實現(xiàn)已知運動規(guī)律）實現(xiàn)已知運動規(guī)律3）實現(xiàn)已知運動軌跡）實現(xiàn)已知運動軌跡平面連桿機構的運動設計方法：平面連桿機構的運動設計方法：圖解法：圖解法：形象直觀，形象直觀，但精度較低但精度較低解析法：解析法：設計精度高，設計精度高，但不直觀。但不直觀。 低副所聯(lián)接的兩個構件之間的相對運動關系不低副所聯(lián)接的兩個構件之間的相對運動關系不因其中哪個構件是固定件而改變，這一特性稱因其中哪個構件是固定件而改變，這一特性稱為低副運動的可逆性。為低副運動的可逆性。補：低副運動的可逆性補：低副運動的可逆性8-2 8-2 平面四桿機構的類型和應用平面四桿機構的類型和應用1.1.四桿機

5、構的基本型式四桿機構的基本型式 鉸鏈四桿機構就是當平面四桿機構中的全部運鉸鏈四桿機構就是當平面四桿機構中的全部運動副均為動副均為轉動副轉動副時的四桿機構為鉸鏈四桿機構。時的四桿機構為鉸鏈四桿機構。 構件名稱構件名稱連架桿連架桿：與機架相連的構件稱為連架桿。：與機架相連的構件稱為連架桿。連架桿連架桿機架機架連架桿連架桿連桿連桿機架機架：固定不動的構件稱為機架。：固定不動的構件稱為機架。連桿連桿：不直接與機架相連的構件稱為連桿。：不直接與機架相連的構件稱為連桿。四桿機構整轉副（周轉副）整轉副（周轉副）組成轉動副的兩構件能作整周相對轉動的運組成轉動副的兩構件能作整周相對轉動的運動副。動副。擺動副（擺

6、轉副）擺動副（擺轉副）組成轉動副的兩構件不能相對作整周轉動的組成轉動副的兩構件不能相對作整周轉動的運動副。運動副。能繞其軸線轉能繞其軸線轉360的的連架桿連架桿。僅能繞其軸線作往復擺動的僅能繞其軸線作往復擺動的連架桿。連架桿。 曲柄曲柄搖桿搖桿連架桿連架桿鉸鏈四桿機構可分為三種基本型式：鉸鏈四桿機構可分為三種基本型式：（1）曲柄搖桿機構：）曲柄搖桿機構：1個曲柄、個曲柄、1個搖桿個搖桿（2）雙曲柄機構：）雙曲柄機構：2個曲柄個曲柄（3）雙搖桿機構：）雙搖桿機構：2個搖桿個搖桿（1 1）曲柄搖桿機構）曲柄搖桿機構： 若在鉸鏈四桿機構的兩連架桿中一為曲柄，若在鉸鏈四桿機構的兩連架桿中一為曲柄，另一

7、為搖桿，則此四桿機構稱為另一為搖桿，則此四桿機構稱為曲柄搖桿機曲柄搖桿機構。構。曲柄搖桿曲柄搖桿機構的應用曲柄搖桿機構的應用雷達天線機構攪拌機機構（2 2）雙曲柄機構）雙曲柄機構在鉸鏈四桿機構中若兩連架桿均為曲柄，則在鉸鏈四桿機構中若兩連架桿均為曲柄，則此四桿機構稱為此四桿機構稱為雙曲柄機構雙曲柄機構。雙曲柄機構雙曲柄機構的應用雙曲柄機構的應用慣性篩機構 在雙曲柄機構中，若相對兩桿的長度相等且平行，在雙曲柄機構中，若相對兩桿的長度相等且平行，兩曲柄的轉向相同，稱為平行四邊形機構。兩曲柄的轉向相同，稱為平行四邊形機構。a.a.平行四邊形機構：平行四邊形機構：平心四邊行機構平行四邊形機構的應用平行

8、四邊形機構的應用蒸汽機車驅動裝置 在雙曲柄機構中，若相對兩桿的長度相等，在雙曲柄機構中，若相對兩桿的長度相等，但不平行但不平行(BC(BC與與AD)AD)，兩曲柄轉向相反（，兩曲柄轉向相反（ABAB與與CDCD），稱為反平行四邊形機構。），稱為反平行四邊形機構。b.b.反平行四邊形機構：反平行四邊形機構：反平行四邊形機構車門開閉機構（3 3）雙搖桿機構）雙搖桿機構 若鉸鏈四桿機構的兩連架桿均為搖桿，若鉸鏈四桿機構的兩連架桿均為搖桿，則此四桿機構稱為則此四桿機構稱為雙搖桿機構雙搖桿機構。 雙搖桿機構雙搖桿機構的應用雙搖桿機構的應用鶴式起重機機構2.2.平面四桿機構的演化型式平面四桿機構的演化型式

9、（1 1）改變構件的形狀和運動尺寸）改變構件的形狀和運動尺寸 （改變桿的相對長度，使轉動副變?yōu)橐苿痈保ǜ淖儣U的相對長度，使轉動副變?yōu)橐苿痈保﹏ 曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構C3AB124e偏置曲柄滑塊機構偏置曲柄滑塊機構 （ e 0)e 0)對心曲柄滑塊機構對心曲柄滑塊機構 (e = 0)(e = 0)對心曲柄滑塊機構對心曲柄滑塊機構變連桿變連桿為滑塊為滑塊正弦機構正弦機構雙滑塊機構雙滑塊機構連桿尺寸連桿尺寸為無窮大為無窮大從動件從動件3的位移與原的位移與原動件動件1的轉角成正比：的轉角成正比：sinABls 移動副可認為是回移動副可認為是回轉中心在無窮遠處轉中心在無窮遠處的轉動副演化而來的轉動

10、副演化而來含兩個移動副的四桿機構含兩個移動副的四桿機構曲柄移動導桿機構（曲柄移動導桿機構（正弦機構）sinas聯(lián)軸器雙轉塊機構雙滑塊機構雙滑塊機構應用雙滑塊機構應用 縫紉機針桿機構橢圓儀機構ly正切機構y=l tg偏心輪機構偏心輪機構曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構當曲柄當曲柄AB的尺寸較小時，由的尺寸較小時，由于結構需要，常將曲柄作成幾于結構需要，常將曲柄作成幾何中心與回轉中心不重合的圓何中心與回轉中心不重合的圓盤，稱此圓盤為盤，稱此圓盤為偏心輪偏心輪。幾何中心與回轉中心間的距離幾何中心與回轉中心間的距離稱為稱為偏心距，等于曲柄長。偏心距，等于曲柄長。轉動副轉動副B的的半徑擴大超半徑擴大超過曲柄長過

11、曲柄長（2）改變運動副的尺寸（偏心輪機構）改變運動副的尺寸（偏心輪機構）偏心輪機構變化鉸鏈四桿機構的機架變化鉸鏈四桿機構的機架(0360)(0360)(360)(360)1234ABCD雙曲柄機構雙曲柄機構(0360)(0360)(360)(360)1234ABDC雙搖桿機構雙搖桿機構(0360)(0360)(360)1234ABCD(BC(ABBC)轉動導桿機構（ABeba+ebae當 e=0時 ba2.行程速度變化系數(shù)行程速度變化系數(shù)（1）. 機構極位（機構極位（極限位極限位置）置）：曲柄回轉一周，與連：曲柄回轉一周，與連桿兩次共線，此時搖桿分別桿兩次共線，此時搖桿分別處于兩個位置，稱為機

12、構極處于兩個位置，稱為機構極位。位。（2）. 極位夾角：機構在兩極位夾角：機構在兩個極位時，原動件所處兩個個極位時，原動件所處兩個位置之間所夾的銳角位置之間所夾的銳角稱為極稱為極位夾角。位夾角。實際上，極位夾角不一定是實際上，極位夾角不一定是銳角。銳角。一般一般K2，q q為銳角。為銳角。（3）. 急回運動：急回運動：q180121DCDCq180221DCDC121t2t 曲柄等速轉動情況下，搖桿往復擺動的平均速度一快一慢，曲柄等速轉動情況下，搖桿往復擺動的平均速度一快一慢，機構的這種運動性質稱為急回運動。機構的這種運動性質稱為急回運動。搖桿搖桿C點平均速度點平均速度2v1v曲柄搖桿機構急回

13、qq00212112122112180180/tttCCtCCvvK（4）. 行程速比系數(shù)行程速比系數(shù)K為表明急回運動程度，用反正行程速比系數(shù)為表明急回運動程度，用反正行程速比系數(shù)K來衡量：來衡量：q q角愈大，角愈大，K值愈大，急回運動性質愈顯著。值愈大，急回運動性質愈顯著。一般一般K2，q q為銳角為銳角11-1800KKqAB2C2B1C1e21qw1曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構對心曲柄滑塊機構對心曲柄滑塊機構00，沒有急回運動，沒有急回運動偏置曲柄滑塊機構偏置曲柄滑塊機構0 0，有急回運動，有急回運動對心曲柄滑塊機構與偏置曲柄滑塊機構的比較對心曲柄滑塊機構與偏置曲柄滑塊機構的比較對心曲柄滑

14、塊偏置曲柄滑塊擺動導桿機構的急回運動擺動導桿機構的急回運動ADBq=12w1擺動導桿機構有急回特性的機構：有急回特性的機構：部分曲柄搖桿機構、偏置曲柄滑塊機構、部分曲柄搖桿機構、偏置曲柄滑塊機構、擺動導桿機構、具有曲柄的多桿機構擺動導桿機構、具有曲柄的多桿機構無急回特性的機構：無急回特性的機構：正弦機構、對心曲柄滑塊機構、平行四正弦機構、對心曲柄滑塊機構、平行四邊形機構邊形機構機構急回的作用：節(jié)省空回時間，提高工作效率。機構急回的作用：節(jié)省空回時間，提高工作效率。注意：注意：急回具有方向性急回具有方向性gFtFFnvcgADBCB2C2maxB1C1min3.鉸鏈四桿機構的傳動角和死點鉸鏈四桿

15、機構的傳動角和死點（1）壓力角和傳動角）壓力角和傳動角機構壓力角機構壓力角 機構從動件上機構從動件上力的作用線與力作用點的絕對速力的作用線與力作用點的絕對速度之間所夾的銳角度之間所夾的銳角，即機構在此位置的壓力角，即機構在此位置的壓力角 。傳動角傳動角g g： 機構壓力角的余角稱為機構在此位置的傳動角。機構壓力角的余角稱為機構在此位置的傳動角。g 90 機構常用傳動角大小及變化來衡量機構傳力性能的好壞。機構常用傳動角大小及變化來衡量機構傳力性能的好壞。5040ming；，；，gg設計時 g40高速和大功率 g50n機構在運轉過程中，傳動角機構在運轉過程中，傳動角 隨機構的位隨機構的位置不同而變

16、化，為保證置不同而變化，為保證機構的傳力效果，機構的傳力效果， 40mingg壓力角bcadcb2)(arccos2221g)90(2)(arccos222222DCBbcadcbg曲柄搖桿機構：曲柄搖桿機構： g gmin出現(xiàn)在曲柄與機出現(xiàn)在曲柄與機架共線的兩位置之一。架共線的兩位置之一。最小傳動角的位置：最小傳動角的位置：)90(2)(arccos180222222DCBbcadcbg或),min(21mingggbaeggmin補：在偏置曲柄滑塊機構中，當原動件為曲柄時，補：在偏置曲柄滑塊機構中，當原動件為曲柄時， g gmin出現(xiàn)出現(xiàn)的位置。的位置。beaeaxxbxarccoscos

17、minmaxggg最小。最大時，當 x（2）死點）死點B1C1B2C2ADBC 曲柄搖桿機構：若以搖桿曲柄搖桿機構：若以搖桿CD為主動件，則當為主動件，則當連桿與連桿與曲柄共線時曲柄共線時，機構傳動角為零，這時，機構傳動角為零，這時CD通過連桿作用于通過連桿作用于從動件從動件AB上的力恰好通過其回轉中心，出現(xiàn)不能使構件上的力恰好通過其回轉中心，出現(xiàn)不能使構件AB轉動而轉動而“頂死頂死”的現(xiàn)象，機構的這種位置稱為死點。的現(xiàn)象，機構的這種位置稱為死點。曲柄滑塊機構的死點位置曲柄滑塊機構的死點位置出現(xiàn)死點位置的條件：出現(xiàn)死點位置的條件：（1）用有極限位置的構件作原動件；）用有極限位置的構件作原動件；

18、（2）當原動件處于極限位置時，連桿與從動件共線。）當原動件處于極限位置時，連桿與從動件共線。判斷下列機構中有沒有死點位置。判斷下列機構中有沒有死點位置。傳動機構中使機構通過死點的措施：傳動機構中使機構通過死點的措施：措施一：采用將兩個以上的并列機構錯位組合的方法，即使當其措施一：采用將兩個以上的并列機構錯位組合的方法，即使當其中一個機構處于死點位置時，另一個并列機構不處于死點位置。中一個機構處于死點位置時，另一個并列機構不處于死點位置。措施二：采用安裝飛輪加大慣性的方法，措施二：采用安裝飛輪加大慣性的方法，借慣性作用使機構闖過通過死點位置。借慣性作用使機構闖過通過死點位置。機車車輪聯(lián)動機構機車

19、車輪聯(lián)動機構縫紉機腳踏板機構縫紉機腳踏板機構利用死點實現(xiàn)特定工作要求的機構示例：利用死點實現(xiàn)特定工作要求的機構示例：工件夾緊機構飛機起落架機構機構的極位和死點位置的關系：機構的極位和死點位置的關系：是機構的同一位置，所不同的僅是機構的原動件不同；是機構的同一位置，所不同的僅是機構的原動件不同；當原動件與連桿共線時為極位；當原動件與連桿共線時為極位；當從動件與連桿共線時為死點。當從動件與連桿共線時為死點。4.鉸鏈四桿機構的連桿曲線鉸鏈四桿機構的連桿曲線連桿平面上的每一點描述出一條曲線稱為連桿曲線。連桿平面上的每一點描述出一條曲線稱為連桿曲線。攪拌機機構攪拌機機構單直線形單直線形拉膠片拉膠片5.鉸

20、鏈四桿機構的運動連續(xù)性鉸鏈四桿機構的運動連續(xù)性指連桿機構在運動過程中，能否連續(xù)實現(xiàn)給定的各個位置。指連桿機構在運動過程中，能否連續(xù)實現(xiàn)給定的各個位置。曲柄搖桿機構例例11、連桿設計的基本問題、連桿設計的基本問題8-4 平面四桿機構的設計平面四桿機構的設計平面連桿機構設計的三類基本問題平面連桿機構設計的三類基本問題1）滿足預定的連桿位置要求）滿足預定的連桿位置要求2）滿足預定的運動規(guī)律要求）滿足預定的運動規(guī)律要求3）滿足預定的軌跡要求）滿足預定的軌跡要求鶴式起重機機構鶴式起重機機構攪拌機攪拌機ABCDc12b12a. 分析分析幾何特點：幾何特點：活動鉸活動鉸鏈軌跡圓上任意兩點連線的鏈軌跡圓上任意

21、兩點連線的垂直平分線必過回轉中心垂直平分線必過回轉中心(固定鉸鏈點固定鉸鏈點)。b. 設計設計B1B2C1C22、作圖法設計四桿機構、作圖法設計四桿機構 圖解法：直觀、簡單、快捷。圖解法：直觀、簡單、快捷。 解析法：精確，但不直觀。解析法：精確，但不直觀。（1 1）按連桿預定的位置設計四桿機構）按連桿預定的位置設計四桿機構 1 1）已知活動鉸鏈中心的位置）已知活動鉸鏈中心的位置C1C2B1B2b12c12A點所在線點所在線D點所在線點所在線AD 已知連桿兩位置已知連桿兩位置 無窮解。要唯一解需另加條件無窮解。要唯一解需另加條件 已知連桿三位置已知連桿三位置B2ADC2C3B3b23c23C1B

22、1b12c23 唯一解唯一解 已知連桿四位置已知連桿四位置 無解無解B2C2C3B3C1B1C4B42）. 已知固定鉸鏈中心位置已知固定鉸鏈中心位置（連桿位置用連桿平面上任意兩點表示）（連桿位置用連桿平面上任意兩點表示）a. 問題問題（已知連桿位置及固定鉸鏈找活動鉸鏈已知連桿位置及固定鉸鏈找活動鉸鏈采采用轉換機架法，把用轉換機架法，把EF看做機架）看做機架）b. 相對運動分析相對運動分析站在機架上看：站在機架上看：B點饒點饒A點點順時針順時針轉動，轉動，C點饒點饒D點點順時針順時針轉動。轉動。站在連桿上觀察：站在連桿上觀察：從位置從位置1到位置到位置2，C2B2E1DF2E2F1AB1C1AB

23、C增大，增大， BCD減小，即減小，即A點饒點饒B點點順時針順時針轉動，轉動，D點饒點饒C點點順時針順時針轉動。轉動。(avi)(avi)連桿運動1連桿運動2E1F2E2F1B1C1B2C2ADDA11d12a12E1F2E2F1B1C1B2C2ADA2D2d12a12(avi)c. 設計設計 兩對應位置兩對應位置E1F2E2F1B1C1B2C2ADDA11d12a12E1ADE2F1F2A1D1B1C1C2B2 三對應位置三對應位置E1ADE2F1F2C2B2F3A2D2E3B1C1a23a12d12d23設計步驟：設計步驟：1. 連接連接E3A、F3D 、E2A、F2D(或或E1A、F1D ）；）；2. 剛化剛化E3F3DA 、E2F2DA(或或E1F1DA)，3.并將并將E3F3 和和E2F2分別分別重合于重合于E1F1 ，得到，得到A3、D3 和和 A2 、D2 點；點；5.連接連接AB1、DC1、B1C1、B1E1和和C1F1得所需機構。得所需機構。4.連接連接AA2 、A2A3 、DD2 和和D2D3 、并分別作其垂直平分線，得交點并分別作其垂直平分線，得交點 B1和和C1；6.根據圖中線長，乘以比例尺得到各構件尺寸。根據圖中線長，乘以比例尺得到各構件尺寸。A3D3（2）. 按兩連架桿預定的對應角位移設計四桿機構按兩連架桿預定的對應角位移設