第八章平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計1課件

第8章平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計第8章平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計1

本章要求掌握平面連桿機構(gòu)的組成及特點，平面連桿機構(gòu)的基本型式及其演化和應(yīng)用，曲柄存在條件、傳動角、死點、急回運動、行程速比系數(shù)等基本概念以及設(shè)計平面四桿機構(gòu)的方法。本章要求掌握平面連桿機構(gòu)的組成及特點，平面連桿機構(gòu)的2重點：平面鉸鏈四桿機構(gòu)的演化；難點：曲柄存在條件的全面分析、平面多桿機構(gòu)的傳動角和平面四桿機構(gòu)最小傳動角的確定。重點：平面鉸鏈四桿機構(gòu)的演化；3§8-1概述一、連桿機構(gòu)的意義二、連桿機構(gòu)的分類三、平面連桿機構(gòu)的優(yōu)點四、平面連桿機構(gòu)的缺點§8-1概述一、連桿機構(gòu)的意義4一、連桿機構(gòu)的意義

由若干個構(gòu)件通過低副(Lower-pair)連接而組成的機構(gòu)稱為連桿機構(gòu)，又稱為低副機構(gòu)。一、連桿機構(gòu)的意義由若干個構(gòu)件通過低副(Lower-5抽油機中的連桿機構(gòu)抽油機中的連桿機構(gòu)6內(nèi)燃機中的連桿機構(gòu)內(nèi)燃機中的連桿機構(gòu)7縫紉機中的連桿機構(gòu)縫紉機中的連桿機構(gòu)8連桿機構(gòu)是一種應(yīng)用十分廣泛的機構(gòu)，人造衛(wèi)星太陽能板的展開機構(gòu)，機械手的傳動機構(gòu)，折疊傘的收放機構(gòu)以及人體假肢等等，都是連桿機構(gòu)。曲柄滑塊機構(gòu)、鉸鏈四桿機構(gòu)、導桿機構(gòu)是最常見的連桿機構(gòu)型式。連桿機構(gòu)是一種應(yīng)用十分廣泛的機構(gòu)，人造衛(wèi)星太陽能板的9這些機構(gòu)的共同特點是其原動件1的運動都要經(jīng)過一個不直接與機架相聯(lián)的中間構(gòu)件2才能傳動從動件3，這個不直接與機架相聯(lián)的中間構(gòu)件稱為連桿，而把具有連桿的這些機構(gòu)統(tǒng)稱為連桿機構(gòu)。這些機構(gòu)的共同特點是其原動件1的運動都要經(jīng)過一個不直10二、連桿機構(gòu)的分類所有構(gòu)件均在相互平行的平面內(nèi)運動的連桿機構(gòu)，稱為平面連桿機構(gòu)。1、平面連桿機構(gòu)(planarlinkage)二、連桿機構(gòu)的分類所有構(gòu)件均在相互平行的平面內(nèi)運動的連11

所有構(gòu)件不全在相互平行的平面內(nèi)運動的連桿機構(gòu)，稱為空間連桿機構(gòu)。2、空間連桿機構(gòu)(speciallinkage)所有構(gòu)件不全在相互平行的平面內(nèi)運動的連桿機構(gòu)，稱為空12三、平面連桿機構(gòu)的優(yōu)點1、平面連桿機構(gòu)屬于低副機構(gòu)，運動副為面接觸，壓強小，承載能力大，耐沖擊，并且便于潤滑，磨損小。2、其運動副元素多為平面或圓柱面，制造比較容易，而且靠其本身的幾何封閉來保證構(gòu)件運動，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。

3、可以實現(xiàn)不同的運動規(guī)律和特點軌跡要求。三、平面連桿機構(gòu)的優(yōu)點1、平面連桿機構(gòu)屬于低副機構(gòu)，運動副為131）用于受力較大的挖掘機，破碎機1）用于受力較大的挖掘機，破碎機142）用于實現(xiàn)各種不同的運動規(guī)律要求2）用于實現(xiàn)各種不同的運動規(guī)律要求15四、平面連桿機構(gòu)的缺點1、當機構(gòu)復(fù)雜時累計誤差較大，影響其傳動精度。2、慣性力不容易平衡，不適合于高速傳動。3、不易精確地滿足各種運動規(guī)律和運動軌跡的要求。四、平面連桿機構(gòu)的缺點1、當機構(gòu)復(fù)雜時累計誤差較大，影響其傳16平面連桿機構(gòu)中，其構(gòu)件多呈桿狀，故常簡稱為“桿”。連桿機構(gòu)又可根據(jù)機構(gòu)中所含桿數(shù)而命名，如：四桿機構(gòu)、五桿機構(gòu)、六桿機構(gòu)、多桿機構(gòu)等。近年來國內(nèi)外在連桿機構(gòu)的研究方面都有長足的發(fā)展，不再限于單自由度四桿機構(gòu)的研究，也注重多自由度、多桿機構(gòu)的分析和綜合。例如：多自由的的機械手；四足、六足步行機等，已經(jīng)不限于運動學的范圍，還注重動力學方面的研究。平面連桿機構(gòu)中，其構(gòu)件多呈桿狀，故常簡稱為“桿”。連17由于計算機的普及，很多智能化軟件為平面連桿機構(gòu)的設(shè)計和研究奠定了基礎(chǔ)，連桿機構(gòu)的應(yīng)用前景也很廣泛。平面連桿機構(gòu)中最簡單、應(yīng)用最廣的是四桿機構(gòu)，其他多桿機構(gòu)都是在它的基礎(chǔ)上擴充而成的，本章重點討論四桿機構(gòu)及其設(shè)計。由于計算機的普及，很多智能化軟件為平面連桿機構(gòu)的設(shè)計和18§8-2平面四桿機構(gòu)的基本類型和應(yīng)用一、平面四桿機構(gòu)的基本類型及應(yīng)用二、平面四桿機構(gòu)的演化§8-2平面四桿機構(gòu)的基本類型和應(yīng)用一、平面四桿機構(gòu)的基本19鉸鏈四桿機構(gòu)

鉸鏈四桿機構(gòu)就是當平面四桿機構(gòu)中的全部運動副均為轉(zhuǎn)動副時的四桿機構(gòu)為鉸鏈四桿機構(gòu)。鉸鏈四桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)就是當平面四桿機構(gòu)中的全20

構(gòu)件名稱連架桿：與機架相連的構(gòu)件稱為連架桿。連架桿機架連架桿連桿能繞其軸線轉(zhuǎn)360o的連架桿。僅能繞其軸線作往復(fù)擺動的連架桿。曲柄搖桿連架桿機架：固定不動的構(gòu)件稱為機架。連桿：不直接與機架相連的構(gòu)件稱為連桿。構(gòu)件名稱連架桿：與機架相連的構(gòu)件稱為連架桿。連21一、平面四桿機構(gòu)的基本類型及應(yīng)用1、曲柄搖桿機構(gòu)2、雙曲柄機構(gòu)3、雙搖桿機構(gòu)一、平面四桿機構(gòu)的基本類型及應(yīng)用1、曲柄搖桿機構(gòu)221、曲柄搖桿機構(gòu)：若在鉸鏈四桿機構(gòu)的兩連架桿中一為曲柄，另一為搖桿，則此四桿機構(gòu)稱為曲柄搖桿機構(gòu)。1、曲柄搖桿機構(gòu)：若在鉸鏈四桿機構(gòu)的兩連架桿中一為曲23曲柄搖桿機構(gòu)的應(yīng)用顎式破碎機機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)的應(yīng)用顎式破碎機機構(gòu)24雷達天線機構(gòu)攪拌機機機構(gòu)雷達天線機構(gòu)攪拌機機機構(gòu)252、雙曲柄機構(gòu)在鉸鏈四桿機構(gòu)中若兩連架桿均為曲柄，則此四桿機構(gòu)稱為雙曲柄機構(gòu)。2、雙曲柄機構(gòu)在鉸鏈四桿機構(gòu)中若兩連架桿均為曲柄，則26雙曲柄機構(gòu)的應(yīng)用慣性篩機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)的應(yīng)用慣性篩機構(gòu)27在雙曲柄機構(gòu)中，若相對兩桿的長度相等且平行，兩曲柄的轉(zhuǎn)向相同，稱為平行四邊形機構(gòu)。（1）平行四邊形機構(gòu)：在雙曲柄機構(gòu)中，若相對兩桿的長度相等且平行，兩曲柄的28平行四邊形機構(gòu)的應(yīng)用蒸汽機車驅(qū)動裝置攝影升降機構(gòu)平行四邊形機構(gòu)的應(yīng)用蒸汽機車驅(qū)動裝置攝影升降機構(gòu)29在雙曲柄機構(gòu)中，若相對兩桿的長度相等，但不平行(BC與AD)，兩曲柄轉(zhuǎn)向相反（AB與CD），稱為反平行四邊形機構(gòu)。（2）反平行四邊形機構(gòu)：車門開閉機構(gòu)在雙曲柄機構(gòu)中，若相對兩桿的長度相等，但不平行(BC303、雙搖桿機構(gòu)若鉸鏈四桿機構(gòu)的兩連架桿均為搖桿，則此四桿機構(gòu)稱為雙搖桿機構(gòu)。3、雙搖桿機構(gòu)若鉸鏈四桿機構(gòu)的兩連架桿均為搖桿，則此31雙搖桿機構(gòu)的應(yīng)用鶴式起重機機機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)的應(yīng)用鶴式起重機機機構(gòu)32等腰梯形機構(gòu)：在雙搖桿機構(gòu)中若兩搖桿長度相等，則稱為等腰梯形機構(gòu)。汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)等腰梯形機構(gòu)：在雙搖桿機構(gòu)中若兩搖桿長度相等，則稱為等腰梯形33二、平面四桿機構(gòu)的演化1、改變相對桿長、轉(zhuǎn)動副演化為移動副曲柄滑塊機構(gòu)C3AB124e二、平面四桿機構(gòu)的演化1、改變相對桿長、轉(zhuǎn)動副演化為移動副34偏置曲柄滑塊機構(gòu)（e>0)對心曲柄滑塊機構(gòu)(e=0)偏置曲柄滑塊機構(gòu)（e>0)對心曲柄滑塊機構(gòu)(e35對心曲柄滑塊機構(gòu)偏置曲柄滑塊機構(gòu)對心曲柄滑塊機構(gòu)偏置曲柄滑塊機構(gòu)362、選用不同構(gòu)件為機架（1）變化鉸鏈四桿機構(gòu)的機架(0~360°)(0~360°)(<360°)(<360°)1234ABCD雙曲柄機構(gòu)(0~360°)(0~360°)(<360°)(<360°)1234ABDC雙搖桿機構(gòu)(0~360°)(0~360°)(<360°)1234ABCD(<360°)整周轉(zhuǎn)動副曲柄搖桿機構(gòu)2、選用不同構(gòu)件為機架（1）變化鉸鏈四桿機構(gòu)的機架(0~3637曲柄搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)38（2）變化單移動副機構(gòu)的機架曲柄滑塊機構(gòu)BA1234C曲柄搖塊機構(gòu)導桿機構(gòu)定塊機構(gòu)（2）變化單移動副機構(gòu)的機架曲柄滑塊機構(gòu)BA1234C曲柄搖39轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)BA1234C擺動導桿機構(gòu)3A124CB導桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)BA1234C擺動導桿機構(gòu)3A124CB導桿機構(gòu)40刨床機構(gòu)轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)(AB<BC)擺動導桿機構(gòu)(AB>BC)刨床機構(gòu)轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)(AB<BC)擺動導桿機構(gòu)(AB>BC)41曲柄搖塊機構(gòu)曲柄搖塊機構(gòu)42移動導桿機構(gòu)（定塊機構(gòu)）移動導桿機構(gòu)（定塊機構(gòu)）43（3）變化雙移動副機構(gòu)的機架（帶二個滑塊）雙滑塊機構(gòu)（3）變化雙移動副機構(gòu)的機架（帶二個滑塊）雙滑塊機構(gòu)44正弦機構(gòu)正弦機構(gòu)45雙滑塊機構(gòu)雙轉(zhuǎn)塊機構(gòu)雙滑塊機構(gòu)雙轉(zhuǎn)塊機構(gòu)46雙滑塊機構(gòu)應(yīng)用

縫紉機針桿機構(gòu)橢圓儀機構(gòu)雙滑塊機構(gòu)應(yīng)用縫紉機針桿機構(gòu)橢圓儀機構(gòu)47雙轉(zhuǎn)塊機構(gòu)雙轉(zhuǎn)塊機構(gòu)48偏心輪機構(gòu)3、擴大轉(zhuǎn)動副徑向尺寸偏心輪機構(gòu)3、擴大轉(zhuǎn)動副徑向尺寸49§8-3平面四桿機構(gòu)的基本知識一、鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄的條件二、壓力角和傳動角三、急回運動和行程速比系數(shù)四、機構(gòu)的死點位置§8-3平面四桿機構(gòu)的基本知識一、鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄的條件50一、鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄的條件由△B2C2D

a+d≤b+c(1)由△B1C1Db≤(d-a)+c或c≤(d-a)+b即a+b≤d+c(2)a+c≤b+d(3)a≤dC2A1a4b3cdBDa≤ca≤ba為最短桿一、鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄的條件由△B2C2Da+d≤b+51鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄的條件1、桿長條件：最短桿和最長桿長度之和小于或等于其它兩桿長度之和。2、最短桿是連架桿或機架。（組成周轉(zhuǎn)副的兩桿中必一個是最短桿）鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄的條件1、桿長條件：最短桿和最長桿長度之和52滿足桿長條件即：最短桿+最長桿小于或等于其余兩桿長度之和。若取最短桿為連架桿時：曲柄搖桿機構(gòu)。滿足桿長條件即：最短桿+最長桿小于或等于其余兩桿長度之和。若53若取最短桿為機架時：雙曲柄機構(gòu)。若取最短桿為連桿時，即最短桿相對的桿為機架：雙搖桿機構(gòu)。若取最短桿為機架時：雙曲柄機構(gòu)。若取最短桿為連桿時，即最短54不滿足桿長條件即：最短桿加最長桿大于其余兩桿長度之和，則鉸鏈四桿機構(gòu)無論取哪桿為機架均無曲柄存在，只能得到雙搖桿機構(gòu)。不滿足桿長條件即：最短桿加最長桿大于其余兩桿長度之和，則鉸鏈55在鉸鏈四桿機構(gòu)中：鉸鏈四桿機構(gòu)的類型與尺寸之間的關(guān)系：2以最短桿為機架，則此機構(gòu)為雙曲柄機構(gòu)；以最短桿的相鄰構(gòu)件為機架，則此機構(gòu)為以最短桿為曲柄的曲柄搖桿機構(gòu)；且：13以最短桿的對邊構(gòu)件為機架，則此機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)。（1）如果最短桿與最長桿的長度之和小于或等于其它兩桿長度之和——滿足桿長和條件（2）如果最短桿與最長桿的長度之和大于其它兩桿長度之和（不滿足桿長和條件），則不論選哪個構(gòu)件為機架，都為雙搖桿機構(gòu)。在鉸鏈四桿機構(gòu)中：鉸鏈四桿機構(gòu)的類型與尺寸之間的關(guān)系：2以最56二、壓力角和傳動角1、壓力角(pressureangle)從動件CD受的力F的作用線與力作用點C的絕對速度vc所夾銳角，稱為此位置的壓力角。

在不計摩擦力、重力、慣性力的條件下，機構(gòu)中驅(qū)使輸出件運動的力的方向線與輸出件上受力點的速度方向線所夾的銳角。vcF1ABCD234二、壓力角和傳動角1、壓力角(pressureangle)57vcFF1F21ABCD234由力的分解：沿著速度方向的有效分力垂直于Ft的分力vcFF1F21ABCD234由力的分解：垂直于Ft的分力58vcFF1F21ABCD234力F2只能使鉸鏈C、D產(chǎn)生壓軸力，希望它越小越好；力F1越大，推動機構(gòu)的有效分力就越大，傳力效果就越好，即越小越好。因此，對連桿機構(gòu)中的壓力角提出了限制，最大不能超過40°～50°，即：<[]=40°～50°vcFF1F21ABCD234力F2只能使鉸鏈C、59vcFF1F21ABCD234越小，受力越好。越大，受力越好。2、傳動角(transmissionangle）

壓力角的余角稱為機構(gòu)在此位置的傳動角。

=90o-

vcFF1F21ABCD234越小，受力越好。越大，受力越好60ACBDvBFFvcaAB134Cb2vcABC12FFvB3B123ACACBDvBFFvcaAB134Cb2vcABC12FFv61機構(gòu)在運轉(zhuǎn)過程中，傳動角隨機構(gòu)的位置不同而變化，為保證機構(gòu)的傳力效果，機構(gòu)在運轉(zhuǎn)過程中，傳動角隨機構(gòu)的位置不同而變化，為保62平面四桿機構(gòu)的最小傳動角位置原動件為AB當為銳角時，傳動角4vcABCDF123當為鈍角時，傳動角fF1vcDFCABF21234abcd在三角形ABD中：BD2=a2+d2-2adcos(1)在三角形BCD中：BD2=b2+c2-2bccos(2)平面四桿機構(gòu)的最小傳動角位置原動件為AB當為銳角時，傳動角463(1)=(2)得：是隨各桿長和原動件轉(zhuǎn)角的變化而變化的。在三角形ABD中：BD2=a2+d2-2adcos(1)在三角形BCD中：BD2=b2+c2-2bccos(2)(1)=(2)得：是隨各桿長和原動件轉(zhuǎn)角的變化而變化的。64

設(shè)a、b、c、d各桿長確定當=0°時，即曲柄與機架重疊共線，cos=+1,取最小值。設(shè)a、b、c、d各桿長確定65當=180°時，即曲柄與機架拉直共線，cos=-1,取最大值。當=180°時，即曲柄與機架拉直共線，cos=-1,66

曲柄搖桿機構(gòu)的最小傳動角γmin必出現(xiàn)在曲柄與機架共線的兩個位置上，即為min或max時的兩個位置，比較這兩個位置傳動角，即可求出最小傳動角γmin。即：γ'min

=min

γ

"min=180°-max曲柄搖桿機構(gòu)的最小傳動角γmin必出現(xiàn)在曲柄與機架674vcABCDF123以AB為原動件的曲柄搖桿機構(gòu)，當曲柄和機架處于兩共線位置時，連桿和輸出件的夾角最小和最大（）。B2DAC2B1C14vcABCDF123以AB為原動件的曲柄搖桿機構(gòu)，68曲柄滑塊機構(gòu)γmin何時出現(xiàn)？FvcDB1C1342aAB1CbeC1A23B4曲柄滑塊機構(gòu)γmin何時出現(xiàn)？FvcDB1C1342aAB169導桿機構(gòu)vB3F圖1B123AC圖2B4Ad12aC3evB3F導桿機構(gòu)vB3F圖1B123AC圖2B4Ad12aC3evB70三、急回運動和行程速比系數(shù)1、極位夾角2、急回運動(quick-returnmotion)三、急回運動和行程速比系數(shù)1、極位夾角711、極位夾角曲柄搖桿機構(gòu)中曲柄與連桿兩次共線位置時曲柄之間所夾銳角稱為極位夾角。當AB與BC兩次共線時，輸出件CD處于兩極限位置。搖桿在兩極限位置所夾角稱為擺角。極位夾角：當搖桿處于兩極限位置時，對應(yīng)的曲柄位置線所夾的銳角。B2C2B1C1A21C34BDabcd擺角極位夾角1、極位夾角曲柄搖桿機構(gòu)中曲柄與連桿兩次共線位置時曲72B2C2B1C1曲柄轉(zhuǎn)角對應(yīng)的時間搖桿點C的平均速度A21C34BDabcd擺角極位夾角v1v2))2、急回運動(quick-returnmotion)t1>t2v2>v1B2C2B1C1曲柄轉(zhuǎn)角對應(yīng)的時間搖桿點C的A21C34BD73在曲柄等速回轉(zhuǎn)的情況下，搖桿往復(fù)擺動速度快慢不同的運動，稱為急回運動。v2>v1為了衡量搖桿急回作用的程度，用行程速比系數(shù)表示.在曲柄等速回轉(zhuǎn)的情況下，搖桿往復(fù)擺動速度快慢不同的743、行程速比系數(shù)(coefficientoftravelspeedvariation)

k為了衡量搖桿急回作用的程度，把從動件往復(fù)擺動平均速度的比值（大于1）稱為行程速比系數(shù)，即3、行程速比系數(shù)(coefficientoftravel75由極為夾角θ為由極為夾角θ為76

四桿機構(gòu)有無急回運動，取決于曲柄與連桿共線位置的夾角，即有無極位夾角，不論是何種機構(gòu)，只要機構(gòu)在運行過程中具有極位夾角，則該機構(gòu)就具有急回作用。角越大，則K值越大，說明急回運動的性質(zhì)也越顯著。四桿機構(gòu)有無急回運動，取決于曲柄與連桿共線位置的夾角77四、機構(gòu)的死點位置

指從動件的傳動角=0°(或=90°)時機構(gòu)所處的位置。（不考慮構(gòu)件的重力、慣性力和運動副中的摩擦力的影響）1、死點(deadpoint)位置四、機構(gòu)的死點位置指從動件的傳動角=0°(或=78B2C2vB踏板縫紉機主運動機構(gòu)腳AB1C1DFB畫出壓力角1C234ABDabcdvBFBB2C2vB踏板縫紉機主運動機構(gòu)腳AB1C1DFB畫出壓力79

對于曲柄搖桿機構(gòu)，當搖桿1為主動件，當連桿與曲柄共線時的位置，即：搖桿處于兩個極限位置時，經(jīng)過連桿2傳給從動曲柄3的驅(qū)動力F，通過曲柄的轉(zhuǎn)動中心A。對從動曲柄3的有效力矩為零，故不能推動曲柄轉(zhuǎn)動,機構(gòu)處于卡死位置，機構(gòu)的這種位置稱為死點位置。此時傳動角=0°（或=90°）。對于曲柄搖桿機構(gòu)，當搖桿1為主動件，當連桿與曲柄共線80機構(gòu)是否有死點位置與哪一構(gòu)件為主動件有關(guān)。曲柄搖桿機構(gòu)，當曲柄為主動件時無死點位置，但有極限位置，當搖桿為主動件時有死點位置。機構(gòu)是否有死點位置與哪一構(gòu)件為主動件有關(guān)。曲柄搖桿機構(gòu)，當曲81曲柄滑塊機構(gòu)，當以滑塊3為主動件時有死點位置。曲柄滑塊機構(gòu)，當以滑塊3為主動件時有死點位置。82平行四邊形機構(gòu)，連桿與曲柄共線時傳動角為0°（轉(zhuǎn)向點），從動曲柄可能向正反兩個方向轉(zhuǎn)動，機構(gòu)運動不確定，平行四邊形機構(gòu)可能變成反平行四邊形機構(gòu)。平行四邊形機構(gòu)，連桿與曲柄共線時傳動角為0°（轉(zhuǎn)向83雙搖桿機構(gòu)，也有死點位置，在實際設(shè)計中常采用限制擺桿的角度來避免死點位置。雙搖桿機構(gòu)，也有死點位置，在實際設(shè)計中常采用限制擺桿的角度來84死點位置的克服辦法例：縫紉機借助于帶輪的慣性通過死點。（1）利用飛輪慣性來克服死點位置死點位置的克服辦法例：縫紉機借助于帶輪的慣性通過死點。（1）85蒸汽機車車輪聯(lián)動機構(gòu)，左右車輪兩組曲柄滑塊機構(gòu)中，曲柄AB與A’B’位置錯開90°。（2）利用機構(gòu)錯位排列法來克服死點位置。蒸汽機車車輪聯(lián)動機構(gòu)，左右車輪兩組曲柄滑塊機構(gòu)中，862、死點位置在機構(gòu)中的作用鉆床工件夾緊機構(gòu)飛機起落架機構(gòu)2、死點位置在機構(gòu)中的作用鉆床工件夾緊機構(gòu)飛機起落架機構(gòu)87第8章平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計第8章平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計88

本章要求掌握平面連桿機構(gòu)的組成及特點，平面連桿機構(gòu)的基本型式及其演化和應(yīng)用，曲柄存在條件、傳動角、死點、急回運動、行程速比系數(shù)等基本概念以及設(shè)計平面四桿機構(gòu)的方法。本章要求掌握平面連桿機構(gòu)的組成及特點，平面連桿機構(gòu)的89重點：平面鉸鏈四桿機構(gòu)的演化；難點：曲柄存在條件的全面分析、平面多桿機構(gòu)的傳動角和平面四桿機構(gòu)最小傳動角的確定。重點：平面鉸鏈四桿機構(gòu)的演化；90§8-1概述一、連桿機構(gòu)的意義二、連桿機構(gòu)的分類三、平面連桿機構(gòu)的優(yōu)點四、平面連桿機構(gòu)的缺點§8-1概述一、連桿機構(gòu)的意義91一、連桿機構(gòu)的意義

由若干個構(gòu)件通過低副(Lower-pair)連接而組成的機構(gòu)稱為連桿機構(gòu)，又稱為低副機構(gòu)。一、連桿機構(gòu)的意義由若干個構(gòu)件通過低副(Lower-92抽油機中的連桿機構(gòu)抽油機中的連桿機構(gòu)93內(nèi)燃機中的連桿機構(gòu)內(nèi)燃機中的連桿機構(gòu)94縫紉機中的連桿機構(gòu)縫紉機中的連桿機構(gòu)95連桿機構(gòu)是一種應(yīng)用十分廣泛的機構(gòu)，人造衛(wèi)星太陽能板的展開機構(gòu)，機械手的傳動機構(gòu)，折疊傘的收放機構(gòu)以及人體假肢等等，都是連桿機構(gòu)。曲柄滑塊機構(gòu)、鉸鏈四桿機構(gòu)、導桿機構(gòu)是最常見的連桿機構(gòu)型式。連桿機構(gòu)是一種應(yīng)用十分廣泛的機構(gòu)，人造衛(wèi)星太陽能板的96這些機構(gòu)的共同特點是其原動件1的運動都要經(jīng)過一個不直接與機架相聯(lián)的中間構(gòu)件2才能傳動從動件3，這個不直接與機架相聯(lián)的中間構(gòu)件稱為連桿，而把具有連桿的這些機構(gòu)統(tǒng)稱為連桿機構(gòu)。這些機構(gòu)的共同特點是其原動件1的運動都要經(jīng)過一個不直97二、連桿機構(gòu)的分類所有構(gòu)件均在相互平行的平面內(nèi)運動的連桿機構(gòu)，稱為平面連桿機構(gòu)。1、平面連桿機構(gòu)(planarlinkage)二、連桿機構(gòu)的分類所有構(gòu)件均在相互平行的平面內(nèi)運動的連98

所有構(gòu)件不全在相互平行的平面內(nèi)運動的連桿機構(gòu)，稱為空間連桿機構(gòu)。2、空間連桿機構(gòu)(speciallinkage)所有構(gòu)件不全在相互平行的平面內(nèi)運動的連桿機構(gòu)，稱為空99三、平面連桿機構(gòu)的優(yōu)點1、平面連桿機構(gòu)屬于低副機構(gòu)，運動副為面接觸，壓強小，承載能力大，耐沖擊，并且便于潤滑，磨損小。2、其運動副元素多為平面或圓柱面，制造比較容易，而且靠其本身的幾何封閉來保證構(gòu)件運動，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。

3、可以實現(xiàn)不同的運動規(guī)律和特點軌跡要求。三、平面連桿機構(gòu)的優(yōu)點1、平面連桿機構(gòu)屬于低副機構(gòu)，運動副為1001）用于受力較大的挖掘機，破碎機1）用于受力較大的挖掘機，破碎機1012）用于實現(xiàn)各種不同的運動規(guī)律要求2）用于實現(xiàn)各種不同的運動規(guī)律要求102四、平面連桿機構(gòu)的缺點1、當機構(gòu)復(fù)雜時累計誤差較大，影響其傳動精度。2、慣性力不容易平衡，不適合于高速傳動。3、不易精確地滿足各種運動規(guī)律和運動軌跡的要求。四、平面連桿機構(gòu)的缺點1、當機構(gòu)復(fù)雜時累計誤差較大，影響其傳103平面連桿機構(gòu)中，其構(gòu)件多呈桿狀，故常簡稱為“桿”。連桿機構(gòu)又可根據(jù)機構(gòu)中所含桿數(shù)而命名，如：四桿機構(gòu)、五桿機構(gòu)、六桿機構(gòu)、多桿機構(gòu)等。近年來國內(nèi)外在連桿機構(gòu)的研究方面都有長足的發(fā)展，不再限于單自由度四桿機構(gòu)的研究，也注重多自由度、多桿機構(gòu)的分析和綜合。例如：多自由的的機械手；四足、六足步行機等，已經(jīng)不限于運動學的范圍，還注重動力學方面的研究。平面連桿機構(gòu)中，其構(gòu)件多呈桿狀，故常簡稱為“桿”。連104由于計算機的普及，很多智能化軟件為平面連桿機構(gòu)的設(shè)計和研究奠定了基礎(chǔ)，連桿機構(gòu)的應(yīng)用前景也很廣泛。平面連桿機構(gòu)中最簡單、應(yīng)用最廣的是四桿機構(gòu)，其他多桿機構(gòu)都是在它的基礎(chǔ)上擴充而成的，本章重點討論四桿機構(gòu)及其設(shè)計。由于計算機的普及，很多智能化軟件為平面連桿機構(gòu)的設(shè)計和105§8-2平面四桿機構(gòu)的基本類型和應(yīng)用一、平面四桿機構(gòu)的基本類型及應(yīng)用二、平面四桿機構(gòu)的演化§8-2平面四桿機構(gòu)的基本類型和應(yīng)用一、平面四桿機構(gòu)的基本106鉸鏈四桿機構(gòu)

鉸鏈四桿機構(gòu)就是當平面四桿機構(gòu)中的全部運動副均為轉(zhuǎn)動副時的四桿機構(gòu)為鉸鏈四桿機構(gòu)。鉸鏈四桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)就是當平面四桿機構(gòu)中的全107

構(gòu)件名稱連架桿：與機架相連的構(gòu)件稱為連架桿。連架桿機架連架桿連桿能繞其軸線轉(zhuǎn)360o的連架桿。僅能繞其軸線作往復(fù)擺動的連架桿。曲柄搖桿連架桿機架：固定不動的構(gòu)件稱為機架。連桿：不直接與機架相連的構(gòu)件稱為連桿。構(gòu)件名稱連架桿：與機架相連的構(gòu)件稱為連架桿。連108一、平面四桿機構(gòu)的基本類型及應(yīng)用1、曲柄搖桿機構(gòu)2、雙曲柄機構(gòu)3、雙搖桿機構(gòu)一、平面四桿機構(gòu)的基本類型及應(yīng)用1、曲柄搖桿機構(gòu)1091、曲柄搖桿機構(gòu)：若在鉸鏈四桿機構(gòu)的兩連架桿中一為曲柄，另一為搖桿，則此四桿機構(gòu)稱為曲柄搖桿機構(gòu)。1、曲柄搖桿機構(gòu)：若在鉸鏈四桿機構(gòu)的兩連架桿中一為曲110曲柄搖桿機構(gòu)的應(yīng)用顎式破碎機機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)的應(yīng)用顎式破碎機機構(gòu)111雷達天線機構(gòu)攪拌機機機構(gòu)雷達天線機構(gòu)攪拌機機機構(gòu)1122、雙曲柄機構(gòu)在鉸鏈四桿機構(gòu)中若兩連架桿均為曲柄，則此四桿機構(gòu)稱為雙曲柄機構(gòu)。2、雙曲柄機構(gòu)在鉸鏈四桿機構(gòu)中若兩連架桿均為曲柄，則113雙曲柄機構(gòu)的應(yīng)用慣性篩機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)的應(yīng)用慣性篩機構(gòu)114在雙曲柄機構(gòu)中，若相對兩桿的長度相等且平行，兩曲柄的轉(zhuǎn)向相同，稱為平行四邊形機構(gòu)。（1）平行四邊形機構(gòu)：在雙曲柄機構(gòu)中，若相對兩桿的長度相等且平行，兩曲柄的115平行四邊形機構(gòu)的應(yīng)用蒸汽機車驅(qū)動裝置攝影升降機構(gòu)平行四邊形機構(gòu)的應(yīng)用蒸汽機車驅(qū)動裝置攝影升降機構(gòu)116在雙曲柄機構(gòu)中，若相對兩桿的長度相等，但不平行(BC與AD)，兩曲柄轉(zhuǎn)向相反（AB與CD），稱為反平行四邊形機構(gòu)。（2）反平行四邊形機構(gòu)：車門開閉機構(gòu)在雙曲柄機構(gòu)中，若相對兩桿的長度相等，但不平行(BC1173、雙搖桿機構(gòu)若鉸鏈四桿機構(gòu)的兩連架桿均為搖桿，則此四桿機構(gòu)稱為雙搖桿機構(gòu)。3、雙搖桿機構(gòu)若鉸鏈四桿機構(gòu)的兩連架桿均為搖桿，則此118雙搖桿機構(gòu)的應(yīng)用鶴式起重機機機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)的應(yīng)用鶴式起重機機機構(gòu)119等腰梯形機構(gòu)：在雙搖桿機構(gòu)中若兩搖桿長度相等，則稱為等腰梯形機構(gòu)。汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)等腰梯形機構(gòu)：在雙搖桿機構(gòu)中若兩搖桿長度相等，則稱為等腰梯形120二、平面四桿機構(gòu)的演化1、改變相對桿長、轉(zhuǎn)動副演化為移動副曲柄滑塊機構(gòu)C3AB124e二、平面四桿機構(gòu)的演化1、改變相對桿長、轉(zhuǎn)動副演化為移動副121偏置曲柄滑塊機構(gòu)（e>0)對心曲柄滑塊機構(gòu)(e=0)偏置曲柄滑塊機構(gòu)（e>0)對心曲柄滑塊機構(gòu)(e122對心曲柄滑塊機構(gòu)偏置曲柄滑塊機構(gòu)對心曲柄滑塊機構(gòu)偏置曲柄滑塊機構(gòu)1232、選用不同構(gòu)件為機架（1）變化鉸鏈四桿機構(gòu)的機架(0~360°)(0~360°)(<360°)(<360°)1234ABCD雙曲柄機構(gòu)(0~360°)(0~360°)(<360°)(<360°)1234ABDC雙搖桿機構(gòu)(0~360°)(0~360°)(<360°)1234ABCD(<360°)整周轉(zhuǎn)動副曲柄搖桿機構(gòu)2、選用不同構(gòu)件為機架（1）變化鉸鏈四桿機構(gòu)的機架(0~36124曲柄搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)125（2）變化單移動副機構(gòu)的機架曲柄滑塊機構(gòu)BA1234C曲柄搖塊機構(gòu)導桿機構(gòu)定塊機構(gòu)（2）變化單移動副機構(gòu)的機架曲柄滑塊機構(gòu)BA1234C曲柄搖126轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)BA1234C擺動導桿機構(gòu)3A124CB導桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)BA1234C擺動導桿機構(gòu)3A124CB導桿機構(gòu)127刨床機構(gòu)轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)(AB<BC)擺動導桿機構(gòu)(AB>BC)刨床機構(gòu)轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)(AB<BC)擺動導桿機構(gòu)(AB>BC)128曲柄搖塊機構(gòu)曲柄搖塊機構(gòu)129移動導桿機構(gòu)（定塊機構(gòu)）移動導桿機構(gòu)（定塊機構(gòu)）130（3）變化雙移動副機構(gòu)的機架（帶二個滑塊）雙滑塊機構(gòu)（3）變化雙移動副機構(gòu)的機架（帶二個滑塊）雙滑塊機構(gòu)131正弦機構(gòu)正弦機構(gòu)132雙滑塊機構(gòu)雙轉(zhuǎn)塊機構(gòu)雙滑塊機構(gòu)雙轉(zhuǎn)塊機構(gòu)133雙滑塊機構(gòu)應(yīng)用

縫紉機針桿機構(gòu)橢圓儀機構(gòu)雙滑塊機構(gòu)應(yīng)用縫紉機針桿機構(gòu)橢圓儀機構(gòu)134雙轉(zhuǎn)塊機構(gòu)雙轉(zhuǎn)塊機構(gòu)135偏心輪機構(gòu)3、擴大轉(zhuǎn)動副徑向尺寸偏心輪機構(gòu)3、擴大轉(zhuǎn)動副徑向尺寸136§8-3平面四桿機構(gòu)的基本知識一、鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄的條件二、壓力角和傳動角三、急回運動和行程速比系數(shù)四、機構(gòu)的死點位置§8-3平面四桿機構(gòu)的基本知識一、鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄的條件137一、鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄的條件由△B2C2D

a+d≤b+c(1)由△B1C1Db≤(d-a)+c或c≤(d-a)+b即a+b≤d+c(2)a+c≤b+d(3)a≤dC2A1a4b3cdBDa≤ca≤ba為最短桿一、鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄的條件由△B2C2Da+d≤b+138鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄的條件1、桿長條件：最短桿和最長桿長度之和小于或等于其它兩桿長度之和。2、最短桿是連架桿或機架。（組成周轉(zhuǎn)副的兩桿中必一個是最短桿）鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄的條件1、桿長條件：最短桿和最長桿長度之和139滿足桿長條件即：最短桿+最長桿小于或等于其余兩桿長度之和。若取最短桿為連架桿時：曲柄搖桿機構(gòu)。滿足桿長條件即：最短桿+最長桿小于或等于其余兩桿長度之和。若140若取最短桿為機架時：雙曲柄機構(gòu)。若取最短桿為連桿時，即最短桿相對的桿為機架：雙搖桿機構(gòu)。若取最短桿為機架時：雙曲柄機構(gòu)。若取最短桿為連桿時，即最短141不滿足桿長條件即：最短桿加最長桿大于其余兩桿長度之和，則鉸鏈四桿機構(gòu)無論取哪桿為機架均無曲柄存在，只能得到雙搖桿機構(gòu)。不滿足桿長條件即：最短桿加最長桿大于其余兩桿長度之和，則鉸鏈142在鉸鏈四桿機構(gòu)中：鉸鏈四桿機構(gòu)的類型與尺寸之間的關(guān)系：2以最短桿為機架，則此機構(gòu)為雙曲柄機構(gòu)；以最短桿的相鄰構(gòu)件為機架，則此機構(gòu)為以最短桿為曲柄的曲柄搖桿機構(gòu)；且：13以最短桿的對邊構(gòu)件為機架，則此機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)。（1）如果最短桿與最長桿的長度之和小于或等于其它兩桿長度之和——滿足桿長和條件（2）如果最短桿與最長桿的長度之和大于其它兩桿長度之和（不滿足桿長和條件），則不論選哪個構(gòu)件為機架，都為雙搖桿機構(gòu)。在鉸鏈四桿機構(gòu)中：鉸鏈四桿機構(gòu)的類型與尺寸之間的關(guān)系：2以最143二、壓力角和傳動角1、壓力角(pressureangle)從動件CD受的力F的作用線與力作用點C的絕對速度vc所夾銳角，稱為此位置的壓力角。

在不計摩擦力、重力、慣性力的條件下，機構(gòu)中驅(qū)使輸出件運動的力的方向線與輸出件上受力點的速度方向線所夾的銳角。vcF1ABCD234二、壓力角和傳動角1、壓力角(pressureangle)144vcFF1F21ABCD234由力的分解：沿著速度方向的有效分力垂直于Ft的分力vcFF1F21ABCD234由力的分解：垂直于Ft的分力145vcFF1F21ABCD234力F2只能使鉸鏈C、D產(chǎn)生壓軸力，希望它越小越好；力F1越大，推動機構(gòu)的有效分力就越大，傳力效果就越好，即越小越好。因此，對連桿機構(gòu)中的壓力角提出了限制，最大不能超過40°～50°，即：<[]=40°～50°vcFF1F21ABCD234力F2只能使鉸鏈C、146vcFF1F21ABCD234越小，受力越好。越大，受力越好。2、傳動角(transmissionangle）

壓力角的余角稱為機構(gòu)在此位置的傳動角。

=90o-

vcFF1F21ABCD234越小，受力越好。越大，受力越好147ACBDvBFFvcaAB134Cb2vcABC12FFvB3B123ACACBDvBFFvcaAB134Cb2vcABC12FFv148機構(gòu)在運轉(zhuǎn)過程中，傳動角隨機構(gòu)的位置不同而變化，為保證機構(gòu)的傳力效果，機構(gòu)在運轉(zhuǎn)過程中，傳動角隨機構(gòu)的位置不同而變化，為保149平面四桿機構(gòu)的最小傳動角位置原動件為AB當為銳角時，傳動角4vcABCDF123當為鈍角時，傳動角fF1vcDFCABF21234abcd在三角形ABD中：BD2=a2+d2-2adcos(1)在三角形BCD中：BD2=b2+c2-2bccos(2)平面四桿機構(gòu)的最小傳動角位置原動件為AB當為銳角時，傳動角4150(1)=(2)得：是隨各桿長和原動件轉(zhuǎn)角的變化而變化的。在三角形ABD中：BD2=a2+d2-2adcos(1)在三角形BCD中：BD2=b2+c2-2bccos(2)(1)=(2)得：是隨各桿長和原動件轉(zhuǎn)角的變化而變化的。151

設(shè)a、b、c、d各桿長確定當=0°時，即曲柄與機架重疊共線，cos=+1,取最小值。設(shè)a、b、c、d各桿長確定152當=180°時，即曲柄與機架拉直共線，cos=-1,取最大值。當=180°時，即曲柄與機架拉直共線，cos=-1,153

曲柄搖桿機構(gòu)的最小傳動角γmin必出現(xiàn)在曲柄與機架共線的兩個位置上，即為min或max時的兩個位置，比較這兩個位置傳動角，即可求出最小傳動角γmin。即：γ'min

=min

γ

"min=180°-max曲柄搖桿機構(gòu)的最小傳動角γmin必出現(xiàn)在曲柄與機架1544vcABCDF123以AB為原動件的曲柄搖桿機構(gòu)，當曲柄和機架處于兩共線位置時，連桿和輸出件的夾角最小和最大（）。B2DAC2B1C14vcABCDF123以AB為原動件的曲柄搖桿機構(gòu)，155曲柄滑塊機構(gòu)γmin何時出現(xiàn)？FvcDB1C1342aAB1CbeC1A23B4曲柄滑塊機構(gòu)γmin何時出現(xiàn)？FvcDB1C1342aAB1156導桿機構(gòu)vB3F圖1B123AC圖2B4Ad12aC3evB3F導桿機構(gòu)vB3F圖1B123AC圖2B4Ad12aC3evB157三、急回運動和行程速比系數(shù)1、極位夾角2、急回運動(quick-returnmotion)三、急回運動和行程速比系數(shù)1、極位夾角1581、極位夾角曲柄搖桿機構(gòu)中曲柄與連桿兩次共線位置時曲柄之間所夾銳角稱為極位夾角。當AB與BC兩次共線時，輸出件CD處于兩極限位置。搖桿在兩極限位置所夾角稱為擺角。極位夾角：當搖