第三章平面連桿機(jī)構(gòu)

第三章平面連桿機(jī)構(gòu)第四節(jié)多桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)第一節(jié)四桿機(jī)構(gòu)的基本形式第二節(jié)

四桿機(jī)構(gòu)的基本特性第三節(jié)四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

學(xué)習(xí)目的與要求：了解平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及機(jī)構(gòu)的演化；了解常見機(jī)構(gòu)的應(yīng)用場合，會判斷機(jī)構(gòu)的類型，理解機(jī)構(gòu)的基本特性，基本掌握用圖解法設(shè)計(jì)四桿機(jī)。學(xué)習(xí)目的與要求

主要內(nèi)容：本章主要介紹平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型、應(yīng)用場合和基本特性。學(xué)習(xí)重點(diǎn)與難點(diǎn)：重點(diǎn)是理解四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及機(jī)構(gòu)的演化和各種機(jī)構(gòu)的應(yīng)用場合，會判斷機(jī)構(gòu)的類型，難點(diǎn)是理解四桿機(jī)構(gòu)的基本特性和用圖解法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)。平面連桿機(jī)構(gòu)引言

日常生活和工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中廣泛應(yīng)用的各種機(jī)械設(shè)備，都是人們按需要將各種機(jī)構(gòu)（零件）組合在一起，來完成各式各樣的任務(wù)以滿足人們生活和生產(chǎn)的需要。圖4-1為牛頭刨床的實(shí)物外形圖。牛頭刨床點(diǎn)擊播放3-01圖3-1牛頭刨床實(shí)物圖牛頭刨床點(diǎn)擊播放3-02機(jī)構(gòu)示意圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖牛頭刨床的擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)示意圖圖3-2擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)是將若干構(gòu)件用低副（轉(zhuǎn)動副動畫3-03和移動副動畫3-04）連接起來并作平面運(yùn)動的機(jī)構(gòu)，也稱低副機(jī)構(gòu)。

由于低副為面接觸，故傳力時壓強(qiáng)低、磨損量小，且易于加工和保證精度，能方便地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動、擺動和移動這些基本運(yùn)動形式及其相互間的轉(zhuǎn)換等。平面連桿機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是：由于低副中存在著間隙，將不可避免地引起機(jī)構(gòu)的運(yùn)動誤差；此外，它不容易實(shí)現(xiàn)精確復(fù)雜的運(yùn)動規(guī)律。

簡單的平面連桿機(jī)構(gòu)是由四個構(gòu)件用低副連接而成的，簡稱四桿機(jī)構(gòu)動畫3-05。它應(yīng)用廣泛，是組成多桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)。平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式2）轉(zhuǎn)變運(yùn)動形式的傳動機(jī)構(gòu)如牛頭刨床的橫向進(jìn)刀機(jī)構(gòu)，擺動→轉(zhuǎn)動；縫紉機(jī)上的踏板機(jī)構(gòu)點(diǎn)擊播放，擺動→轉(zhuǎn)動；平面連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用：

1）向較遠(yuǎn)處傳遞運(yùn)動的操縱機(jī)構(gòu)動畫3-06

，如自行車手閘機(jī)構(gòu)、車床和汽車上的離合器的操縱機(jī)構(gòu)；3）直接進(jìn)行工作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)如汽車前窗的刮雨器機(jī)構(gòu)，公共汽車的開門機(jī)構(gòu)點(diǎn)擊播放等。平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式1.曲柄搖桿機(jī)構(gòu)2.雙曲柄機(jī)構(gòu)3.雙搖桿機(jī)構(gòu)

根據(jù)連架桿運(yùn)動形式的不同，可分為三種基本形式。4—機(jī)架1,3—連架桿→定軸轉(zhuǎn)動2—連桿→平面運(yùn)動組成：→固定不動作整周轉(zhuǎn)動—曲柄作往復(fù)擺動—搖桿連架桿1機(jī)架4連架桿3連桿2基本型式－鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)點(diǎn)擊播放，其它四桿機(jī)構(gòu)都是由它演變得到的可動畫演示3-07平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式曲柄搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用——破碎機(jī)平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu)點(diǎn)擊播放曲柄主動ABDC1243平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式2143縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)點(diǎn)擊播放3-083124平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式跑步器（點(diǎn)擊播放3-09）平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式雙曲柄機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的兩個連架桿均為曲柄時，稱為雙曲柄機(jī)構(gòu)圖4-16雙曲柄機(jī)構(gòu)點(diǎn)擊播放3-10平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式圖4-17雙曲柄機(jī)構(gòu)——慣性篩點(diǎn)擊播放3-11平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式雙曲柄機(jī)構(gòu)應(yīng)用--插床機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式在雙曲柄機(jī)構(gòu)中，若相對的兩桿長度分別相等時，則稱為平行雙曲柄機(jī)構(gòu)。圖4-18平行雙曲柄機(jī)構(gòu)點(diǎn)擊播放3-12平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式

圖4-19機(jī)車車輪聯(lián)動機(jī)構(gòu)點(diǎn)擊播放3-13平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式點(diǎn)擊播放實(shí)物3-14圖4-20天平機(jī)構(gòu)點(diǎn)擊播放3-15平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式圖4-22車門啟閉機(jī)構(gòu)點(diǎn)擊播放動畫平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式引體向上訓(xùn)練器（點(diǎn)擊播放3-16）平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式若鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的兩個連架桿均為搖桿，則稱為雙搖桿機(jī)構(gòu)圖4-23雙搖桿機(jī)構(gòu)點(diǎn)擊播放3-17平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式圖4-24港口起重機(jī)點(diǎn)擊播放3-18平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式圖4-25飛機(jī)起落架點(diǎn)擊播放動畫3-19平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式ABDCE特例：等腰梯形機(jī)構(gòu)－汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)ABDCEABDCE面包車后窗機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式圖3-17可逆式座椅圖3-18搖頭風(fēng)扇傳動機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式剪板機(jī)點(diǎn)擊播放動畫3-20平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式

通過分析，可得出鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在的條件是：（1）最短桿與最長桿的長度之和小于或等于其余兩桿長度之和。（桿長條件）（2）連架桿或機(jī)架中必有一桿為最短桿。平面四桿機(jī)構(gòu)類型的判別幻燈片281、先判斷機(jī)構(gòu)是否滿足桿長條件，如不滿足，則該機(jī)構(gòu)是雙搖桿機(jī)構(gòu)；2、如滿足桿長條件，要看何桿為機(jī)架。最短桿為機(jī)架，機(jī)構(gòu)是雙曲柄機(jī)構(gòu)點(diǎn)擊播放3-21；最短桿的鄰桿為機(jī)架，機(jī)構(gòu)是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)點(diǎn)擊播放3-22；最短桿的對桿為機(jī)架，機(jī)構(gòu)是雙搖桿機(jī)構(gòu)點(diǎn)擊播放3-23。平面四桿機(jī)構(gòu)類型的判別判斷鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是何種機(jī)構(gòu)的方法:平面四桿機(jī)構(gòu)類型的判別凡含有移動副的四桿機(jī)構(gòu)，稱為滑塊四桿機(jī)構(gòu)，簡稱滑塊機(jī)構(gòu)。按機(jī)構(gòu)中滑塊的數(shù)目，可分為單滑塊機(jī)構(gòu)和雙滑塊機(jī)構(gòu)。點(diǎn)擊播放3-25-1點(diǎn)擊播放3-24滑塊四桿機(jī)構(gòu)圖4-31單滑塊機(jī)構(gòu)圖4-32雙滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)用點(diǎn)擊播放3-25-2圖4-33偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)點(diǎn)擊播放3-26點(diǎn)擊播放3-24滑塊四桿機(jī)構(gòu)圖4-31對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的應(yīng)用-內(nèi)燃機(jī)滑塊四桿機(jī)構(gòu)圖4-34對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的應(yīng)用——自動送料機(jī)滑塊四桿機(jī)構(gòu)點(diǎn)擊播放3-27圖4-35手動沖孔鉗滑塊四桿機(jī)構(gòu)點(diǎn)擊播放3-28偏心輪機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)(固定AB構(gòu)件）314A2BC314A2BC曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（固定AC構(gòu)件）

擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)L1＞L2轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)L1＜L2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的演化導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)點(diǎn)擊播放3-29點(diǎn)擊播放3-30點(diǎn)擊播放3-24轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿刨床擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)牛頭刨床ABDCE123456ABDC1243C2C1導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)點(diǎn)擊播放點(diǎn)擊播放3-31圖3-31回轉(zhuǎn)式油泵點(diǎn)擊播放3-29b)314A2BC應(yīng)用實(shí)例B234C1A自卸卡車的翻斗機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例B34C1A2應(yīng)用實(shí)例4A1B23C應(yīng)用實(shí)例13C4AB2φA1C234Bφ

搖塊機(jī)構(gòu)（固定BC構(gòu)件）314A2BC曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（固定AC構(gòu)件）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)點(diǎn)擊播放3-24點(diǎn)擊播放3-32點(diǎn)擊播放3-33314A2BC手動抽水機(jī)ABC3214314A2BC曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（固定AC構(gòu)件）

定塊機(jī)構(gòu)（固定C滑塊）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)點(diǎn)擊播放3-35點(diǎn)擊播放3-34點(diǎn)擊播放3-24B2C2B1C1當(dāng)AB與BC兩次共線時，從動件CD處于兩極限位置。工作行程極位夾角θ：曲柄在搖桿處于兩極限位置時所夾的銳角(∠C1AC2)。A21C34BD擺角極位夾角以曲柄搖桿機(jī)構(gòu)為例設(shè)：曲柄以ω1等速轉(zhuǎn)動擺角ψ：搖桿在兩極限位置間的夾角(∠C1DC2)。返回行程平面四桿機(jī)構(gòu)的急回特性點(diǎn)擊播放3-36

機(jī)構(gòu)的這種返回行程比工作行程速度快的特性，稱為機(jī)構(gòu)的急回特性。除曲柄搖桿機(jī)構(gòu)外，偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)等也具有急回特性。在往復(fù)工作的機(jī)械（如插床、插齒機(jī)、刨床、搓絲機(jī)等）中，常利用機(jī)構(gòu)的急回特性來縮短空行程的時間，以提高勞動生產(chǎn)率。平面四桿機(jī)構(gòu)的急回特性偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)點(diǎn)擊播放3-26點(diǎn)擊播放3-30鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動時，原動件

1通過連桿

2作用于從動件

3上的力

F是沿著連桿

BC的方向；力

F的方向線與力作用點(diǎn)

C的速度vc方向線之間所夾的銳角稱為壓力角，用α表示。為了度量方便，常用壓力角α的余角γ來表示，γ稱為傳動角。平面四桿機(jī)構(gòu)的壓力角鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動角

曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，在以搖桿主動工作時，當(dāng)曲柄

AB與連桿

BC共線時，不論連桿上的力F多大，曲柄都不能轉(zhuǎn)動，機(jī)構(gòu)所處的這種位置，稱為死點(diǎn)位置。平面四桿機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置A’E’D’G’B’F’C’ABEFDCG錯列的機(jī)車車輪聯(lián)動機(jī)構(gòu)ABCD1234P鉆孔夾具工件ABCD1234工件PTABDC飛機(jī)起落架ABCDF平面四桿機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置點(diǎn)擊播放3-37點(diǎn)擊播放3-38平面四桿機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置圖3-42折疊式靠椅的死點(diǎn)機(jī)構(gòu)第五節(jié)平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，一般可歸納為兩類問題：按給定從動件的位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)，稱為位置設(shè)計(jì)。按給定點(diǎn)的運(yùn)動軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)，稱為軌跡設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)方法有圖解法、解析法和實(shí)驗(yàn)法三種。圖解法簡單直觀，本章主要介紹圖解法。ψθθ一、按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)1、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)①計(jì)算θ＝180°(K-1)/(K+1);已知：CD桿長，擺角ψ及K，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。步驟如下：②任取一點(diǎn)D，作等腰三角形腰長為CD，夾角為ψ;③連接C1C2，作C1P⊥C1C2，作C2P使④作△PC1C2的外接圓，則A點(diǎn)必在此圓上。⑤通過分析，可知，LAC1＝LBC-LAB,LAC2＝LBC+LAB，則90°-θPAC2C1LAB=(LAC2－LAC1)/2,LBC=(LAC2+LAC1)/2D

∠C1C2P=90°－θ,交于P;A點(diǎn)的選擇是有條件的，否則會有無窮多解。2θC1C2e按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)②2、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)S90°-θoA已知K，滑塊行程S，偏距e，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。①計(jì)算θ＝180°(K-1)/(K+1);②作C1C2

＝S③作射線C1O使∠C2C1O=90°－θ,④以O(shè)為圓心，C1O為半徑作圓。作射線C2O使∠C1C2O=90°－θ。90°-θ⑤作偏距線e，交圓弧于A，即為所求。⑥通過分析，可知，LAC1＝LBC-LAB,LAC2＝LBC+LAB，則LAB=(LAC2－LAC1)/2,LBC=(LAC2+LAC1)/2mnACψ=θC按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)③3、擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)由于θ與導(dǎo)桿擺角ψ相等，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)時，僅需要確定曲柄AB。①計(jì)算θ＝180°(K-1)/(K+1);②任選C作∠mCn＝ψ＝θ，③取A點(diǎn)，取機(jī)架AC。θψ=θA作角分線;設(shè)已知：機(jī)架長度AC，K，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。BB④過A點(diǎn)作極限位置Cm的垂線AB，即是曲柄AB。二、按給定連桿的位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)圖3-44加熱爐爐門啟閉機(jī)構(gòu)二、按給定連桿的位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)1、給定連桿兩個位置有唯一解。B1C1B2C2AD

將鉸鏈A、D分別選在B1B2，C1C2連線的垂直平分線上任意位置都能滿足設(shè)計(jì)要求。2、給定連桿上鉸鏈BC的三組位置有無窮多組解。A'D'B1C1B2C2B3C3AD多桿機(jī)構(gòu)在生產(chǎn)實(shí)際和日常生活中，為達(dá)到某一運(yùn)動要求或動力要求，單一的四桿機(jī)構(gòu)就不能滿足需要。為此，常以某個四桿機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)，增添一些桿組或機(jī)構(gòu)，組成多桿機(jī)構(gòu)。右圖所示為插齒機(jī)主機(jī)構(gòu)，是由雙搖桿機(jī)構(gòu)ABCD和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)BEFG串聯(lián)組成，前一機(jī)構(gòu)的從動件CE桿正好是后一機(jī)構(gòu)BEFG的主動件。圖3-46插齒機(jī)主機(jī)構(gòu)（改變運(yùn)動特性）G下圖所示為手動沖床機(jī)構(gòu)，是由雙搖桿機(jī)構(gòu)ABCD和定塊機(jī)構(gòu)DEFG串聯(lián)組成，前一機(jī)構(gòu)的從動件D桿正好是后一機(jī)構(gòu)DEFG得主動件。點(diǎn)擊播放3-39多桿機(jī)構(gòu)點(diǎn)擊播放3-40圖3-47手動沖床（增力）多桿機(jī)構(gòu)圖3-47手動沖床（擴(kuò)大行程）下圖所示為熱軋鋼料運(yùn)輸機(jī)，是在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)1-2-3-4基礎(chǔ)上添加桿組5-6組成，6為滑塊即運(yùn)輸鋼料的平臺。利用六桿機(jī)構(gòu)，即在搖桿（3桿）上添加桿組后，搖桿的擺動轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K的移動，增大了行程。圖3-49自重式訓(xùn)練器圖3-49所示為自重式訓(xùn)練器，除手持的開式運(yùn)動鏈外，其主要組成機(jī)構(gòu)是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)ABCD和雙曲柄機(jī)構(gòu)DEFG的組成的六桿機(jī)構(gòu)，前一個機(jī)構(gòu)的搖桿就是后一個機(jī)構(gòu)的主動曲柄。點(diǎn)擊播放3-41多桿機(jī)構(gòu)點(diǎn)擊播放3-42劃船器也是一個六桿機(jī)構(gòu)劃船器是一個六桿機(jī)構(gòu)多桿機(jī)構(gòu)點(diǎn)擊播放3-43經(jīng)分析，一般用一只手握住雨傘把，另一只手向上推動滑塊至一定的位置即可打開雨傘，畫出長把雨傘機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖如右圖。構(gòu)件6是雨傘把為機(jī)架，該機(jī)構(gòu)有5個活動構(gòu)件，

6個轉(zhuǎn)動副，1個移動副，自由度為：實(shí)例分析F=3n-2PL-PH=3×5－2×7－0=1實(shí)例一畫出雨傘的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖并計(jì)算自由度

經(jīng)分析可畫出折疊雨傘機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖如右圖，該構(gòu)件10為機(jī)架，一共有9個活動構(gòu)件，12個轉(zhuǎn)動副，1個移動副。計(jì)算自由度時可只算一半，5個活動構(gòu)件，

7個低副（6個轉(zhuǎn)動副，1個移動副），自由度為：

實(shí)例分析F=3n-2PL-PH=3×5－2×7－0=1實(shí)例分析實(shí)例二加熱爐爐門機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例三

右圖所示鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，已知

LBC=50mmLCD=35mm，LAD=30mm，LAB為變值。試討論：1)LAB值在哪些范圍內(nèi)可得到曲柄搖桿機(jī)構(gòu)？2)LAB值在哪些范圍內(nèi)可得到雙曲柄機(jī)構(gòu)？

3)LAB值在哪些范圍內(nèi)可得到雙搖桿機(jī)構(gòu)？實(shí)例分析2）雙曲柄機(jī)構(gòu)①取LBC最長，LAD最短，LBC+LAD≤LCD+LAB，

LAB≥LBC+LAD-LCD=50+30-35=45②取LAB最長，LAD最短，LAB+LAD≤LCD+LBC，LAB≤LCD+LBC-LAD=35+50-30=55得：45≤LAB≤55解：1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)取LBC最長，LAB最短，LBC+LAB≤LCD+LAD，