第三章 平面連桿機構(gòu)

作業(yè)：3.1、3.5、3.7（上交作業(yè)）§3-1概述§3-2平面連桿機構(gòu)的類型、應(yīng)用和演化§3-3平面四桿機構(gòu)的基本特性§3-4平面四桿機構(gòu)的設(shè)計簡介第三章平面連桿機構(gòu)一、連桿機構(gòu)的定義

由若干個構(gòu)件通過低副連接而組成的機構(gòu)稱為連桿機構(gòu)，又稱為低副機構(gòu)。§3-1概述抽油機中的連桿機構(gòu)抽油機中的連桿機構(gòu)內(nèi)燃機中的連桿機構(gòu)縫紉機中的連桿機構(gòu)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(dǎo)桿機構(gòu)是最常見的連桿機構(gòu)型式。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)

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)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。1）用于受力較大的挖掘機，破碎機2）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)律要求四、平面連桿機構(gòu)的缺點1、當(dāng)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。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。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?！?-2平面連桿機構(gòu)的類型、應(yīng)用和演化一、平面四桿機構(gòu)的基本類型及應(yīng)用二、平面四桿機構(gòu)的演化鉸鏈四桿機構(gòu)

鉸鏈四桿機構(gòu)就是當(dāng)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)。

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。周轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副一、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)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柄，另一為搖桿，則此四桿機構(gòu)稱為曲柄搖桿機構(gòu)。曲柄搖桿機構(gòu)的應(yīng)用顎式破碎機機構(gòu)雷達(dá)天線機構(gòu)攪拌機機構(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，則此四桿機構(gòu)稱為雙曲柄機構(gòu)。雙曲柄機構(gòu)的應(yīng)用旋轉(zhuǎn)式葉片泵雙曲柄機構(gòu)的應(yīng)用慣性篩機構(gòu)在雙曲柄機構(gòu)中，若相對兩桿的長度相等且平行，兩曲柄的轉(zhuǎn)向相同，稱為平行四邊形機構(gòu)。（1）平行四邊形機構(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)平行四邊形機構(gòu)的應(yīng)用耕地料斗DCAB播種機料斗機構(gòu)天平在雙曲柄機構(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)：平行四邊形機構(gòu)，連桿與曲柄共線時，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)。采用慣性、錯開角度的多套機構(gòu)、虛約束等消除運動不確定狀態(tài)3、雙搖桿機構(gòu)若鉸鏈四桿機構(gòu)的兩連架桿均為搖桿，則此四桿機構(gòu)稱為雙搖桿機構(gòu)。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)用鑄造翻箱機構(gòu)B’C’ABDC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)二、平面四桿機構(gòu)的演化1、改變構(gòu)件的形狀和運動尺寸曲柄滑塊機構(gòu)C3AB124e321DCBA321DCBA偏置曲柄滑塊機構(gòu)（e>0)對心曲柄滑塊機構(gòu)(e=0)ABCe321BAC321兩個滑塊的四桿機構(gòu)BAC321BAC213A3sBC21正弦機構(gòu)正弦機構(gòu)機構(gòu)應(yīng)用

縫紉機針桿機構(gòu)雙滑塊機構(gòu)雙滑塊機構(gòu)應(yīng)用

橢圓儀機構(gòu)雙轉(zhuǎn)塊機構(gòu)2、選用不同構(gòu)件為機架（1）變化鉸鏈四桿機構(gòu)的機架曲柄搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)（2）變化曲柄滑塊機構(gòu)的機架曲柄滑塊機構(gòu)BA1234C曲柄搖塊機構(gòu)導(dǎo)桿機構(gòu)定塊機構(gòu)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)BA1234C擺動導(dǎo)桿機構(gòu)3A124CB導(dǎo)桿機構(gòu)刨床機構(gòu)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)(AB<BC)擺動導(dǎo)桿機構(gòu)(AB>BC)曲柄搖塊機構(gòu)移動導(dǎo)桿機構(gòu)（定塊機構(gòu)）偏心輪機構(gòu)3、改變運動副的尺寸CBAC1C2ABC偏心輪機構(gòu)

特點：容易加工；工作時潤滑條件和受力情況好；可用于較重載荷的傳動中。應(yīng)用舉例：蒸汽機換氣閥傳動機構(gòu)、沖壓機傳動機構(gòu)等?！?-3平面四桿機構(gòu)的基本特性一、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）一、鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄的條件滿足桿長條件即：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)。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)。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)。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)。曲柄滑塊機構(gòu)有曲柄的條件？轉(zhuǎn)動（擺動）導(dǎo)桿機構(gòu)有曲柄的條件？AB1234eCabD二、壓力角和傳動角1、壓力角從動件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)使從動件運動的力的方向線與從動件上受力點的速度方向線所夾的銳角。vcF1ABCD234vcFF1F21ABCD234由力的分解：沿著速度方向的有效分力垂直于Ft的分力vcFF1F21ABCD234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，通常最大不能超過40°～50°，即：<[]=40°～50°vcFF1F21ABCD234越小，受力越好。越大，受力越好。2、傳動角

壓力角的余角稱為機構(gòu)在此位置的傳動角。

=90o-

ACBDvBFFvcaAB134Cb2vcABC12FFvB3B123AC三、急回運動和行程速比系數(shù)1、極位夾角2、急回運動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柄之間所夾銳角稱為極位夾角。當(dāng)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(dāng)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B2C2B1C1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t1>t2v2>v1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.3、行程速比系數(shù)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)，即由極為夾角θ為

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。曲柄滑塊機構(gòu)中，原動件AB以等速轉(zhuǎn)動C1B1B2C2偏置曲柄滑塊機構(gòu)2AB134eCab,有急回特性。曲柄擺動導(dǎo)桿機構(gòu)B2B1有急回特性。B1B2,無急回特性。314A對心曲柄滑塊機構(gòu)B2CabC1C2AB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、死點位置B2C2vB踏板縫紉機主運動機構(gòu)腳AB1C1DFB畫出壓力角1C234ABDabcdvBFB

對于曲柄搖桿機構(gòu)，當(dāng)搖桿CD為主動件，當(dāng)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BC傳給從動曲柄AB的驅(qū)動力F，通過曲柄的轉(zhuǎn)動中心A。對從動曲柄AB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°）。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(dāng)曲柄為主動件時無死點位置;當(dāng)搖桿為主動件時才有死點位置。曲柄滑塊機構(gòu)，當(dāng)以滑塊3為主動件時有死點位置。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）利用飛輪慣性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，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。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)

1、連桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題

機構(gòu)選型－根據(jù)給定的運動要求選擇機構(gòu)的類型；尺度綜合－確定各構(gòu)件的尺度參數(shù)(長度尺寸)。

同時要滿足其他輔助條件：a)結(jié)構(gòu)條件（如要求有曲柄、桿長比恰當(dāng)、運動副結(jié)構(gòu)合理等）;b)動力條件（如γmin）;c)運動連續(xù)性條件等。γ§3-4平面四桿機構(gòu)的設(shè)計1）實現(xiàn)剛體給定位置的設(shè)計要求所設(shè)計的機構(gòu)能引導(dǎo)連桿順序通過一系列給定的位置。即要求連桿能依次占據(jù)一系列給定的位置(或者滿足預(yù)定的連桿位置要求)。2、設(shè)計的類型飛機起落架機構(gòu)要求機構(gòu)能引導(dǎo)連桿按一定方位通過預(yù)定位置，所以稱為引導(dǎo)機構(gòu)設(shè)計。鑄造砂型機的翻箱機構(gòu)2）實現(xiàn)預(yù)定運動規(guī)律的設(shè)計要求所設(shè)計的機構(gòu)的主、從動連架桿之間的運動關(guān)系能滿足若干組對應(yīng)位置關(guān)系或某種給定的函數(shù)關(guān)系。或是要求主動連架桿的運動規(guī)律一定的條件下，從動件能夠準(zhǔn)確或近似地滿足預(yù)定的運動規(guī)律的要求。這類設(shè)計統(tǒng)稱為函數(shù)機構(gòu)設(shè)計。車門開閉機構(gòu)