第三章 平面連桿機構

第3章平面連桿機構鉸鏈四桿機構3.1平面連桿機構的基本形式鉸鏈四桿機構全部采用轉動副聯(lián)接的平面四桿機構稱為鉸鏈四桿機構。與機架4相聯(lián)的桿1、桿3稱為連架桿；不與機架相聯(lián)的桿2稱為連桿。在連架桿中，能作整周回轉的稱為曲柄；而只能在某一角度范圍內擺動的稱為搖桿。平面連桿機構：不含高副的平面機構。優(yōu)點：接觸處壓強低，耐磨，傳遞動力；易于加工，易改變運動參數(shù)。缺點：存在間隙，運動誤差較大；連桿有慣性力，不能用于高速；設計復雜，難以實現(xiàn)復雜運動規(guī)律。

鉸鏈四桿機構的基本類型和應用實例分類：按兩連架桿是曲柄或是搖桿分為三種基本類型：

1．曲柄搖桿機構；

2．雙曲柄機構；

3．雙搖桿機構。1.曲柄搖桿機構攪拌機機構插床機構顎式破碎機雷達調整機構2.雙曲柄機構慣性篩機構慣性篩插床機構平行四邊形機構：兩曲柄能以相同的角速度同向轉動，而連桿作平移運動。機車車輪聯(lián)動機構及攝影平臺升降機機構為應用實例反平行四邊形機構：車門啟閉機構為應用實例，利用反平行四邊形機構兩曲柄轉向相反的運動特性使兩扇門同時敞開或關閉。3.雙搖桿機構飛機起落架鶴式起重機二、平面四桿機構的演化類型

鉸鏈四桿機構通過改變構件形狀及相對長度、改變某些運動副的尺寸、或選擇不同的構件作為機架等方法可演化得到不同的四桿機構，它們可適應機器受力情況及工作的需要。1.改變構件的形狀及相對尺寸

將曲柄搖桿機構中的搖桿3做成滑塊形式，并使其沿圓弧導軌往復移動，若搖桿3的長度增至無窮大時演化為曲柄滑塊機構將曲柄滑塊機構中的連桿2做成滑塊形式，并使其沿圓弧導軌往復移動，若連桿2的長度增至無窮大時演化為雙滑塊機構，因桿3的位移s與φ成正弦函數(shù)關系，即s=lABsinφ，故稱正弦機構。2．擴大轉動副尺寸的演化曲柄滑塊機構中，當曲柄尺寸較短時，因工藝結構和強度等方面的要求，需將回轉副擴大形成偏心圓盤機構。這種結構尺寸的演化，不影響機構的運動性質，卻可避免在尺寸很小的曲柄兩端裝設兩個轉動副而引起結構設計上的困難。同時盤狀構件在強度方面優(yōu)于桿狀構件，在一些傳遞動力較大、從動件行程很小的場合，廣泛采用偏心盤結構曲柄搖桿機構演化為偏心輪機構曲柄滑塊機構演化為偏心輪機構1、曲柄滑塊機構；2、導桿機構（回轉導桿機構－導桿能作整周轉動，圖7－19小型刨床；擺動導桿機構－導桿作往復擺動，圖7－20牛頭刨床）；3、曲柄搖塊機構（滑塊只能繞C點作往復搖擺）；4、移動導桿機構（導桿只能作往復移動）3．選用不同的構件為機架

卡車翻箱卸料機構

曲柄搖塊機構實例移動導桿機構手動唧筒實例1、曲柄搖桿機構；2、雙曲柄機構；3、曲柄搖桿機構；4、雙搖桿機構。3.2平面四桿機構的工作特性

一、鉸鏈四桿機構曲柄存在條件如圖四桿機構中，已知各桿長度，設a≤d，如果B點能通過AB與機架AD共線時直徑上兩點B’、B’’，則AB能作整周回轉同理，設a>d，得相應類似關系式。由上述關系，可得到鉸鏈四桿機構曲柄存在的條件為：

（1）連架桿和機架中必有一桿為最短桿；

（2）最短桿與最長桿長度之和小于或等于其 余兩桿長度之和。各構件的長度間關系：總結：

1若最短桿與最長桿長度之和大于或等 于其余兩桿之和，或最短桿的對邊為 機架，則為雙搖桿機構；

2最短桿為機架，則為雙曲柄機構；

3最短桿的鄰邊為機架，則曲柄搖桿機 構。二、急回特性和行程速比系數(shù)

極位夾角：曲柄回轉一周的過程中，搖桿有兩個極限位置C1D、C2D（極位），此時曲柄與連桿共線或重疊，兩位置之間所夾銳角θ為極位夾角上圖有幾個特性：極位夾角急回運動特性證明：曲柄由B1到B2，搖桿由C1到C2；曲柄由B2到B1，搖桿由C2到C1。

急回運動的相對程度用行程速比系數(shù)來衡量曲柄滑塊機構的急回特性對心無急回運動特性偏心有急回運動特性導桿機構的急回特性擺動導桿機構的極位夾角θ＝ψ（導桿擺角），導桿慢行程擺動方向總是與曲柄轉向相同。三、壓力角與傳動角(衡量傳力性能)壓力角α：連桿BC為二力構件，連桿給從動構件的作用力P方向和受力點運動方向（Vc方向）之間的銳角?！c機構的運轉輕便和效率有關的參數(shù)。傳動角γ：壓力角的余角——衡量機構的傳動質量，可從平面連桿機構運動簡圖上直接觀察大小。（γ＝δ或180°－δ，δ：連桿與從動件之間夾角）1、壓力角是判別結構動力學性能的一 個重要指標。

2、壓力角越小，機構傳力性能越好。

3、傳動角是壓力角的余角。

4、一般要求傳動角不小于40度。

5、機構在不同位置時，傳動角的大小一般是不同的。如何找出機構傳動角的最小值（由機構幾何關系得：γmin出現(xiàn)在曲柄與機架拉直或重疊共線的位置）。

6、若壓力角為90度，機構不能運動， 此位置稱為死點位置。作圖法標出對心及偏置曲柄滑塊機構的最小傳動角？四、死點位置

曲柄搖桿機構中，若取搖桿為原動件（為什么曲柄為原動件時不會有死點位置？），則搖桿在兩個極限位置時通過連桿加于曲柄上的力將通過其回轉中心A，此時γ＝0°，α＝90°，驅動力與從動件受力點的運動方向垂直，有效分力等于0。連桿不能推動曲柄轉動，而使整個機構處于靜止狀態(tài)（或卡死）。機構的這種傳動角為零的位置稱為死點位置。死點的防止和應用防止：1利用從動件的慣性，通過死點；（如縫紉機上用的大帶輪，為何會出現(xiàn)倒線、卡死情況？因為機構正好停于死點位置時，運動方向不確定，需在人的幫助下用手轉動帶輪通過死點位置。）

2采用多組機構組合方式，使機構的死點位置相互錯開。應用：1飛機起落架；

2夾具。1、工件被夾緊后，去除手柄上的力，此時，B、C、D三個鉸鏈中心在一直線上，機構處于死點位置，不管工件作用在構件AB上的力多大，構件CD不可能反轉，夾具不會松開，使夾具起到夾緊工件的作用；2、飛機起落架機構，機輪放下時，桿BC、CD成一直線，機構處于死點位置。不管機輪受多大的沖擊力，起落架不會反轉。五、鉸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：指機構在運動中各構件能夠連續(xù)占據(jù)各給定的位置。一般研究對象：（從動件）可行域：構件能夠在某一范圍內連續(xù)運動。機構不能由一個可行域越過非可行域（死域）而進入另一個可行域。錯位不連續(xù)錯序不連續(xù){3.3

平面四桿機構的設計

一、平面四桿機構設計的基本問題主要根據(jù)給定的運動條件，選定機構的形式，確定機構運動簡圖的尺寸參數(shù)。設計要求：

1、按照給定的位置或運動規(guī)律設計：使連桿的運動滿足給定的位置：如圖7－32飛機起落架應滿足機輪放下與收起時連桿BC應占據(jù)給定的兩個位置；車門開關機構中，應滿足兩連架桿的轉角大小相等、方向相反及車門能占據(jù)關閉和開啟的兩個位置。兩連架桿的轉角能夠滿足給定的對應關系：雷達天線俯仰機構，天線固結在搖桿上，通過調整曲柄的轉角以使天線處于最佳接受信號位置。滿足給定的行程速比系數(shù)K的設計要求：牛頭刨床機構。2、滿足一定軌跡的要求：要求連桿上的某點，能實現(xiàn)給定的運動軌跡。（較難）如鶴式起重機構中，要求其連桿上某點在一定范圍內能夠沿近似水平的方向運動；攪拌機構的設計中，要求連桿上某點運動軌跡為卵型；要求連桿上某點的運動軌跡滿足一運動方程y=f(x)。以上要求是按運動要求提出的，所設計的機構還須檢驗是否滿足幾何條件和力學要求：檢驗是否有曲柄存在：對采用旋轉原動件驅動的機構，主動件往往為曲柄；運動連續(xù)性檢驗：確保機構能連續(xù)運動倒給定位置（可行域）；傳動條件的檢驗：檢驗機構的最小傳動角γmin≥[γ],一般40°，以保證機構具有良好的傳動條件。設計方法：圖解法、實驗法和解析法。二、用圖解法設計四桿機構

1按連桿預定位置設計四桿機構已知鉸鏈四桿機構中連桿S在運動過程中所占據(jù)的三個位置S1、S2、S3，若連桿S上選定了活動鉸鏈B、C，其連線的3組對應位置B1C1、B2C2、B3C桿機構可以代表連桿平面的三個位置。由B1、B2、B3共圓得圓心為連架桿得固定鉸鏈A，同樣C1、C2、C3共圓得另一固定鉸鏈D。若已知連桿的兩個位置B1C1、B2C2，則有無窮多個解，再添加一些其他條件，如最小傳動角、有整轉副存在、固定鉸鏈中心位置范圍等。如圖為鑄工車間震實式造型機工作臺翻轉機構，當翻臺（即連桿BC）在震實時應處實線位置；當需要起模時，希望翻臺能翻轉180°到達托臺上方虛線位置，以便托臺上升接觸砂箱起模。若已知連桿長度及兩個位置，并要求固定鉸鏈在x軸線上，可用圖解法得出四桿機構。2.按兩連架桿給定的對應位置設計四桿機構

已知四桿機構連架桿AB和機架AD的長度AB和另一連架桿CD上標線DE在機構運轉中預定占據(jù)的3組位置AB1、DE1，AB2、DE2，AB3、DE3（其對應轉角用α及β表示）要求設計此四桿機構。應用低副相對運動不變性原理，各構件之間的相對運動與選擇哪個構件為機架無關，采用轉換機架法。選DE為機架，則得到AD為連架桿而AB為連桿的一個轉化機構，這樣將給定兩連架桿對應位置的問題轉化為給定連桿位置的問題。

分別將四邊形AB2E2D和AB3E3D剛化，轉動使DE2、DE3與DE1重合，得相應點A2’B2’、A3’B3’，因DF為機架，轉化機構中，B點一定在以C為圓心得圓周上，作B1B2’、B1B3’的中垂線交于C1點，則AB1C1D為滿足給定運動的鉸鏈四桿機構。作圖時，可簡化地將DB2、DB3繞D點轉過－β12、－β13得B2’、B3’兩點。若鉸鏈B的位置不確定，則其解不唯一。3、按給定行程均衡速比系數(shù)

K設計四桿機構

(1)曲柄搖桿機構

已知：搖桿CD的長度，擺角，行程速比系數(shù)K，設計曲柄搖桿機構（確定固定鉸鏈A的位置及其余三桿長度。（作圖步驟見教材P91）90°-(2)曲柄滑塊機構

已知：滑