1、第第 2 章章 連桿機構連桿機構 若干剛性構件通若干剛性構件通過低副聯接而成的機過低副聯接而成的機構，稱為連桿機構。構，稱為連桿機構。第第 2 章章 連桿機構連桿機構2.1 平面連桿機構的類型平面連桿機構的類型2.2 平面連桿機構的工作特性平面連桿機構的工作特性2.3 平面連桿機構的特點及功能平面連桿機構的特點及功能2.4 平面連桿機構的運動分析平面連桿機構的運動分析2.5 平面連桿機構的運動設計平面連桿機構的運動設計2.6 空間連桿機構簡介空間連桿機構簡介2.1 平面連桿機構的類型平面連桿機構的類型2.1.1 平面四桿機構的基本形式平面四桿機構的基本形式AD：機架：機架AB、CD：連架桿：連

2、架桿BC：連桿：連桿A、B：整轉副：整轉副C、D：擺動副：擺動副鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構ABCD連架桿：定軸轉動連架桿：定軸轉動連連 桿：平面一般運動桿：平面一般運動1 曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構AB：曲柄：曲柄CD：搖桿：搖桿2 雙曲柄機構雙曲柄機構AB：曲柄：曲柄CD：曲柄：曲柄平行四桿機構平行四桿機構3 雙搖桿機構雙搖桿機構AB：搖桿：搖桿CD：搖桿：搖桿曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構雙曲柄機構雙曲柄機構雙搖桿機構雙搖桿機構平面連桿機構平面連桿機構鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構四桿機構四桿機構偏置曲柄滑塊機構偏置曲柄滑塊機構對心曲柄滑塊機構對心曲柄滑塊機構轉動副轉化為移動副轉動副轉化為移動副2.1.2

3、 平面四桿機構的演化平面四桿機構的演化取不同構件作機架取不同構件作機架低副可逆性低副可逆性ABCD曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構雙曲柄機構雙曲柄機構雙搖桿機構雙搖桿機構曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構轉動副轉化為移動副轉動副轉化為移動副取不同構件作機架取不同構件作機架2.1.2 平面四桿機構的演化平面四桿機構的演化曲柄搖塊機構曲柄搖塊機構擺動導桿機構擺動導桿機構曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構轉動副轉化為移動副轉動副轉化為移動副取不同構件作機架取不同構件作機架變換構件的形態變換構件的形態2.1.2 平面四桿機構的演化平面四桿機構的演化 擴大運動副尺寸擴大運動副尺寸轉動副轉化為移動副轉動副轉化為移動副取不同構件作機架

4、取不同構件作機架變換構件的形態變換構件的形態擴大運動副尺寸擴大運動副尺寸2.1.2 平面四桿機構的演化平面四桿機構的演化曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構雙曲柄機構雙曲柄機構雙搖桿機構雙搖桿機構曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構擺動導桿機構擺動導桿機構2.2 平面連桿機構的工作特性平面連桿機構的工作特性2.2.1 運動特性運動特性 具有整轉副的條件具有整轉副的條件 AB整周轉動整周轉動B1C1D和和B2C2D成立成立整轉副存在條件：整轉副存在條件：z 四桿長度滿足四桿長度滿足桿長條件桿長條件：最短桿與最長桿長度之：最短桿與最長桿長度之和和 小于或等于小于或等于 其他兩桿之和。其他兩桿之和。z 構成整轉副的構件中必

5、有一個是構成整轉副的構件中必有一個是最短桿最短桿。z 滿足桿長條件時，最短桿兩端分別是兩個整轉副。滿足桿長條件時，最短桿兩端分別是兩個整轉副。z 此時，若以最短桿或其相鄰桿作機架，機構都存此時，若以最短桿或其相鄰桿作機架，機構都存 在曲柄。在曲柄。z 不滿足桿長條件則沒有整轉副，獲得雙搖桿機構。不滿足桿長條件則沒有整轉副，獲得雙搖桿機構。以最短桿以最短桿AB為機架為機架雙曲柄機構雙曲柄機構以最短桿以最短桿AB相鄰構件相鄰構件AD為機架為機架曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構以最短桿以最短桿AB相鄰構件相鄰構件BC為機架為機架曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構以最短桿以最短桿AB對面構件對面構件CD為機架為機架雙搖

6、桿機構雙搖桿機構桿長條件不成立時桿長條件不成立時雙搖桿機構雙搖桿機構Grashoff 定理定理a + e b 急回特性：急回特性：表示回程所用時間小于工作行程所用時間表示回程所用時間小于工作行程所用時間 極位夾角極位夾角 q q（銳角）（銳角） 行程速比系數行程速比系數 Kqq1801802121ttK 運動連續性運動連續性 運動連續性：運動連續性：表示主動件連續運動時，從動件也能連表示主動件連續運動時，從動件也能連 續占據各個預期的位置。續占據各個預期的位置。 從動件只能在某一可行域內運動，而不能相互跨越。從動件只能在某一可行域內運動，而不能相互跨越。2.2.2 傳力特性傳力特性壓力角壓力角

7、 a a ：受力方向和運動方向所夾的銳角：受力方向和運動方向所夾的銳角傳動角傳動角 g g ：壓力角的余角：壓力角的余角50amaxaamingg 死點：有效分力等于零死點：有效分力等于零g g= 0 a a = 90 利用構件慣性利用構件慣性 多套機構交錯排列多套機構交錯排列 利用死點夾緊工件利用死點夾緊工件 飛機起落架飛機起落架F = 0 死點死點 自鎖自鎖2.3 平面連桿機構的特點及功能平面連桿機構的特點及功能 運動副形狀簡單、易制造運動副形狀簡單、易制造 面接觸，可以承受沖擊力面接觸，可以承受沖擊力 構件運動形式多樣構件運動形式多樣 慣性力不易平衡慣性力不易平衡 實現遠距離傳動實現遠距

8、離傳動 實現多種運動軌跡實現多種運動軌跡2.4 平面連桿機構的運動分析平面連桿機構的運動分析運動分析內容：位移、速度、加速度運動分析內容：位移、速度、加速度分析方法：圖解法分析方法：圖解法 解析法解析法 瞬心法瞬心法 相對運動圖解法（矢量合成法）相對運動圖解法（矢量合成法） 桿組法桿組法B計算流程圖計算流程圖免試題目（免試題目（1）：）：2.13 or 2.14 第六周交第六周交求解步驟求解步驟流程圖流程圖程序（語言不限）程序（語言不限）結果曲線（一個周期內位移、速度、加速度曲線）結果曲線（一個周期內位移、速度、加速度曲線）結果分析：有無問題？如何解決？結果分析：有無問題？如何解決？動態仿真動

9、態仿真 將一個復雜問題分解為一些簡單問題將一個復雜問題分解為一些簡單問題 將復雜問題轉化為計算機可以解決的問題將復雜問題轉化為計算機可以解決的問題FTP: 2.5 平面連桿機構的設計平面連桿機構的設計分析（分析（Analysis）設計（設計（Design）綜合（綜合（synthesis）2.5.1 平面連桿機構設計的基本問題平面連桿機構設計的基本問題問題一：剛體導引機構設計問題一：剛體導引機構設計 引導一個剛體實現一系列給定位置引導一個剛體實現一系列給定位置問題二：函數生成機構設計問題二：函數生成機構設計 主、從動連架桿運動規律具有給定的函數關系主、從動連架桿運動規律具

10、有給定的函數關系問題三：軌跡生成機構設計問題三：軌跡生成機構設計 機構中某點可以實現預期的運動軌跡機構中某點可以實現預期的運動軌跡 圖解法圖解法 解析法解析法 實驗法實驗法平面連桿機構設計方法：平面連桿機構設計方法：2.5.2 剛體導引機構的設計剛體導引機構的設計要求：設計四桿機構，使得連桿通過要求：設計四桿機構，使得連桿通過 I、II、III三個位置三個位置第第 1 步：選定步：選定 B、C 點位置點位置第第 2 步：找步：找 A、D 點位置點位置剛體導引機構的設計剛體導引機構的設計第第 3 步：聯接步：聯接 A、B1、C1、D，獲得四桿機構，獲得四桿機構 三點唯一確定一個三點唯一確定一個圓

11、，圓，B B、C C確定后，確定后，A A、D D是確定的；是確定的； B B、C C的位置可以根的位置可以根據實際情況確定，據實際情況確定，滿足設計要求的四滿足設計要求的四桿機構有無窮多個。桿機構有無窮多個。2.5.3 函數生成機構的設計函數生成機構的設計 已知固定鉸鏈點已知固定鉸鏈點A、D，設計四桿機構，使得兩個連，設計四桿機構，使得兩個連架桿可以實現三組對應關系架桿可以實現三組對應關系函數生成機構函數生成機構 剛體導引機構剛體導引機構？d d剛化反轉法剛化反轉法 以以CD桿為機架時看到的四桿機構桿為機架時看到的四桿機構ABCD的位置相當的位置相當于把以于把以AD為機架時觀察到的為機架時觀

12、察到的ABCD的位置剛化，以的位置剛化，以D軸為中心轉過軸為中心轉過 得到的。得到的。21 低副可逆性；低副可逆性； 機構在某一瞬時，各構機構在某一瞬時，各構件相對位置固定不變，件相對位置固定不變，相當于一個剛體，其形相當于一個剛體，其形狀不會隨著參考坐標系狀不會隨著參考坐標系不同而改變。不同而改變。函數生成機構的設計函數生成機構的設計第第 1 步：選步：選B點，以點，以 I 位置為參考位置，位置為參考位置，DF1 為機架為機架第第 2 步：用剛化反轉法求出步：用剛化反轉法求出 B2、B3 的轉位點的轉位點第第 3 步：做中垂線，找步：做中垂線，找C1 點點第第 4 步：聯接步：聯接AB1C1

13、D函數生成機構設計函數生成機構設計 解析法解析法2.5.4 急回機構的設計急回機構的設計 已知行程速比系數已知行程速比系數 K，以及從動件兩個極限位置，以及從動件兩個極限位置，設計四桿機構設計四桿機構急回機構的設計急回機構的設計思考：思考：A點可以在點可以在FG弧上選取嗎？弧上選取嗎？第第 1 步：確定步：確定D、C1、C2點，計算點，計算 q q 第第 2 步：找步：找 A 點點第第 3 步：找步：找 B 點點2.5.5 軌跡生成機構的設計軌跡生成機構的設計 設計一個四桿機構，使得機構上設計一個四桿機構，使得機構上 M 點實現給定軌跡點實現給定軌跡軌跡生成機構的設計軌跡生成機構的設計 解析法

14、解析法M（x，y）a, c, d, e, f, g gg, h, 0 0連桿機構連桿機構自由度少、約束多自由度少、約束多設計靈活度受到限制設計靈活度受到限制減少約束減少約束 增加自由度增加自由度 軌跡生成機構的設計軌跡生成機構的設計 實驗法實驗法平面連桿機構設計小結平面連桿機構設計小結一、剛體導引機構設計：實現連桿幾個預定位置一、剛體導引機構設計：實現連桿幾個預定位置二、函數生成機構設計：實現連架桿對應運動規律二、函數生成機構設計：實現連架桿對應運動規律 作圖法：剛化反轉法作圖法：剛化反轉法 解析法：可以精確實現解析法：可以精確實現5組對應關系組對應關系三、急回機構設計：實現具有急回特性的四桿

15、機構三、急回機構設計：實現具有急回特性的四桿機構 問題關鍵：問題關鍵：A 點的確定方法點的確定方法四、軌跡生成機構設計：實現預期軌跡四、軌跡生成機構設計：實現預期軌跡 解析法：解析法：9個精確點位置個精確點位置 實驗法：增加自由度或者減少約束，增加設計靈活度實驗法：增加自由度或者減少約束，增加設計靈活度 如何將工程實際問題歸結為設計命題如何將工程實際問題歸結為設計命題 設計結果分析設計結果分析難難 點：點： 掌握各種設計思路：反推；轉化掌握各種設計思路：反推；轉化 尋找問題的本質原因尋找問題的本質原因 善于總結，舉一反三善于總結，舉一反三重重 點：點： 連桿機構中構件并非一條線，而是代表一個面連桿機構中構件并非一條線，而是代表一個面 剛化反轉法一定要理解，熟練使用剛化反轉法一定要理解，熟練使用關鍵點：關鍵點：機械優化設計方法機械優化設計方法設計目標：設計目標： min f( x1, x2, ) 設計變量：設計變量： x1, x2, 約束條件：約束條件： F1 (x1, x2, ) 0 F2 (x1, x2, ) 0 . . .2.6 空間連桿機構空間連桿機構RSSR機構機構RSSP機構機構PRSR機構機構球面球面4R機構機構本章重點小結本章重點小結一、平面四桿機構的基本形式和演化手段一、平面四桿機構的基本形式和