1、v第一節第一節 概述概述v第二節第二節 鉸鏈四桿機構的基本類型及其演化鉸鏈四桿機構的基本類型及其演化v第三節第三節 平面四桿機構有曲柄的條件及幾個平面四桿機構有曲柄的條件及幾個基本概念基本概念v第四節第四節 平面四桿機構的設計平面四桿機構的設計第五章第五章 平面連桿機構平面連桿機構第一節第一節 概概 述述v一、連桿機構的意義一、連桿機構的意義v二、平面連桿機構的優點二、平面連桿機構的優點v三、平面連桿機構的缺點三、平面連桿機構的缺點一、連桿機構的意義一、連桿機構的意義v 由若干個構件通過低副由若干個構件通過低副( (Lower-pair)Lower-pair)連接而組成的機構稱為連接而組成的機

2、構稱為連桿機構，又稱為連桿機構，又稱為低副機構。低副機構。n抽油機中的連桿機構抽油機中的連桿機構v內燃機中的連桿機構內燃機中的連桿機構縫紉機中的連桿機構縫紉機中的連桿機構v活塞銷尺寸自動分選機上的連桿機構活塞銷尺寸自動分選機上的連桿機構飛機起落架機構飛機起落架機構車門開閉機構車門開閉機構v 連桿機構是一種應用十分廣泛的機構，人造衛星連桿機構是一種應用十分廣泛的機構，人造衛星太陽能板的展開機構，機械手的傳動機構，折疊傘的太陽能板的展開機構，機械手的傳動機構，折疊傘的收放機構以及人體假肢等等，都是連桿機構。收放機構以及人體假肢等等，都是連桿機構。n曲柄滑塊機構、鉸鏈四桿機構、導桿機構是最常見曲柄滑

3、塊機構、鉸鏈四桿機構、導桿機構是最常見的連桿機構型式。的連桿機構型式。v 這些機構的共同特點是其原動件這些機構的共同特點是其原動件1 1的運動的運動都要經過一個不直接與機架相聯的中間構件都要經過一個不直接與機架相聯的中間構件2 2才能傳動從動件才能傳動從動件3 3，這個不直接與機架相聯的，這個不直接與機架相聯的中間構件稱為中間構件稱為連桿連桿，而把具有連桿的這些機，而把具有連桿的這些機構統稱為構統稱為連桿機構連桿機構。 二、連桿機構的分類二、連桿機構的分類n 所有構件均在相互平行的平面內運動的連所有構件均在相互平行的平面內運動的連桿機構，稱為平面連桿機構。桿機構，稱為平面連桿機構。n1 1、平

4、面連桿機構、平面連桿機構( (planarlinkage)planarlinkage)n 所有構件不全在相互平行的平面內運所有構件不全在相互平行的平面內運動的連桿機構，稱為空間連桿機構。動的連桿機構，稱為空間連桿機構。n2 2、空間連桿機構、空間連桿機構( (speciallinkagespeciallinkage) )二、平面連桿機構的優點二、平面連桿機構的優點v1 1、平面連桿機構屬于低副機平面連桿機構屬于低副機構，運動副為面接觸，壓強構，運動副為面接觸，壓強小，承載能力大，耐沖擊，小，承載能力大，耐沖擊，并且便于潤滑，磨損小。并且便于潤滑，磨損小。v2 2、其運動副元素多為平面或其運動副

5、元素多為平面或圓柱面，制造比較容易，而圓柱面，制造比較容易，而且靠其本身的幾何封閉來保且靠其本身的幾何封閉來保證構件運動，結構簡單，工證構件運動，結構簡單，工作可靠。作可靠。 v3 3、可以實現不同的運動規律、可以實現不同的運動規律和特點軌跡要求。和特點軌跡要求。1 1）用于受力較大的挖掘機，破碎機用于受力較大的挖掘機，破碎機2 2）用于實現各種不同的運動規律要求）用于實現各種不同的運動規律要求三、平面連桿機構的缺點三、平面連桿機構的缺點v1 1、因各構件間是低副聯接，存在間隙，傳動、因各構件間是低副聯接，存在間隙，傳動中將產生位置誤差，機構越復雜累計誤差越中將產生位置誤差，機構越復雜累計誤差

6、越大，影響其傳動精度。大，影響其傳動精度。v2 2、慣性力不容易平衡，不適合于高速傳動。、慣性力不容易平衡，不適合于高速傳動。v3 3、不易精確地滿足各種運動規律和運動軌跡、不易精確地滿足各種運動規律和運動軌跡的要求。的要求。n 平面連桿機構中，其構件多呈桿狀，故平面連桿機構中，其構件多呈桿狀，故常簡稱為常簡稱為“桿桿”。連桿機構又可根據機構中。連桿機構又可根據機構中所含桿數而命名，如：所含桿數而命名，如：四桿機構、五桿機構、四桿機構、五桿機構、六桿機構、多桿機構六桿機構、多桿機構等。等。n 近年來國內外在連桿機構的研究方面都有長足的近年來國內外在連桿機構的研究方面都有長足的發展，不再限于單自

7、由度四桿機構的研究，也注重多發展，不再限于單自由度四桿機構的研究，也注重多自由度、多桿機構的分析和綜合。例如：多自由的的自由度、多桿機構的分析和綜合。例如：多自由的的機械手；四足、六足步行機等，已經不限于運動學的機械手；四足、六足步行機等，已經不限于運動學的范圍，還注重動力學方面的研究。范圍，還注重動力學方面的研究。n 由于計算機的普及，很多智能化軟件為由于計算機的普及，很多智能化軟件為平面連桿機構的設計和研究奠定了基礎，連平面連桿機構的設計和研究奠定了基礎，連桿機構的應用前景也很廣泛。桿機構的應用前景也很廣泛。 平面連桿機構中最簡單、應用最廣的是平面連桿機構中最簡單、應用最廣的是四桿機構，其

8、他多桿機構都是在它的基礎上四桿機構，其他多桿機構都是在它的基礎上擴充而成的，本章重點討論四桿機構及其設擴充而成的，本章重點討論四桿機構及其設計。計。第二節第二節 鉸鏈四桿機構的基本類鉸鏈四桿機構的基本類型及其演化型及其演化v一、鉸鏈四桿機構的基本型式一、鉸鏈四桿機構的基本型式v二、鉸鏈四桿機構的演化二、鉸鏈四桿機構的演化鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構 鉸鏈四桿機構就是當平面四桿機構中鉸鏈四桿機構就是當平面四桿機構中的全部運動副均為轉動副時的四桿機構為的全部運動副均為轉動副時的四桿機構為鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構。 構件名稱構件名稱連架桿連架桿：與機架相連的構件稱為連架桿。：與機架相連的構件稱為連架桿。

9、連架桿連架桿機架機架連架桿連架桿連桿連桿能繞其軸線轉能繞其軸線轉360的的連架桿連架桿。僅能繞其軸線作往復擺動的僅能繞其軸線作往復擺動的連架桿。連架桿。曲柄曲柄搖桿搖桿連架桿連架桿機架機架：固定不動的構件稱為機架。：固定不動的構件稱為機架。連桿連桿：不直接與機架相連的構件稱為連桿。：不直接與機架相連的構件稱為連桿。一、鉸鏈四桿機構的基本型式一、鉸鏈四桿機構的基本型式v1 1、曲柄搖桿機構、曲柄搖桿機構v2 2、雙曲柄機構、雙曲柄機構v3 3、雙搖桿機構、雙搖桿機構1 1、曲柄搖桿機構、曲柄搖桿機構v 若在鉸鏈四桿機構的兩連架桿中一為曲若在鉸鏈四桿機構的兩連架桿中一為曲柄，另一為搖桿，則此四桿機

10、構稱為柄，另一為搖桿，則此四桿機構稱為曲柄搖曲柄搖桿機構。桿機構。應用舉例：應用舉例：顎式破碎機機構、攪面機、衛星天置、飛剪等。顎式破碎機機構、攪面機、衛星天置、飛剪等。 一般曲柄主動，將一般曲柄主動，將連續轉動轉換為搖桿連續轉動轉換為搖桿的擺動，也可搖桿主的擺動，也可搖桿主動，曲柄從動。動，曲柄從動。運動特點：運動特點：曲柄搖桿機構的應用曲柄搖桿機構的應用顎式破碎機機構顎式破碎機機構雷達天線機構雷達天線機構攪拌機機機構攪拌機機機構2 2、雙曲柄機構、雙曲柄機構v 在鉸鏈四桿機構中若兩連架桿均為曲在鉸鏈四桿機構中若兩連架桿均為曲柄，則此四桿機構稱為柄，則此四桿機構稱為雙曲柄機構雙曲柄機構。應用

11、舉例：應用舉例：慣性篩、插床機構慣性篩、插床機構運動特點：運動特點：從動曲柄變速回轉從動曲柄變速回轉雙曲柄機構的應用雙曲柄機構的應用慣性篩機構慣性篩機構插床機構插床機構v 在雙曲柄機構中，若相對兩桿的長度相等且平在雙曲柄機構中，若相對兩桿的長度相等且平行，兩曲柄的轉向相同，稱為平行四邊形機構。行，兩曲柄的轉向相同，稱為平行四邊形機構。n（1 1）平行四邊形機構：）平行四邊形機構：平行四邊形機構的應用平行四邊形機構的應用蒸汽機車驅動裝置蒸汽機車驅動裝置攝影升降機構攝影升降機構v 在雙曲柄機構中，若相對兩桿的長度相在雙曲柄機構中，若相對兩桿的長度相等，但不平行等，但不平行( (BCBC與與AD)A

12、D)，兩曲柄轉向相反兩曲柄轉向相反（ABAB與與CDCD），），稱為反平行四邊形機構。稱為反平行四邊形機構。n（2 2）反平行四邊形機構：）反平行四邊形機構：車門開閉機構車門開閉機構3 3、雙搖桿機構、雙搖桿機構v 若鉸鏈四桿機構的兩連架桿均為搖桿，若鉸鏈四桿機構的兩連架桿均為搖桿，則此四桿機構稱為則此四桿機構稱為雙搖桿機構雙搖桿機構。 港口起重機、車輛的前輪轉向機構等港口起重機、車輛的前輪轉向機構等應用舉例：應用舉例：雙搖桿機構的應用雙搖桿機構的應用鶴式起重機機機構鶴式起重機機機構電力機車受電弓電力機車受電弓爐門開閉機構爐門開閉機構汽車前輪轉向機構汽車前輪轉向機構v等腰梯形機構：在雙搖桿機構

13、中若兩搖等腰梯形機構：在雙搖桿機構中若兩搖桿長度相等，則稱為等腰梯形機構。桿長度相等，則稱為等腰梯形機構。汽車前輪轉向機構汽車前輪轉向機構二、平面四桿機構的演化二、平面四桿機構的演化v1 1、改變相、改變相對對桿長、轉動副演化為移動副桿長、轉動副演化為移動副n 曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構C3AB124e曲柄搖桿機構的演化曲柄搖桿機構的演化改變運動副類型改變運動副類型轉動副變成移動副轉動副變成移動副e改變構件改變構件相對尺寸相對尺寸改變構件相對尺寸改變構件相對尺寸e0n偏置曲柄滑塊機構偏置曲柄滑塊機構 （e 0)e 0)n對心曲柄滑塊機構對心曲柄滑塊機構 (e = 0) (e = 0)對心曲柄滑塊

14、機構對心曲柄滑塊機構偏置曲柄滑塊機構偏置曲柄滑塊機構v曲柄壓力機及壓縮機的工作機構（曲柄的回轉運動曲柄壓力機及壓縮機的工作機構（曲柄的回轉運動轉變為滑塊往復直線運動）；轉變為滑塊往復直線運動）；v活塞式內燃機、彈簧管壓力表及高度表的工作機構活塞式內燃機、彈簧管壓力表及高度表的工作機構（滑塊往復直線運動轉變為曲柄的回轉運動）。（滑塊往復直線運動轉變為曲柄的回轉運動）。 v曲柄滑塊機構的應用：曲柄滑塊機構的應用：v偏心輪機構偏心輪機構n2 2、選用不同構件為機架、選用不同構件為機架n（1 1）變化鉸鏈四桿機構的機架）變化鉸鏈四桿機構的機架(0360)(0360)(360)(360)1234ABCD

15、周轉副周轉副曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構擺轉副擺轉副擺轉副擺轉副雙曲柄機構雙曲柄機構(0360)(0360)(360)(360)1234ABDC雙雙搖桿機構搖桿機構(0360)(0360)(360)1234ABCD(360)周轉副周轉副擺轉副擺轉副擺轉副擺轉副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（2 2）變化單移動副機構的機架）變化單移動副機構的機架曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構BA1234C曲柄搖塊機構曲柄搖塊機構導桿機構導桿機構定塊機構定塊機構轉動導桿機構轉動導桿機構BA1234C擺動導桿機構擺動導桿機構3A124CB導桿機構導桿機構小型刨床小型刨床構件構件2 2和構件和

16、構件4 4均能作整周轉動均能作整周轉動轉動導桿機構轉動導桿機構 牛頭刨中的主運動機構牛頭刨中的主運動機構曲柄的長度小于機架曲柄的長度小于機架長度時，導桿只能作來回擺動，為擺動導稈機構。長度時，導桿只能作來回擺動，為擺動導稈機構。擺動導桿機構擺動導桿機構v轉動導桿機構轉動導桿機構( (ABBC)ABBCABBC)v曲柄搖塊機構曲柄搖塊機構v移動導桿機構（定塊機構）移動導桿機構（定塊機構）（3 3）變化雙移動副機構的機架）變化雙移動副機構的機架（帶二個滑塊）（帶二個滑塊）n雙滑塊機構雙滑塊機構 n正弦機構正弦機構sinas曲柄滑塊機構的演化曲柄滑塊機構的演化改變運動副類型改變運動副類型轉動副變成移

17、動副轉動副變成移動副改變構件改變構件相對尺寸相對尺寸正弦機構正弦機構改變機架改變機架定為機架定為機架雙滑塊機構雙滑塊機構n雙滑塊機構雙滑塊機構 n雙轉塊機構雙轉塊機構 n雙滑塊機構應用雙滑塊機構應用 縫紉機挑線機構縫紉機挑線機構橢圓儀機構橢圓儀機構v 雙轉塊機構雙轉塊機構v 儀器儀表中，為了簡化機構，改善工藝儀器儀表中，為了簡化機構，改善工藝性，用高副代替低副。性，用高副代替低副。sinasv正弦機構正弦機構tanasv正切機構正切機構v用高副代替低副用高副代替低副tanas 小小 結結v一、平面四桿機構的基本形式及其演化一、平面四桿機構的基本形式及其演化v 平面四桿機構的基本形式是平面鉸鏈四

18、平面四桿機構的基本形式是平面鉸鏈四桿機構。桿機構。v 在此機構中，與機架相連的構件稱為連在此機構中，與機架相連的構件稱為連架桿，能夠繞固定鉸鏈作整周運動的連架桿架桿，能夠繞固定鉸鏈作整周運動的連架桿稱為曲柄；不能做整周回轉，只在某一角度稱為曲柄；不能做整周回轉，只在某一角度內擺動的連架桿稱為搖桿；不直接與機架相內擺動的連架桿稱為搖桿；不直接與機架相連的中間構件稱為連桿。連的中間構件稱為連桿。v 平面鉸鏈四桿機構根據兩連架桿運平面鉸鏈四桿機構根據兩連架桿運動形式不同分為曲柄搖桿機構，雙曲柄動形式不同分為曲柄搖桿機構，雙曲柄機構，雙搖桿機構。機構，雙搖桿機構。v 平面四桿機構的演化形式是在平面平面

19、四桿機構的演化形式是在平面鉸鏈四桿機構的基礎上，通過一些方法鉸鏈四桿機構的基礎上，通過一些方法演化而成其他形式的四桿機構。演化而成其他形式的四桿機構。 v二、平面四桿機構的演化方法有：二、平面四桿機構的演化方法有：v 1 1、改變相對桿長、轉動副演化為移動副、改變相對桿長、轉動副演化為移動副v 2 2、選用不同構件為機架、選用不同構件為機架v 1 1）變化鉸鏈四桿機構的機架；）變化鉸鏈四桿機構的機架；v 2 2）變化單移動副機構的機架；）變化單移動副機構的機架；v 3 3）變化雙移動副機構的機架。）變化雙移動副機構的機架。第三節第三節 平面四桿機構曲柄存在平面四桿機構曲柄存在的條件及幾個基本概

20、念的條件及幾個基本概念v一、曲柄存在的的條件一、曲柄存在的的條件v二、壓力角與傳動角二、壓力角與傳動角v三、行程速度變化系數三、行程速度變化系數v四、死點位置四、死點位置一、鉸鏈四桿機構有曲柄的條件一、鉸鏈四桿機構有曲柄的條件由由B B2 2C C2 2D D a+db+c (1)a+db+c (1)由由B B1 1C C1 1D b(d-a)+c D b(d-a)+c 或或 c(d-a)+bc(d-a)+b 即即 a+bd+c (2)a+bd+c (2) a+cb+d (3) a+cb+d (3)adadC2A1a4b3cdBDacacababa a為最短桿為最短桿鉸鏈四桿機構有曲柄的條件鉸

21、鏈四桿機構有曲柄的條件1 1、桿長條件桿長條件：最短桿和最長桿長度之和小最短桿和最長桿長度之和小于或等于其它兩桿長度之和。于或等于其它兩桿長度之和。2 2、最短桿是連架桿或機架。（、最短桿是連架桿或機架。（組成周轉副組成周轉副的兩桿中必一個是最短桿）的兩桿中必一個是最短桿）滿足桿長條件滿足桿長條件v即：最短桿即：最短桿+ +最長桿小于或等于其余兩桿長最長桿小于或等于其余兩桿長度之和。度之和。n若取若取最短桿最短桿為為連架桿連架桿時：曲柄搖桿機構時：曲柄搖桿機構。v若取若取最短桿最短桿為為機架機架時：時：雙曲柄機構雙曲柄機構。n 若取若取最短桿最短桿為為連桿連桿時，時，即最短桿相對的即最短桿相對

22、的桿為機架：雙搖桿機構。桿為機架：雙搖桿機構。不滿足不滿足桿長條件桿長條件v即：最短桿加最長桿即：最短桿加最長桿大于大于其余兩桿長度之和，則其余兩桿長度之和，則鉸鏈四桿機構無論取哪桿為機架均無曲柄存在，鉸鏈四桿機構無論取哪桿為機架均無曲柄存在，只能得到雙搖桿機構。只能得到雙搖桿機構。在鉸鏈四桿機構中：在鉸鏈四桿機構中：鉸鏈鉸鏈四桿機構的類型與尺寸之間的關系：四桿機構的類型與尺寸之間的關系：2 2以最短桿為機架，則此機構為以最短桿為機架，則此機構為雙曲柄機構雙曲柄機構；以最短桿的相鄰構件為機架，則此機構為以最短桿以最短桿的相鄰構件為機架，則此機構為以最短桿為曲柄的為曲柄的曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構

23、；且：且：1 13 3以最短桿的對邊構件為機架，則此機構為以最短桿的對邊構件為機架，則此機構為雙搖桿機構雙搖桿機構。（1 1）如果最短桿與最長桿的長度之和小于或等于其它兩桿）如果最短桿與最長桿的長度之和小于或等于其它兩桿 長度之和長度之和 滿足桿長和條件滿足桿長和條件（2 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）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），則不論選哪個構件為機架，（不滿足桿長和條件），則不論選哪個構件為機架， 都為都為雙搖桿機構雙搖桿機構。v如圖所示，設已知四桿機構各構件的長度如圖所示，設已知四桿機構各構件的長度a=240mma=240

24、mm，b=600mmb=600mm，c=400mmc=400mm，d=500mmd=500mm，試回答下列問題：試回答下列問題： v1 1）當取桿）當取桿4 4為機架時，是否有曲柄存在？若有曲為機架時，是否有曲柄存在？若有曲柄，則桿柄，則桿 為曲柄，此時該機構為為曲柄，此時該機構為 機構。機構。 abcd12 2）要使此機構成為雙曲）要使此機構成為雙曲柄機構，則應取柄機構，則應取-桿為桿為機架。機架。 v3 3）要使此機構成為雙搖桿機構，則應取）要使此機構成為雙搖桿機構，則應取- 為為機架。機架。 v4）如將桿）如將桿4的長度改為的長度改為d=400mm，而其它各桿而其它各桿的長度不變，則應分

25、別以的長度不變，則應分別以1、2、3桿為機架時，桿為機架時，所獲得的機構為所獲得的機構為 機構。機構。 abcd1n例：圖示鉸鏈四桿機構例：圖示鉸鏈四桿機構ABCDABCD，已知已知l lABAB=100mm=100mm，l lBCBC=250mm=250mm，l lADAD=300mm=300mm；n求：此機構為雙搖桿機構時，求：此機構為雙搖桿機構時，CDCD桿的長度范圍。桿的長度范圍。n解解：n1 1）滿足桿長條件：）滿足桿長條件：nBCBC桿為最短桿時，桿為最短桿時，n此機構才可能是雙搖桿機構；此機構才可能是雙搖桿機構；n得：得：CD CD 桿的范圍：桿的范圍： 50 50mmlmmlC

26、DCD150mm 150mm 或或 450 450mmlmmlCDCD650mmllABAB+l+lBC BC n l lCDCD50mm50mmn設設CDCD桿為最長桿，桿為最長桿，l lCDCD+l+lABABllBCBC+l+lAD AD l lCDCD450450 mmmmn 且且 l lCDCDllABAB+l+lBCBC+l+lAD AD l lCDCD650mmllBCBC+l+lCD CD l lCDCD150mm150mm曲柄滑塊機構有曲柄的條件？曲柄滑塊機構有曲柄的條件？ADbADea)(AB1234eCabDbea曲柄滑塊機構有曲柄的條件曲柄滑塊機構有曲柄的條件ababe

27、mn構件構件a能通過能通過m點的條件是：點的條件是：bea構件構件a能通過能通過n點的條件是：點的條件是：bea曲柄滑塊機構有曲柄的條件曲柄滑塊機構有曲柄的條件bea轉動（擺動）導桿機構有曲柄的條件？轉動（擺動）導桿機構有曲柄的條件？導桿機構有曲柄的條件導桿機構有曲柄的條件dadadada 有曲柄，該機有曲柄，該機構是擺動導桿構是擺動導桿機構。機構。da 有曲柄，該機有曲柄，該機構是轉動導桿構是轉動導桿機構。機構。da 有曲柄，該機有曲柄，該機構是轉導桿機構是轉導桿機構。構。結論結論導桿機構總導桿機構總是有曲柄的是有曲柄的二、壓力角和傳動角二、壓力角和傳動角n1 1、壓力角、壓力角( (pre

28、ssure angle)pressure angle)n 從動件從動件CDCD受的受的力力F F的作用線與力作的作用線與力作用點用點C C的絕對速度的絕對速度vc vc 所夾銳角，稱為所夾銳角，稱為此此位置位置的壓力角的壓力角。 在不計摩擦力、重力、慣性力的條件下，機構中在不計摩擦力、重力、慣性力的條件下，機構中驅使驅使輸出件輸出件運動的運動的力的方向線力的方向線與與輸出件輸出件上上受力點的速受力點的速度方向線度方向線所夾的銳角所夾的銳角。vcF1ABCD1234vcFF1F21ABCD1234cos1FF n由力的分解：由力的分解： 沿著速度方向的有效分力沿著速度方向的有效分力sin2FF

29、垂直于垂直于F F2 2的分力的分力vcFF1F21ABCD1234 力力F F2 2 只能使鉸鏈只能使鉸鏈C C、D D產生壓軸力，希望它越小越好；產生壓軸力，希望它越小越好； 力力F F1 1 越大，推動機構的有效分力就越大，傳力效越大，推動機構的有效分力就越大，傳力效果就果就越好，越好，即即 越小越好。越小越好。n因此，對連桿機構中的因此，對連桿機構中的壓力角壓力角提出了限制，最大不提出了限制，最大不能超過能超過 40 405050，n即：即： 40mm40mm三、行程速度變化系數三、行程速度變化系數v1 1、極位夾角、極位夾角v2 2、急回運動、急回運動( (quick-return

30、motionquick-return motion) )v3 3、行程速度變化系數、行程速度變化系數k k1 1、極位夾角、極位夾角n 曲柄搖桿機構中曲柄搖桿機構中曲柄與連桿曲柄與連桿兩次共線位置兩次共線位置時曲柄之間所夾銳角時曲柄之間所夾銳角 稱為極位夾角。稱為極位夾角。 當當ABAB與與BCBC兩次共線時，輸出件兩次共線時，輸出件CDCD處于兩極限位置。處于兩極限位置。搖搖桿在兩極限位置所夾角稱為擺角桿在兩極限位置所夾角稱為擺角 。極位夾角極位夾角 ：當搖桿處于兩極限位置時，對應的曲柄當搖桿處于兩極限位置時，對應的曲柄位置線所夾的銳角。位置線所夾的銳角。B2C2B1C1A211C34BDa

31、bcd擺角擺角極位夾角極位夾角B2C2B1C1曲柄轉角曲柄轉角1801對應的時間對應的時間111/t搖桿點搖桿點C C的的平均速度平均速度1A211C34BDabcd21802122/t擺角擺角極位夾角極位夾角v1v21211/tCCv )2122/tCCv )2 2、急回運動急回運動( (quick-return motion)quick-return motion)t t1 1 t t2 2v v2 2 v v1 1v 在曲柄等速回轉的情況下，搖桿往復擺在曲柄等速回轉的情況下，搖桿往復擺動速度快慢不同的運動，稱為動速度快慢不同的運動，稱為急回運動急回運動。v v2 2 v v1 1n 為了

32、衡量搖桿急回作用的程度，用行為了衡量搖桿急回作用的程度，用行程速比系數表示。程速比系數表示。3 3、行程速比系數、行程速比系數k kv 為了衡量搖桿急回作用的程度，把從為了衡量搖桿急回作用的程度，把從動件往復擺動平均速度的比值（大于動件往復擺動平均速度的比值（大于1 1）稱）稱為行程速比系數，即為行程速比系數，即度從動件慢速行程平均速度從動件快速行程平均速k由由11180kkv極位夾角極位夾角為為180180/2112112112ttvvkv 四桿機構有無急回運動，取決于曲柄四桿機構有無急回運動，取決于曲柄v與連桿共線位置的夾角，即有無極位夾角與連桿共線位置的夾角，即有無極位夾角 ，不論，不論

33、是何種機構，只要機構在運行過程中具有極位夾角是何種機構，只要機構在運行過程中具有極位夾角 ，則該機構就具有急回作用。，則該機構就具有急回作用。v 角越大，則角越大，則K K值越大，說明急回運動的性質也越顯值越大，說明急回運動的性質也越顯著。著。曲柄滑塊機構中，原動件曲柄滑塊機構中，原動件ABAB以以等速轉動等速轉動1C1B1B2HC2偏置曲柄滑塊機構偏置曲柄滑塊機構2AB134eCab12222)()(eabebaH0, ,有急回特性。有急回特性。擺動導桿機構擺動導桿機構21B2B1有急回特性。有急回特性。B1B2HH=2a, 0, ,無急回特性。無急回特性。314A對心曲柄滑塊機構對心曲柄滑

34、塊機構B2Cab1C1C21ABn例、在鉸鏈四桿機構中，已知例、在鉸鏈四桿機構中，已知l lABAB=30mm=30mm，l lBCBC=110mm=110mm， l lCDCD=80mm=80mm，l lADAD=120mm=120mm，構件構件1 1為原動件。為原動件。n（1 1）判斷構件）判斷構件1 1能否成為曲柄；能否成為曲柄；n（2 2）用作圖法求出構件）用作圖法求出構件3 3的最大擺角；的最大擺角；n（3 3）當分別固定構件）當分別固定構件1 1、2 2、3 3、4 4時，各獲得何種機構？時，各獲得何種機構？n（4 4）用作圖法求出最小傳動角。）用作圖法求出最小傳動角。m/mm解：

35、解：1 1能否成為曲柄能否成為曲柄（2 2）用作圖法求出構件）用作圖法求出構件3 3的最大擺角的最大擺角（3 3）m/mmn（3 3）用作圖法求出最小傳動角；）用作圖法求出最小傳動角；v例：鉸鏈四桿機構中，已知：例：鉸鏈四桿機構中，已知：l lABAB=25mm=25mm，l lBCBC=55mm=55mm， l lCDCD=40mm=40mm，l lADAD=50mm=50mm，試問：試問：v(1) (1) 該機構是否有曲柄？該機構是否有曲柄？v(2) (2) 該機構是否有搖桿該機構是否有搖桿? ?如有，做出搖桿的擺角范圍；如有，做出搖桿的擺角范圍；v(3) (3) 以以ABAB為主動件時，

36、該機構有無急回特性？計算為主動件時，該機構有無急回特性？計算K K；v(4) (4) 以以ABAB為主動件時，確定該機構的最小傳動角。為主動件時，確定該機構的最小傳動角。四、機構的死點位置四、機構的死點位置畫出壓力角畫出壓力角1C234ABDabcdvBFBv 在不考慮構件的重力、在不考慮構件的重力、慣性力和運動副中的摩擦慣性力和運動副中的摩擦力的條件下，當機構處于力的條件下，當機構處于傳動角傳動角 =0 =0( (或或 =90=90) ) 的位置下，無論給機構主的位置下，無論給機構主動件的驅動力或驅動力矩動件的驅動力或驅動力矩有多大，均不能使機構運有多大，均不能使機構運動，這個位置稱為機構的

37、動，這個位置稱為機構的死點位置死點位置。1 1、死點、死點( (dead point)dead point)位置位置v 對于曲柄搖桿機構，若搖桿對于曲柄搖桿機構，若搖桿1 1為主動件，當連為主動件，當連桿與曲柄共線時的位置，即：搖桿處于兩個極限位桿與曲柄共線時的位置，即：搖桿處于兩個極限位置時，經過連桿置時，經過連桿2 2傳給從動曲柄傳給從動曲柄3 3的驅動力的驅動力F F，通過通過曲柄的轉動中心曲柄的轉動中心A A。對從動曲柄對從動曲柄3 3的有效力矩為零，的有效力矩為零，故不能推動曲柄轉動故不能推動曲柄轉動, ,機構處于卡死位置，機構的機構處于卡死位置，機構的這種位置稱為這種位置稱為死點位

38、置死點位置。n此時傳動角此時傳動角 =0 =0n（或（或 =90=90）。）。B2C2vB踏板踏板縫紉機主運動機構縫紉機主運動機構腳腳AB1C1DFB 機構是否有死點位置與哪一構件為主機構是否有死點位置與哪一構件為主動件有關。動件有關。v例如：曲柄搖桿機構，當例如：曲柄搖桿機構，當1 1為主動件時無死點位為主動件時無死點位置，當置，當3 3為主動件時有死點位置。為主動件時有死點位置。v例如：曲柄滑塊機構，當以滑塊例如：曲柄滑塊機構，當以滑塊3 3為主動為主動件時有死點位置。件時有死點位置。v雙曲柄機構，從動曲柄連續轉動，沒有雙曲柄機構，從動曲柄連續轉動，沒有極限位置極限位置，無，無死點位置死點

39、位置。v 平行四邊形機構，平行四邊形機構，兩曲柄與機架共線時，兩曲柄與機架共線時，傳動角為傳動角為0 0 （轉向轉向點點），從動曲柄可能向），從動曲柄可能向正、反兩個方向轉動，正、反兩個方向轉動，機構運動出現不確定，機構運動出現不確定，平行四邊形機構可能變平行四邊形機構可能變成反平行四邊形機構。成反平行四邊形機構。n雙搖桿機構，也有雙搖桿機構，也有死點位置，在實際死點位置，在實際設計中常采用限制設計中常采用限制擺桿的角度來避免擺桿的角度來避免死點位置。死點位置。死點位置的克服辦法死點位置的克服辦法v例：縫紉機借例：縫紉機借助于帶輪的慣助于帶輪的慣性通過死點。性通過死點。n（1 1）利用飛輪慣性

40、來克服死點位置）利用飛輪慣性來克服死點位置 蒸汽機車車輪聯動機構，左右車輪兩組蒸汽機車車輪聯動機構，左右車輪兩組曲柄滑塊機構中，曲柄曲柄滑塊機構中，曲柄ABAB與與ABAB位置錯開位置錯開9090。n（2 2）利用機構錯位排列法來克服死點位置。）利用機構錯位排列法來克服死點位置。2 2、死點位置在機構中的作用、死點位置在機構中的作用n鉆床工件夾緊機構鉆床工件夾緊機構n飛機起落架機構飛機起落架機構v例：給出平面四桿機構的名稱，并回答：例：給出平面四桿機構的名稱，并回答：v1 1）該機構有曲柄的條件；）該機構有曲柄的條件；v2 2）該機構有無急回運動；）該機構有無急回運動；v3 3）該機構有無死點

41、位置，在什么條件下出現死點；）該機構有無死點位置，在什么條件下出現死點；v4 4）構件）構件ABAB為主動件時，在什么位置有最小傳動角。為主動件時，在什么位置有最小傳動角。試問圖示各機構是否均有急回運動？以構件試問圖示各機構是否均有急回運動？以構件1 1為原動為原動件時，是否都有死點？在什么情況下才會有死點？件時，是否都有死點？在什么情況下才會有死點？偏置式曲柄滑塊機構例例2 2：圖示為開關的分合閘機構。已知：圖示為開關的分合閘機構。已知 L LABAB=150mm=150mm，L LBCBC=200mm=200mm，L LCDCD= 200mm= 200mm， L LADAD=400 mm=

42、400 mm。試回答：。試回答：1 1）該機構屬于何種類型的機構；）該機構屬于何種類型的機構；2 2）ABAB為主動件時，標出機構在虛線位置時的壓力角和傳動角；為主動件時，標出機構在虛線位置時的壓力角和傳動角；3 3）分析機構在實線位置（合閘）時，在觸頭接合力）分析機構在實線位置（合閘）時，在觸頭接合力Q Q作用下機構作用下機構會不會打開，為什么？會不會打開，為什么？ 此時此時CDCD桿是主動件，機構處于死點桿是主動件，機構處于死點位置，位置，C C點的約束反力通過點的約束反力通過B B點和點和A A點，此機構不能自動打開。點，此機構不能自動打開。 150400200200該機構為雙搖桿機構該

43、機構為雙搖桿機構 有關四桿機構的一些基本知識有關四桿機構的一些基本知識v（）鉸鏈四桿機構有曲柄的條件：（）鉸鏈四桿機構有曲柄的條件：v最短桿和最長桿長度之和小于或等于其它兩最短桿和最長桿長度之和小于或等于其它兩桿長度之和桿長度之和; ;v最短桿是連架桿或機架。最短桿是連架桿或機架。v 以最短桿為連架桿，即以最短桿相鄰的以最短桿為連架桿，即以最短桿相鄰的構件為機架獲得曲柄搖桿機構；以最短桿為構件為機架獲得曲柄搖桿機構；以最短桿為機架獲得雙曲柄機構；以最短桿為連桿，即機架獲得雙曲柄機構；以最短桿為連桿，即以最短桿相對的桿為機架獲得雙搖桿機構。以最短桿相對的桿為機架獲得雙搖桿機構。v 如果鉸鏈四桿機

44、構不滿足桿長條件，則如果鉸鏈四桿機構不滿足桿長條件，則無論取哪個構件為機架均無曲柄存在，只能無論取哪個構件為機架均無曲柄存在，只能得到雙搖桿機構。得到雙搖桿機構。v（）急回運動及行程速比系數（）急回運動及行程速比系數v 當連桿機構的主動件為等速回轉時，從動件回當連桿機構的主動件為等速回轉時，從動件回程的平均速度大于從動件的工作行程的平均速度，程的平均速度大于從動件的工作行程的平均速度，這種運動性質稱為急回運動。急回運動的程度用行這種運動性質稱為急回運動。急回運動的程度用行程速比系數來衡量。行程速比系數用從動件回程速比系數來衡量。行程速比系數用從動件回程的平均速度與工作行程的平均速度的比值來表示

45、，程的平均速度與工作行程的平均速度的比值來表示，即：即：180180kv 稱為極位夾角，即當機構從動件處于稱為極位夾角，即當機構從動件處于兩極限位置時，主動件曲柄在相應兩位置所兩極限位置時，主動件曲柄在相應兩位置所夾的銳角。夾的銳角。v 要確定機構是否有急回運動，關鍵是確要確定機構是否有急回運動，關鍵是確定機構是否存在定機構是否存在極位夾角極位夾角 ，若，若 0 0 ，表，表明機構有急回運動，且明機構有急回運動，且 角越大，急回運動角越大，急回運動越顯著。越顯著。v（）四桿機構的傳動角及死點（）四桿機構的傳動角及死點v ）壓力角和傳動角）壓力角和傳動角v 不考慮摩擦時，主動件曲柄通過連桿作不考

46、慮摩擦時，主動件曲柄通過連桿作用于從動件上的力的作用線與其作用點速度用于從動件上的力的作用線與其作用點速度方向所夾的銳角，稱為機構在此位置的壓力方向所夾的銳角，稱為機構在此位置的壓力角。而把壓力角的余角角。而把壓力角的余角 （即連桿與從動（即連桿與從動搖桿所夾銳角）稱為機構在此位置的傳動角。搖桿所夾銳角）稱為機構在此位置的傳動角。v 傳動角常用來衡量機構的傳動性能。機構的傳傳動角常用來衡量機構的傳動性能。機構的傳動角越大，壓力角越小，機構的效率越高。動角越大，壓力角越小，機構的效率越高。v 多數多數機構在運轉過程中傳動角機構在運轉過程中傳動角 是變化的，是變化的，為了使機構傳動質量良好，為了使

47、機構傳動質量良好，通常規定通常規定 minmin = 40 = 40。v 當以曲柄為主動件時，曲柄搖桿機構的最小傳當以曲柄為主動件時，曲柄搖桿機構的最小傳動角動角 minmin出現在曲柄與機架共線的出現在曲柄與機架共線的兩個兩個位置之一。位置之一。v）死點）死點v 當機構出現傳動角當機構出現傳動角 =0 =0，主動件通過連桿，主動件通過連桿作用與從動件上的力恰好通過其回轉中心，而不能作用與從動件上的力恰好通過其回轉中心，而不能使從動件轉動，出現頂死現象。機構的這種位置稱使從動件轉動，出現頂死現象。機構的這種位置稱為死點。為死點。v 機構必須克服死點才能正常運轉。克服死點可機構必須克服死點才能正

48、常運轉。克服死點可借助于構件慣性或采取相同機構錯位排列的方法。借助于構件慣性或采取相同機構錯位排列的方法。第四節第四節 平面四桿機構的設計平面四桿機構的設計 四桿機構是一種最簡單的平面連桿機構，但它的四桿機構是一種最簡單的平面連桿機構，但它的尺度綜合卻并不簡單，而是較為復雜的問題。由于設尺度綜合卻并不簡單，而是較為復雜的問題。由于設計要求的不同，決定了設計問題的多樣性，概括起來，計要求的不同，決定了設計問題的多樣性，概括起來，四桿機構的設計可以分為以下三類基本問題：四桿機構的設計可以分為以下三類基本問題：1 1）函數機構設計（實現預定運動規律的設計）函數機構設計（實現預定運動規律的設計）2 2

49、）導引機構設計（實現剛體給定位置的設計）導引機構設計（實現剛體給定位置的設計）3 3）軌跡機構設計（實現預定軌跡的設計）軌跡機構設計（實現預定軌跡的設計）1 1）函數機構設計）函數機構設計v 要求所設計的機構的主、從動連架桿之間的運要求所設計的機構的主、從動連架桿之間的運動關系能滿足若干組對應位置關系或某種給定的函動關系能滿足若干組對應位置關系或某種給定的函數關系。這類設計統稱為函數機構設計。數關系。這類設計統稱為函數機構設計。v 或是要求主動連架桿的運動規律一定的條件下，或是要求主動連架桿的運動規律一定的條件下，從動件能夠準確或近似地滿足預定的運動規律的要從動件能夠準確或近似地滿足預定的運動

50、規律的要求。求。v車門開閉機構車門開閉機構n 汽車前輪轉向機構汽車前輪轉向機構牛頭刨床中的導桿機構牛頭刨床中的導桿機構對數計算機構對數計算機構2 2）導引機構設計）導引機構設計v 要求所設計的機構能要求所設計的機構能引導連桿順序通過一系列引導連桿順序通過一系列給定的位置。即要求連桿給定的位置。即要求連桿能依次占據一系列給定的能依次占據一系列給定的位置位置 ( (或者滿足預定的連或者滿足預定的連桿位置要求桿位置要求) ) 。v鑄造砂型機的翻箱機構鑄造砂型機的翻箱機構v 飛機起落架機構飛機起落架機構3 3）軌跡機構設計）軌跡機構設計v 要求所設計的機構連要求所設計的機構連桿上一點的軌跡能與給定桿上

51、一點的軌跡能與給定的曲線相一致，或能依次的曲線相一致，或能依次通過曲線上的若干個有序通過曲線上的若干個有序列的點。稱為軌跡機構設列的點。稱為軌跡機構設計。計。v鶴式起重機鶴式起重機v 攪拌機攪拌機連桿 根據不同的設計要求，平面連桿機構的設計方根據不同的設計要求，平面連桿機構的設計方法也是多種多樣的，總的說來，可以分為圖解法、法也是多種多樣的，總的說來，可以分為圖解法、實驗法和解析法三大類。實驗法和解析法三大類。 圖解法直觀、清晰、簡便，應用較廣，但作圖圖解法直觀、清晰、簡便，應用較廣，但作圖誤差較大。誤差較大。 實驗法比較繁瑣。實驗法比較繁瑣。 由于計算機技術及數值計算方法的迅速發展，由于計算

52、機技術及數值計算方法的迅速發展，解析法的應用將日益廣泛。解析法的應用將日益廣泛。一、圖解法一、圖解法v（一）（一） 按照行程速比系數按照行程速比系數K K用圖解法設計用圖解法設計四桿機構四桿機構v 按從動件急回特性用圖解法求解鉸按從動件急回特性用圖解法求解鉸鏈四桿機構、曲柄滑塊機構、擺動導桿鏈四桿機構、曲柄滑塊機構、擺動導桿機構可獲得足夠的精度。機構可獲得足夠的精度。v1 1、曲柄搖桿機構、曲柄搖桿機構v已知搖桿的長度已知搖桿的長度l lCDCD，搖桿的擺角搖桿的擺角，行程行程速比系數速比系數K K，設計此曲柄搖桿機構。設計此曲柄搖桿機構。v解解: :v1)1)計算極位夾角計算極位夾角1118

53、0kkAD DC1C2BP902 2）作出搖桿的兩極限位置）作出搖桿的兩極限位置3 3）確定）確定A A點的位置點的位置BClABllBClAB4 4）求出曲柄、連桿的長度求出曲柄、連桿的長度BCABAC1ABBCAC2ABACBCACACAB1212A例例1 1：設計一鉸鏈四桿機構，已知圖示搖桿：設計一鉸鏈四桿機構，已知圖示搖桿CDCD的長度的長度L Lcdcd=150mm=150mm，搖桿的兩極限位置與機架搖桿的兩極限位置與機架ADAD所成的角度所成的角度1 1=30=30，2 2=90=90 ，機構的行程速比系數機構的行程速比系數K K1 1，確確定曲柄定曲柄ABAB和連桿和連桿BCBC

54、的長度。的長度。baC1C2Dmma75mmb225AC2=BC-ABAC1=AB+BC例例2 2：試用圖解法設計圖示曲柄搖桿機構試用圖解法設計圖示曲柄搖桿機構ABCDABCD。已知搖桿。已知搖桿 mmlDC40,45 （1 1）極位夾角）極位夾角 行程速度變化系行程速度變化系 數數K K=1.2=1.2，機架長度，機架長度 lbaAD（a a為曲柄長，為曲柄長，b b為連桿長）。為連桿長）。 3 .16) 1() 1(180 KK（2 2）作）作 C C OC C O12219073 7. C C1 1O O與與C C2 2O O相交于相交于O O點；點； （3 3）以）以O O為圓心，以為

55、圓心，以OCOC1 1為半徑畫為半徑畫L L圓；圓； （4 4）作）作DCDC1 1的垂直平分線交的垂直平分線交L L圓于圓于A A點，則點，則A A即為曲柄的回轉中心；即為曲柄的回轉中心； lbaADablAC1212ACAClAB（5 5）連）連ACAC2 2和和ACAC1 1，以，以A A為圓心，以為圓心，以（ACAC2 2 ACAC1 1）/2/2畫圓交畫圓交ACAC2 2和和ACAC1 1于于B B2 2點交點交ACAC1 1的延長線于的延長線于B B1 1點點。 2 2 、曲柄滑塊機構、曲柄滑塊機構v已知曲柄滑塊機構中滑塊的行程速比系數已知曲柄滑塊機構中滑塊的行程速比系數K K，滑

56、滑塊的行程塊的行程H H，偏距偏距e e，設計此機構。設計此機構。v解解: :v1)1)計算極位夾角計算極位夾角11180kkHP90eAc1c2BBClABllBClAB2 2）確定）確定A A點的位置點的位置3 3）求出曲柄、連桿的長度求出曲柄、連桿的長度BCABAC1ABBCAC2ABACBCACACAB1212例例3 3：設計一偏置曲柄滑塊機構，已知滑塊：設計一偏置曲柄滑塊機構，已知滑塊C C 的沖程的沖程H H=50 mm=50 mm， 導路的偏距導路的偏距e e =10mm=10mm，當曲柄，當曲柄ABAB為原動件時，滑塊為原動件時，滑塊C C工作行程工作行程的平均速度為的平均速度

57、為v vc1c1=0.05 m/s=0.05 m/s，空回行程的平均速度為，空回行程的平均速度為v vc2c2=0.075=0.075 m/sm/s。試用作圖法求：曲柄和連桿長度。試用作圖法求：曲柄和連桿長度。HPeAB1B2c1c2545 . 105. 0075. 012CCvvK3618015 . 115 . 118011KKmmACAClAB23212mmACAClBC372123 3、擺動導桿機構、擺動導桿機構v已知擺動導桿機構行程速比系數已知擺動導桿機構行程速比系數K K，機架的長度機架的長度l lACAC，設計此機構。設計此機構。v解解: :v1)1)計算極位夾角計算極位夾角v2)

58、 2) 2sinACABllmm 50ACl.ABl60) 12() 12(180) 1() 1(180KKmm, 50AC302 ACBmm 252502ACABll例例4 4：設計一曲柄導桿機構，已知導桿的行程速度變化系數：設計一曲柄導桿機構，已知導桿的行程速度變化系數k=2k=2，機架長度機架長度求曲柄長度求曲柄長度（要求寫出設計步驟）。（要求寫出設計步驟）。曲柄長曲柄長得得B B點。點。,CBAB過過A A作作例例5如圖示插床的導桿機構，已知如圖示插床的導桿機構，已知 ： ，行程速比系數行程速比系數 ，求曲柄，求曲柄BC的長度及插刀的長度及插刀P的行程的行程H。 ABAD5040 mm

59、 mm,K 1 4.BCABsin.212 94 mmHAD2220 7sin. mm （二）（二） 給定連桿若干個位置設計四桿機構給定連桿若干個位置設計四桿機構（按連桿預定的位置設計四桿機構）（按連桿預定的位置設計四桿機構） A AD DB1B2C1C2v1 1、給定連桿的兩個位置設計四桿機構、給定連桿的兩個位置設計四桿機構v已知連桿上兩轉動副中心的距離為已知連桿上兩轉動副中心的距離為L LBCBC, , 又已知連桿又已知連桿的兩工作位置的兩工作位置B B1 1C C1 1；B B2 2C C2 2。設計此四桿機構。設計此四桿機構。v解：關鍵找出解：關鍵找出A A，D D兩鉸鏈兩鉸鏈2 2、

60、給定連桿的三個位置設計四桿機構、給定連桿的三個位置設計四桿機構A AD DB1B2B3C1C2C3v（三）（三） 按給定的兩連架對應位置關系設計按給定的兩連架對應位置關系設計四桿機構。四桿機構。v解：根據坐標系解：根據坐標系cdbacoscoscoscbasinsinsin)(cos2cos2cos22222acadcddcab二、解析法二、解析法 任何傳動機構的任何傳動機構的工作性能工作性能都可由都可由傳動特傳動特性性和和傳動比傳動比來確定。來確定。（一）鉸鏈四桿機構的傳動特性（一）鉸鏈四桿機構的傳動特性1 1、傳動特性、傳動特性v 機構從動件的輸出量（位移或轉角）與主動機構從動件的輸出量（