1、第3章 平面連桿機構3.1 平面連桿機構的基本形式及其演化3.2 平面四桿機構存在曲柄 的條件及基本特性 3.3 平面四桿機構的設計 了解平面四桿機構的基本形式及演化形式。 掌握平面四桿機構的工作特性及在工程實際中的應用。 掌握平面四桿機構的實際方法。 知識目標知識目標 掌握曲柄搖桿機構、雙曲柄機構、雙搖桿機構的概念及應用。 會分析鉸鏈四桿機構的演化形式及應用。 會根據工作要求設計平面四桿機構。 能力目標能力目標 連桿機構連桿機構 是剛性構件通過低副連接而形成的機構，又稱為低副機構。平面連桿機構平面連桿機構 活動構件均在同一平面或在相互平行的平面內運動的連桿機構稱為平面連桿機構。 學會判斷平面

2、四桿機構的基本形式。 掌握鉸鏈四桿機構的演化形式及應用。 學習要點學習要點 3.1 平面連桿機構的基本形式及其演化3.1 平面連桿機構的基本形式及其演化 工程中常用的平面連桿機構工程中常用的平面連桿機構是平面四桿機構。是平面四桿機構。平面四桿機構平面四桿機構鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構 ( (全轉動副全轉動副) )含有移動副的平含有移動副的平面四桿機構面四桿機構 3.1 平面連桿機構的基本形式及其演化機架機架：固定不動的構件為機架。固定不動的構件為機架。 如圖所示的如圖所示的AD桿。桿。連架桿連架桿：與機架相聯的構件為連架桿；與機架相聯的構件為連架桿； 如圖所示的如圖所示的AB桿和桿和CD桿。桿。

3、鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構 運動副都是轉動副的平運動副都是轉動副的平面四桿機構稱為鉸鏈四桿機構。面四桿機構稱為鉸鏈四桿機構。3.1.1 3.1.1 鉸鏈四桿機構的基本形式鉸鏈四桿機構的基本形式曲柄曲柄：連架桿中，能繞機架的固定：連架桿中，能繞機架的固定鉸鏈作整周轉動的稱為曲柄。鉸鏈作整周轉動的稱為曲柄。如圖所示的如圖所示的AB桿。桿。搖桿搖桿：連架桿中，僅能在一定角度范連架桿中，僅能在一定角度范圍內往復擺動的稱為搖桿。圍內往復擺動的稱為搖桿。如圖所示的如圖所示的CD桿。桿。連桿連桿：不與機架相連的構件稱為連桿。：不與機架相連的構件稱為連桿。 如圖所示的如圖所示的BC桿。桿。鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機

4、構 ( (全轉動副全轉動副) )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 3.1.1 3.1.1 鉸鏈四桿機構的基本形式鉸鏈四桿機構的基本形式鉸鏈四桿機構的三種基本形式鉸鏈四桿機構的三種基本形式： 1.1.曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構 兩連架桿分別為曲柄和搖桿的鉸鏈四桿機構稱為曲柄搖桿機構。 曲柄曲柄 搖桿搖桿 連桿連桿 機架機架應用雷達天線俯仰角調整機構雷達天線俯仰角調整機構應用腳踏砂輪機機構腳踏砂輪機機構 2.2.雙曲柄機構雙曲柄機構兩連架桿均為曲柄的鉸鏈四桿機構，稱兩連架桿均為曲柄的鉸鏈四桿機構，稱雙曲柄機構。雙曲柄機構。 曲柄曲柄曲柄曲柄應用插床六桿機構插床六桿

5、機構 平行四邊形機構有以下三個運動特點:（1）兩曲柄轉速相等 機車車輪聯動機構機車車輪聯動機構 （2）連桿始終與機架平行 天平機構天平機構（2）連桿始終與機架平行攝影車升降機構攝影車升降機構 （3）運動的不確定性 平行四邊形機構平行四邊形機構 為了克服運動的不確定性，可以對從動曲柄施加外力，或利用飛輪及構件本身的慣性作用。也可以采用輔助曲柄等措施解決. 帶有輔助構件的平行四邊形機構帶有輔助構件的平行四邊形機構 反平行四邊形機構 即連桿與機架的長度相等，兩個曲柄長度相等所組成的轉向相反的雙曲柄機構.反平行四邊形機構反平行四邊形機構反平行四邊形機構 車門啟閉機構車門啟閉機構3.3.雙搖桿機構雙搖桿

6、機構兩連架桿均為搖桿的鉸鏈四桿機構，稱為雙搖桿機構。 起重機機構起重機機構應用車輛前輪轉向機構車輛前輪轉向機構鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構 ( (全轉動副全轉動副) )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 3.1.1 3.1.1 鉸鏈四桿機構的基本形式鉸鏈四桿機構的基本形式3.1.2 鉸鏈四桿機構的演化含 有一個移動副的平面四桿機構曲柄搖桿機構到曲柄滑塊機構的演化曲柄搖桿機構到曲柄滑塊機構的演化 3.1.2 鉸鏈四桿機構的演化含 有一個移動副的平面四桿機構曲柄搖桿機構到曲柄滑塊機構的演化曲柄搖桿機構到曲柄滑塊機構的演化 3.1.2 鉸鏈四桿機構的演化含 有一個移動副

7、的平面四桿機構曲柄搖桿機構到曲柄滑塊機構的演化曲柄搖桿機構到曲柄滑塊機構的演化 3.1.2 鉸鏈四桿機構的演化含 有一個移動副的平面四桿機構曲柄搖桿機構到曲柄滑塊機構的演化曲柄搖桿機構到曲柄滑塊機構的演化 3.1.2 鉸鏈四桿機構的演化含 有一個移動副的平面四桿機構 1.曲柄滑塊機構 由曲柄、連桿、滑塊和機架組成的機構，稱為曲柄滑塊機構。 偏置曲柄滑塊機構 滑塊軌道中心線偏離曲柄的轉動中心A對心曲柄滑塊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對心曲柄滑塊機構 滑塊軌道中心線通過曲柄的轉動中心A曲柄滑塊機構分類曲柄滑塊機構分類 2.偏心輪機構 由偏心輪、連桿、滑塊和機架組成的機構稱

8、為偏心輪機構。偏心輪機構偏心輪機構 3.導桿機構 由曲柄、導桿、滑塊和機架組成的機構，稱為導桿機構。3.導桿機構 若機架長度AB小于曲柄長度BC，即ABBC，則導桿4能作整周轉動，因此稱為轉動導桿機構。(1)轉動導桿機構轉動導桿機構 若取機架長度大于曲柄長度，即ABBC，則導桿4只能做往復擺動，形成擺動導桿機構。3.導桿機構 (2)擺動導桿機構擺動導桿機構應用簡易刨床的導桿機構簡易刨床的導桿機構 牛頭刨床的導桿機構牛頭刨床的導桿機構 4.搖塊機構 若將對心曲柄滑塊機構中的連桿BC作為機架，滑塊只能繞C點擺動，就得到曲柄搖塊機構，簡稱搖塊機構。 搖塊機構搖塊機構應用吊車吊車 5.定塊機構 若將偏

9、置曲柄滑塊中的滑塊3作為機架，BC桿成為繞轉動副C擺動的搖桿，AC桿成為滑塊做往復移動，就得到搖桿滑塊機構，又稱為定塊機構。 定塊機構定塊機構 應用手搖唧筒手搖唧筒 含有移動副含有移動副的平面四桿的平面四桿機構機構 曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構 偏心輪機構偏心輪機構 導桿機構導桿機構 搖塊機構搖塊機構 定塊機構定塊機構平平面面連連桿桿機機構構鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構 ( (全轉動副全轉動副) )含有移動副的含有移動副的平面四桿機構平面四桿機構 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 偏心輪機構偏心輪機構 導桿機構導桿機構 搖塊機構搖塊機構 定

10、塊機構定塊機構 能夠運用平面四桿機構存在曲柄的條件判斷機構的類型。 掌握機構的急回特性、壓力角、傳動角及死點的概念，并能夠在運動簡圖上進行標注。 學習要點學習要點 3.2 平面四桿機構存在曲柄 的條件及基本特性 3.2 平面四桿機構存在曲柄 的條件及基本特性 3.2.1 鉸鏈四桿機構存在曲柄的條件（1）連架桿和機架中必有一桿為最短桿（簡稱最短桿條件）（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（簡稱長度和條件） 此條件亦稱桿長條件。 a+cb+d a+db+c a+bc+d 將上述三式中每兩式相加并簡化，可得 ab ac ad 鉸鏈四桿機構曲柄存在條件鉸鏈四桿機構曲柄存在條件 通過分

11、析可得如下結論: （1）鉸鏈四桿機構中，如果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，則根據機架選取的不同，可有下列三種情況 取與最短桿相鄰的桿為機架，則最短桿為曲柄，另一連架桿為搖桿，組成曲柄搖桿機構 取最短桿為機架，則兩連架桿均為曲柄，組成雙曲柄機構 取最短桿對面的桿為機架，則兩連架桿均為搖桿，組成雙搖桿機構 通過分析可得如下結論:（2）鉸鏈四桿機構中，如果最短桿與最長桿的長度之和大于其余兩桿長度之和，則不論取哪一桿為機架，都沒有曲柄存在，均為雙搖桿機構。3.2.2.3.2.2.急回特性急回特性 急回特性急回特性 當主動件等速轉動時，做往當主動件等速轉動時，做往復運動的從動件復運

12、動的從動件在返回行程中的平均速度大在返回行程中的平均速度大于工作行程的平均速度的特性于工作行程的平均速度的特性 。3.2.2.3.2.2.急回特性急回特性 擺角擺角 極位夾角極位夾角急回特性用行程速比系數急回特性用行程速比系數 K K表示，即表示，即K K = =180 + 180 + 180 - 180 - K K值的大小取決于極位夾角值的大小取決于極位夾角 ，角越角越大，大，K K值越大，急回運動特性越明顯值越大，急回運動特性越明顯；反之，反之，則愈不明顯。當則愈不明顯。當= 0= 0時時，K K=1 =1 ，機構無急，機構無急回特性。回特性。 偏置曲柄滑塊機構和擺動導桿機構也具有急回特性

13、。值得注意的是在擺動導桿機構中=。機構急回特性的判定機構急回特性的判定 3.2.3 3.2.3 壓力角與傳動角壓力角與傳動角壓力角：作用壓力角：作用在從動件搖桿在從動件搖桿CDCD上的力上的力F F，與該力作用點與該力作用點C C運動線速度運動線速度vc vc 之間所夾之間所夾的銳角的銳角CvtFnFFCvtFnFFCvtFnFFCvtFnFFCvtFnFF3.2.3 3.2.3 壓力角與傳動角壓力角與傳動角傳動角傳動角: :壓力壓力角的余角即連角的余角即連桿與從動件間桿與從動件間所夾的銳角所夾的銳角。 CvtFnFFCvtFnFF3.2.3 3.2.3 壓力角與傳動角壓力角與傳動角 壓力角越

14、小，壓力角越小，傳動角越大，機傳動角越大，機構的傳力效果越構的傳力效果越好。好。 CvtFnFFCvtFnFF 由此可見，壓力角和傳由此可見，壓力角和傳動角是反映機構傳力性能動角是反映機構傳力性能的重要標志。的重要標志。 3.2.3 3.2.3 壓力角與傳動角壓力角與傳動角 規定工作行程中的最規定工作行程中的最小傳動角小傳動角 minmin 40 405050。 CvtFnFFCvtFnFF 分析表明，在曲柄搖桿機構中，min可能出現在曲柄與機架共線的兩個位置時，一般可通過計算或作圖量取此二位置的傳動角，其中的小值即為min。 曲柄搖桿機構的壓力角和傳動角曲柄搖桿機構的壓力角和傳動角 在曲柄滑

15、塊機構中，若曲柄AB為主動件時，最小傳動角min 出現在曲柄AB垂直于滑槽中心線位置時。 最小傳動角min 計算公式為對心曲柄滑塊機構: min =arccosr/l 偏置曲柄滑塊機構: min =arccosr+e/l 偏置曲柄滑塊機構的最小傳動角偏置曲柄滑塊機構的最小傳動角 3.2.4 3.2.4 死點位置死點位置 在曲柄搖桿機構中，若搖桿為主動件，當搖桿處于兩極限位置時，從動曲柄與連桿共線，主動搖桿通過連桿傳給從動曲柄的作用力通過曲柄的轉動中心，此時曲柄的壓力角=90，傳動角=0，因此無法推動曲柄轉動，機構的這個位置稱為死點死點位置位置。曲柄搖桿機構的死點位置曲柄搖桿機構的死點位置 在工

16、程上有時也需利用機構的死點位置來進行工作。例如飛機的起落架、折疊式家具和夾具等機構。鉆床夾具鉆床夾具 學會按給定三個或兩個連桿位置設計平面四桿機構。 學會按給定急回特性系數設計平面四桿機構。 學習要點學習要點 3.3 平面四桿機構的設計3.3 平面四桿機構的設計平面四桿機構設計的基本問題是 根據機構工作要求，結合附加限定條件，確定繪制機構運動簡圖所必需的參數，包括各構件的長度尺寸及運動副之間相對位置。平面四桿機構設計的方法 圖解法、實驗法和解析法。本節介紹圖解法。3.3.1 按給定的連桿位置設計平面四桿機構 1.1.按給定的連桿三個位置設計平面四桿機構按給定的連桿三個位置設計平面四桿機構 已知

17、鉸鏈四桿機構中連桿的長度及三個預定已知鉸鏈四桿機構中連桿的長度及三個預定位置，要求確定四桿機構的其余構件尺寸。位置，要求確定四桿機構的其余構件尺寸。 兩連架桿與機架組成轉動副的中心A、D，分別在BmBn和CmCn的中垂線上 分析分析 問題的關鍵是確定兩連架桿與機架組成轉動副的中心A、D。按給定的連桿三個位置設計四桿機構按給定的連桿三個位置設計四桿機構 1.1.按給定的連桿三個位置設計平面四桿機構按給定的連桿三個位置設計平面四桿機構 3.3.1 按給定的連桿位置設計平面四桿機構 2.2.按給定的連桿二個位置設計平面四桿機構按給定的連桿二個位置設計平面四桿機構 已知鉸鏈四桿機構中連桿的長度及二個預定已知鉸鏈四桿機構中連桿的長度及二個預定位置，要求確