第3章平面連桿機構目的及內容

1.了解連桿機構的類型及應用；2.了解平面連桿機構的演化方式；3.了解曲柄存在的條件、傳動角、死點、急回運動、行程速比系數等概念；4.掌握按簡單運動條件設計平面四桿機構的一些基本方法。重點：1.平面鉸鏈四桿機構基本形式及其演化2.曲柄存在條件、傳動角、死點、急回運動、行程速比系數

、運動連續性3.平面四桿機構綜合的一些方法(能按行程速比系數、連桿三位置設計四桿機構)難點：有關曲柄存在的條件的桿長關系式全面分析若干個構件通過低副連接而成的機構，稱之為低副機構。一、連桿機構二、連桿機構的分類1.根據構件之間的相對運動分為：平面連桿機構，空間連桿機構。2.根據機構中構件數目分為：四桿機構、五桿機構、六桿機構等。三、優點1.可傳遞較遠距離的動作；2.運動副均為低副，承載大，耐磨損。3.運動副元素幾何形狀較簡單，加工制造方便，成本低。靠其本身的幾何封閉來保證構件運動，結構簡單,工作可靠。荷蘭藝術家兼動態雕塑家TheoJansen發明利用風能自由奔跑的巨獸機器人。Jansen連桿機構四、缺點1.運動鏈長，運動累積誤差大，難以精確實現預定的連續運動，效率較低。2.構件上的慣性力難以平衡，不宜用于傳遞高速運動。3.運動副磨損后的間隙難以補償。4.低副引入的約束數比高副多，設計難度增加。搖桿連架桿曲柄連桿機架連架桿1.鉸鏈四桿機構的基本形式3.1鉸鏈四桿機構的基本類型及應用3.1.1曲柄搖桿機構在鉸鏈四桿機構中，若兩個連架桿中一個為曲柄，另一個為搖桿，則此四桿機構稱為曲柄搖桿機構。契貝謝夫四足步行機當一對腳足處在連桿曲線的直線部分時，著地靜止不動，另一對腳足則處在連桿曲線的曲線部分作邁足運動。兩對腳足交替著地、前行。汽車擋風玻璃雨刮器機構3.1.2雙曲柄機構在鉸鏈四桿機構中，若兩個連架桿都是曲柄，則稱為雙曲柄機構。平行四邊形機構特點：1.連桿作平動2.兩曲柄同向同速轉動升降平臺攝影搖臂運動不確定性

反平行四邊形機構特點：兩曲柄反向轉動車門啟閉機構3.1.3雙搖桿機構在鉸鏈四桿機構中，若兩連架桿都是搖桿，則稱為雙搖桿機構。鶴式起重機特例：等腰梯形機構——兩搖桿長度相等牛頭刨床機構3.2.1急回運動特性和行程速比系數3.3

鉸鏈四桿機構的傳動特性擺角θψC1C2DAB2B1B

1C

2∵

1>

2,∴t1>t2,

v1<v2極位夾角⌒v2=C1C2/t2

1=180

+θ,

2=180

-θ⌒v1=C1C2/t1極位夾角：兩極限位置曲柄所夾銳角行程速比系數極位夾角越大，K值越大，急回運動的性質越顯著。判斷機構是否有急回運動，看機構中是否存在極位夾角。存在急回運動不存在急回運動存在急回運動壓力角傳動角傳動角越大，對機構的傳動越有利，效率越高。機構壓力角:在不計摩擦力、慣性力和重力的條件下，力的作用線與其作用點的絕對速度方向vc間所夾的銳角。傳動角：壓力角的余角。3.2.2壓力角和傳動角

=0,δmin=arccos{[b2+c2-(d-a)2]/2bc}曲柄搖桿機構最小傳動角的確定B’C’δminF2ABCD

γδFvcF1

abcd

δγFVcγ=δ或γ=180-δB’’C’’δmax

γ

=180

,δmax=arccos{[b2+c2-(d+a)2]/2bc}γmin=[δmin,180

-δmax]min2）當原動件AB與機架拉直共線時，∠BCD最小。1）當原動件AB與機架重疊共線時，∠BCD最小。γmin≥[γ]=40

~50

曲柄滑塊機構的壓力角及傳動角短時沖擊載荷常用機構簡圖FABC123vB3αFvB3ABC123α=0°γ=90°αvB3FABC231導桿機構的壓力角和傳動角在不計構件的重力、慣性力和運動副中的摩擦阻力的條件下，當連桿機構從動件上的傳動角γ=0°（或α=90°）時，驅動力與從動件受力點的運動方向垂直，其有效分力等于零，無論給機構主動件的驅動力或驅動力矩有多大，均不能使機構運動，這時的機構位置稱為死點位置。3.2.3死點出現死點位置的條件：1.作往復運動的構件為原動件時；2.機構處于極限位置。縫紉機克服死點位置的方法1.安裝飛輪，利用慣性克服死點位置2.多個機構錯位排列機車車輪死點的利用飛機起落架夾具折疊桌3.3

鉸鏈四桿機構的曲柄存在條件轉動副成為周轉副的條件

若A為周轉副，則AB桿作360°整周回轉時，不應出現B、C、D共線情形。設鉸鏈A所連接的構件1（AB桿）和構件4（CD桿）的桿長關系a<d得:周轉副存在條件：1.桿長之和條件：最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿之和。2.構成周轉副的構件中必有一個是最短桿。鉸鏈四桿機構類型的判斷條件1.在滿足桿長和的條件下：

1）以最短桿的相鄰構件為機架，則最短桿為曲柄，另一連架桿為搖桿，即該機構為曲柄搖桿機構；2）以最短桿為機架，則兩連架桿為曲柄，該機構為雙曲柄機構；

3）以最短桿的對邊構件為機架，均無曲柄存在，即該機構為雙搖桿機構。

2.若不滿足桿長和條件，該機構只能是雙搖桿機構。3.鉸鏈四桿機構須滿足四構件組成封閉多邊形條件：最長桿的桿長<其余三桿長度之和。

3.4鉸鏈四桿機構的演化3.4.1改變構件形狀及相對尺寸得到曲柄滑塊機構

3.4.2擴大運動副尺寸得到偏心輪機構偏心輪機構—偏心距為曲柄的長度

演化偏心輪機構

偏心輪機構結構簡單，偏心輪軸頸的強度和剛度大，易于安裝整體式連桿，常用于曲柄長度要求較短、沖擊振動較大的機械中。3.4.3選用不同的構件為機架

φβδψ周轉副擺轉副擺轉副周轉副低副運動的可逆性：對于低副，它所聯接的兩個構件之間的相對運動關系，不因其中哪個構件是機架而改變。雙曲柄機構曲柄搖桿機構雙搖桿機構AA曲柄搖桿機構曲柄滑塊機構轉動導桿機構

機架長度L1<曲柄長度L2機架長度L1>曲柄長度L2轉動導桿機構擺動導桿機構曲柄滑塊機構搖塊機構曲柄滑塊機構移動導桿機構（定塊機構）3.5平面四桿機構的設計1.連桿設計的基本問題1）實現連桿（剛體）占有若干指定的位置，稱為剛體導引機構綜合所設計的機構能引導連桿通過一系列給定位置。2）實現預定的運動軌跡。稱為軌跡生成機構綜合所設計的機構連桿上某點能通過某一預先給定的軌跡。1）實驗法2）圖解法3）解析法二、設計方法已知：搖桿CD長度lCD，擺角φ，K＞1求：滿足K的A點位置，并定出lAB，lAD

，lBC3.5.1圖解法設計四桿機構1.按給定的行程速比系數設計四桿機構C1

D

B1

C2

B2

φ

A

1）曲柄搖桿機構C1DC2φAO90

-

90

-

步驟：1.計算2.確定比例尺μl3.任取一點D，作搖桿CD的兩個極限位置，夾角為φ4.作

C1C2O=

C2C1O=90-，得O點；5.以OC1為半徑畫圓，A點必在此圓上C1DB1C2B2φA

O90

-

90

-

6.選定A，設曲柄為a，連桿為b，則：AC1=b-aAC2=b+aa=(AC2-AC1)/2b=(AC1+AC2)/2注意：1.考慮機構運動的連續性，應避免機架AD的連線不在搖桿的可行域內，即A不選在C1C2及FG劣弧段上2.A點選擇C1G、C2F兩弧段上，當A向G（F）靠近時，則機構的最小傳動角將隨之減小而趨于零，故A應適當遠離G（F）點較為有利。3.有無窮多個解。2）曲柄滑塊機構已知：C1、C2位置（行程H），偏距e，K求:滿足K的A點位置3）導桿機構已知：機架長度d，K分析：由于

=φ，僅需確定曲柄長度a2.按給定連桿位置設計四桿機構目標：設計一鉸鏈四桿機構。已知條件：連桿占據預定的三個位置。分析：1.由B、C（動點）求A、D（定點）；2.A點是B點的軌跡中心

D點是C點的軌跡中心。方法：作垂直平分線（中垂線）。B1B2B3C2C3C1ADc23c12b23b12步驟：1.選定比例尺，按給定的連桿位置和長度畫出連桿三個位置B1C1和B2C2