第3章

連桿機構3.1連桿機構概述3.2鉸鏈四桿機構的基本形式和特性

3.3鉸鏈四桿機構曲柄存在的條件3.4鉸鏈四桿機構的演化

3.5平面四桿機構的設計3.1連桿機構概述

連桿機構：由若干剛性構件用鉸鏈（回轉副）或導軌（移動副）連接成的機構。

平面連桿機構：構件全部由平面低副連接，活動構件在同一平面或平行平面內運動的機構。呼和浩特鐵路局捐贈的建設B型8328蒸汽機車（西南交大機車博物館）（總長：約23米，重量：124噸，產地：大同機車工廠。1988年生產，2000年退役）應用應用應用車輪聯動機構縫紉機應用雷達仰角調節裝置應用雨刮器工作原理應用抽油機應用

1.可實現多種運動形式之間的轉換，得到復雜的運動軌跡，滿足生產工藝的要求；

2.由于低副為面接觸，因此壓強小、耐磨損。適用于載荷較大的場合；

3.低副的接觸面通常是容易加工的平面或圓柱面，容易獲得較高的制造精度；

4.若采用長連桿，實現較長距離運動傳遞，適合于操縱機構。

優點

1.低副存在間隙，構件數目↑(越多)、精度↓(越低)，運動誤差積累↑。不宜用于高精度傳動。

2.精確實現復雜運動規律時，設計較困難。

3.有部分構件處于變速運動中，存在慣性力，不適合高速。

缺點3.2鉸鏈四桿機構基本形式及其特性組成：機架4連架桿1、3連桿2曲柄1搖桿3鉸鏈四桿機構：全部運動副都是轉動副的平面四桿機構。123CB4AD連桿：不與機架直接連接的桿。機架：固定不動的桿。連架桿：與機架相連的桿。曲柄：作整周回轉的連架桿（勻速）。搖桿：作往復擺動的連架桿（變速）。123CB4AD分類（有無曲柄）曲柄搖桿機構雙曲柄機構雙搖桿機構——四桿機構最基本的形式。注意：鉸鏈四桿機構中機架、連桿必不可少。鉸鏈四桿機構連桿機架一、曲柄搖桿機構連架桿一為曲柄，另一個搖桿等速旋轉(原動)變速擺動1.極限位置、極位夾角與擺角左C1D

右C2D曲柄與連桿重疊共線拉伸共線極位夾角

：搖桿處于兩極限位置時曲柄所夾銳角。擺角

：搖桿兩極限位置之間的夾角。2.急回特性定義：空回行程時間少于工作行程時間的特性。分析：曲柄

＝180

＋

t1

搖桿

t1v1＝C1C2／t1

曲柄

＝180

－

t2

搖桿

t2v2＝C1C2／t2

工作行程空回行程

＝常數，

1＞

2

t1＞t2

v1＜v2曲柄搖桿機構K＝t1／t2＝

1／

2行程速比系數K：K

＞1

K

＝0K＝1用于設計應用：牛頭刨床往復式運輸機送料機插床極位夾角

：說明：3.壓力角與傳動角壓力角

：C點受力F方向與速度vc方向所夾銳角。傳動角

：壓力角

的余角。

=90°?

連桿與搖桿之間的夾角。FnFtFF分解目的：為了便于度量。圓周力Ft＝Fcos

軸向力Fn＝F

sin

圓周力：Ft＝Fcos

——驅動力，作功軸向力：Fn＝F

sin

——拉力，不作功壓力角

傳動角

Ft

，機構傳力性能越好。反之，運動副摩擦阻力，機構傳力越費勁，傳動效率。壓力角

（傳動角

）的大小是判斷機構傳力性能好壞的標志。

最小傳動角

min

可能出現在曲柄與機架共線的兩個位置。連桿機構運轉時，傳動角

（壓力角

）是不斷變化的；在一個運動循環中，一定存在著一個

min

。設計時：

min>

[

min]=40°

說明：

當搖桿為主動件，曲柄為從動件，搖桿處于極限位置C1D

、C2D時，曲柄與連桿共線。搖桿通過連桿施加在曲柄上的力必通過回轉中心點A。4.死點（止點）位置：問題：機構自鎖運動不穩定縫紉機內燃機曲柄滑塊機構消除死點解決方法：采用飛輪——利用慣性輔助機構——施加外力聯動機構——錯開死點利用死點：夾緊機構ABCDFFn1234二、雙曲柄機構特點：兩連架桿均為曲柄。一個曲柄另一個曲柄等速旋轉（原動）變速旋轉旋轉式水泵正平行四邊形機構（廣泛）反平行四邊形機構平行雙曲柄機構——相對兩桿等長思考：平行雙曲柄機構是否有急回特性？是否有死點位置？注意：

當四個鉸鏈中心處于同一直線上時，會出現運動不確定狀態，應采取一定措施消除。三、雙搖桿機構特點：兩連架桿均為搖桿。起重機機構起落架雙搖桿機構有極限位置。等腰梯形機構——兩搖桿等長但在任意位置擺角不相等。B’B’’

B

C’’C’C

13B1

C1

汽車前輪轉向機構3.3鉸鏈四桿機構曲柄存在條件曲柄（整轉副）存在條件分析：兩構件能相對轉動360°的轉動副稱為整轉副。有整轉副的鉸鏈四桿機構才可能存在曲柄。CABB’’B’DC’’C’2314位置2：曲柄與機架拉伸共線

B’’C’’D：L4

＋L1≤L2

＋L3(3)位置1：曲柄與機架重疊共線

B’C’D：L2≤(L4

?L1)

＋L3(1)L3≤(L4

?L1)

＋L2(2)L2＋L1≤L4＋L3L3＋

L1

≤

L4＋L2

L4＋L1

≤

L2＋L3依據：三角形任意兩邊邊長之和必大于等于第三邊邊長。

L1≤

L2

L1≤L3

L1≤

L4

整理得：①最短桿與最長桿長度之和≤另外兩桿的長度之和；②曲柄是最短桿。曲柄存在的必要條件如果不滿足上述條件，則無論以哪個桿作機架，都只能得到雙搖桿機構。結論：123CB4AD以最短桿相鄰的桿作機架——

曲柄搖桿機構（最短桿作連架桿）以最短桿作機架——雙曲柄機構以最短桿相對的桿作機架（最短桿作連桿）——雙搖桿機構3.4鉸鏈四桿機構的演化及應用

①以移動副代替轉動副②改變構件尺寸

③改變運動副尺寸

④變更機架

四種方法：123CB4AD曲柄搖桿→曲柄滑塊機構演化過程：一、轉動副轉化成移動副曲柄滑塊機構分類：對心曲柄滑塊機構

偏置曲柄滑塊機構應用：廣泛應用于活塞式內燃機、空氣壓縮機、沖床等機械中。思考1：

曲柄滑塊機構（對心和偏置）曲柄存在條件？思考2：對心和偏置曲柄滑塊機構是否都有急回特性和死點位置？

若有，條件是什么？L1≤

L2

L1+e

≤L2

滑塊作為主動構件時，都存在死點。L1+e

≤L2，有急回特性。導桿機構——桿１為機架演化過程：

圖b)為導桿機構，可以看作是在曲柄滑塊機構選取不同構件為機架演化而成。二、變更機架原理：通常曲柄２主動且作整周轉動，滑塊３在導桿４上滑動并跟隨導桿轉動或擺動。分類：轉動導桿機構（AB<BC）

擺動導桿機構（AB>BC）牛頭刨床機構思考：擺動導桿機構的極位夾角是如何定義的呢？說明：

導桿機構的傳動角始終等于90°，具有很好的傳力性能，常用于牛頭刨床、插床和回轉式油泵中。擺動導桿機構存在急回特性。搖塊機構——桿2為機架（圖c）

廣泛應用于擺缸式內燃機和液壓驅動裝置中，自卸貨車就是典型的應用。搖塊機構定塊機構定塊機構——滑塊固定常用于抽水唧筒和抽油泵中。即有兩個滑塊（移動副）的連桿機構。

按移動副所處位置不同，分為：

(1)正切機構：兩移動副不相鄰，其從動件3的位移與主動件1轉角的正切成正比。三、雙滑塊（移動副）機構

(2)正弦機構：兩移動副相鄰且其中一個與機架相連。

從動件3的位移與曲柄1轉角的正弦成正比。(3)十字滑塊機構：兩移動副相鄰但都不與機架相連。

常用作聯軸器，它可以自動補償主、從動軸由于對中不良而產生的位置誤差。(4)橢圓儀機構：兩移動副相鄰且都與機架相連。橢圓儀機構原理：當兩個滑塊在機架的滑槽中移動時，連桿上的各點的軌跡是長短半徑不同的橢圓。四、擴大回轉副

改變運動副尺寸偏心輪是將轉動副B

擴大

到包括轉動副A而形成的；偏心距

e

即為曲柄的長度l1；一方面提高了偏心軸構件的強度和剛度，另一方面簡化了結構。廣泛應用于傳力較大而行程較小的剪床、沖床、顎式破碎機、往復泵、內燃機等機械中。五、多桿（組合）機構手動沖床機構雙搖桿+定塊機構使力放大桿數多于四桿的機構，常用六桿機構。篩料機機構均可看成是兩個四桿機構的組合。雙曲柄+曲柄滑塊增強功能3.5平面四桿機構的設計

四桿機構的設計，指根據給定的運動條件來確定機構運動簡圖的尺寸參數。設計分類

1.給定從動件的運動規律(位移、速度、加速度等)，確定各桿長比。

2.給定從動件運動軌跡，確定各桿長比。設計方法

圖解法——簡便直觀，但設計精度低解析法——精度高，應用最為廣泛；實驗法——較繁瑣且精度也低，必要時采用。分析：由于連桿兩端的鉸鏈B、C

作圓周運動，因此，在已知連桿長及兩個位置情況下，機架上A、D兩鉸鏈中心點必位于連桿對應點連線的垂直平分線上。已知連桿長度及兩個位置——設計鉸鏈四桿機構一、按給定從動件位置設計四桿機構

B1B2C1C2B1B2C1C2給定兩個位置有一組解；由于三點確定一個圓，給定三個位置時有唯一解。說明：已知三個位置已知滑塊兩個極限位置——設計對心曲柄滑塊機構H=2l1213ABCB1B2C1C2已知H，關鍵找出l1

l2與H

關系；l1

＝H/2，C1C2連線上確定出A點

無窮多解考慮輔助條件，

＝l2/l1

＝3~5,

一定，唯一解曲柄搖桿機構設計

已知條件：搖桿長度l3

，擺角ψ和行程速比系數K。設計關鍵：確定鉸鏈A的位置，從而確定其余三桿長。設計步驟：二、按給定行程速比系數設計

DC1C2ψ