第五章平面連桿機構及其設計第一節(jié)平面連桿機構的特點與基本型式第二節(jié)平面連桿機構的基本性質第三節(jié)平面連桿機構的設計《機械原理》HIGHEDUCATIONPRESS一、平面連桿機構的特點二、平面連桿機構的基本型式三、四桿機構的演化與變異四、平面連桿機構的應用第一節(jié)平面連桿機構的特點與基本型式

一、平面連桿機構的特點結構簡單、易于制造、成本低廉承載能力大可實現(xiàn)多樣化的運動規(guī)律可實現(xiàn)遠距離的運動和動力的傳遞能實現(xiàn)特殊的運動軌跡二、平面連桿機構的基本型式（一）全轉動副的四桿機構（鉸鏈四桿機構）

（二）含有一個移動副的四桿機構（三）含有兩個移動副的四桿機構（一）全轉動副的四桿機構（鉸鏈四桿機構）

曲柄搖桿機構

雙曲柄機構

雙搖桿機構曲柄搖桿機構定義曲柄——連架桿中能作整周轉動的構件搖桿——連架桿中只能作往復擺動的構件曲柄搖桿機構——兩個連架桿中一為曲柄，一為搖桿的機構雙曲柄機構定義——兩個連架桿均為曲柄的機構雙搖桿機構定義——兩個連架桿均為搖桿的機構（二）含有一個移動副的四桿機構

曲柄滑塊機構

曲柄導桿機構

曲柄搖塊機構

移動導桿機構曲柄滑塊機構定義——一連架桿為曲柄，另一連架桿為相對機架作往復移動的滑塊的機構分類——對心式、偏置式曲柄導桿機構定義——一連架桿為曲柄，而另一連架桿也作定軸轉動或擺動，且與塊狀連桿組成移動副，其相對滑塊的運動起導路作用的機構分類——擺動導桿式、轉動導桿式曲柄搖塊機構定義——一連架桿為曲柄，另一連架桿為塊狀，且只能作定軸往復擺動的機構移動導桿機構定義——以曲柄滑塊機構中的滑塊作為機架，原機架在固定滑塊中移動的機構（三）含有兩個移動副的四桿機構

雙滑塊機構

雙轉塊機構

正弦機構

正切機構特點——連桿上除去A、B兩點作直線運動和連桿中點M點做圓周運動外，連桿上其他各點的軌跡均為橢圓

雙滑塊機構定義——兩個連架桿作成塊狀，且相對機架作相對移動的機構雙轉塊機構特點——導桿2同時與滑塊1和3組成移動副。當原動滑塊1繞軸A轉動時，通過導桿2使從動滑塊3繞軸B按相同方向轉動，因此兩個轉動滑塊的角速度必相等定義——兩塊狀連架桿均作定軸轉動的機構正弦機構特點——曲柄1轉動時，帶動滑塊2在導桿3上作水平方向的移動，同時導桿3在固定導路4（機架）中沿垂直方向移動，其位移量s=lsinφ，與曲柄轉角φ成正弦函數(shù)關系定義——一個連架桿作往復移動，另一個連架桿作定軸轉動或擺動的機構正切機構特點——構件之間都用一個移動副和一個轉動副連接，滑塊3的位移s=atanφ。定義——一個連架桿作往復移動，另一個連架桿作定軸轉動或擺動的機構三、四桿機構的演化與變異（一）低副相對運動的可逆性

（二）四桿機構的演化與變異

（一）低副相對運動的可逆性定義——對于低副所連接的兩個構件之間的相對運動關系不因其中哪個構件作為參考坐標而變化。擺線漸開線對于高副？結論——高副不具有相對運動可逆性。（二）四桿機構的演化與變異1.鉸鏈四桿機構的演化2．轉動副向移動副的演化3．含有一個移動副的四桿機構的演化4．含有兩個移動副的四桿機構的演5．運動副的形狀變異6．構件形狀變異7．構件尺寸的變異1．鉸鏈四桿機構的演化取AD、BC為機架，可演化為曲柄搖桿機構

取AB為機架，可演化為雙曲柄機構

取CD為機架，可演化為雙搖桿機構

第五章平面連桿機構及其設計HIGHEDUCATIONPRESS2．轉動副向移動副的演化曲柄搖桿機構曲柄曲線滑塊機構偏置曲柄滑塊機構對心曲柄滑塊機構第五章平面連桿機構及其設計HIGHEDUCATIONPRESS3．含有一個移動副的四桿機構的演化轉動導桿機構曲柄搖塊機構移動導桿機構曲柄搖桿機構4．含有兩個移動副的四桿機構的演化雙滑塊機構

正弦機構雙轉塊機構5．運動副的形狀變異曲柄滑塊機構偏心盤機構6．構件形狀變異曲柄搖塊機構擺動導桿機構7．構件尺寸的變異平行四邊形機構反平行四邊形機構四、平面連桿機構的應用（一）全轉動副的四桿機構（鉸鏈四桿機構）的應用（二）含有一個移動副的四桿機構的應用（三）含有兩個移動副的四桿機構的應用（一）全轉動副的四桿機構（鉸鏈四桿機構）的應用礦石破碎機雷達旋轉裝置和面機第五章平面連桿機構及其設計HIGHEDUCATIONPRESS慣性篩機構戶外攝影平臺第五章平面連桿機構及其設計HIGHEDUCATIONPRESS鶴式起重機前輪轉向機構第五章平面連桿機構及其設計HIGHEDUCATIONPRESS（二）含有一個移動副的四桿機構的應用單缸四沖程內燃機牛頭刨床小型牛頭刨床第五章平面連桿機構及其設計HIGHEDUCATIONPRESS擺動式油泵插齒機床讓刀機構自動卸料汽車手搖唧筒第五章平面連桿機構及其設計HIGHEDUCATIONPRESS（三）含有兩個移動副的四桿機構的應用縫紉機走針機構平行軸聯(lián)軸器橢圓規(guī)牛頭刨床第五章平面連桿機構及其設計HIGHEDUCATIONPRESS第二節(jié)平面連桿機構的基本性質一、曲柄存在條件二、急回特性三、機構壓力角與傳動角四、機構的死點位置①最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和；②連架桿與機架中必有一桿為最短桿。一、曲柄存在條件cbda+￡+cadb+-￡)(badc+-￡)(曲柄存在條件構件1為機架取不同構件為機架時的鉸鏈四桿機構型式構件4為機架構件2為機架構件3為機架二、急回特性極位夾角——當從動搖桿處于左、右兩極限位置時，主動曲柄兩位置所夾的銳角θ搖桿的擺角——從動搖桿兩極限位置間的夾角ψ急回特性——當曲柄等速轉動時，搖桿往復擺動的平均速度不同的運動特性。急回特性的相對程度，通常用v2

與v1的比值K來衡量，K稱為行程速比系數(shù)。行程速比系數(shù)K傳動角γ——壓力角的余角。三、壓力角和傳動角壓力角α——從動件受力點（C點）的受力方向與受力點的速度方向之間所夾的銳角。設計條件如何確定γmin？γ

min可能發(fā)生在主動曲柄與機架兩次共線（AB′，AB″）的位置之一處，即處。△ABD△BCD結論第五章平面連桿機構及其設計HIGHEDUCATIONPRESS四、死點位置死點位置——在搖桿CD為主動件的曲柄搖桿機構中，連桿BC與從動曲柄AB出現(xiàn)兩次共線的位置。特征——γ=0°（α=90°）死點的缺陷死點的利用死點的缺陷順利通過死點位置的措施：①利用系統(tǒng)的慣性；②利用特殊機構蒸汽機車驅動輪聯(lián)動機構——利用機構錯位排列縫紉機踏板機構——利用慣性死點的利用快速夾具飛機起落架第三節(jié)平面連桿機構的設計一、平面連桿機構設計的基本問題

二、圖解設計法

三、解析設計法一、平面連桿機構設計的基本問題

按照給定的運動軌跡設計四桿機構（一）按照給定的連桿一系列位置設計四桿機構（二）按照連架桿的一系列位置設計四桿機構（三）按照行程速比系數(shù)設計四桿機構按照給定的運動規(guī)律設計四桿機構（一）按照給定連桿一系列位置設計四桿機構剛體導引機構的設計鑄造車間翻轉臺（二）按照連架桿的一系列位置設計四桿機構實現(xiàn)函數(shù)關系的機構設計（三）按照行程速比系數(shù)設計四桿機構按照連架桿的兩個極限位置和機構的急回特性設計四桿機構按照給定的運動軌跡設計四桿機構二、圖解設計法（一）按照連桿的一系列位置設計四桿機構1．按照連桿的二個位置設計四桿機構2．按照連桿的三個對應位置設計鉸鏈四桿機構（二）按照連架桿的一系列對應位置設計四桿機構（三）按行程速比系數(shù)設計四桿機構

（四）按照連桿曲線設計四桿機構B1C1B2C2b12c12AD1．按照連桿的二個位置設計四桿機構無窮多解2．按照連桿的三個對應位置設計鉸鏈四桿機構ADB1C1B2C2B3C3b12c12b23c23唯一解（二）按照連架桿的一系列對應位置設計四桿機構

反轉法的原理

按照連架桿的三組對應位置設計四桿機構反轉法的原理按兩連架桿預定的對應位置設計四桿機構按連桿預定位置設計四桿機構按照連架桿的三組對應位置設計四桿機構鉸鏈四桿機構第五章平面連桿機構及其設計HIGHEDUCATIONPRESS①已知連架桿和曲柄長度曲柄滑塊機構第五章平面連桿機構及其設計HIGHEDUCATIONPRESS②已知連架桿和滑塊的位置曲柄滑塊機構第五章平面連桿機構及其設計HIGHEDUCATIONPRESS第五章平面連桿機構及其設計HIGHEDUCATIONPRESS（三）按行程速比系數(shù)設計四桿機構

曲柄搖桿機構

曲柄滑塊機構

導桿機構常用設計步驟：1.按實際需要給定行程速比K的數(shù)值2.算出極位夾角θ3.根據(jù)機構在極限位置時的幾何關系，結合有關輔助條件來確定機構運動簡圖的尺寸參數(shù)。曲柄搖桿機構曲柄滑塊機構導桿機構（四）按照連桿曲線設計四桿機構圖譜法實驗法實驗作圖結合法實驗法（一）解析法的基本原理（二）按連桿的一系列位置設計四桿機構（三）按照連架桿的對應位置設計四桿機構（四）按預定軌跡設計四桿機構三、解析設計法（一）解析法的基本原理

剛體位移矩陣

定桿長約束條件描述剛體的運動位置變化求解連架桿的轉動中心剛體位移矩陣位置1位置j第五章平面連桿機構及其設計HIGHEDUCATIONPRESS

，

由位置1到位置j的剛體位移矩陣第五章平面連桿機構及其設計HIGHEDUCATIONPRESS第五章平面連桿機構及其設計HIGHEDUCATIONPRESS定桿長約束條件A點是B1Bj軌跡曲線的圓心（二）按連桿的一系列位置設計四桿機構1.找出連桿平面上運動軌跡為圓的點（B點）；2.找出B點運動軌跡的圓心A點;3.同理，找出連桿平面上的C點及C點運動軌跡的圓心D點?；舅悸反氲玫紹1和A的坐標第五章平面連桿機構及其設計HIGHEDUCATIONPRESSj=2：給定二個連桿位置，可列一個方程，有無窮多解j=3：給定三個連桿位置，可列二個方程，有無窮多解j=4：給定四個連桿位置，可列三個方程，有無窮多解j=5：給定五個連桿位置，可列四個方程，可能有解也可能無解未知數(shù)：第五章平面連桿機構及其設計HIGHEDUCATIONPRESS

同理，可得到C1和D的坐標第五章平面連桿機構及其設計HIGHEDUCATIONPRESS例題一求：設計一鉸鏈四桿機構引導工作構件S實現(xiàn)這三個位置。已知：工件構件S的三個位置（單位：mm）（1）計算出連桿位移矩陣中各元素的值解：位置數(shù)j＝3，設計方程數(shù)j－1＝2，選定第五章平面連桿機構及其設計HIGHEDUCATIONPRESS第五章平面連桿機構及其設計HIGHEDUCATIONPRESS（2）把及矩陣中各元素的數(shù)值代入式（5－13）中，得到及。第五章平面連桿機構及其設計HIGHEDUCATIONPRESS（3）把上述表達式和已選定的xA、yA與式（5－14）聯(lián)立求解：聯(lián)立求解第五章平面連桿機構及其設計HIGHEDUCATIONPRESS(4）同理可得C1點坐標的聯(lián)立方程聯(lián)立求解第五章平面連桿機構及其設計HIGHEDUCATIONPRESS1.用曲柄存在條件判斷可知，此機構為一雙搖桿機構。2.選定不同的、及、的值，就可得到不同的解。所以，當給定位置數(shù)j＝3時，有無窮多解。（5）畫出設計結果（處于第1位置時）的機構簡圖結論第五章平面連桿機構及其設計HIGHEDUCATIONPRESS（三）按照連架桿的對應位置設計四桿機構基本思想——利用剛化反轉法基本原理，把按照給定連架桿對應位置的設計轉化為按照連桿的對應位置設計問題。設計實質——求出點C1的坐標。繞A點轉動到時，旋轉矩陣繞D點轉動到時，旋轉矩陣運動到的相對剛體位移矩陣

第五章平面連桿機構及其設計HIGHEDUCATIONPRESS為與之間的夾角，設，則有：

到的運動矩陣描述

第五章平面連桿機構及其設計HIGHEDUCATIONPRESSB點到C點的定桿長約束方程聯(lián)立求解位移矩陣方程和定桿長約束方程，即可解出與的坐標。注意——在轉化機構中為固定鉸鏈點，在原機構中則為第一位置時的連桿上的鉸鏈點。因方程只包含了4個待求參數(shù)、、、,故一般給定的兩連架桿的對應位置數(shù)。第五章平面連桿機構及其設計HIGHEDUCATIONPRESS固定鉸鏈A、D的坐標為A(,)＝(0,0)，D(,)＝(1,0）。例題二