第4章

平面連桿機構學習目的:

掌握平面四桿機構的基本形式和演化方法，掌握平面四桿機構的基本特性，會進行簡單平面四桿機構的圖解法設計。

4.4

平面四桿機構的設計

4.3

平面四桿機構的基本特性

4.2

平面四桿機構的基本形式及其演化

4.1

概述若干構件用低副（轉動副、移動副）連接而成的平面機構。4.1概述

◆平面連桿機構：◆平面連桿機構的特點：優(yōu)點：①運動副是低副，接觸面積大、壓強小、磨損小；制造容易。缺點：①設計復雜；②各構件因是低副聯(lián)接，存在間隙，傳動精度低；③一般適用于速度較低場合。②能實現(xiàn)多種運動形式的轉換和比較復雜的運動規(guī)律的要求；◆四連桿機構是最基本的平面連桿機構，即平面四桿機構4.2平面四桿機構的基本形式及其演化

4.2.1平面四桿機構的基本形式

AD—機架AB、CD—連架桿BC—連桿連架桿往復擺動—搖桿能整圈回轉—曲柄ADCB由四個桿狀構件及四個轉動副組成。鉸鏈四桿機構：◆鉸鏈四桿機構有三種基本形式：曲柄搖桿機構、雙曲柄機構、雙搖桿機構。1）曲柄搖桿機構

特征：曲柄＋搖桿作用：將曲柄的整周回轉轉變?yōu)閾u桿的往復擺動。（曲柄主動）雷達天線俯仰機構攪拌機構縫紉機踏板機構（搖桿主動）動畫動畫動畫2）雙曲柄機構特征：兩個曲柄作用：將等速回轉轉變?yōu)?/p>

等速或變速回轉。慣性篩機構

特例：平行四邊形機構特征：兩連架桿等長且平行，連桿作平動。機車車輪聯(lián)動機構動畫動畫平行四邊形機構存在運動不確定位置?？刹扇煞N措施予以克服：2）添加輔助構件。

1）依靠構件慣性；◆反平行四邊形機構--車門開閉機構車門啟閉機構

車門啟閉機構

動畫3）雙搖桿機構

特點：兩連架桿都是搖桿飛機起落架機構電風扇搖頭機構動畫動畫特例：等腰梯形機構

—汽車轉向機構

動畫↓∞

4.2.2鉸鏈四桿機構的演化

1.轉動副轉化成移動副

曲柄搖桿機構曲柄滑塊機構偏置曲柄滑塊機構

對心曲柄滑塊機構

BA1234CBA1234CA1234CB3A214CBA234CB1取1為機架取2為機架取3為機架增加1的長度2．取不同的構件為機架

對心曲柄滑塊機構曲柄搖塊機構曲柄轉動導桿機構曲柄擺動導桿機構定塊機構(d’)曲柄擺動導桿機構牛頭刨床應用實例:小型刨床（擺動導桿機構）（轉動導桿機構）平面連桿機構的類型、特點和分類

動畫動畫手動唧筒機構自動卸料機構動畫動畫3．其他演變

◆變化含有兩個移動副的四桿機構的機架正弦機構縫紉機跳針機構

動畫雙轉塊機構雙滑塊機構動畫動畫◆擴大回轉副偏心輪機構曲柄滑塊機構將轉動副B加大，直至把轉動副A包括進去，成為幾何中心是B，轉動中心為A的偏心圓盤。觀察天平機構，它利用了哪種四桿機構的哪種特性？【思考題4.1】

要使桿AB成為曲柄，轉動副A就應為周轉副，由AB桿與AD桿兩次共線的位置可分別得到ΔDB′C′和ΔDB"C"

將上式兩兩相加4.3平面四桿機構的基本特性

4.3.1鉸鏈四桿機構存在曲柄的條件

即AB桿為最短桿。

1.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，此條件為桿長條件。

2.最短桿必為機架或連架桿。分析上述各式，可得出曲柄存在的條件是：雙搖桿機構曲柄搖桿機構雙搖桿機構雙曲柄機構以最短桿相鄰桿為機架以與最短桿相對的桿為機架以最短桿為機架NY◆鉸鏈四桿機構類型的判斷方法：C”B”1）a為最短桿2)a+e≤be曲柄滑塊機構有曲柄的條件?AabBCC’B’【思考題4.2】例4.1

a=100,b=150,c=200,d=300取不同的桿為機架是否有曲柄?

100+300>150+200例4.2a=100,b=250,c=200,d=300取不同的桿為機架是否有曲柄?故無論取何桿為機架均為雙搖桿機構100+300<250+200故取a作機架為雙曲柄機構。

取b或d作機架則為以a為曲柄的曲柄搖桿機構。取c作機架則為雙搖桿機構。解：解：例4.3

在鉸鏈四桿機構ABCD中，若AB、BC、CD三桿的長度分別為：a=120mm，b=280mm,c=360mm，機架AD的長度d為變量。試求；

(1)當此機構為曲柄搖桿機構時，d的取值范圍；

(2)當此機構為雙搖桿機構時，d的取值范圍；

(3)當此機構為雙曲柄機構時，d的取值范圍。解：而搖桿擺角均為所以，搖桿往復運動的快慢不同。從C1D→C2D：從C2D→C1D：4.2.2急回特性

曲柄以由AB1順時針轉到AB2，曲柄轉角由AB2順時針轉到AB1，曲柄轉角搖桿的這種特性稱為急回運動。極位夾角：為搖桿位于兩極限位置時，對應的曲柄所夾的銳角。

設計機械時，一般先根據(jù)機械的急回要求給出K值，再求出極位夾角，最后確定各構件尺寸。最大擺角:搖桿往復擺過的最大角度。稱K為行程速比系數(shù)。◆曲柄滑塊機構和擺動導桿機構的急回特性

對心曲柄滑塊機構中，由于其θ=0o，K=1，故無急回作用

偏置曲柄滑塊機構，因其θ≠0o,故有急回作用。

擺動導桿機構中，當曲柄AC兩次轉到與導桿垂直時，導桿處于兩側極位。由于其θ≠0o，故也有急回作用。

圖所示小型刨床機構中的轉動導桿機構有無急回特性?

【思考題4.3】機構運轉時，傳動角是變化的，通常規(guī)定最小傳動角的下限。作用在從動件3上的驅動力F與該力作用點絕對速度vc之間所夾的銳角。有效分力Ft=Fcos,越小，有效分力越大壓力角的余角。4.3.3壓力角與傳動角◆一般機械，取min≥40°；大功率機械，取min≥50°。壓力角：傳動角：◆出現(xiàn)最小傳動角min的位置分析對于曲柄搖桿機構，γmin出現(xiàn)在主動曲柄與機架共線的兩位置之一

對于曲柄搖桿機構，當搖桿為主動件時，在連桿與曲柄兩次共線的位置，機構均不能運動。機構的這種位置稱為：“死點”（機構的死點位置）在“死點”位置，機構的傳動角

γ＝04.3.4死點位置

◆可以利用“死點”位置進行工作，例如：飛機起落架、鉆夾具

等。◆“死點”位置的過渡方法：1.依靠飛輪的慣性（如內燃機、縫紉機等）。2.兩組機構錯開排列，如火車輪聯(lián)動機構

。動畫動畫1.雙搖桿機構有無死點位置？2.雙曲柄機構有無死點位置？（無）（有）【思考題4.4】4.4平面四桿機構的設計

根據(jù)給定的使用要求，選擇機構的類型，確定機構的尺寸參數(shù)。

設計的基本問題:1.按給定的運動規(guī)律（如急回特性、對應位置等）設計；2.按給定的運動軌跡設計

設計方法：

圖解法、解析法和實驗法設計任務：4.4.1按給定的行程速比系數(shù)Ｋ設計四桿機構已知條件：

擺角設計關鍵：找鉸鏈中心A

點的位置。C1

D

A

？搖桿長度和行程速比系數(shù)Ｋ。

C2

◆曲柄搖桿機構

B1

θ

1)畫出搖桿CD兩極限位置，且∠C1DC2=ψ;N

C2

C1

D

A

B2E

ψ

θ

2)畫輔助圓;3)根據(jù)機架長度或位置確定A點;4)連接AC1、AC2，∠C1AC2=θ;5)確定曲柄、連桿長度。設計方法：

90－θE2θ2ae◆曲柄滑塊機構

H已知K，滑塊行程H，偏距e，設計此機構。①計算:θ＝180°(K-1)/(K+1);②作C1C2

＝H③作射線C1O使∠C2C1O=90°－θ,

④以O為圓心，C1O為半徑作圓。⑥以A為圓心，AC1為半徑作弧交于E,得：作射線C2O使∠C1C2O=90°－θ。⑤作偏距線e，交圓弧于A，即為所求。C1C290°-θO90°-θAl1=EC2/2l2=AC2－EC2/2mnφ=θD◆導桿機構由于θ與導桿擺角φ相等，設計此機構時，僅需要確定曲柄a

。①計算θ＝180°(K-1)/(K+1);②任選D作∠mDn＝φ＝θ，③取A點，使得AD=d，則:a=dsin(φ/2)。Ad作角分線;已知：機架長度d，K，設計此機構。分析：ADθφ=θ◆

給定連桿兩組位置有唯一解。B2C2AD將鉸鏈A、D分別選在B1B2，C1C2連線的垂直平分線上任意位置都能滿足設計要求?！艚o定連桿上鉸鏈BC的三組位置有無窮多組解。A’D’B2C2B3C3ADB1C1B1C14.4.2按給定的連桿位置設計四桿機構

熱處理電爐爐門開關機構的設計

D1)首先在一張紙上取固定軸A的位置，作原動件角位移φi位置φi

ψi

位置φi

ψi

1→215010.804→515015.802→31501