第二章平面連桿機(jī)學(xué)習(xí)重點(diǎn):1.熟練掌握并能應(yīng)用四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在條件判斷是否存在曲柄及機(jī)構(gòu)類(lèi)型；2.理解四桿機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)K、急回特性、極位夾角、傳動(dòng)角、壓力角、死點(diǎn)位置等概念，并能熟練通過(guò)作圖確定和求出四桿機(jī)構(gòu)的極限位置、極位夾角、最小傳動(dòng)角（或最大壓力角）和死點(diǎn)位置。3.能綜合運(yùn)用按給定的行程速比系數(shù)K和連桿的位置等運(yùn)動(dòng)條件來(lái)熟練設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)。第二章平面連桿機(jī)構(gòu)第一節(jié)概述第二節(jié)鉸鏈四桿結(jié)構(gòu)的基本形式及其演化第三節(jié)平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性第四節(jié)平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)第一節(jié)概述平面連桿機(jī)構(gòu)是由若干個(gè)構(gòu)件通過(guò)低副聯(lián)接而成的機(jī)構(gòu)，又稱(chēng)為平面低副機(jī)構(gòu)。由四個(gè)構(gòu)件通過(guò)低副聯(lián)接而成的平面連桿機(jī)構(gòu)，稱(chēng)為四桿機(jī)構(gòu)。如果所有低副均為轉(zhuǎn)動(dòng)副，這種四桿機(jī)構(gòu)就稱(chēng)為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。平面連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)由于是低副，為面接觸，所以承受壓強(qiáng)小、便于潤(rùn)滑、磨損較輕，可承受較大載荷結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，構(gòu)件之間的接觸是有構(gòu)件本身的幾何約束來(lái)保持的，所以構(gòu)件工作可靠可使從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)多種形式的運(yùn)動(dòng)，滿(mǎn)足多種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的要求利用平面連桿機(jī)構(gòu)中的連桿可滿(mǎn)足多種運(yùn)動(dòng)軌跡的要求平面連桿機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)根據(jù)從動(dòng)件所需要的運(yùn)動(dòng)規(guī)律或軌跡來(lái)設(shè)計(jì)連桿機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，精度不高。運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性難以平衡，不適用于高速場(chǎng)合。1、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)在兩連架桿中，一個(gè)為曲柄，另一個(gè)為搖桿。應(yīng)用舉例：牛頭刨床橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)、攪面機(jī)、衛(wèi)星天線(xiàn)、飛剪縫紉機(jī)腳踏板機(jī)構(gòu)、自行車(chē)、走步機(jī)、送料機(jī)構(gòu)

一般曲柄主動(dòng)，將連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為搖桿的擺動(dòng)，也可搖桿主動(dòng)，曲柄從動(dòng)。運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：根據(jù)連架桿運(yùn)動(dòng)形式的不同，可分為三種基本形式第二節(jié)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式曲柄搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例攪面機(jī)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例曲柄搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例縫紉機(jī)腳踏板機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例自行車(chē)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例跑步機(jī)2.雙曲柄機(jī)構(gòu)—兩連桿架均為曲柄的四桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用舉例：慣性篩、插床機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：從動(dòng)曲柄變速回轉(zhuǎn)慣性篩雙曲柄機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例插床機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例兩曲柄的長(zhǎng)度相等，轉(zhuǎn)向相同，即平行四邊形機(jī)構(gòu)特點(diǎn)：1)兩曲柄角速度相等 2)連桿始終與機(jī)架平行缺點(diǎn)：曲柄與連桿共線(xiàn)后的瞬間，從動(dòng)曲柄運(yùn)動(dòng)不確定。為避免這種情況：裝飛輪，加虛約束，錯(cuò)列機(jī)構(gòu)3.雙搖桿機(jī)構(gòu)—兩連桿架均為搖桿的四桿機(jī)構(gòu)港口起重機(jī)、飛機(jī)起落架、車(chē)輛的前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)應(yīng)用舉例：雙搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例港口起重機(jī)選擇連桿上合適的點(diǎn)，軌跡為近似的水平直線(xiàn)雙搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例飛機(jī)起落架風(fēng)扇搖頭雙搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例二、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化1.擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副，使轉(zhuǎn)動(dòng)副變成移動(dòng)副1)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)化成移動(dòng)副曲柄滑快機(jī)構(gòu)演化

2)偏心輪機(jī)構(gòu)特點(diǎn)：容易加工；工作時(shí)潤(rùn)滑條件和受力情況好；可用于較重載荷的傳動(dòng)中。應(yīng)用舉例：蒸汽機(jī)換氣閥傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、沖壓機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。（a）等效曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（b）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（c）等效曲柄搖桿機(jī)構(gòu)（d)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

3)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)化成一個(gè)移動(dòng)副如果兩個(gè)移動(dòng)副代替鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，便可得到三種不同形式的四桿機(jī)構(gòu)1.曲柄移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)2.雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)3.雙滑塊機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化單移動(dòng)副機(jī)構(gòu)的演化將轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)件2作的比構(gòu)件1短，可變得擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。2.取不同的構(gòu)件為機(jī)架

導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)圖2

曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)(a)曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu);(b)電氣開(kāi)關(guān)小型刨床機(jī)構(gòu)卡車(chē)車(chē)廂自動(dòng)翻轉(zhuǎn)卸料機(jī)構(gòu)

手動(dòng)抽水機(jī)取不同的構(gòu)件為機(jī)架當(dāng)構(gòu)件2和構(gòu)件4均能作整周轉(zhuǎn)動(dòng)，小型刨床就是應(yīng)用實(shí)例當(dāng)桿2的長(zhǎng)度小于機(jī)架長(zhǎng)度時(shí)，導(dǎo)稈4只能作來(lái)回?cái)[動(dòng)，又稱(chēng)為擺動(dòng)導(dǎo)稈機(jī)構(gòu)，牛頭刨中的主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是他的應(yīng)用實(shí)例當(dāng)以構(gòu)件3為機(jī)架時(shí)，可演化成移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，圖示壓水機(jī)就是實(shí)例正弦機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例縫紉機(jī)針運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

在中①②

在中整理得③將式①、②、③中的三個(gè)不等式兩兩相加，化簡(jiǎn)后得④④曲柄存在條件：①最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和；②連架桿與機(jī)架中必有一桿為最短桿。一、曲柄存在條件第三節(jié)平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性雙搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)以最短桿相鄰桿為機(jī)架以與最短桿相對(duì)的桿為機(jī)架以最短桿為機(jī)架NY判斷由不同桿作機(jī)架時(shí)四桿機(jī)構(gòu)屬于哪種機(jī)構(gòu)取不同構(gòu)件為機(jī)架時(shí)的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)型式(a)構(gòu)件4為機(jī)架;(b)構(gòu)件2為機(jī)架;(c)構(gòu)件1為機(jī)架;(d)構(gòu)件3為機(jī)架取不同構(gòu)件為機(jī)架時(shí)的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)型式二、急回特性和行程速比系數(shù)搖桿的擺角ψ＝∠C1DC2；極位夾角θ曲柄等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，搖桿往復(fù)擺動(dòng)的平均速度不相同，這種運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的急回運(yùn)動(dòng)。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的急回運(yùn)動(dòng)程度可以用2和的比值來(lái)衡量，

稱(chēng)為行程速比系數(shù)。極位夾角θ：曲柄在兩次與連桿共線(xiàn)時(shí)所夾的銳角θ↗，K↗，急回程度↗。θ=0時(shí)，K=1時(shí)，機(jī)構(gòu)無(wú)急回運(yùn)動(dòng)。具有急回特性的充要條件：1.曲柄為主動(dòng)件，作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)2.輸出件作往復(fù)運(yùn)動(dòng)3.極位夾角θ>0三、壓力角和傳動(dòng)角1.壓力角a壓力角：從動(dòng)件所受的力F與受力點(diǎn)速度Vc所夾的銳角a。有效分力：Ft=Fcosa有害分力：Fn=Fsinaa愈小，機(jī)構(gòu)傳動(dòng)性能愈好。2.傳動(dòng)角g傳動(dòng)角：連桿與從動(dòng)件所夾的銳角g。g=900-ag越大，機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性能越好，設(shè)計(jì)時(shí)一般應(yīng)使gmin≥400,對(duì)于高速大功率機(jī)械應(yīng)使gmin≥500。3.最小傳動(dòng)角的位置鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)在曲柄與機(jī)架共線(xiàn)的兩位置出現(xiàn)最小傳動(dòng)角。對(duì)于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，當(dāng)主動(dòng)件為曲柄時(shí)，最小傳動(dòng)角出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架垂直的位置。對(duì)于擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)由于在任何位置時(shí)主動(dòng)曲柄通過(guò)滑塊傳給從動(dòng)桿的力的方向，與從動(dòng)桿上受力點(diǎn)的速度方向始終一致，所以傳動(dòng)角等于90度。四、死點(diǎn)位置死點(diǎn)的位置在從動(dòng)曲柄與連桿共線(xiàn)的兩個(gè)位置之一時(shí)，出現(xiàn)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角g=0，壓力角a=90的情況，這時(shí)連桿對(duì)從動(dòng)曲柄的作用力恰好通過(guò)其回轉(zhuǎn)中心，無(wú)論搖桿的力有多大機(jī)構(gòu)也無(wú)法運(yùn)動(dòng)（不能推動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)），機(jī)構(gòu)的這種位置稱(chēng)為死點(diǎn)位置。死點(diǎn)位置的利弊利：工程上利用死點(diǎn)進(jìn)行工作。弊： 機(jī)構(gòu)有死點(diǎn)，從動(dòng)件將出現(xiàn)卡死或運(yùn)動(dòng)方向不確定 現(xiàn)象，對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不利在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄為主動(dòng)件時(shí)，機(jī)構(gòu)無(wú)死點(diǎn)位置；當(dāng)搖桿為主動(dòng)件時(shí)，機(jī)構(gòu)有死點(diǎn)位置。結(jié)論：1.主動(dòng)件無(wú)極限位置時(shí)，該機(jī)構(gòu)無(wú)死點(diǎn)位置2.死點(diǎn)位置出現(xiàn)在有極限位置的四桿機(jī)構(gòu)中且當(dāng)搖桿、滑塊或?qū)U為主動(dòng)件時(shí)(主動(dòng)件有極限位置)度過(guò)死點(diǎn)的方法增大從動(dòng)件的質(zhì)量、利用慣性度過(guò)死點(diǎn)位置。采用機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列的方法

利用慣性利用機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列

具夾速快第四節(jié)平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)概論

一個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程：已知條件→構(gòu)件尺寸

兩類(lèi)基本問(wèn)題：實(shí)現(xiàn)給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律；

實(shí)現(xiàn)給定運(yùn)動(dòng)軌跡；

三種設(shè)計(jì)方法：圖解法解析法實(shí)驗(yàn)法已知條件：運(yùn)動(dòng)條件、幾何條件、動(dòng)力條件。簡(jiǎn)明易懂，精確性差。精確度好，計(jì)算繁雜。形象直觀(guān)，過(guò)程復(fù)雜。圖解法設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)一、按給定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)已知：連桿BC長(zhǎng)度及三個(gè)位置（B1C1,B2C2,B3C3）要求：設(shè)計(jì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟：①連接B1B2、B2B3，作線(xiàn)B1B2、B2B3的垂直平分線(xiàn)b12、b23，交于A(yíng)點(diǎn)；②連接C1C2、C2C3，作線(xiàn)C1C2、C2C3的垂直平分線(xiàn)c12、c23，交于D點(diǎn)；③連接AB1、C1D。二、按給定行程速度變化系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)具有急回特性的四桿機(jī)構(gòu)，關(guān)鍵是要抓住機(jī)構(gòu)處于極限位置時(shí)的幾何關(guān)系，必要時(shí)還應(yīng)考慮其他輔助條件。例：已知搖桿長(zhǎng)度L=100，擺角=50和行程速比系數(shù)k=1.4，試設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。

解:由給定的行程速比系數(shù)求出極位夾角:=30DC2C190-AEB1B2以A為圓心，AC1為半徑作圓弧交A與E，平分EC2得曲柄長(zhǎng)度。再以A為圓心，為半徑作圓，交C1A的延長(zhǎng)線(xiàn)和C2A于B1和B2，連桿長(zhǎng)度

.已知條件：行程速比系數(shù)K、搖桿的長(zhǎng)度CD和搖桿的擺角Ψ

（1）計(jì)算極位夾角（2）取適當(dāng)?shù)谋壤擀蘬=CD/CD(m/mm)，并由

CD和Ψ

作出兩極限位置C1D、C2D;（3）過(guò)C2點(diǎn)作∠C1C2N＝90°－θ的射線(xiàn)C2M，然后再過(guò)C1點(diǎn)作C2C1的垂線(xiàn)C1N交C2M于P;（4）以C2P為直徑作圓，圓心為O，則A點(diǎn)必在此圓上;（5）由其他已知條件在圓周上取點(diǎn)A，連AC1、AC2;（6）以A為圓心，AC1為半徑做圓弧交AC2于E點(diǎn)，作EC2的垂直平分線(xiàn)得EC2之半即為AB長(zhǎng)度由于極限位置處曲柄與連桿共線(xiàn)，故AC2＝BC＋AB，AC1＝BC－AB，因此，容易得到（7）討論：由于A(yíng)點(diǎn)可在△C1PC2的外接圓周的弧C1PC2上任意選取，所以，若僅按行程速比系數(shù)K來(lái)設(shè)計(jì)，可以得到無(wú)窮多組解。因此，在未給出其它附加條件的情況下，如欲獲得良好的傳動(dòng)質(zhì)量，可按照傳動(dòng)角最優(yōu)或其它輔助條件來(lái)確定A點(diǎn)的位置。1．曲柄搖桿機(jī)構(gòu)2．曲柄滑塊機(jī)構(gòu)已知條件：行程速比系數(shù)K、滑塊行程H

偏心距e

①計(jì)算極位夾角;

②作直線(xiàn)C1C2＝H/μl，且C1、C2作為滑塊的兩極限位置;③根據(jù)C1、C2點(diǎn)求滿(mǎn)足極位夾角為θ的A點(diǎn)（結(jié)果為一圓弧C1PC2）;

④作一直線(xiàn)與C1C2平行，并使其間的距離等于偏心距e，則此直線(xiàn)與上述圓弧的交點(diǎn)即為曲柄的軸心A的位置;⑤連接AC1、AC2，并按上述作圖方法，即可得到曲柄的長(zhǎng)度lAB和連桿的長(zhǎng)度lBC。3．導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)分析：對(duì)于擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，其極位夾角θ等于導(dǎo)桿的擺角Ψ，而所需要確定