連桿機(jī)構(gòu)2.1平面連桿機(jī)構(gòu)的類型2.2平面連桿機(jī)構(gòu)的工作特性2.3平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及功能2.4平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析2.5平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動設(shè)計連桿機(jī)構(gòu)：由若干個構(gòu)件通過低副連接而組成，又稱為低副機(jī)構(gòu)。平面連桿機(jī)構(gòu)：所有構(gòu)件均在相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動的連桿機(jī)構(gòu)?？臻g連桿機(jī)構(gòu)：所有構(gòu)件不全在相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動的連桿機(jī)構(gòu)。由于平面連桿機(jī)構(gòu)不僅應(yīng)用廣泛，而且還往往是多桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)；所以這里重點(diǎn)介紹平面連桿機(jī)構(gòu).2.1平面連桿機(jī)構(gòu)的類型

2.1.1平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式全部運(yùn)動副為轉(zhuǎn)動副的四桿機(jī)構(gòu)稱為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)連桿連架桿機(jī)架平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式曲柄——作整周運(yùn)動的構(gòu)件搖桿——作擺動的構(gòu)件。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)根據(jù)連架桿的運(yùn)動形式不同分為：○曲柄搖桿機(jī)構(gòu)○雙曲柄機(jī)構(gòu)○雙搖桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的三種基本型式

曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：指兩連架桿一為曲柄，一為搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。雙曲柄機(jī)構(gòu)：指兩個連架桿都是曲柄的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。若機(jī)構(gòu)中相對兩桿平行且相等，則成為平面四邊形機(jī)構(gòu)。雙搖桿機(jī)構(gòu)：指兩個連架桿都是搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。

2.1.2平面四桿機(jī)構(gòu)的演化

由四桿機(jī)構(gòu)的基本型式通過演化可以得到其它多種結(jié)構(gòu)型式。

常用的演化方法有

1、轉(zhuǎn)動副變移動副

曲柄搖桿機(jī)構(gòu)→曲柄滑塊機(jī)構(gòu)→雙滑塊機(jī)構(gòu)2選用不同構(gòu)件為機(jī)架3.變換構(gòu)件形態(tài)

兩個移動副的四桿機(jī)構(gòu)

①若選擇構(gòu)件2或4為機(jī)架時，就是正弦機(jī)構(gòu)；

②若改取構(gòu)件3為機(jī)架,則為雙滑塊機(jī)構(gòu);

③當(dāng)取構(gòu)件1為機(jī)架時，便演化為雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)。4擴(kuò)大移動副的尺寸

曲柄搖桿機(jī)構(gòu)偏心盤機(jī)構(gòu)2.2平面連桿機(jī)構(gòu)的工作特性平面連桿機(jī)構(gòu)具有傳遞和變換運(yùn)動，實現(xiàn)力的傳遞和變換功能，前者稱為平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性，后者稱為平面連桿機(jī)構(gòu)的傳力特性。了解了這些特征，對于正確選擇連桿機(jī)構(gòu)的類型，進(jìn)而進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計具有重要指導(dǎo)意義。2.2.1運(yùn)動特性

1.轉(zhuǎn)動副為整轉(zhuǎn)副的條件-----鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件在ΔB1C1D中，根據(jù)三角形任意兩邊之差必小于等于第三邊，可得：移項可得：在ΔB2C2D中，根據(jù)三角形任意兩邊之和必大于等于第三邊，可得：以上三式兩兩相加并化簡可得：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在條件：1、曲柄為最短桿；2、最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和

滿足上述條件時，取不同的構(gòu)件為機(jī)架時，可得三種不同性質(zhì)的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)取最短桿的鄰桿為機(jī)架－－－曲柄搖桿機(jī)構(gòu)取最短桿的對桿為機(jī)架－－－雙搖桿機(jī)構(gòu)

取最短桿為機(jī)架－－－雙曲柄機(jī)構(gòu)

“最短構(gòu)件與最長構(gòu)件的長度之和小于或等于其余兩構(gòu)件長度之和”是必要條件，如果不滿足此條件，無論取那個構(gòu)件作為機(jī)架，都不存在曲柄。2.急回運(yùn)動特性在曲柄等速回轉(zhuǎn)情況下，由于α1=180°+θ，α2=180°-θ，所以t1>t2,搖桿往復(fù)擺動的平均速度為V2>V1.把搖桿的這種往復(fù)擺動快慢不同的運(yùn)動稱為急回運(yùn)動。急回運(yùn)動的程度可以用行程速比系數(shù)K來衡量：K=V2/V1=t1/t2=α1/α2=（180°+θ/180°-θ）

行程速比系數(shù)結(jié)論：當(dāng)θ≠0時，機(jī)構(gòu)具有急回運(yùn)動特性，θ角愈大，K值愈大，急回運(yùn)動特性愈顯著。3.運(yùn)動連續(xù)性

1、運(yùn)動連續(xù)性：當(dāng)主動件連續(xù)運(yùn)動時，從動件也能連續(xù)占據(jù)預(yù)定的各個位置，稱為機(jī)構(gòu)具有運(yùn)動的連續(xù)性。2.2.2傳力特性

四桿機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動角

壓力角：在不考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)從動件上作用的力P與該力作用點(diǎn)的速度方向所夾的銳角α，稱為機(jī)構(gòu)壓力角。

傳動角：壓力角的余角γ稱為機(jī)構(gòu)在此位置的傳動角。常用傳動角的大小和變化來衡量機(jī)構(gòu)傳力性能的好壞。設(shè)計時通常要求γmin≥40°，對于高速和大功率的傳動機(jī)械，γmin≥50°。

死點(diǎn)位置：死點(diǎn)位置指從動件的傳動角等于零時機(jī)構(gòu)所處的位置

在下圖所示曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，若以搖桿為主動件，則當(dāng)連桿與曲柄共線，機(jī)構(gòu)的傳動角為零，機(jī)構(gòu)此位置就稱為死點(diǎn)。而對于圖示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，當(dāng)以滑塊為主動件，機(jī)構(gòu)也處于死點(diǎn)位置。蒸汽機(jī)車車輪聯(lián)動機(jī)構(gòu)，由兩組曲柄滑塊機(jī)構(gòu)組成，曲柄位置錯開90度，使死點(diǎn)位置錯開。利用機(jī)構(gòu)死點(diǎn)工作的實例2.3平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及功能連桿機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動副一般均為低副（正因為如此，所以又把連桿機(jī)構(gòu)稱為低副機(jī)構(gòu)），低副兩元素為面接觸，故在傳遞同樣載荷的條件下，兩元素間的壓強(qiáng)較小，可以承受較大的載荷。低副兩元素間便于潤滑，故兩元素不易產(chǎn)生大的磨損。這些條件都能較好的滿足重型機(jī)械的要求。此外，低副兩元素的幾何形狀也比較簡單，便于加工制造。2）構(gòu)件運(yùn)動形式具有多樣性；3)在連桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)原動件以同樣的運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動時，如果改變各構(gòu)件的相對長度關(guān)系，便可是從動件得到不同的運(yùn)動規(guī)律2.3.1平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)4)在連桿機(jī)構(gòu)中，連桿上個不同點(diǎn)的軌跡是各種不同形狀的曲線（特稱為連桿曲線），而且隨著各構(gòu)件相對長度關(guān)系的改變，這些連桿曲線的形狀也將改變，從而可以得到各種不同形狀的曲線，我們可以利用這些曲線來滿足不同軌跡的要求。此外，連桿機(jī)構(gòu)還可以很方便地用來達(dá)到增力，擴(kuò)大行程和實現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的傳動的目的。由于連桿機(jī)構(gòu)由上述優(yōu)點(diǎn)，所實在各種機(jī)械和儀表中得到了廣泛的應(yīng)用。連桿機(jī)構(gòu)缺點(diǎn)1)由于在連桿機(jī)構(gòu)中運(yùn)動必須經(jīng)過中間構(gòu)件進(jìn)行傳遞，因而連桿機(jī)構(gòu)一般具有較長的運(yùn)動鏈（即較多的構(gòu)件和較多的運(yùn)動副），所以各構(gòu)件的尺寸誤差和運(yùn)動副中的間隙將使連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生較大的積累誤差，同時也會使機(jī)械效率降低。2)在連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動過程中，連桿及滑塊的質(zhì)心都在作變速運(yùn)動，他們所產(chǎn)生的慣性力難于用一般的平衡方法加以消除，因而會增加機(jī)構(gòu)的動載荷，所以連桿機(jī)構(gòu)一般不易于高速傳動。此外，雖然如上所述，利用連桿機(jī)構(gòu)可以滿足各種運(yùn)動規(guī)律和運(yùn)動軌跡的設(shè)計要求，但要設(shè)計一種能夠準(zhǔn)確實現(xiàn)這種要求的連桿機(jī)構(gòu)卻紛繁難得，而且在多數(shù)情況下一般只能近似的得以滿足。正因為如此，所以如何根據(jù)最優(yōu)化的要求來設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)，使其能夠最佳的滿足設(shè)計要求，一直是連桿機(jī)構(gòu)研究的一個重要課題。2.3.2平面連桿機(jī)構(gòu)的功能1.實現(xiàn)有軌跡位置或運(yùn)動規(guī)律要求的運(yùn)動2.實現(xiàn)從動件運(yùn)動形式及運(yùn)動特性的改變3.實現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的傳動4.調(diào)節(jié)、擴(kuò)大從動件的行程5.獲得較大的機(jī)械增益2.4平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析:機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析就是根據(jù)原動件的已知運(yùn)動規(guī)律,來確定其它構(gòu)件或構(gòu)件上某些點(diǎn)的軌跡、位移、速度和加速度等運(yùn)動參數(shù)。機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析的目的：1、通過機(jī)構(gòu)的位移分析，可以確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動所需的空間或某些構(gòu)件及構(gòu)件上某些點(diǎn)能否實現(xiàn)預(yù)定的位置或軌跡，并可判斷它們在運(yùn)動中是否發(fā)生干涉；2、通過速度和加速度分析，了解從動件的運(yùn)動變化規(guī)律能否滿足工作要求，并可據(jù)此對機(jī)構(gòu)進(jìn)行動力學(xué)分析。

2.4.1瞬心法及其應(yīng)用1、速度瞬心瞬時速度中心(瞬心):互相作平面相對運(yùn)動的兩構(gòu)件,在任一瞬時都可以認(rèn)為它們是繞某點(diǎn)做相對轉(zhuǎn)動，稱該點(diǎn)為瞬心。2、瞬心表示方法：用P加下標(biāo)表示。圖示構(gòu)件1和2的瞬心為P12或P212.機(jī)構(gòu)中瞬心的數(shù)目N=n(n-1)/23.機(jī)構(gòu)中瞬心位置的確定1、通過運(yùn)動副直接相聯(lián)的兩構(gòu)件的瞬心(1)以轉(zhuǎn)動副聯(lián)接的兩構(gòu)件,其轉(zhuǎn)動中心即為瞬心(2)以移動副聯(lián)接的兩構(gòu)件,其瞬心在垂直導(dǎo)路方向的無究遠(yuǎn)處,所示。(3)以平面高副聯(lián)接的兩構(gòu)件,若高副元素之間為純滾動時,則兩元素的接觸點(diǎn)即為兩構(gòu)件的瞬心所示；(4)若高副元素之間既滾動又滑動,則瞬心在高副接觸點(diǎn)處的公法線上，具體位置要由其它條件來確定所示。三心定理:三個彼此作平面平行運(yùn)動的構(gòu)件共有三個瞬心,而且必定位于同一直線上。瞬心在速度分析中的應(yīng)用2/4=P14P24/P12P242.4.2桿組法及其應(yīng)用結(jié)構(gòu)分析就是將已知機(jī)構(gòu)分解為原動件、機(jī)架和若干個基本桿組，進(jìn)而了解機(jī)構(gòu)的組成，并確定機(jī)構(gòu)的級別。機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的步驟是：(1)計算機(jī)構(gòu)的自由度并確定原動件。(2)拆桿組。四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計可分為三類基本問題:(1)函數(shù)機(jī)構(gòu)設(shè)計:使四桿機(jī)構(gòu)兩連架桿間實現(xiàn)給定的傳動比關(guān)系的設(shè)計稱為函數(shù)機(jī)構(gòu)設(shè)計。(2)軌跡機(jī)構(gòu)設(shè)計:使四桿機(jī)構(gòu)連桿上某一點(diǎn)實現(xiàn)給定的一段曲線軌跡或某一封閉曲線軌跡的設(shè)計，稱為軌跡機(jī)構(gòu)設(shè)計。(3)導(dǎo)引機(jī)構(gòu)設(shè)計:使四桿機(jī)構(gòu)能引導(dǎo)其連桿平面上某一標(biāo)線順序地實現(xiàn)一些給定位置，稱為導(dǎo)引機(jī)構(gòu)設(shè)計。2.5平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動設(shè)計2.5.1平