1、連桿機(jī)構(gòu)及其特點(diǎn)平面連桿機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),本章教學(xué)內(nèi)容,本章教學(xué)要求,了解平面連桿機(jī)構(gòu)的組成及其主要優(yōu)缺點(diǎn);了解平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化和應(yīng)用；明確四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在條件和機(jī)構(gòu)急回運(yùn)動(dòng)及行程速比系數(shù)等概念；對(duì)傳動(dòng)角、死點(diǎn)等有明確的概念；了解平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題，掌握根據(jù)具體設(shè)計(jì)條件和實(shí)際需要設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的方法。,重點(diǎn)：曲柄存在條件、傳動(dòng)角、死點(diǎn)、急回運(yùn)動(dòng)、行程速比系數(shù)；平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的一些基本方法。,難點(diǎn)：1.平面四桿機(jī)構(gòu)最小傳動(dòng)角的確定；2.根據(jù)已知條件設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)。,第三章平面連桿機(jī)構(gòu),3-1平面連桿機(jī)構(gòu),一、平面連桿機(jī)構(gòu)的概念,共同特點(diǎn)原動(dòng)件通過不與

2、機(jī)架相連的中間構(gòu)件傳遞到從動(dòng)件上。,平面連桿機(jī)構(gòu)：是由若干個(gè)構(gòu)件通過低副連接而成的平面機(jī)構(gòu)，又稱為低副機(jī)構(gòu)。,不與機(jī)架相連的中間構(gòu)件連桿（Linkage）,連桿機(jī)構(gòu)根據(jù)各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是平面還是空間運(yùn)動(dòng)分為,二、連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)：連桿機(jī)構(gòu)為低副機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)副為面接觸，壓強(qiáng)小，承載能力大，耐沖擊；運(yùn)動(dòng)副元素的幾何形狀多為平面或圓柱面，便于加工制造；在原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律不變情況下，通過改變各構(gòu)件的相對(duì)長度可以使從動(dòng)件得到不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；可以連桿曲線可以滿足不同運(yùn)動(dòng)軌跡的設(shè)計(jì)要求。缺點(diǎn)：由于運(yùn)動(dòng)積累誤差較大，因而影響傳動(dòng)精度；由于慣性力不好平衡而不適于高速傳動(dòng)；設(shè)計(jì)方法比較復(fù)雜。,三、平面連桿機(jī)構(gòu)的

3、基本類型,四桿機(jī)構(gòu)各部分的名稱：,機(jī)構(gòu)命名：,原動(dòng)件名+輸出構(gòu)件名,（也可以幾何特點(diǎn)命名）,平面連桿機(jī)構(gòu)的基本類型3種基本型式,1.曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(Crank-RockerMechanism),鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若其兩個(gè)連架桿一為曲柄，另一為搖桿，則此四桿機(jī)構(gòu)稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。,功能：,當(dāng)平面連桿機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)副全部為轉(zhuǎn)動(dòng)副時(shí)，稱為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu),應(yīng)用實(shí)例：,縫紉機(jī)腳踏板機(jī)構(gòu),雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu),采油機(jī)構(gòu),應(yīng)用實(shí)例：,攪拌機(jī)構(gòu),拉膠片機(jī)構(gòu),剪板機(jī),碎石機(jī),2.雙曲柄機(jī)構(gòu)(Double-CrankMechanism),兩個(gè)連架桿都是曲柄的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu),功能：,平行四邊形機(jī)構(gòu)特性：兩曲柄同速同向轉(zhuǎn)動(dòng)連桿作平

4、動(dòng),特例：若機(jī)構(gòu)中相對(duì)兩桿平行且相等，則成為平面四邊形機(jī)構(gòu)。,應(yīng)用實(shí)例：,慣性篩機(jī)構(gòu),機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu),應(yīng)用實(shí)例,升降機(jī)構(gòu),播種機(jī)料斗機(jī)構(gòu),升降車,臺(tái)燈伸展機(jī)構(gòu),應(yīng)用實(shí)例,逆平行（反平行）四邊形機(jī)構(gòu)（兩相對(duì)桿長相等但不平行的雙曲柄機(jī)構(gòu)）,3.雙搖桿機(jī)構(gòu)(Double-RockerMechanism),兩個(gè)連架桿都是搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu),功能：,特例：等腰梯形機(jī)構(gòu)兩搖桿長度相等的雙搖桿機(jī)構(gòu),汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu),應(yīng)用實(shí)例：,飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu),圖-22M重型轟炸機(jī)前起落架,鶴式起重機(jī),應(yīng)用實(shí)例：,推土機(jī)鏟斗機(jī)構(gòu),電風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu),構(gòu)件2為機(jī)架曲柄搖桿機(jī)構(gòu),構(gòu)件4為機(jī)架曲柄搖桿機(jī)構(gòu),曲柄搖桿機(jī)構(gòu),構(gòu)件1為機(jī)架

5、雙曲柄機(jī)構(gòu),雙曲柄機(jī)構(gòu),構(gòu)件3為機(jī)架雙搖桿機(jī)構(gòu),雙搖桿機(jī)構(gòu),一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件Grashoff定理,3.2平面連桿機(jī)構(gòu)的基本特性,在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu),能作整周回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)副稱為整轉(zhuǎn)副；,不能作整周回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)副稱為擺轉(zhuǎn)副；,鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中曲柄和連稈在兩個(gè)共線位置時(shí)機(jī)構(gòu)形成兩個(gè)三角形，即AClD和AC2D。從這兩個(gè)三角形中可得出構(gòu)件間的尺寸關(guān)系。,在AClD中，有：,在AC2D中，有：,（1）,（2）,所以,除上述一般情況外，考慮到3-27(a)、(b)和(c)所示的幾種特殊情況，即曲柄、連桿、搖桿和機(jī)架四個(gè)構(gòu)件同時(shí)共線的情況，由圖(a)、(b)和(c)可分別得：,（3）,（4）,鉸鏈四桿機(jī)

6、構(gòu)存在曲柄的條件（桿長條件）是：(1)最短桿與最長桿的長度之和小于或等于其他兩桿長度之和。(2)最短桿為連架桿或機(jī)架，可能成為曲柄。,(1)如果最短桿與最長桿的長度之和小于或等于其他兩稈長度之和，即機(jī)構(gòu)滿足稈長之和條件，則有以下三種情況：若取與最短桿相鄰的桿為機(jī)架，則此機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，其中最短桿為曲柄，與最短桿相對(duì)的桿為搖桿；若取最短桿為機(jī)架，則此機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)；若取與最短桿相對(duì)的桿為機(jī)架，則此機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。(2)如果最短桿與最長桿長度之和大于其他兩桿長度之和，則不論取哪一桿為機(jī)架，均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。,根據(jù)低副運(yùn)動(dòng)的可逆性原理，結(jié)合桿長之和條件，可以歸納出判斷鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類型的幾點(diǎn)準(zhǔn)則

7、；,最短桿兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)副均是周轉(zhuǎn)副；其余轉(zhuǎn)動(dòng)副為擺轉(zhuǎn)副。,二、急回特性和行程速比系數(shù),1.概念,極位夾角當(dāng)輸出構(gòu)件在兩極位時(shí)，原動(dòng)件所處兩個(gè)位置之間所夾的銳角。,極位輸出構(gòu)件的極限位置,擺角兩極限位置所夾的銳角,原動(dòng)件作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，從動(dòng)件正行程的平均速度慢于反行程的平均速度的現(xiàn)象急回運(yùn)動(dòng)(Quick-return),2.急回運(yùn)動(dòng),如右圖所示，當(dāng)曲柄以等角速度購順時(shí)針轉(zhuǎn)過。1180+時(shí)，搖桿將由位置C1D擺到C2D，其擺角為。設(shè)所需時(shí)間為t1，C點(diǎn)的平均速度為vl。當(dāng)曲柄繼續(xù)轉(zhuǎn)過2180-時(shí)，搖桿又從位置C2D回到C1D，擺角仍然是。設(shè)所需時(shí)間為t2，C點(diǎn)的平均速度為v2。,

8、由于曲柄為等速轉(zhuǎn)動(dòng)，而12，所以有t1t2，v1v2,a)曲柄轉(zhuǎn)過,所用時(shí)間：,b)曲柄轉(zhuǎn)過,所用時(shí)間：,c)設(shè)兩過程的平均速度為V1、V2：,回程速度大于正行程速度。,急回運(yùn)動(dòng)特性(Quickreturnproperty),行程速比系數(shù)K,為表明急回運(yùn)動(dòng)程度，用行程速度變化系數(shù)K(timeratio)來衡量，作為機(jī)構(gòu)的基本運(yùn)動(dòng)特征參數(shù)。定義為反正行程速度比，即,1）=0時(shí)，機(jī)構(gòu)不具有急回運(yùn)動(dòng)特性2）0時(shí)，機(jī)構(gòu)具有急回運(yùn)動(dòng)特性；3）K，急回運(yùn)動(dòng)特性愈顯著。,討論：當(dāng),三、平面連桿機(jī)構(gòu)的傳力特性,壓力角與傳動(dòng)角,壓力角(Pressureangle)不考慮摩擦?xí)r，機(jī)構(gòu)輸出構(gòu)件上作用的力F與該力作用

9、點(diǎn)的絕對(duì)速度方向所夾的銳角。,傳動(dòng)角(Transmissionangle)壓力角的余角,機(jī)構(gòu)常用傳動(dòng)角大小及變化來衡量機(jī)構(gòu)傳力性能的好壞。,()F機(jī)構(gòu)傳動(dòng)越有利,一般要求：,最小傳動(dòng)角的位置,連接BD，在ABD中：,曲柄搖桿機(jī)構(gòu),在BCD中：,若此式為極值，則需取極值，即,結(jié)論：,曲柄與機(jī)架共線時(shí)，出現(xiàn)最小傳動(dòng)角。,例：標(biāo)出機(jī)構(gòu)在圖示位置的壓力角與傳動(dòng)角,四、死點(diǎn)(Deadpoint)位置,機(jī)構(gòu)傳動(dòng)角=0(=90)的位置,當(dāng)機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置時(shí)，整個(gè)機(jī)構(gòu)無法運(yùn)動(dòng)，但在外界微小擾動(dòng)力的作用下，會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)不確定現(xiàn)象。以往復(fù)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件為主動(dòng)件的機(jī)構(gòu)，通常存在死點(diǎn)。,=90,當(dāng)輸出構(gòu)件與連桿共線時(shí)，機(jī)構(gòu)出

10、現(xiàn)死點(diǎn)。,特別注意：機(jī)構(gòu)有無死點(diǎn)與原動(dòng)件選取有關(guān),曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置,曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置,1）死點(diǎn)位置,2）機(jī)構(gòu)通過死點(diǎn)采取的措施,對(duì)于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來講，死點(diǎn)是不利的，應(yīng)采取措施使機(jī)構(gòu)能順利通過死點(diǎn)位置。,利用慣性,縫紉機(jī)腳踏板機(jī)構(gòu),使各組機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)相互錯(cuò)開排列,機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu),3、死點(diǎn)的利用,工程實(shí)踐中，常利用死點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)特定的工作要求。,飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu),工件夾緊機(jī)構(gòu),注意！,機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng)的三種情況的區(qū)別死點(diǎn)、自鎖、F0,死點(diǎn)不計(jì)摩擦?xí)r，機(jī)構(gòu)傳動(dòng)角=0(=90)的特殊位置。利用慣性或其它方法，機(jī)構(gòu)可以通過該位置。,自鎖計(jì)入摩擦?xí)r，驅(qū)動(dòng)力方向滿足一定幾何條件而使機(jī)構(gòu)無法運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，具有方向

11、性。,F0運(yùn)動(dòng)鏈為桁架。F為自由度,小結(jié),曲柄存在條件,急回特性及行程速比系數(shù),或：,四桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)角、壓力角及死點(diǎn),()F機(jī)構(gòu)傳動(dòng)越有利,曲柄與機(jī)架共線時(shí)，出現(xiàn)最小傳動(dòng)角,3.3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化,一、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(Slider-CrankMechanism),曲柄搖桿機(jī)構(gòu),曲線導(dǎo)軌曲柄滑塊機(jī)構(gòu),搖桿尺寸為無窮大,偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu),對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu),功能：,應(yīng)用實(shí)例：,壓力機(jī),雨傘,發(fā)動(dòng)機(jī),應(yīng)用實(shí)例：,空氣壓縮機(jī),應(yīng)用實(shí)例：,送料裝置,篩分機(jī),二、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)(Crank-ShaperMechanism),擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿只能在一定的角度內(nèi)擺動(dòng),回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿能作整周回轉(zhuǎn),功能：,回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的

12、應(yīng)用實(shí)例,應(yīng)用實(shí)例,回轉(zhuǎn)柱塞泵,早期的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī),牛頭刨床,3.曲柄搖塊機(jī)構(gòu)(Rock-SliderMechanism),功能：,應(yīng)用實(shí)例,自卸車,4.移動(dòng)導(dǎo)桿（定塊）機(jī)構(gòu)(Fixed-SliderMechanism),功能：,應(yīng)用實(shí)例,手動(dòng)抽水機(jī),小結(jié),平面四桿機(jī)構(gòu)的演化方式,1、改變構(gòu)件的形狀和相對(duì)尺寸：轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副,對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu),雙滑塊機(jī)構(gòu),2、選用不同構(gòu)件為機(jī)架倒置法,機(jī)構(gòu)的倒置：選運(yùn)動(dòng)鏈中不同的構(gòu)件作機(jī)架以獲得不同機(jī)構(gòu)的演化方法稱為機(jī)構(gòu)的倒置。,如右上圖所示的偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，從曲柄與連桿共線的位置，可得出這架桿AB要成為曲柄，其尺寸應(yīng)滿足以下條件：,曲柄滑塊機(jī)構(gòu)有曲柄的條件,否

13、則AB不能作整周回轉(zhuǎn)。,對(duì)于右下圖所示的對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，由于e0，上述條件則成為：,ba,b-ae,對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)=0，K=1，無急回運(yùn)動(dòng),偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)0，K1，有急回運(yùn)動(dòng),例：曲柄滑塊機(jī)構(gòu),擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),0，K1，有急回運(yùn)動(dòng),急回運(yùn)動(dòng)特性的應(yīng)用,偏心輪機(jī)構(gòu),曲柄滑塊機(jī)構(gòu),改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸：曲柄偏心輪,擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副B的半徑,超過曲柄長,三、偏心輪機(jī)構(gòu),3-4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),一、平面連桿設(shè)計(jì)的基本問題,1.平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本任務(wù)根據(jù)給定的設(shè)計(jì)要求選定機(jī)構(gòu)型式；確定各構(gòu)件尺寸，并要滿足結(jié)構(gòu)條件、動(dòng)力條件和運(yùn)動(dòng)連續(xù)條件等。2.平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的三大類基本命題滿足預(yù)定運(yùn)動(dòng)的規(guī)律要求滿足預(yù)

14、定的連桿位置要求滿足預(yù)定的軌跡要求,（1）滿足預(yù)定運(yùn)動(dòng)的規(guī)律要求要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角能夠滿足預(yù)定的對(duì)應(yīng)位置關(guān)系；要求在原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律一定的條件下，從動(dòng)件能夠準(zhǔn)確地或近似地滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求。,滿足預(yù)定運(yùn)動(dòng)的規(guī)律要求機(jī)構(gòu)示例對(duì)數(shù)計(jì)算機(jī)構(gòu),近似再現(xiàn)函數(shù)y=logx的平面四桿機(jī)構(gòu),（3）滿足預(yù)定的軌跡要求,機(jī)構(gòu)示例鶴式起重機(jī),機(jī)構(gòu)示例攪拌機(jī)機(jī)構(gòu),3.設(shè)計(jì)方法:1）解析法2）圖解法3）實(shí)驗(yàn)法,設(shè)計(jì)時(shí)要求在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中，連桿上某點(diǎn)能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的軌跡。(又稱為軌跡生成機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)),二、用圖解法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),1.按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)給定運(yùn)動(dòng)要求,2.按連桿預(yù)定位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)給定連桿

15、位置（軌跡）要求,3.按兩連架桿預(yù)定的對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)給定連架桿位置（軌跡）要求,1.按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求：已知搖桿的長度CD、擺角及行程速比系數(shù)K。設(shè)計(jì)過程：,計(jì)算極位夾角：,選定機(jī)構(gòu)比例尺，作出極位圖：,聯(lián)C1C2，過C2作C1MC1C2；另過C1作C2C1N=90-射線C1N，交C1M于P點(diǎn)；,以C1P為直徑作圓I，則該圓上任一點(diǎn)均可作為A鉸鏈，有無窮多解。,設(shè)曲柄長度為a，連桿長度為b，則:,曲柄滑塊機(jī)構(gòu)已知條件：滑塊行程H、偏距e和行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)過程：,設(shè)曲柄長度為a，連桿長度為b，則:,擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),對(duì)于擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),由于其導(dǎo)桿的擺角

16、剛好等于其極位夾角，因此，只要給定曲柄長度LAB(或給定機(jī)架長度LAD)和行程速比系數(shù)K就可以求得機(jī)構(gòu)。,分析：由于與導(dǎo)桿擺角相等，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)時(shí)，僅需要確定曲柄a。,計(jì)算180(K-1)/(K+1)；,任選D作mDn,取A點(diǎn)，使得AD=d,則:a=dsin(/2),已知：機(jī)架長度d，K，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。,2.按連桿預(yù)定位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),已知連桿上兩活動(dòng)鉸鏈的中心B、C位置（即已知LBC）,已知機(jī)架上固定鉸鏈的中心A、D位置（即已知LAD）,已知連桿在運(yùn)動(dòng)過程中的兩個(gè)位置B1C1、B2C2，設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)已知連桿上在運(yùn)動(dòng)過程中的三個(gè)位置B1C1、B2C2、B3C3，設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)。,已知連桿在運(yùn)動(dòng)過程中的兩個(gè)位置E1F1、E2F2，設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)已知連桿上在運(yùn)動(dòng)過程中的三個(gè)位置E1F1、E2F2、E3F3，設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),已知連桿上兩活動(dòng)鉸鏈的中心B、C位置（即已知LBC）,