1、第2章 平面連桿機構(gòu),2.1 概述 2.2 平面機構(gòu)的基本形式及演化 2.3 平面四桿機構(gòu)的基本特性 2.4 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,1、平面四桿機構(gòu)的工作特性 2、平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,（一）教學(xué)要求,1、熟悉平面四桿機構(gòu)的基本類型、應(yīng)用及平面四桿機構(gòu)的演化。 2、理解平面四桿機構(gòu)的幾個工作特性。 3、掌握平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,（二）教學(xué)的重點與難點,2.1 概述,平面連桿機構(gòu)是由若干個構(gòu)件通過低副（轉(zhuǎn)動副和移動副）聯(lián)接而成的機構(gòu)，又稱為平面低副機構(gòu)。,由四個構(gòu)件通過低副聯(lián)接而成的平面連桿機構(gòu)，稱為平面四桿機構(gòu)。它是平面連桿機構(gòu)中最常見的形式，也是組成多桿機構(gòu)的基礎(chǔ)。,如果所有低副均為轉(zhuǎn)動副，這種四

2、桿機構(gòu)就稱為鉸鏈四桿機構(gòu)。它是平面四桿機構(gòu)中最基本的形式，其他形式的四桿機構(gòu)都是在它的基礎(chǔ)上演化而成的。連桿機構(gòu)中的構(gòu)件稱為桿。,平面連桿機構(gòu)的優(yōu)點,平面連桿機構(gòu)的缺點,2.2 四桿機構(gòu)的基本形式及其演化,2.2.1 四桿機構(gòu)的基本形式,平面四桿機構(gòu)的基本型式是鉸鏈四桿機構(gòu)，如圖所示，其中AD桿為機架，與機架相連的AB桿和CD桿稱為連架桿，與機架相對的BC桿稱為連桿。,其中能作整周回轉(zhuǎn)運動的連架桿稱為曲柄； 只能在一定范圍內(nèi)擺動的連架桿稱為搖桿。,1、曲柄搖桿機構(gòu),根據(jù)連架桿有無曲柄，可分為三種基本形式,兩連架桿中一個為曲柄，一個為搖桿的四桿機構(gòu)，稱為曲柄搖桿機構(gòu)。,鉸鏈四桿機構(gòu)的基本類型,1

3、曲柄搖桿機構(gòu) ； 2雙曲柄機構(gòu) ； 3雙搖桿機構(gòu),應(yīng)用：顎式破碎機機構(gòu)、攪面機、衛(wèi)星天線、縫紉機踏板機構(gòu)、腳踏砂輪機機構(gòu)等。,曲柄搖桿機構(gòu)應(yīng)用實例,雷 達,縫紉機,曲柄搖桿機構(gòu)應(yīng)用實例,攪面機機構(gòu),腳踏砂輪機機構(gòu),曲柄搖桿機構(gòu)應(yīng)用實例,兩連桿架均為曲柄的四桿機構(gòu)稱為雙曲柄機構(gòu)。,應(yīng)用：,慣性篩、插床機構(gòu),2.雙曲柄機構(gòu),主動曲柄勻速轉(zhuǎn)，從動曲柄變速轉(zhuǎn),慣性篩,雙曲柄機構(gòu)應(yīng)用實例,插床機構(gòu),雙曲柄機構(gòu)應(yīng)用實例,雙曲柄機構(gòu)中，若相對的兩桿長度分別相等，稱為平行雙曲柄機構(gòu)。當(dāng)兩曲柄轉(zhuǎn)向相同時，它們的角速度時時相等, 連桿也始終與機架平行，四根桿形成一平行四邊形，故又稱平行四邊形機構(gòu)。,機車車輪聯(lián)動機

4、構(gòu),平行四邊形機構(gòu)的應(yīng)用實例,運動不確定現(xiàn)象：,反平行雙曲柄機構(gòu)：對邊平行但不相等,兩連桿架均為搖桿的四桿機構(gòu)稱為雙搖桿機構(gòu)。,1、港口起重機 2、飛機起落架 3、電風(fēng)扇的搖頭機構(gòu),應(yīng)用：,3.雙搖桿機構(gòu),雙搖桿機構(gòu)應(yīng)用實例,飛機起落架（實景）,風(fēng)扇搖頭機構(gòu),雙搖桿機構(gòu)應(yīng)用實例,2.2.2 平面四桿機構(gòu)的演化,在平面連桿機構(gòu)中，除了上述三種形式的鉸鏈四桿機構(gòu)之外，在實際機器中還廣泛采用其他形式的四桿機構(gòu)。這些四桿機構(gòu)可認為是通過改變某些構(gòu)件的形狀、改變構(gòu)件的相對長度、改變某些運動副的尺寸、或者選擇不同的構(gòu)件作為機架等方法，由四桿機構(gòu)的基本型式演化而成的。,1.擴大轉(zhuǎn)動副，使轉(zhuǎn)動副變成移動副,2

5、.偏置曲柄滑塊機構(gòu),1.對心曲柄滑塊機構(gòu),曲柄滑塊機構(gòu),曲柄滑塊機構(gòu)應(yīng)用實例,小型刨床機構(gòu),沖壓機構(gòu),曲柄滑塊機構(gòu)的演化,通過改變運動副的尺寸，對心曲柄滑塊機構(gòu)可以演化成偏心輪機構(gòu)。,a、曲柄搖桿機構(gòu) b、雙曲柄機構(gòu) c、曲柄搖桿機構(gòu) d、雙搖桿機構(gòu),2.通過選用不同構(gòu)件為機架而演化成的四桿機構(gòu),（1）在鉸鏈四桿機構(gòu)中：,2.通過選用不同構(gòu)件為機架而演化成的四桿機構(gòu),當(dāng)構(gòu)件2做整周轉(zhuǎn)動時，導(dǎo)桿4也做整周回轉(zhuǎn)，該機構(gòu)稱為轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)；當(dāng)構(gòu)件2做整周轉(zhuǎn)動時，導(dǎo)桿只能往復(fù)擺動，稱為擺動導(dǎo)桿機構(gòu)。,（1）取構(gòu)件1為機架，可得到導(dǎo)桿機構(gòu)。,曲柄滑塊機構(gòu)中：,簡易刨床的主運動機構(gòu),轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)的應(yīng)用,牛頭

6、刨床的主運動機構(gòu),擺動導(dǎo)桿機構(gòu)的應(yīng)用,曲柄搖塊機構(gòu),當(dāng)曲柄滑塊機構(gòu)中取構(gòu)件2為機架時，可轉(zhuǎn)化為曲柄搖塊機構(gòu)。,（2）搖塊機構(gòu),曲柄滑塊機構(gòu),自卸卡車翻斗機構(gòu),曲柄搖塊機構(gòu)應(yīng)用,當(dāng)曲柄滑塊機構(gòu)中取滑塊3為機架時，即可轉(zhuǎn)化為移動導(dǎo)桿機構(gòu)。,（3）移動導(dǎo)桿機構(gòu),應(yīng)用： 手動壓水機,移動導(dǎo)桿機構(gòu),曲柄滑塊機構(gòu),手動壓水機構(gòu),移動導(dǎo)桿機構(gòu)應(yīng)用,2.3.1 平面四桿機構(gòu)有曲柄的條件,1.鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄的條件,2.3 平面四桿機構(gòu)的基本特性,adbc acbd abcd,由三角形兩邊之和大于第三邊原理得,將以上三式兩兩相加, 整理得,由此得鉸鏈四桿機構(gòu)曲柄存在的條件：,最短構(gòu)件條件,構(gòu)件的長度和條件,此

7、兩構(gòu)件中必有一構(gòu)件為運動鏈中最短構(gòu)件。,最短構(gòu)件與最長構(gòu)件的長度之和小于或等于其它兩構(gòu)件長度之和。,ab,ad,ac,1）取最短構(gòu)件AB的鄰邊構(gòu)件AD(或BC)為機架， AB-曲柄，CD-搖桿,1、若LAB+LBC LAD+LCD,鉸鏈四桿機構(gòu)如圖，AB為最短構(gòu)件, BC為最長構(gòu)件,曲柄搖桿機構(gòu),2）取最短構(gòu)件AB為機架，BC-曲柄，AD-曲柄,雙曲柄機構(gòu),3）取最短構(gòu)件的對邊構(gòu)件CD為機架，BC-搖桿，AD-搖桿,雙搖桿機構(gòu),2、若LAB+LBC LAD+LCD,則不論取哪一個構(gòu)件為機架，都只能得到雙搖桿機構(gòu)。,L1+L2 L3+L4,L1+L2 L3+L4,結(jié)論：,（1）在鉸鏈四桿機構(gòu)中，

8、若最短桿與最長桿的長度之和大于其余兩桿長度之和時，則不論取哪一個構(gòu)件為機架，都只能得到雙搖桿機構(gòu)。,（2）在鉸鏈四桿機構(gòu)中，若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時：,取最短構(gòu)件為機架,雙曲柄機構(gòu),取最短構(gòu)件任一相鄰構(gòu)件為機架,曲柄搖桿機構(gòu),取最短構(gòu)件對面的構(gòu)件為機架,雙搖桿機構(gòu),2.曲柄滑塊機構(gòu)有曲柄的條件：, AC1E：b-ae,e=0, ba, AC2E：a+be,即曲柄滑塊機構(gòu)有曲柄的條件:,ba+e,2.3.2 壓力角和傳動角,1.壓力角,從動件上某點的受力方向與從動件上該點速度方向的所夾的銳角。,Ft是推動搖桿繞D點轉(zhuǎn)動的有效分力， Fn不但對搖桿無推動作用，反而在鉸

9、鏈處引起摩擦消耗動力，因此它是有害分力。,2、傳動角,壓力角的余角，是連桿BC與搖桿CD夾的銳角。,傳動角愈大（壓力角越?。?，機構(gòu)傳力性能愈好，所以壓力角和傳動角是機構(gòu)傳力性能的兩個重要指標(biāo)。,機構(gòu)運動時，傳動角是變化的。為使機構(gòu)正常運轉(zhuǎn),應(yīng)使最小傳動角 min4050，輕載時取較小值，重載時取較大值。,曲柄滑塊機構(gòu)min的位置,對于曲柄滑塊機構(gòu)，當(dāng)主動件為曲柄時，最小傳動角出現(xiàn)在曲柄與機架垂直的位置,導(dǎo)桿機構(gòu)min的位置,導(dǎo)桿機構(gòu), 由于在任何位置時主動曲柄通過滑塊傳給從動件的力的方向與從動桿上受力點的速度方向始終一致,因此傳動角始終等于90。,2.3.3 急回特性,曲柄搖桿機構(gòu)中，曲柄AB

10、為主動件，作勻速回轉(zhuǎn)運動，搖桿CD為從動件作往復(fù)擺動。,C1D，C2D搖桿的兩個極限位置,擺角,極位夾角：搖桿在兩極限位置時，曲柄兩位置間所夾的銳角稱為極位夾角。,極位夾角,當(dāng)曲柄AB1位置順時針轉(zhuǎn)到AB2，搖桿由左極限位置C1D擺到右極限位置C2D，設(shè)經(jīng)歷的時間為t1,C點的平均速度,曲柄再由AB2位置回到AB1位置時,搖桿自C2D擺回到C1D，設(shè)經(jīng)歷的時間為t2，,C點的平均速度,t1t2,所以v2v1。,v1=C1C2/t1,v2=C2C1/t2,搖桿擺回速度比擺去速度快的性質(zhì)，稱急回特性。,行程速度變化系數(shù),鉸鏈四桿機構(gòu)有無急回運動特性取決于該機構(gòu)有無極位夾角,偏置曲柄滑塊機構(gòu),機構(gòu)有

11、急回特性,0,擺動導(dǎo)桿機構(gòu),機構(gòu)有急回特性,0,牛頭刨床機構(gòu),急回特性的應(yīng)用,2.3.4 死點位置,曲柄搖桿機構(gòu), 當(dāng)CD為原動件時, 在曲柄與連桿共線的位置出現(xiàn)傳動角等于0的情況, 這時無論連桿BC對曲柄AB的作用力有多大, 都不能使曲柄轉(zhuǎn)動。機構(gòu)的這種位置稱為死點位置。,四桿機構(gòu)中有無死點位置, 取決于從動件是否與連桿共線。,對曲柄搖桿機構(gòu)而言，當(dāng)曲柄為原動件時，搖桿與連桿無共線位置，不出現(xiàn)死點。當(dāng)搖桿為原動件時，曲柄與連桿共線位置的位置為死點位置。,死點位置的判斷,對于傳動機構(gòu)，設(shè)計時必須考慮機構(gòu)順利通過死點位置的問題，如利用構(gòu)件的慣性作用，使機構(gòu)通過死點。工程上有時也利用死點位置提高機

12、構(gòu)工作的可靠性。,縫紉機踏板機構(gòu),縫紉機就是借助帶輪的慣性使機構(gòu)通過死點位置。,飛機起落架,當(dāng)機輪著陸時，BC桿和CD桿共線，機構(gòu)處于死點位置，即使輪子上受到很大的力， 構(gòu)件BC也不會使CD桿轉(zhuǎn)動(起落架不會折回)，使飛機著陸可靠。,鉆床工件夾緊裝置,當(dāng)工件被夾緊后, 機構(gòu)處于死點位置, 無論工件的反力多大, 夾具也不會自行松脫。,2.4 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,平面連桿機構(gòu)的設(shè)計主要是根據(jù)給定的運動條件選定機構(gòu)的形式，確定各構(gòu)件的尺寸參數(shù)。平面連桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題歸納為兩類:,（1）按照給定的運動規(guī)律設(shè)計四桿機構(gòu)； （2）按照給定的點的運動軌跡設(shè)計四桿機構(gòu)。,平面四桿機構(gòu)的設(shè)計方法有圖解法、

13、實驗法和解析法。圖解法直觀, 實驗法簡便, 解析法精確。 本章重點介紹圖解法。,2.4.1 圖解法設(shè)計平面四桿機構(gòu),1.按給定連桿位置設(shè)計四桿機構(gòu),例1,例2,2.按給定行程速度變化系數(shù)K設(shè)計四桿機構(gòu),(1) 計算極位夾角,設(shè)計分析: 擺動導(dǎo)桿機構(gòu)的極位夾角與導(dǎo)桿的擺角相等。設(shè)計導(dǎo)桿機構(gòu)的實質(zhì)就是確定曲柄長度 。,例2. 設(shè)已知機架AC的長度d和行程速比系數(shù)K，試設(shè)計擺動導(dǎo)桿機構(gòu)。,設(shè)計步驟:,任選C點為固定鉸鏈中心，以=mCn, 作出導(dǎo)桿的兩極限位置Cm和Cn。,(3) 確定A點及曲柄長度。,平分角，選比例尺l， ACc/ l,以C為圓心，AC為半徑作圓弧與角的平分線交于A點，過A作Cm、C

14、n的垂線，得垂足B1、B2，AB即為曲柄，長度a= l.AB 。,(2) 作導(dǎo)桿的兩極限位置。,總 結(jié),1、鉸鏈四桿機構(gòu)的基本類型、應(yīng)用 2、鉸鏈四桿機構(gòu)的演化 3、平面四桿機構(gòu)的幾個工作特性 （1）曲柄存在的條件 （2）壓力角和傳動角 （3）急回特性 （4）死點位置 4、平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,1、對于鉸鏈四桿機構(gòu)，當(dāng)滿足構(gòu)件長度和條件時，若取( )為機架，將得到曲柄搖桿機構(gòu)。 A.最短桿 B.與最短桿相對的構(gòu)件 C.最長桿 D.與最短桿相鄰的構(gòu)件 2、曲柄搖桿機構(gòu)，當(dāng)( )時，機構(gòu)處于死點位置。 A.曲柄為原動件、曲柄與機架共線 B.曲柄為原動件、曲柄與連桿共線 C.搖桿為原動件、曲柄與機架共

15、線 D.搖桿為原動件、曲柄與連桿共線 3、在曲柄搖桿機構(gòu)中，當(dāng)曲柄為原動件時，( )死點位置。 A. 有一個B.沒有C.有兩個D. 有三個,復(fù)習(xí)思考題,4、 對于鉸鏈四桿機構(gòu)，當(dāng)滿足桿長之和的條件時，若取( )為機架，將得到雙曲柄機構(gòu)。 A.最短桿 B.與最短桿相對的構(gòu)件 C.最長桿 D. 與最短桿相鄰的構(gòu)件 5、曲柄搖桿機構(gòu)，搖桿為原動件當(dāng)( )時，機構(gòu)處于極限位置。 A.曲柄與機架共線B.曲柄與連桿共線 C.搖桿與機架共線 D.搖桿與連桿共線 6、對于鉸鏈四桿機構(gòu)，當(dāng)從動件的行程速比系數(shù)( )時，機構(gòu)必有急回特性。 A.K0 B.K1 C.K1 D.K=1,7、對于鉸鏈四桿機構(gòu)，當(dāng)滿足桿長之和的條件時，若取( )為機架，將得到雙搖桿機構(gòu)。 A.最短桿 B.與最短桿相對的構(gòu)件 C.最長桿 D.與最短桿相鄰的構(gòu)件,8.鉸鏈四桿機構(gòu)中，a=60mm,b=150mm,c=120mm,d=