1、 7-1 連桿機構(gòu)及其特點 7-2 平面連桿機構(gòu)的類型及應(yīng)用 7-3 平面連桿機構(gòu)的基本知識 7-4 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計 7-5 多桿機構(gòu),第七章 平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計,工程常用機構(gòu)之一。,由若干構(gòu)件通過低副連接組成的平面機構(gòu)（又稱低副機構(gòu)）。,定義：,7-1 連桿機構(gòu)及其特點,優(yōu)點： 連桿機構(gòu)為低副機構(gòu)，運動副為面接觸，壓強小，承載能力大，耐沖擊； 運動副元素的幾何形狀多為平面或圓柱面，便于加工制造； 在原動件運動規(guī)律不變情況下，通過改變各構(gòu)件的相對長度可以使從動件得到不同的運動規(guī)律； 可以連桿曲線可以滿足不同運動軌跡的設(shè)計要求. 缺點： 由于運動積累誤差較大，因而影響傳動精度； 由于慣性力

2、不好平衡而不適于高速傳動； 設(shè)計方法比較復(fù)雜。,7-1 連桿機構(gòu)及其特點,四桿機構(gòu)： 由四個構(gòu)件組成的平面連桿機構(gòu)。 結(jié)構(gòu)最簡單，應(yīng)用最廣泛。是多桿機構(gòu)的基礎(chǔ)。,本章重點：,四桿機構(gòu)的基本類型、特性及常用設(shè)計方法。,7-1 連桿機構(gòu)及其特點,六桿機構(gòu), 72 平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用,平面四桿機構(gòu),鉸鏈四桿機構(gòu),含移動副的四桿機構(gòu),全部用轉(zhuǎn)動副組成的平面四桿機構(gòu)。,鉸鏈四桿機構(gòu)的演化機構(gòu)。,機架,連架桿,連桿,構(gòu)件2,構(gòu)件1、3,構(gòu)件4,曲柄：整周回轉(zhuǎn)，如構(gòu)件1,搖桿：僅在某一角度內(nèi)往復(fù)擺動，如構(gòu)件3,整轉(zhuǎn)副 擺轉(zhuǎn)副,以轉(zhuǎn)動副相連的兩構(gòu)件能作整周相對轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動副。如A、B。,以轉(zhuǎn)動副相連

3、的兩構(gòu)件不能作整周相對轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動副。如C、D。, 72 平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用,鉸鏈四桿機構(gòu)的分類：,曲柄搖桿機構(gòu) 雙曲柄機構(gòu) 雙搖桿機構(gòu),1、曲柄搖桿機構(gòu),定義：鉸鏈四桿機構(gòu)中，兩個連架桿中一個為曲柄，另一個為搖桿。,實例：, 72 平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用,顎式破碎機,曲柄搖桿機構(gòu)應(yīng)用實例,攪面機,曲柄搖桿機構(gòu)應(yīng)用實例,衛(wèi)星接收裝置,曲柄搖桿機構(gòu)應(yīng)用實例,縫紉機腳踏板機構(gòu),曲柄搖桿機構(gòu)應(yīng)用實例,自行車,曲柄搖桿機構(gòu)應(yīng)用實例,跑步機,曲柄搖桿機構(gòu)應(yīng)用實例,自動送料機構(gòu),曲柄搖桿機構(gòu)應(yīng)用實例,一般曲柄主動，將連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為搖桿的擺動，也可搖桿主動，曲柄從動。,運動特點：,磨輪機,

4、壓道機,脫粒機, 72 平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用,2、雙曲柄機構(gòu),定義：,鉸鏈四桿機構(gòu)中，兩個連架桿均為曲柄。,特點：,當(dāng)主動曲柄連續(xù)等速轉(zhuǎn)動時，從動曲柄一般作不等速轉(zhuǎn)動。,實例：慣性篩,1等速整周轉(zhuǎn)動； 3變速整周轉(zhuǎn)動； 5變速往復(fù)移動篩分物料。(慣性力產(chǎn)生沖擊和振動), 72 平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用,特殊情況：,平行四邊形機構(gòu),特點：,主、從動曲柄以相同角速度轉(zhuǎn)動，連桿平動。, 72 平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用,位置不確定問題, 72 平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用,平行四邊形機構(gòu)：,如何消除：,1、慣性飛輪 2、加虛約束 3、靠自重, 72 平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)

5、用,3、雙搖桿機構(gòu),定義：,鉸鏈四桿機構(gòu)中，兩個連架桿均為搖桿。,實例：起重機、飛機起落架、搖頭電扇, 72 平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用, 72 平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用,特殊情況：,等腰梯形機構(gòu) （兩搖桿長相等）,實例：汽車車輪的轉(zhuǎn)向機構(gòu), 72 平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用,平面四桿機構(gòu)的演化：,曲柄搖桿機構(gòu),其它平面連桿機構(gòu),演化,（母機構(gòu)）,創(chuàng)新性思維的體現(xiàn),演化方法如下 ：, 72 平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用, 72 平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用,1. 轉(zhuǎn)動副變成移動副,對心曲柄滑塊機構(gòu),偏置曲柄滑塊機構(gòu),偏距, 72 平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用,正弦機構(gòu), 7

6、2 平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用, 72 平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用,2.取不同的構(gòu)件為機架,1. 轉(zhuǎn)動副變成移動副,低副運動可逆性-以低副相連接的兩構(gòu)件間的相對運動關(guān)系，不因機架的不同而改變。,曲柄滑塊機構(gòu)的演化變更機架,曲柄滑塊機構(gòu),轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu),擺動導(dǎo)桿機構(gòu), 72 平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用,曲柄搖塊機構(gòu),移動導(dǎo)桿機構(gòu),含一個移動副的連桿機構(gòu), 72 平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用,雙滑塊機構(gòu), 72 平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用,橢圓儀,滑塊聯(lián)軸器,3、擴大轉(zhuǎn)動副尺寸,偏心輪機構(gòu),應(yīng)用： 當(dāng)曲柄長很短，曲柄銷需承受較大沖擊而工作行程小時。增大軸頸尺寸，提高偏心軸的強度和剛

7、度。廣泛用于傳力較大的剪床、沖床等機械中。, 72 平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用,3、擴大轉(zhuǎn)動副尺寸,偏心輪機構(gòu), 72 平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用, 72 平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用,采用多桿機構(gòu)傳遞運動和動力。 1）用于改變動力源性質(zhì)。 2）用于擴大行程。 3）用于改變運動和動力特性。 4）使機構(gòu)受力平衡或均勻。, 72 平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用,73 平面四桿機構(gòu)的基本知識,1、鉸鏈四桿機構(gòu)中有整轉(zhuǎn)副及曲柄的條件,2、急回運動,3、死點位置,4、壓力角與傳動角,曲柄搖桿機構(gòu),主要內(nèi)容:,包括運動特性和動力特性兩方面。既反映機構(gòu)傳遞和變換運動與力的性能，也是四桿機構(gòu)類型選擇

8、和運動設(shè)計的依據(jù)。,73 平面四桿機構(gòu)的基本知識,回顧何為整轉(zhuǎn)副?,兩構(gòu)件能相對轉(zhuǎn)動360的轉(zhuǎn)動副。,為何要分析整轉(zhuǎn)副？,具有整轉(zhuǎn)副的鉸鏈四桿機構(gòu)才可能有曲柄。而機構(gòu)原動件曲柄居多。,以有整轉(zhuǎn)副存在的曲柄搖桿機構(gòu)為例分析整轉(zhuǎn)副存在的條件。,整轉(zhuǎn)副是否存在，取決于什么？,一、 鉸鏈四桿機構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件,73 平面四桿機構(gòu)的基本知識,AC1D中：,l1l2l3l4 （1）,AC2D中：,l2l1l3l4,l2l1l4 l3, l1l4 l2l3 （2）, l1l3 l4l2 （3）,兩兩相加得:,l1 l2，l1 l3，l1 l4,曲柄1l1 ；連桿2l2 連架桿3l3 ；機架4l4,曲柄搖桿機

9、構(gòu),73 平面四桿機構(gòu)的基本知識, 整轉(zhuǎn)副存在條件：,最短桿與最長桿之和小于或等于其它兩桿長之和。,問題：滿足上述條件(有整轉(zhuǎn)副存在)，是否一定有曲柄存在?,答案：否！只有整轉(zhuǎn)副處于機架上，才形成曲柄。,整轉(zhuǎn)副是由最短桿與其鄰邊組成的。（推論）,最短桿必須作為連架桿或機架,73 平面四桿機構(gòu)的基本知識,1、選取最短桿兩鄰邊為機架，得兩不同的曲柄搖桿機構(gòu)。,2、選取最短桿為機架，得雙曲柄機構(gòu)。,3、若選最短桿對面桿為機架，則為雙搖桿機構(gòu)。,當(dāng)滿足整轉(zhuǎn)副條件時：,機構(gòu)無曲柄，為雙搖桿機構(gòu)。,當(dāng)不滿足整轉(zhuǎn)副條件時：,兩種不同類型,73 平面四桿機構(gòu)的基本知識,二、急回運動,極位:在曲柄搖桿機構(gòu)中，當(dāng)

10、曲柄與連桿兩次共線時，搖桿位于兩個極限位置。,極位夾角:此兩處曲柄之間的夾角 。,73 平面四桿機構(gòu)的基本知識,二、急回運動,當(dāng)曲柄以逆時針轉(zhuǎn)過180+時，搖桿從C1D位置擺到C2D。,所花時間為t1 , 平均速度為V1,那么有：,180,正行程:,73 平面四桿機構(gòu)的基本知識,當(dāng)曲柄以繼續(xù)轉(zhuǎn)過180-時，搖桿從C2D,置擺到C1D， 所花時間為t2 ,平均速度為V2 ,有：,180-,顯然：t1 t2 V2 V1,搖桿的這種特性稱為急回運動。,反行程:,73 平面四桿機構(gòu)的基本知識,且越大，K值越大，急回性質(zhì)越明顯。,只要 0 ， 就有 K1,設(shè)計新機械時，往往先給定K值，于是:,用什么衡量

11、急回程度的多少？,行程速比系數(shù)K,73 平面四桿機構(gòu)的基本知識,問題：對心曲柄滑塊機構(gòu)，有沒有急回運動？,偏置曲柄滑塊機構(gòu)0，有急回運動,73 平面四桿機構(gòu)的基本知識,機構(gòu)急回的作用： 節(jié)省空回時間，提高工作效率。 注意：急回具有方向性,擺動導(dǎo)桿機構(gòu),73 平面四桿機構(gòu)的基本知識,三.壓力角和傳動角,壓力角：從動件驅(qū)動力F與力作用點絕對速度之間所夾銳角,記作。,切向分力: F= Fcos,法向分力: F”= Fcos, F,對傳動有利。,=Fsin,稱為傳動角。,可用的大小來表示機構(gòu)傳動力性能的好壞(便于測量).,90,傳動角是變化的。,73 平面四桿機構(gòu)的基本知識,為保證機構(gòu)具有良好的傳動性

12、能，設(shè)計時：,min40 (一般機械) min50 (大功率機械) min略40(小功率控制機構(gòu)或儀表),73 平面四桿機構(gòu)的基本知識,min出現(xiàn)的位置：,機構(gòu)的傳動角一般在運動鏈最終一個從動件上度量。,73 平面四桿機構(gòu)的基本知識,當(dāng) BCD 90時，BCD,當(dāng)BCD最小或最大時，即在主動曲柄與機架共線的位置，都有可能出現(xiàn)min,min出現(xiàn)的位置：,73 平面四桿機構(gòu)的基本知識,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。,擺動導(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桿的力的方向，與從動桿上受力點的速度方向始終一致，所以傳動角等于90度。,總結(jié)：傳動角大小

13、與各桿長有關(guān)，可按給給定的許用傳動角統(tǒng)籌各種性能指標(biāo)，設(shè)計四桿機構(gòu)。,73 平面四桿機構(gòu)的基本知識,四.機構(gòu)的死點位置,搖桿為主動件，且連桿與曲柄兩次共線時，有：,此時機構(gòu)不能運動.,稱此位置為：,“死點”,0,0,0,73 平面四桿機構(gòu)的基本知識,如何消除死點的不良影響？,1、對從動曲柄加外力； 2、安裝飛輪，加大從動件的慣性力； 3、靠構(gòu)件自身的慣性力。,如: 兩組機構(gòu)錯開排列，如火車輪機構(gòu);,靠飛輪的慣性（如內(nèi)燃機、縫紉機等）。,鉆孔夾具,飛機起落架,也可以利用死點進行工作：飛機起落架、鉆夾具等。,第七章 平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計,74 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,連桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題:,機構(gòu)選型

14、根據(jù)給定的運動要 選擇機構(gòu)的類型；,尺度綜合確定各構(gòu)件的尺度參數(shù) (長度尺寸)。,同時要滿足其他輔助條件：,a)結(jié)構(gòu)條件（如要求有曲柄、桿長比恰當(dāng)、 運動副結(jié)構(gòu)合理等）;,b)動力條件（如min）;,c)運動連續(xù)性條件等。,飛機起落架,三類設(shè)計要求：,1)滿足預(yù)定的運動規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對應(yīng)，如: 飛機起落架、函數(shù)機構(gòu)。,函數(shù)機構(gòu),要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角滿足函數(shù) y=logx,74 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,三類設(shè)計要求：,1)滿足預(yù)定的運動規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對應(yīng)，如: 飛機起落架、函數(shù)機構(gòu)。,2)滿足預(yù)定的連桿位置要求，如鑄造翻箱機構(gòu)。,要求連桿在兩個位置垂直地面且相差180,74 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計

15、,攪拌機構(gòu),要求連桿上E點的軌跡為一條卵形曲線,要求連桿上E點的軌跡為一條水平直線,三類設(shè)計要求：,1)滿足預(yù)定的運動規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對應(yīng)，如: 飛機起落架、函數(shù)機構(gòu)。,2)滿足預(yù)定的連桿位置要求，如鑄造翻箱機構(gòu)。,3)滿足預(yù)定的軌跡要求，如: 鶴式起重機、攪拌機等。,74 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,給定的設(shè)計條件：,1)幾何條件（給定連架桿或連桿的位置等）,2)運動條件（給定K等）,3)動力條件（給定min等）,設(shè)計方法：圖解法、解析法、實驗法,直觀性強、簡單易行。連桿機構(gòu)設(shè)計的一種基本方法。設(shè)計精度低，不同的設(shè)計要求，圖解的方法各異。對于較復(fù)雜的設(shè)計要求，圖解法很難解決。,精度較高，但計算量大

16、，目前由于計算機及數(shù)值計算方法的迅速發(fā)展，解析法已得到廣泛應(yīng)用。,通常用于設(shè)計運動要求比較復(fù)雜的連桿機構(gòu)，或者用于對機構(gòu)進行初步設(shè)計。,設(shè)計時選用哪種方法，應(yīng)視具體情況來決定。,74 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,一、按預(yù)定連桿位置設(shè)計四桿機構(gòu),a)給定連桿兩組位置,有唯一解。,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(shè)計要求。,b)給定連桿上鉸鏈BC的三組位置,有無窮多組解。,74 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,圖解法：實現(xiàn)連架桿轉(zhuǎn)角的對應(yīng)關(guān)系,已知：LAD，LAB，三組對應(yīng)轉(zhuǎn)角，,搖桿、連桿未知,設(shè)計思路：相對法,設(shè)計關(guān)鍵：尋找連桿BC上活動鉸鏈C的位置。,二、給定連架桿對應(yīng)位

17、置設(shè)計四桿機構(gòu),C?,74 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,尋找活動鉸鏈C,找到B相對C的轉(zhuǎn)動軌跡,方法：變DE為機架，則AB成為連桿，轉(zhuǎn)化為已知連桿位置的設(shè)計。,變更機架，站在構(gòu)件3上，即假設(shè)構(gòu)件3為機架，則2、4為連架桿，1為連桿 相對運動關(guān)系不變。,74 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,注：若給定兩連架桿轉(zhuǎn)角的三組對應(yīng)關(guān)系，有確定解； 若給定兩組對應(yīng)關(guān)系，則其解無窮多。,74 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,給定連架桿對應(yīng)位置： 構(gòu)件3和構(gòu)件1滿足以下位置關(guān)系：,建立坐標(biāo)系,設(shè)構(gòu)件長度為：l1 、l2、l3、l4,在x,y軸上投影可得：,機構(gòu)尺寸比例放大時，不影響各構(gòu)件相對轉(zhuǎn)角.,l1 cos + l2 cos = l3

18、cos + l4,l1 sin + l2 sin = l3 sin ,if (i ) i =1, 2, 3n 設(shè)計此四桿機構(gòu)(求各構(gòu)件長度)。,令： l1 =1,解析法：實現(xiàn)連架桿轉(zhuǎn)角的對應(yīng)關(guān)系,74 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,帶入移項得： l2 cos = l4 l3 cos cos ,則化簡為：cosP0 cos P1 cos( ) P2,代入兩連架桿的三組對應(yīng)轉(zhuǎn)角參數(shù)，得方程組：,l2 sin = l3 sin sin ,cos1P0 cos1 P1 cos(1 1 ) P2,cos2P0 cos2 P1 cos(2 2 ) P2,cos3P0 cos3 P1 cos(3 3 ) P2,可求系

19、數(shù):P0 、P1、P2,以及: l2 、 l3、 l4,將相對桿長乘以任意比例系數(shù)，所得機構(gòu)都能滿足轉(zhuǎn)角要求。若給定兩組對應(yīng)位置，則有無窮多組解。,74 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,舉例：設(shè)計一四桿機構(gòu)滿足連架桿三組對應(yīng)位置：,帶入方程得：,cos90=P0cos80+P1cos(80-90)+P2,cos135=P0cos110+P1cos(110-135)+P2,解得相對長度: P0 =1.533, P1=-1.0628, P2=0.7805,各桿相對長度為：,選定構(gòu)件l1的長度之后，可求得其余桿的絕對長度。,cos45=P0cos50+P1cos(50-45)+P2,l1=1,l4 =- l3

20、/ P1 =1.442,l2 =(l42+ l32+1-2l3P2 )1/2 =1.783,l3 = P0 = 1.553,74 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,三、按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計四桿機構(gòu),1) 曲柄搖桿機構(gòu),計算180(K-1)/(K+1);,已知：CD桿長，擺角及K， 設(shè)計此機構(gòu)。步驟如下：,任取一點D，作等腰三角形 腰長為CD，夾角為;,作C2PC1C2，作C1P使,作P C1C2的外接圓，則A點必在此圓上。,選定A，設(shè)曲柄為l1 ，連桿為l2 ，則:,以A為圓心，A C2為半徑作弧交于E,得： l1 =EC1/ 2 l2 = A C1EC1/ 2,A C2=l2- l1,= l1 =(

21、 A C1A C2)/ 2,C2C1P=90,交于P;,A C1= l1+l2,B1,B2,74 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,2) 導(dǎo)桿機構(gòu),分析： 由于與導(dǎo)桿擺角相等，設(shè)計此 機構(gòu)時，僅需要確定曲柄 a。,計算180(K-1)/(K+1);,任選D作mDn ，,取A點，使得AD=d, 則: a=dsin( /2)。,作角分線;,已知：機架長度d，K，設(shè)計此機構(gòu)。,74 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,3) 曲柄滑塊機構(gòu),已知K，滑塊行程H，偏距e，設(shè)計此機構(gòu) 。,計算: 180(K-1)/(K+1);,作C1 C2 H,作射線C1O 使C2C1O=90,以O(shè)為圓心，C1O為半徑作圓。,以A為圓心，A C1為半徑作弧交于E,得：,作射線C2O使C1C2 O=90。,作偏距線e，交圓弧于A，即為所求。,l1 =EC2/ 2,l2 = A C2EC2/ 2,74 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,實驗法設(shè)計四桿機構(gòu),當(dāng)給定連架桿位置超過三對時，一般不可能有精確解。只能用優(yōu)化或試湊的方法獲得近似解。,1)首先在一張紙上取固定軸A的位置，作原動件角位移i,位置 i i