1、第3章 平面連桿機構(gòu),平面連桿機構(gòu),平面連桿機構(gòu)特別是其中的平面四桿機構(gòu)是工程中 最常見的機構(gòu)。本章將對它的類型、特性加以分析，同 時討論這類機構(gòu)的運動分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計等。,平面連桿機構(gòu),3.1 概述,3.2 鉸鏈四桿機構(gòu),3.3 移副四桿機構(gòu),3.4 平面四桿機構(gòu)的基本特性,3.5 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,3.1.1 定義,平面連桿機構(gòu)是由若干個構(gòu)件通過低副連接而成的機構(gòu)，又稱為平面低副機構(gòu)。,3.1.2 分類,平面連桿機構(gòu)可分類如下：,圖3-1 平面連桿機構(gòu),3.1.3 平面連桿機構(gòu)的特點和應(yīng)用,平面連桿機構(gòu)的主要優(yōu)點： (1) 平面連桿機構(gòu)中的運動副都是低副，組成運動副的兩構(gòu)件之間為面接觸，因

2、而承受的壓強小、便于潤滑、磨損較輕，可以承受較大的載荷。 (2) 構(gòu)件形狀簡單，加工方便，構(gòu)件之間的接觸是由構(gòu)件本身的幾何約束來保持的，所以構(gòu)件工作可靠。 (3) 在原動件等速連續(xù)運動的條件下，當(dāng)各構(gòu)件的相對長度不同時，可使從動件實現(xiàn)多種形式的運動，滿足多種運動規(guī)律的要求。 (4) 利用平面連桿機構(gòu)中的連桿可滿足多種運動軌跡的要求。,3.1.3 平面連桿機構(gòu)的特點和應(yīng)用,平面連桿機構(gòu)的主要缺點： (1) 根據(jù)從動件所需要的運動規(guī)律或軌跡來設(shè)計連桿機構(gòu)比較復(fù)雜，而且精度不高。 (2) 連桿機構(gòu)運動時產(chǎn)生的慣性力難以平衡，所以不適用于高速的場合。 平面連桿機構(gòu)廣泛應(yīng)用于各種機械，隨著電子計算機應(yīng)用

3、的普及、計算速度及設(shè)計軟件功能的不斷提高，使設(shè)計速度與精度大大提高，使復(fù)雜的設(shè)計問題得以解決，因此平面連桿機構(gòu)的應(yīng)用范圍更加廣泛。,平面連桿機構(gòu),3.1 概述,3.2 鉸鏈四桿機構(gòu),3.3 移副四桿機構(gòu),3.4 平面四桿機構(gòu)的基本特性,3.5 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,3.2.1 鉸鏈四桿機構(gòu)的組成,當(dāng)平面四桿機構(gòu)中的運動副全部都是轉(zhuǎn)動副時，稱為鉸鏈四桿機構(gòu)。它是平面四桿機構(gòu)最基本的形式，其他形式的四桿機構(gòu)都可看做是在它的基礎(chǔ)上演化而成的。 如圖3-2所示的鉸鏈四桿機構(gòu)中，固定不動的構(gòu)件4稱為機架，與機架相連接的構(gòu)件1和構(gòu)件3稱為連架桿，連接兩根連架桿的構(gòu)件2稱為連桿。連桿2通常作平面運動，連架桿1

4、和連架桿3繞各自的轉(zhuǎn)動副中心A和D轉(zhuǎn)動。如果連架桿繞機架上的轉(zhuǎn)動中心A或D作整周轉(zhuǎn)動時，則稱為曲柄，如果只能在小于360的某一角度范圍內(nèi)往復(fù)擺動，則稱為搖桿。,圖3-2 鉸鏈四桿機構(gòu),3.2.2 鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式,對于鉸鏈四桿機構(gòu)來說，可根據(jù)兩根連架桿運動形式的不同或根據(jù)曲柄的數(shù)量不同，將鉸鏈四桿機構(gòu)分為3種基本型式，分別以下3種。,3.2.3 鉸鏈四桿機構(gòu)類型的判別,根據(jù)有曲柄的條件可得推論如下。 (1) 當(dāng)最短構(gòu)件與最長構(gòu)件的長度之和大于其余兩構(gòu)件長度之和時，只能得到雙搖桿機構(gòu)。 (2) 當(dāng)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)件長度之和時： 1) 最短構(gòu)件的相鄰構(gòu)件為機架時

5、得到曲柄搖桿機構(gòu)。 2) 最短構(gòu)件為機架時得到雙曲柄機構(gòu)。 3) 最短構(gòu)件的對面構(gòu)件為機架時得到雙搖桿機構(gòu)。,(1) 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。 (2) 最短構(gòu)件或其相鄰構(gòu)件應(yīng)為機架。,平面連桿機構(gòu),3.1 概述,3.2 鉸鏈四桿機構(gòu),3.3 移副四桿機構(gòu),3.4 平面四桿機構(gòu)的基本特性,3.5 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,3.3.1 移副四桿機構(gòu)的組成,當(dāng)平面四桿機構(gòu)中的運動副中至少有一個移動副時，稱為移副四桿機構(gòu)。移副四桿機構(gòu)又可分為單移副四桿機構(gòu)(只含一個移動副)和雙移副四桿機構(gòu)(含有兩個移動副)。移副四桿機構(gòu)可看成由鉸鏈四桿機構(gòu)擴大轉(zhuǎn)動副演化而來，其演化過程如圖

6、3-10所示。 圖3-10中e為曲柄中心A至直槽中心線的垂直距離，稱為偏距。當(dāng)e0時，稱為偏置曲柄滑塊機構(gòu)；當(dāng)e =0時，稱為對心曲柄滑塊機構(gòu)。,圖3-10 移副四桿機構(gòu)的演化過程,3.3.1 移副四桿機構(gòu)的組成,如圖3-11所示的移副四桿機構(gòu)中，它由1、2、3、4四個構(gòu)件組成，其中構(gòu)件4稱為導(dǎo)桿(因滑塊3只能沿著導(dǎo)桿4滑移，導(dǎo)桿4起導(dǎo)向作用)，構(gòu)件3稱為滑塊。它與導(dǎo)桿4形成移動副。連接構(gòu)件1和滑塊3的構(gòu)件2稱為連桿。連桿2通常作平面運動，構(gòu)件1繞轉(zhuǎn)動副中心A轉(zhuǎn)動或擺動。如果構(gòu)件1繞機架上的轉(zhuǎn)動中心A作整周轉(zhuǎn)動時，則稱為曲柄，如果只能在小于360的某一角度范圍內(nèi)往復(fù)擺動，則稱為搖桿。,圖3-1

7、1 移副四桿機構(gòu),3.3.2 單移副四桿機構(gòu)的基本形式,3.3.3 雙移副四桿機構(gòu)的基本形式,如果平面四桿機構(gòu)中出現(xiàn)兩個移動副，則稱為雙移副四桿機構(gòu)。 常見的雙移副四桿機構(gòu)有3種型式：,3.3.4 單移副四桿機構(gòu)類型的判別,如圖3-20所示的移副四桿機構(gòu)中，滑塊3和導(dǎo)桿4不可能與它們的相鄰兩構(gòu)件作整周轉(zhuǎn)動，能與相鄰兩構(gòu)件作整周轉(zhuǎn)動的只有構(gòu)件1和連桿2。 由實驗與分析可得，構(gòu)件1和連桿2哪個短，哪個就能與相鄰兩構(gòu)件作整周轉(zhuǎn)動。 (1) 若L1L2，則構(gòu)件2能與相鄰兩構(gòu)件作整周轉(zhuǎn)動，如圖3-20(b)所示，此時構(gòu)件1能相對連桿2作整周轉(zhuǎn)動，滑塊3也能相對連桿2作整周轉(zhuǎn)動。,圖3-20 構(gòu)件與相鄰兩

8、構(gòu)件整周轉(zhuǎn)動,3.3.4 單移副四桿機構(gòu)類型的判別,由以上分析可得： (1) 當(dāng)以導(dǎo)桿4作為機架時，得到曲柄滑塊機構(gòu)。 (2) 當(dāng)以滑塊的對邊(構(gòu)件1)作為機架，得到導(dǎo)桿機構(gòu)。 1) 當(dāng)L1L2時，此時只有連桿2能相對構(gòu)件1整周轉(zhuǎn)動，故為擺動導(dǎo)桿機構(gòu)。 (3) 當(dāng)以連桿2作為機架時，得到搖塊機構(gòu)。 (4) 當(dāng)以滑塊3作為機架時，得到定塊機構(gòu)。,平面連桿機構(gòu),3.1 概述,3.2 鉸鏈四桿機構(gòu),3.3 移副四桿機構(gòu),3.4 平面四桿機構(gòu)的基本特性,3.5 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,3.4.1 壓力角與傳動角,3.4.2 急回特性,在如圖3-25所示的曲柄搖桿機構(gòu)中，設(shè)曲柄AB為主動件，曲柄AB以等角速

9、度作順時針轉(zhuǎn)動，搖桿CD為從動件并作往復(fù)擺動。,(一)搖桿的極限位置,(二)搖桿的擺角,(三)曲柄的極位夾角,(四)機構(gòu)的急回特性,(五)機構(gòu)具有急回特性的條件,(六)其他常用四桿機構(gòu)的急回特性,圖3-25 曲柄搖桿機構(gòu)的急回特性,3.4.3 死 點,四桿機構(gòu)中是否存在死點取決于從動件與連桿是否存在共線的位置。對于曲柄搖桿機構(gòu)來說，當(dāng)以曲柄為主動件時，搖桿與連桿不可能出現(xiàn)共線位置，故不會出現(xiàn)死點；當(dāng)以搖桿為主動件時，曲柄與連桿存在共線位置，所以會出現(xiàn)死點。,平面連桿機構(gòu),3.1 概述,3.2 鉸鏈四桿機構(gòu),3.3 移副四桿機構(gòu),3.4 平面四桿機構(gòu)的基本特性,3.5 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,3.5

10、 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,主要平面四桿機構(gòu)的設(shè)計是根據(jù)給定的運動條件， 確定機構(gòu)中各個構(gòu)件的尺寸。有時還需要考慮機構(gòu)的一 些附加的幾何條件或動力條件，如機構(gòu)的結(jié)構(gòu)、安裝要 求和最小傳動角要求等，以保證機構(gòu)設(shè)計可靠、合理。,3.5.1 概 述,在實際生產(chǎn)中，對機構(gòu)的設(shè)計要求多種多樣，給定的條件也各不相同。歸納起來，涉及的類型一般可分為兩類。 (1) 實現(xiàn)給定的運動規(guī)律。 (2) 實現(xiàn)給定的運動軌跡。,(1) 圖解法。 (2) 解析法。 (3) 實驗法。 由于在一般的機械設(shè)計中，常常遇到的設(shè)計類型是實現(xiàn)給定運動規(guī)律。因此，本書只介紹按照給定的運動規(guī)律用圖解法設(shè)計平面四桿機構(gòu)的相關(guān)知識。,3.5.2 按給定的連桿位置設(shè)計,【例3-1】如圖3-35(a)所示，已知機構(gòu)的長度比例尺為 鉸鏈四桿機構(gòu)中連桿BC的長度為L2，B和C分別是連桿上的兩個鉸鏈，給定連桿的3個位置B1C1、B2C2和B3C3。試設(shè)計該鉸鏈四桿機構(gòu)。,圖3-35 按給定的連桿位置設(shè)計四桿機構(gòu),3.5.3 按給定的行