第4章 平面連桿機構(gòu)

§2平面四桿機構(gòu)的基本性質(zhì)§3

平面四桿機構(gòu)的設(shè)計

§1鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式及其演化平面連桿機構(gòu)

第四章平面連桿機構(gòu)特點：①全部低副（面接觸），利于潤滑，磨損小、傳載大、壽命長；②易加工，精度高，制造成本低。③運動鏈較長，所以運動累積誤差大，不能精確實現(xiàn)復(fù)雜的運動規(guī)律，設(shè)計計算較復(fù)雜。平面連桿機構(gòu)平面機構(gòu)+低副聯(lián)接(轉(zhuǎn)動副、移動副)最常用→平面四桿機構(gòu)（四個構(gòu)件→四根桿)→鉸鏈四桿機構(gòu)（全由轉(zhuǎn)動副相聯(lián)）機架：

固定的桿件連架桿：與機架相連的桿連桿：

連接連架桿的桿§1鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和特性一、鉸鏈四桿機構(gòu)的類型及特點

組成曲柄：能轉(zhuǎn)動360o的連架桿搖桿：不能轉(zhuǎn)動360o的連架桿

1.曲柄搖桿機構(gòu)：連架桿┌曲柄→(一般)原動件→勻速轉(zhuǎn)動└搖桿→(一般)從動件→變速往復(fù)擺動

分類：

曲柄搖桿機構(gòu)特征：曲柄＋搖桿作用：將曲柄的整周回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動。雷達天線俯仰機構(gòu)(天線→搖桿)→調(diào)整天線俯仰角的大小

2.雙曲柄機構(gòu)：

連架桿均為曲柄→┌主動曲柄:勻速轉(zhuǎn)動└從動曲柄:變速轉(zhuǎn)動

作用：將等速回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榈人倩蜃兯倩剞D(zhuǎn)。機車車輪聯(lián)動機構(gòu)特例：平行四邊形機構(gòu)特征：兩連架桿等長且平行，連桿作平動。AB=CDBC=AD平行四邊形機構(gòu)存在運動不確定位置。可采用兩組機構(gòu)錯開排列的方法予以克服。3.雙搖桿機構(gòu)－連架桿均為搖桿

例:鶴式起重機的變速機構(gòu):CD(桿3)為原動件,懸掛重物的E點在連桿上→保持E點運動軌跡在近似水平線上。（平移貨物→平穩(wěn)、減小能量消耗）從動件作往復(fù)運動的平面連桿機構(gòu)中，若從動件工作行程的平均速度小于回程的平均速度，則稱該機構(gòu)具有急回特性。在曲柄搖桿機構(gòu)中，當從動件（搖桿）位于兩極限位置時，曲柄與連桿共線。此時對應(yīng)的主動曲柄之間所夾的銳角θ叫作極位夾角。二.急回運動和行程速比系數(shù)（以曲柄搖桿機構(gòu)為例）工作行程時間＞空回行程時間

例：牛頭刨床、往復(fù)式輸送機縮短非生產(chǎn)時間,提高生產(chǎn)率設(shè)曲柄以ω逆時針勻速旋轉(zhuǎn)。從AB1轉(zhuǎn)到AB2，轉(zhuǎn)過180°+θ時為工作行程，所花時間為t1曲柄從AB2繼續(xù)轉(zhuǎn)過180°-θ到AB1時為回程，所花時間為t2

,此時搖桿從C2D擺到C1D，平均速度為V2

,那么有

顯然

t1>t2V2>V1

即該機構(gòu)具有急回特性θ－極位夾角(搖桿處于兩極位時，對應(yīng)曲柄所夾銳角)θ↑→K↑→急回運動性質(zhì)↑設(shè)計時往往先給定K值，再計算θ，即

為能定量描述急回運動，將回程平均速度V2

與工作行程平均速度V1之比定義為行程速度變化系數(shù)K

三、壓力角和傳動角

1.壓力角α

作用在從動件上的驅(qū)動力F與該力作用點絕對速度VC之間所夾的銳角。α↓→有效力切向分力Ft=

FcosαFt=

Fcosα↑→（方便）

對傳動有利切向分力Ft=

Fcosα法向分力Fn=Fcosγγ↑

Ft↑

對傳動有利。=Fsinγ常用γ的大小來表示機構(gòu)傳力性能的好壞γ是α的余角。2.傳動角γ

傳動角：連桿與從動桿所夾銳角

=90°－壓力角越小(即傳動角越大)，有用的分力越大。所以傳動角是衡量機構(gòu)受力大小的一個重要參數(shù)。傳動不利。當∠BCD≤90°時，γ＝∠BCD因此設(shè)計時一般要求:

γmin≥40°當∠BCD＞90°時，γ＝180°-∠BCD當∠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)γmin由于在機構(gòu)運動過程中，γ角是變化的，min出現(xiàn)在什么位置？γmin＝[δmin,(180°-δmax

)

]min

主動件與機架共線的兩個位置之一,傳動角最小.從動件與連桿共線（=0）

→卡死→機構(gòu)運動卡死機構(gòu)運動不確定存在死點條件：有極限位置（從動件與連桿共線）措施：

曲柄搖桿機構(gòu)搖桿主動→死點死點四.死點位置飛輪自身慣性飛機起落架死點位置的應(yīng)用平面四桿機構(gòu)具有整轉(zhuǎn)副

則可能存在曲柄。設(shè)l1

<l4,連架桿若能整周回轉(zhuǎn)，必有兩次與機架共線。

l1+l2

≤l3+l4

l1+l3≤l2+l4l1+l4≤l2+l3由△B2C2D可得：由△B1C1D可得：l2≤(l4–l1)+l3l3≤(l4–l1)+l2將以上三式兩兩相加得：

即：l1≤l2

l1≤l3

l1≤l4

AB

為最短桿§2鉸鏈四桿機構(gòu)曲柄存在的條件取決于機構(gòu)各桿的相對長度和機架的選擇

l1最短

推論1：

當Lmax+LminL+L′(其余兩桿長度之和)時最短桿是連架桿之一——曲柄搖桿機構(gòu)最短桿是機架——雙曲柄機構(gòu)最短桿是連桿——雙搖桿機構(gòu)推論2：

當Lmax+Lmin>L+L′(其余兩桿長度之和)時

——雙搖桿機構(gòu)曲柄存在的條件：(1)最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和(2)最短桿是連架桿或機架整轉(zhuǎn)副——能作360?相對回轉(zhuǎn)的運動副；擺轉(zhuǎn)副——只能作有限角度擺動的運動副。曲柄搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)

變換機架1.曲柄滑塊機構(gòu)§3鉸鏈四桿機構(gòu)的演化演化方法：變桿長、換機架、擴大回轉(zhuǎn)副等曲柄滑塊機構(gòu)對心曲柄滑塊機構(gòu)偏置曲柄滑塊機構(gòu)ABC1234ABC1234ABC1234

l1＞

l2

擺動導(dǎo)桿機構(gòu)

l1＜

l2轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)

導(dǎo)桿機構(gòu)調(diào)換機架

2.導(dǎo)桿機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)ABC1234（桿2和桿4均可整周回轉(zhuǎn)）（桿4往復(fù)擺動）牛頭刨床應(yīng)用實例:小型刨床（擺動導(dǎo)桿機構(gòu)）（轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)）搖塊機構(gòu)→滑塊擺動→滑塊為固定件→滑塊移動＋擺動→滑塊移動曲柄滑塊機構(gòu)CABCABCABCAB曲柄滑塊機構(gòu)導(dǎo)桿機構(gòu)搖塊機構(gòu)定塊機構(gòu)導(dǎo)桿機構(gòu)定塊機構(gòu)3.搖塊機構(gòu)、定塊機構(gòu)搖塊機構(gòu)

定塊機構(gòu)ABC1234ABC1234φ4.雙滑塊機構(gòu)正弦機構(gòu)正切機構(gòu)aaφSS5.擴大轉(zhuǎn)動副偏心輪機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)將轉(zhuǎn)動副B加大，直至把轉(zhuǎn)動副A包括進去，成為幾何中心是B，轉(zhuǎn)動中心為A的偏心圓盤。曲柄滑塊機構(gòu)的急回特性分析應(yīng)用：節(jié)省回程時間，提高生產(chǎn)率。導(dǎo)桿機構(gòu)的急回特性分析

故，有急回運動§4

平面四桿機構(gòu)的設(shè)計（簡介）

實現(xiàn)已知運動規(guī)律1）給定連桿位置

2）給定連架桿位置

3）給定行程速比系數(shù)實現(xiàn)給定點的運動軌跡方法：作圖法、解析法、實驗法●D1.實現(xiàn)給定連桿的兩個位置已知連桿長度B1C1B2C2四桿機構(gòu)AB1C1D為所求.A●

若無其他附加條件，則有無窮多解。1234ABCD2.實現(xiàn)構(gòu)件給定的三個位置

已知連桿長度B1C1B2C2B3C3AD四桿機構(gòu)AB1C1D為所求.有唯一解。NψDC1C2θθ90o-θAB2PB1M已知：搖桿長度l3，擺角ψ，行程速比系數(shù)K3給定行程速比系數(shù)AC1=B1