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1、 平面連桿機(jī)構(gòu) 是許多構(gòu)件用低副（轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副）連接組成的平面機(jī)構(gòu)，又稱平面低副機(jī)構(gòu)。 F=33-2 4=1優(yōu) 點(diǎn) ： 能 夠 實(shí) 現(xiàn) 多 種 運(yùn) 動(dòng) 形 式 的 轉(zhuǎn) 換 ， 低 副 面 接 觸 ， 接 觸應(yīng) 力 小 ， 耐 磨 損 ， 傳 遞 載 荷 大 、 易 潤(rùn) 滑 、 制 造 成 本 低 、 制 造精 度 較 高 。缺 點(diǎn) ： 低 副 中 存 在 間 隙 ， 構(gòu) 件 數(shù) 目 多 、 累 計(jì) 誤 差 大 、難 實(shí) 現(xiàn) 動(dòng) 平 衡 ， 易 產(chǎn) 生 沖 擊 、 振 動(dòng) 與 噪 聲 ， 設(shè) 計(jì) 比 較 復(fù)雜 、 不 易 精 確 地 實(shí) 現(xiàn) 復(fù) 雜 的 運(yùn) 動(dòng) 規(guī) 律 。應(yīng) 用 ： 鑒 于 以

2、 上 特 點(diǎn) ， 平 面 連 桿 機(jī) 構(gòu) 被 廣 泛 應(yīng) 用 于 輕 工 、紡 織 、 食 品 、 包 裝 、 加 工 等 國(guó) 民 經(jīng) 濟(jì) 部 門 ， 尤 其 適 用 于 低速 重 載 場(chǎng) 合 ， 例 如 起 重 運(yùn) 輸 、 冶 金 機(jī) 械 等 。 最簡(jiǎn)單的平面連桿機(jī)構(gòu)是由四個(gè)構(gòu)件組成的，稱為平面四桿機(jī)構(gòu)。它的應(yīng)用非常廣泛，是組成多桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)，因此本章著重介紹平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型、特性、演化及其常用的設(shè)計(jì)方法。 基 本 要 求1. 了 解 平 面 連 桿 機(jī) 構(gòu) 的 應(yīng) 用 ；2. 重 點(diǎn) 掌 握 鉸 鏈 四 桿 機(jī) 構(gòu) 的 基 本 形 式 ， 急 回 運(yùn) 動(dòng) 、 死 點(diǎn)位 置 、 壓 力

3、 角 和 傳 動(dòng) 角 特 性 ；3. 掌 握 曲 柄 存 在 的 條 件 和 鉸 鏈 四 桿 機(jī) 構(gòu) 的 演 化 ；4. 了 解 平 面 四 桿 機(jī) 構(gòu) 的 設(shè) 計(jì) 。 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式和特性鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)平 面 四 桿 機(jī) 構(gòu) 概念1.平面鉸鏈四桿結(jié)構(gòu)：全部用轉(zhuǎn)動(dòng)副相連的平面四桿機(jī)構(gòu)稱為平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，簡(jiǎn)稱鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。2.機(jī)架：機(jī)構(gòu)的固定構(gòu)件。3.連桿：不與機(jī)架直接聯(lián)接的桿。4.連架桿：與機(jī)架用轉(zhuǎn)動(dòng)副相連接的桿。5.曲柄：可以繞轉(zhuǎn)動(dòng)副中心作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的連架桿。6.搖桿：不可以繞轉(zhuǎn)動(dòng)副中心作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的連架桿。B C 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)

4、雙搖桿機(jī)構(gòu)B C 概 念 曲 柄 搖 桿 機(jī) 構(gòu) 兩 個(gè) 連 架 桿 ， 一 個(gè) 為 曲柄 ， 一 個(gè) 為 搖 桿 的 鉸 鏈 四 桿機(jī) 構(gòu) 。 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)特性v急回運(yùn)動(dòng)v死點(diǎn)位置v壓力角和傳動(dòng)角 1 2 t1t2 急回特性可用行程速度變化系數(shù)（或行程速比系數(shù)）K表示，即搖 桿 在 兩 極 限 位 置 間 的 夾 角 稱 為 搖 桿 的 擺 角 。搖 桿 處 于 極 限 位 置 時(shí) ， 對(duì) 應(yīng) 的 曲 柄 夾 角 稱 為 極位 夾 角 。 設(shè) 計(jì) 新 機(jī) 械 時(shí) ， 總是 根 據(jù) 該 機(jī) 械 的 急 回 要求 先 給 出 K 值 ， 然 后 根據(jù) 公 式 算 出 ， 再 確 定各 構(gòu) 件 尺

5、 寸 。B C1 2 180180212112 ttvvK 當(dāng) 搖 桿 為 原 動(dòng) 件 , 搖 桿 擺 到 極 限 位 置 時(shí) ， 機(jī) 構(gòu) 的 連 桿 與 曲柄 共 線 ， 這 時(shí) ， 無(wú) 論 驅(qū) 動(dòng) 力 多 大 都 不 能 驅(qū) 使 機(jī) 構(gòu) 運(yùn) 動(dòng) ， 這 個(gè)位 置 稱 為 機(jī) 構(gòu) 的 死 點(diǎn) 位 置 。 B 1 C1B2A D C2F1 F2 VB2VB1 死 點(diǎn) 位 置 危 害 死點(diǎn)位置會(huì)使機(jī)構(gòu)從動(dòng)件出現(xiàn)卡死或運(yùn)動(dòng)不確定的情況。改 進(jìn) 措 施 可 以 通 過(guò) 對(duì) 從 動(dòng) 曲 柄 施 加力 ； 或 者 利 用 飛 輪 及 構(gòu) 件 自 身的 慣 性 作 用 ， 使 機(jī) 構(gòu) 通 過(guò) 死 點(diǎn)位 置

6、 ； 采 用 機(jī) 構(gòu) 錯(cuò) 位 排 列 方 式 ，使 各 機(jī) 構(gòu) 的 死 點(diǎn) 位 置 錯(cuò) 開(kāi) 。 AB C ED F FF 死點(diǎn)位置的作用 盡管死點(diǎn)位置對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)雖然不利，但是對(duì)某些夾緊裝置卻可以用來(lái)防松。 壓力角作用在從動(dòng)件之上的驅(qū)動(dòng)力F與該力作用點(diǎn)絕對(duì)速度Vc之間所夾的銳角稱為壓力角。傳動(dòng)角通常把壓力角的余角（即連桿和從動(dòng)搖桿之間所夾的銳角）稱為傳動(dòng)角。 32 4124212322 2 cos2cos ll llllllBCD 時(shí)當(dāng) 時(shí)當(dāng) 1800maxmin BCDBCDBCD。該 機(jī) 構(gòu) 的， 其 中 較 小 的 一 個(gè) 即 為求 出 兩 個(gè) 為 鈍 角 時(shí)當(dāng) 為 銳 角 時(shí)當(dāng) min180

7、 BCDBCD BCDBCD 概念 兩連架桿均為曲柄的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)稱為雙曲柄機(jī)構(gòu) 雙曲柄機(jī)構(gòu)中，用的最多的是平行四邊形機(jī)構(gòu)，或稱平行雙曲柄機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)存在運(yùn)動(dòng)不確定狀態(tài)。 概念 兩連架桿均為搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)稱為雙搖桿機(jī)構(gòu) 整轉(zhuǎn)副 兩構(gòu)件能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)3600的轉(zhuǎn)動(dòng)副稱為整轉(zhuǎn)副，具有整轉(zhuǎn)副的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)才可能存在曲柄。為 了 實(shí) 現(xiàn) 曲 柄 1整 周 回 轉(zhuǎn) ， AB桿 必 須 順 利 通 過(guò) 與 連 桿 共 線的 兩 個(gè) 位 置 AB和 AB。 003600=003600 3600 360 0A、 B是 整 轉(zhuǎn) 副 ， C、 D不 是 整轉(zhuǎn) 副 。曲 柄 搖 桿 機(jī) 構(gòu) 當(dāng)桿1處于AB位置時(shí)：l

8、4(l2-l1)+l3l3 (l2-l1)+l4即l1l4l2+l3 (1)l1l3 l2+l4 (2)當(dāng)桿1處于AB位置時(shí)：l1l2 l3+l4 (3)由(1)、(2)、(3)得l 1l2； l1l3; l1l4結(jié) 論 (1) 鉸 鏈 四 桿 機(jī) 構(gòu) 有 整 轉(zhuǎn) 副 的 條 件 是 ： 最短 桿 與 最 長(zhǎng) 桿 長(zhǎng) 度 之 和 小 于 或 等 于 其 余 兩 桿 長(zhǎng)度 之 和 ； (2)整 轉(zhuǎn) 副 是 由 最 短 桿 與 其 臨 邊 組 成 的 。 曲柄是連架桿，整轉(zhuǎn)副處于機(jī)架上才能形成曲柄。因此，具有整轉(zhuǎn)副的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是否存在曲柄，還應(yīng)該根據(jù)選擇何桿為機(jī)架來(lái)判斷。1.取最短桿為機(jī)架時(shí)，機(jī)

9、架上有兩個(gè)整轉(zhuǎn)副，故得雙曲柄機(jī)構(gòu)。2.取最短桿的臨邊為機(jī)架時(shí)，機(jī)架上只有一個(gè)整轉(zhuǎn)副，故得曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。3.取最短桿的對(duì)邊為機(jī)架時(shí)，機(jī)架上沒(méi)有整轉(zhuǎn)副，故得雙搖桿機(jī)構(gòu)。這種具有整轉(zhuǎn)副而沒(méi)有曲柄的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)常用作電風(fēng)扇的搖頭機(jī)構(gòu)。 如果鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中的最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和大于其余兩桿長(zhǎng)度之和，則該機(jī)構(gòu)中不存在整轉(zhuǎn)副，無(wú)論取哪個(gè)機(jī)架都只能得到雙搖桿機(jī)構(gòu)。 通過(guò)用移動(dòng)副取代轉(zhuǎn)動(dòng)副、變更桿件長(zhǎng)度、變更機(jī)架和擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副等途徑，還可以得到鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的其他演化型式。v曲柄滑塊機(jī)構(gòu)v導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)v搖塊機(jī)構(gòu)和定塊機(jī)構(gòu)v雙滑塊機(jī)構(gòu)v偏心輪機(jī)構(gòu) 圖C)表示為對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；圖(D)表示為偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)急回

10、運(yùn)動(dòng)。 廣 泛 應(yīng) 用 于 活 塞 式 內(nèi) 燃 機(jī) 、空 氣 壓 縮 機(jī) 、 沖 床 等 機(jī) 械 中 。動(dòng) 畫(huà) 展 示動(dòng) 畫(huà) 展 示 曲柄滑塊擺 動(dòng) 導(dǎo) 桿 機(jī) 構(gòu)當(dāng) L1l2時(shí) ， 桿 4只 能 往 復(fù) 擺 動(dòng) ， 稱 為 曲 柄 擺 動(dòng) 導(dǎo) 桿 或 擺 動(dòng) 導(dǎo) 桿 機(jī) 構(gòu) 。導(dǎo) 桿 機(jī) 構(gòu) 由 圖 可 見(jiàn) ， 導(dǎo) 桿 的 傳 動(dòng)角 始 終 等 于 900， 具 有 很 好 的傳 力 性 能 ， 故 常 用 于 牛 頭 刨床 、 插 床 和 回 轉(zhuǎn) 式 油 泵 之 中 。擺 動(dòng) 導(dǎo) 桿 機(jī) 構(gòu) 如圖C)所示，取桿2為固定構(gòu)件，原曲柄滑塊機(jī)構(gòu)演化為擺動(dòng)滑塊機(jī)構(gòu)或稱搖塊機(jī)構(gòu)。 該 機(jī) 構(gòu) 廣 泛

11、 應(yīng) 用 于 擺 缸 式內(nèi) 燃 機(jī) 和 液 壓 驅(qū) 動(dòng) 裝 置 中 圖 D)示 ， 桿 3為 固 定 件 ， 稱 為 固 定 滑塊 機(jī) 構(gòu) ， 或 稱 定 塊 機(jī) 構(gòu) 。 常 用 于 抽 水 唧 筒和 抽 油 泵 中 。 概 念 具 有 兩 個(gè)移 動(dòng) 副 的 四 桿 機(jī)構(gòu) 稱 為 雙 滑 塊 機(jī)構(gòu) 。 正 切 機(jī) 構(gòu) 正 弦 機(jī) 構(gòu) 滑 塊 聯(lián) 軸 器 滑 塊 聯(lián) 軸 器 橢 圓 儀 當(dāng) 曲 柄 長(zhǎng) 度 很 小 時(shí) ，通 常 都 把 曲 柄 做 成 偏 心 輪 ，這 樣 不 僅 增 大 了 軸 頸 的 尺寸 ， 提 高 偏 心 軸 的 強(qiáng) 度 和剛 度 ， 而 且 當(dāng) 軸 頸 位 于 中部 時(shí)

12、 ， 還 可 以 安 裝 整 體 式連 桿 ， 使 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 化 。 因 此 ，偏 心 輪 廣 泛 應(yīng) 用 于 傳 力 較大 的 剪 床 、 沖 床 、 顎 式 破碎 機(jī) 、 內(nèi) 燃 機(jī) 等 機(jī) 械 中 。 除 上 述 外 ， 生 產(chǎn) 中 常 見(jiàn) 的 某 些 多 桿 機(jī) 構(gòu) ， 也 可 以 看 成是 由 若 干 個(gè) 四 桿 機(jī) 構(gòu) 組 合 擴(kuò) 展 形 成 的 。雙 搖 桿 機(jī) 構(gòu) 和 搖 桿 滑 塊 機(jī) 構(gòu)手動(dòng)沖床 篩 料 機(jī) 構(gòu)雙 曲 柄 機(jī) 構(gòu) 和 曲 柄 滑 塊 機(jī) 構(gòu) 按照給定的行程速度變化系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按給定的連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按照給定兩連架桿對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按照給定點(diǎn)的運(yùn)

13、動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 在 設(shè) 計(jì) 具 有 急 回 運(yùn) 動(dòng) 特性 的 四 桿 機(jī) 構(gòu) 時(shí) ， 通 常 按 實(shí)際 需 要 先 給 定 行 程 速 度 變 化系 數(shù) K 的 數(shù) 值 ， 然 后 根 據(jù) 機(jī)構(gòu) 在 極 限 位 置 的 幾 何 關(guān) 系 ，結(jié) 合 有 關(guān) 輔 助 條 件 來(lái) 確 定 機(jī)構(gòu) 運(yùn) 動(dòng) 簡(jiǎn) 圖 的 尺 寸 參 數(shù) 。 1. 由 給 定 的 K 求 出 ，2. 任 選 固 定 鉸 鏈 中 心 D的 位 置 ， 由 搖 桿 長(zhǎng)度 l3和 擺 角 ， 作 出 搖 桿 兩 個(gè) 極 限 位 置C1D和 C2D3. 連 接 C1和 C2 , 并 作 C1M垂 直 于 C1C24. 作 C1C2

14、N=900- ， C2N與 C1M交 于 P點(diǎn)5. 作 PC 1C2的 外 接 圓 ， 在 此 圓 周 上 任 取一 點(diǎn) A作 為 曲 柄 的 固 定 鉸 鏈 中 心 。 連AC1和 AC2， 因 為 同 一 圓 弧 的 圓 周 角 相等 ， 所 以 C1AC2= C1PC2= .6. 通 過(guò) 幾 何 關(guān) 系 ， 得 到 :AB1=AB2=l1；B1C1=B2C2=l2及 AD=l4 122 121 llAC llAC按 K 值 設(shè) 計(jì) 曲 柄 搖 桿 機(jī) 構(gòu)已 知 搖 桿 長(zhǎng) 度 l3， 擺 角 和 K 按 K 值 設(shè) 計(jì) 導(dǎo) 桿 機(jī) 構(gòu)已 知 機(jī) 架 長(zhǎng) 度 l4， 行 程 速 變 化 比

15、 系 數(shù) K 1. 由 K ， 按 照 求 解 。2. 任 選 固 定 鉸 鏈 中 心 C， 以 夾 角 作 出 導(dǎo) 桿兩 極 限 位 置 Cm和 Cn夾 角 .3. 過(guò) 擺 角 的 平 分 線 AC， 并 在 線 上 取AC=l 4， 得 固 定 鉸 鏈 中 心 A位 置 。4. 過(guò) 點(diǎn) A作 導(dǎo) 桿 極 限 位 置 得 垂 線 AB1(或AB2)， 即 得 曲 柄 長(zhǎng) 度 l1=AB1。 已 知 條 件 已 知 連 桿 長(zhǎng) 度 l3及 其 兩 個(gè) 位 置B1C1和 B2C2。 1. 繪 出 連 桿 3的 兩 個(gè) 位 置 B1C1和B2C2。2. 分 別 連 接 B1和 B2， C1和 C2

16、， 并作 B1B2、 C1C2的 垂 直 平 分 線 b12、c12。3. 由 于 A和 D兩 點(diǎn) 可 在 b 12和 c12，所 以 存 在 無(wú) 窮 多 解 。 已 知 條 件 已 知 連 桿 長(zhǎng) 度 l3及 其 三 個(gè) 位 置 B1C1、 B2C2和 B3C3。通 過(guò) 作 圖 的 方 法 得 到 唯 一 解 ， 求 固 定 鉸 鏈 中 心 出 A、 D。 已 知 連 架 桿 AB和 CD的三 對(duì) 對(duì) 應(yīng) 位 置 1、 1； 2、2； 3、 3 ， 要 求 確 定 各桿 長(zhǎng) 度 。 解 因 各 桿 的 長(zhǎng) 度 按 同 一 比 例 增 減 時(shí) ， 各 桿轉(zhuǎn) 角 之 間 的 關(guān) 系 不 變 ，

17、因 此 只 需 求 各 桿 的相 對(duì) 長(zhǎng) 度 ， 假 設(shè) l1=1。 則 ： sinsinsin coscoscos 32 342 ll lll (1)消 去 得 ： coscos2 1cos 4334 222324 llll lll為 了 簡(jiǎn) 化 上 式 ， 定 義 ： 4 2223242 431 30 2 1l lllP llP lP 210 coscoscos PPP 已 知 、 、 、 、 、1 1 22 3 3 2331303 2221202 2111101 coscoscos coscoscos coscoscos PPP PPP PPP 若 給 定 連 架 桿 的 位 置 超 過(guò)

18、三 對(duì) ， 則 無(wú) 精 確 解 ， 只 能 用 優(yōu)化 或 試 湊 的 方 法 求 其 近 似 解 。 如 圖 所 示 ,取 一 點(diǎn) 作 為 連 架 桿 1 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 中 心A， 并 任 選 AB1 作 為 連 架 桿 1 的 長(zhǎng) 度 l1 ， 根 據(jù)給 定 的 做 出 AB2 、 AB3 、AB4 和 AB5 。 453423 、 12 選 取 連 桿 2 的 適 當(dāng) 長(zhǎng) 度 l2 ， 以 B1 、 B2 、 B3 、B4 和 B5 各 點(diǎn) 為 圓 心 ， l2 為 半 徑 ， 作 圓 弧 K1 、K2 、 K3 、 K4 和 K5 。 在 透 明 紙 上 選 取 一 點(diǎn) 作 為 連 架 桿

19、 3 的 轉(zhuǎn)動(dòng) 中 心 D， 并 任 選 Dd1作 為 連 架 桿 3的 第 一位 置 ， 根 據(jù) 做 出Dd2 、 Dd3 、 Dd4和 Dd5 。 453423 和、 12 將 透 明 紙 覆 蓋 圖 上 ， 進(jìn) 行 試 湊 。 使 圓弧 K1 、 K2、 K3、 K4和 K5分 別 與 連 架 桿 3的對(duì) 應(yīng) 位 置 Dd1 、 Dd2 、 Dd3、 Dd4和 Dd5的交 點(diǎn) C1、 C2、 C3、 C4、 C5， 均 落 在 以 D為圓 心 的 同 一 圓 弧 上 ， 則 圖 形 AB1C1D即 為所 要 求 的 四 桿 機(jī) 構(gòu) 。 四 桿 機(jī) 構(gòu) 運(yùn) 動(dòng) 時(shí) ， 其 連 桿 作 復(fù)

20、雜 運(yùn) 動(dòng) ， 連 桿 上 每 一 點(diǎn) 都 描 出 一 條 封閉 曲 線 。 連 桿 曲 線 的 形 狀 隨 點(diǎn) 在 連 桿 上 的 位 置 和 各 桿 的 相 對(duì) 尺 寸 的 不 同 而 變 化 。連 桿 曲 線 形 狀 的 多 樣 性 使 它 有 可 能 用 于 描 繪 復(fù) 雜 的 軌 跡 。 平 面 連 桿 曲 線 是 高 階 曲 線 ，所 以 設(shè) 計(jì) 四 桿 機(jī) 構(gòu) 使 其 連 桿上 某 點(diǎn) 實(shí) 現(xiàn) 給 定 的 任 意 軌 跡是 十 分 復(fù) 雜 的 。 為 了 便 于 設(shè)計(jì) ， 工 程 上 常 常 利 用 事 先 編就 的 。 從 圖 譜中 找 出 所 需 的 曲 線 ， 便 可 直接

21、 查 出 該 四 桿 機(jī) 構(gòu) 的 各 尺 寸參 數(shù) 。 這 種 方 法 稱 為 從 圖 譜 中 查 出 形 狀 與 要 求 實(shí)現(xiàn) 的 軌 跡 相 似 的 連 桿 曲 線 ； 按 照 圖 上 文 字 說(shuō) 明 得 出 所 求四 桿 機(jī) 構(gòu) 各 桿 長(zhǎng) 度 的 比 值 ； 根 據(jù) 連 桿 曲 線 上 的 小 圓 圈 與鉸 鏈 B、 C的 相 對(duì) 位 置 ， 即 可 確定 描 繪 軌 跡 之 點(diǎn) 在 連 桿 上 的 位置 ； 用 縮 放 儀 求 出 圖 譜 中 的 連 桿曲 線 和 所 要 求 的 軌 跡 之 間 相 差的 倍 數(shù) ， 并 由 此 確 定 所 求 四 桿機(jī) 構(gòu) 各 桿 的 真 實(shí) 尺 寸 。