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1、 關(guān) 鍵 知 識 點1、 平 面 四 桿 機 構(gòu) 設(shè) 計 ； 2、 平 面 四 桿 機 構(gòu) 最 小 傳 動 角 的 確 定 。 難 點1、 鉸 鏈 四 桿 機 構(gòu) 的 基 本 型 式 、 應(yīng) 用 及 其 演 化 ；2、 平 面 四 桿 機 構(gòu) 有 曲 柄 的 條 件 、 急 回 運 動 及 行 程 速 比 系 數(shù) 、 壓 力 角 和傳 動 角 、 死 點 位 置 ；3、 用 圖 解 法 分 別 按 行 程 速 比 系 數(shù) K 、 連 桿 預 定 位 置 設(shè) 計 四 桿 機 構(gòu) ； 解析 法 按 兩 連 架 桿 預 定 對 應(yīng) 位 置 設(shè) 計 四 桿 機 構(gòu) ； 用 實 驗 法 按 兩 連 架

2、桿 多對 對 應(yīng) 位 置 和 預 定 軌 跡 設(shè) 計 四 桿 機 構(gòu) 。 本 章 教 學 內(nèi) 容2.1 鉸 鏈 四 桿 機 構(gòu) 的 基 本 型 式 、 特 性 及 應(yīng) 用2.2 鉸 鏈 四 桿 機 構(gòu) 的 曲 柄 存 在 條 件 2.3 鉸 鏈 四 桿 機 構(gòu) 的 演 化 2.4 平 面 四 桿 機 構(gòu) 的 設(shè) 計 總 結(jié) 2.1 鉸 鏈 四 桿 機 構(gòu) 的 基 本 型 式 、 特 性 及 應(yīng) 用內(nèi) 燃 機 、 鶴 式 吊 、 火 車 輪 、 手 動 沖 床 、 橢 圓 儀 、 機 械 手 爪 、 旋 轉(zhuǎn) 式葉 片 泵 、 雷 達 調(diào) 整 機 構(gòu) 、 縫 紉 機 、 公 共 汽 車 開 關(guān) 門

3、 、 折 疊 傘 等 。特 點 ： 有 一 作 平 面 運 動 的 構(gòu) 件 ， 稱 為 連 桿 。特 點 ： 由 于 是 低 副 機 構(gòu) ， 兩 構(gòu) 件 之 間 為 面 接 觸 ， 因 此 接 觸 面 上 的 壓 強 小 、 便 于 潤 滑 、 磨 損 較 輕 ， 可 以 承 受 較 大 的 載 荷 改 變 構(gòu) 件 的 相 對 長 度 ， 從 動 件 運 動 規(guī) 律 不 同 。 連 桿 曲 線 豐 富 。 可 滿 足 不 同 要 求 。定 義 ： 若 干 剛 性 構(gòu) 件 由 低 副 （ 轉(zhuǎn) 動 、 移 動 ） 連 接 組 成的 平 面 機 構(gòu) ， 稱 為 平 面 連 桿 機 構(gòu) 。應(yīng) 用 實

4、例 ： 缺 點 ： 構(gòu) 件 和 運 動 副 多 ， 累 積 誤 差 大 、 運 動 精 度 低 、 效 率 低 。 產(chǎn) 生 動 載 荷 （ 慣 性 力 ） ， 不 適 用 于 高 速 的 場 合 。 設(shè) 計 復 雜 ， 難 以 實 現(xiàn) 精 確 的 軌 跡 。在 平 面 連 桿 機 構(gòu) 中 最 常 用 、 最 基 本 的 是 四 桿 機 構(gòu)本 章 重 點 內(nèi) 容 是 介 紹 四 桿 機 構(gòu) 。 曲 柄 連 桿 搖 桿平 面 四 桿 機 構(gòu) 的 基 本 型 式 是 鉸 鏈 四 桿 機 構(gòu) ； 其 它 四 桿 機 構(gòu) 都是 由 它 演 變 得 到 的 。名 詞 解 釋 ：連 架 桿 與 機 架 相

5、聯(lián) 的 構(gòu) 件 ； 連 桿 不 與 機 架 相 聯(lián) 的 構(gòu) 件 ,連 桿 作 平 面 運 動 .三 種 基 本 型 式 ：（ 1） 曲 柄 搖 桿 機 構(gòu)特 征 ： 若 兩 連 架 桿 中 一 桿 為 曲 柄 ， 另 一 桿 為 搖 桿 時 ， 此 機 構(gòu) 稱為 曲 柄 搖 桿 機 構(gòu) 作 用 ： 將 曲 柄 的 整 周 回 轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn) 變 為 搖 桿 的 往 復 擺 動 。 如 雷 達 天 線 。搖 桿 不 能 作 整 周 回 轉(zhuǎn) 的 連 架 桿 ；曲 柄 能 作 360 整 周 回 轉(zhuǎn) 的 連 架 桿 ；連 架 桿 周 轉(zhuǎn) 副 能 作 360 相 對 回 轉(zhuǎn) 的 運 動 副 ；擺 轉(zhuǎn) 副 只

6、能 作 有 限 角 度 擺 動 的 運 動 副 。運 動 副 應(yīng) 用 舉 例圖 2-2 雷 達 調(diào) 整 機 構(gòu) 圖 2-3 縫 紉 機 的 踏 板 機 構(gòu) 當 曲 柄 作 勻 速 轉(zhuǎn) 動 時 ， 搖 桿 往 復 擺 動 的 平 均 速 度 是 不 一 樣的 ， 這 種 特 性 稱 為 急 回 特 性 。 極 位 夾 角 : 曲 柄 AB與 連 桿 BC兩 次 共 線 位 置 所 夾 的 銳 角 ， 稱 為極 位 夾 角 ， 用 表 示 。 圖 2-4 曲 柄 搖 桿 機 構(gòu) 的 急 回 運 動 2.1.1 曲 柄 搖 桿 機 構(gòu) 的 三 個 特 性1 急 回 運 動 2 1 2 2 1 11

7、2 21 2 1/ 180180/v C C t tK v tC C t 11180 KK為 了 表 示 急 回 特 性 的 急 回 程 度 ， 可 用 行 程 速 比 系 數(shù) K 表 示 ， 即當 給 定 行 程 速 比 系 數(shù) K 時 ， 將 式 (2-1)整 理 后 ， 可 得 極 位 夾角 的 計 算 公 式 ： 由 以 上 分 析 可 知 ： 平 面 連 桿 機 構(gòu) 有 無 急 回 特 性 取 決 于 有 無極 位 夾 角 ， 越 大 ， K 值 越 大 ， 急 回 程 度 越 顯 著 ， 但 機 構(gòu)運 動 的 平 穩(wěn) 性 也 越 差 。 因 此 在 設(shè) 計 時 ， 應(yīng) 根 據(jù) 其

8、工 作 要 求 ，恰 當 地 選 擇 K值 ， 在 一 般 機 械 中 1K 90 時 ， 搖 桿 為 主 動 件 ， 且 連 桿 與 曲 柄 兩次 共 線 時 ， 有 0,此 時 機 構(gòu) 不能 運 動 .稱 此 位 置 為 ： “ 死 點 ”避 免 措 施 ： 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 ） 。3 . 機 構(gòu) 的 死 點 位 置 事 物 都 是 一 分 為 二 的 也 可 以 利 用 死 點 進 行 工 作 ： 飛 機 起 落 架 、鉆 床 夾 具 等 。飛 機 起 落 架AB C D 圖 2-7

9、夾 緊 裝 置 作 用 ： 將 等 速 回 轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn) 變 為 等 速 或 變 速 回 轉(zhuǎn) 。應(yīng) 用 實 例 ： 如 葉 片 泵 、 慣 性 篩 等 。在 鉸 鏈 四 桿 機 構(gòu) 中 ， 若 兩 連 架 桿 均 為 曲 柄 ， 則 該 機 構(gòu) 稱 為 雙曲 柄 機 構(gòu) 。 旋 轉(zhuǎn) 式 葉 片 泵 慣 性 篩 中 的 雙 曲 柄 機 構(gòu) 2.1.2 雙 曲 柄 機 構(gòu) 實 例 ： 圖 2-10天 平 機 構(gòu) 圖 2-13 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 動特 例 ： 反 平 行 四 邊 形 機 構(gòu)

10、其 運 動 特 點 是 兩 曲 柄 的 角 速 度大 小 不 等 、 轉(zhuǎn) 向 相 反 。 在 鉸 鏈 四 桿 機 構(gòu) 中 ， 若 兩 連 架 桿 均 為 搖 桿 ， 則 該 機 構(gòu) 稱 為 雙 搖桿 機 構(gòu) 。圖 2-14 為 港 口 用 鶴 式 起 重 機 圖 2-15 汽 車 前 輪 轉(zhuǎn) 向 機 構(gòu) 2.1.3 雙 搖 桿 機 構(gòu) 圖 2-16所 示 的 鉸 鏈 四 桿 機 構(gòu) 中 ， 設(shè) 連 架 桿 1為 曲 柄 ， 連 架 桿 3為搖 桿 。 下 面 反 推 出 機 構(gòu) 中 各 桿 的 相 對 長 度 之 間 的 關(guān) 系 。 l3(l2 l1)+ l4則 由 AC2D可 得 ： 三 角

11、 形 任 意 兩 邊 之 和 大 于 第 三 邊則 由 AC1D可 得 ： l1+ l2 l3 + l4l4(l2 l1)+ l3AB為 最 短 桿 l1+ l3 l2 + l4將 以 上 三 式 兩 兩 相 加 得 ： l 1 l2, l1 l3, l1 l4 l1+ l4 l2 + l3 2.2 鉸 鏈 四 桿 機 構(gòu) 的 曲 柄 存 在 條 件 鉸 鏈 四 桿 機 構(gòu) 有 一 個 曲 柄 的 條 件 是 ：(1) 滿 足 桿 長 條 件 ,即 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) 曲 柄 是 最 短 桿 ；如 何 判 斷

12、鉸 鏈 四 桿 機 構(gòu) 的 類 型 ?我 們 得 出 如 下 結(jié) 論 ： 在 滿 足 桿 長條 件 的 情 況 下 ：（ 1） 取 最 短 桿 相 鄰 的 構(gòu) 件 （ 構(gòu)件 2或 構(gòu) 件 4） 為 機 架 時 ， 得 曲 柄搖 桿 機 構(gòu) 。（ 2） 取 最 短 桿 （ 構(gòu) 件 1） 為 機 架 ，得 雙 曲 柄 機 構(gòu) 。（ 3） 取 最 短 桿 （ 構(gòu) 件 3） 的 對 邊為 機 架 ， 得 為 雙 搖 桿 機 構(gòu) 。 鉸 鏈 四 桿 機 構(gòu) 變 更 機 架 后 機 構(gòu) 的 演 化 圖 2-18 曲 柄 滑 塊 機 構(gòu) 的 演 化2.3 鉸 鏈 四 桿 機 構(gòu) 的 演 化2.3.1 改 變

13、 構(gòu) 件 的 形 狀 和 運 動 尺 寸 圖 4-20 回 轉(zhuǎn) 導 桿 機 構(gòu) 圖 2-21牛 頭 刨 床 的 擺 動 導 桿 機 構(gòu) 圖 2-19曲 柄 滑 塊 機 構(gòu) 2.3.2 取 不 同 的 構(gòu) 件 為 機 架 圖 2-22自 卸 卡 車 翻 斗 機 構(gòu) 圖 2-23 手 動 抽 水 機 2.3.3 擴 大 轉(zhuǎn) 動 副 生 產(chǎn) 實 踐 中 的 要 求 是 多 種 多 樣 的 ， 給 定 的 條 件 也 各不 相 同 ， 歸 納 起 來 ， 四 桿 機 構(gòu) 設(shè) 計 主 要 分 為 兩 類 問 題 ：（ 1） 按 給 定 的 位 置 和 運 動 規(guī) 律 設(shè) 計 四 桿 機 構(gòu) ； （ 2）

14、 按 給 定 的 運 動 軌 跡 設(shè) 計 四 桿 機 構(gòu) 。 四 桿 機 構(gòu) 設(shè) 計 的 方 法 有 圖 解 法 、 解 析 法 和 實 驗 法 。 一 般 來 說 ，圖 解 法 比 較 直 觀 、 易 懂 ， 尺 寸 精 度 較 差 ； 解 析 法 計 算 繁 瑣 ， 但 精確 較 高 ； 實 驗 法 形 象 直 觀 ， 但 過 程 復 雜 。 下 面 主 要 介 紹 圖 解 法 ，個 別 實 例 介 紹 一 下 解 析 法 和 實 驗 法 。2.4 平 面 四 桿 機 構(gòu) 的 設(shè) 計 計 算 180 (K -1)/(K +1);已 知 ： CD桿 長 ， 擺 角 及 K ， 設(shè) 計 此 機

15、 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 C2P C1C2， 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 C 1為 半 徑 作 弧 交 于 E,得 ： l1 =EC2/ 2,A C1=l2- l1 = l1 =( A C2 A C1)/ 2 C2C1P=90 ,交 于 P; A C2= l1+l2 曲 柄 搖 桿 機 構(gòu) 2.4.1 按 給 定 的 行 程 速 比 系 數(shù) K設(shè) 計 四

16、桿 機 構(gòu)1. 曲 柄 搖 桿 機 構(gòu) 圖 2-26 按 行 程 速 比 系 數(shù) K設(shè) 計 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 C1P C1C2， 作 C2P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 C1為 半 徑 作 弧 交 于 E,得 ： l1 =EC2/ 2, A C2=l2+l1 C1C2P=90 ,交 于 P;A C1=l2- l1

17、2.曲 柄 滑 塊 機 構(gòu) 分 析 ： 由 于 與 導 桿 擺 角 相 等 ， 設(shè) 計 此 機 構(gòu) 時 ， 僅 需 要 確 定 曲 柄 的 長 度 a。 計 算 180 (K-1)/(K+1); 任 選 C作 mCn ， 據(jù) lAC 取 A點 , 則 曲 柄 的 長 度 : lAB= lAC sin( /2)。作 角 分 線 ;已 知 ： 機 架 長 度 lAC ， K ， 設(shè) 計 此 機 構(gòu) 。 導 桿 機 構(gòu)3. 導 桿 機 構(gòu) 圖 2-28 按 給 定 連 桿 位 置 設(shè) 計 鉸 鏈 四 桿 機 構(gòu) 已 知 ： 連 桿 BC的 長 度 lBC 和 它 的 三 個 位置 ， 試 設(shè) 計 該

18、 鉸 鏈 四 桿 機 構(gòu) 。b) 給 定 連 桿 兩 組 位 置 有 唯 一 解 。有 無 窮 多 組 解 。 2.4.2 按 給 定 連 桿 的 2個 或 3個 位 置 設(shè) 計 四 桿 機 構(gòu) 在 圖 2-29所 示 的 鉸 鏈 四 桿 機 構(gòu) 中 ， 已 知 兩 連 架 桿 AB和 CD的 對 應(yīng) 轉(zhuǎn)角 i=（ i） ， 求 各 構(gòu) 件 的 長 度 l1、 l2、 l3和 l4。 建 立 坐 標 系 如 圖 所 示 ， 可 寫 出 以 下 矢 量 方 程 式 ：1 2 4 3l l l l 將 上 式 分 別 向 x及 y軸 投 影 ，可 得 如 下 兩 個 代 數(shù) 方 程 ： )sin(

19、sin)sin( )cos(cos)cos( 03201 034201 iii iii lll llll 2.4.3 按 給 定 的 兩 連 架 桿 對 應(yīng) 位 置 設(shè) 計 四 桿 機 構(gòu)1 解 析 法 如 取 31 2 41 1 1 11, , ,ll l lm n pl l l l ， 代 入 上 式 可 得 ： )sin(sin)sin( )cos(cos)cos( 00 00 iii iii nm npm消 去 ， 整 理 后 得 ： )()(cos)cos(2 1)cos( 0002220 iiii pnnp mpn為 簡 化 上 式 ， 再 令 : 2 2 20 1 2 1, ,

20、2n n p mP n P Pp p 則 有 : 2001000 )()(cos)cos()cos( PPP iiii 上 式 中 有 P0、 P1、 P2、 0 及 0 五 個 待 定 參 數(shù) 。 若 將 連 架 桿AB和 CD的 五 組 對 應(yīng) 轉(zhuǎn) 角 分 別 上 式 ， 五 個 方 程 組 可 以 求 出 五 個待 定 參 數(shù) P0、 P1、 P2、 0及 0 。 然 后 代 入 公 式 ,可 求 得 m、 n、 p的 值 ， 最 后 根 據(jù) 實 際 情 況 確 定 連 架 桿 AB的 長 度 l1， 則 其 余 三 構(gòu)件 的 長 度 l2、 l3和 l4就 可 完 全 確 定 了 。若

21、 兩 連 架 桿 的 起 始 角 0=0=0 ， 則 式 則 成 為 : 0 1 2cos cos cosi i i iP P P 下 表 給 出 了 兩 連 架 桿 六 組 對應(yīng) 轉(zhuǎn) 角 關(guān) 系 。 用 實 驗 法 求 解 :實 驗 法 設(shè) 計 四 桿 機 構(gòu)1)首 先 在 一 張 紙 上 取 固 定 軸 A的位 置 ， 作 原 動 件 角 位 移 i2)任 意 取 原 動 件 長 度 AB3)任 意 取 連 桿 長 度 BC， 作 一 系 列 圓 弧 K i;4)在 一 張 透 明 紙 上 取 固 定 軸 D， 作 角 位 移 i5) 取 一 系 列 從 動 件 長 度 作 同 心 圓 弧

22、 。6) 兩 圖 疊 加 ， 移 動 透 明 紙 ， 使 K i與 DDi的 交 點 Ci 落 在 同 一 圓 弧 上 。 位 置 i i 位 置 i i 12 15 10.8 45 15 15.823 15 12.5 56 15 17.534 15 14.2 67 15 19.2 實 驗 法 設(shè) 計 四 桿 機 構(gòu) 連 桿 作 平 面 運 動 ,其 上 各 點 的 軌 跡 均 不 相 同 。B, C點 的 軌 跡 為 圓 弧 ; 其 余 各 點 的 軌 跡 為 一 條 封 閉 曲 線 。設(shè) 計 目 標 : 就 是 要 確 定 一 組 桿長 參 數(shù) , 使 連 桿 上 某 點 的 軌 跡 滿足

23、 設(shè) 計 要 求 。2.4.4 按 給 定 的 運 動 軌 跡 設(shè) 計 四 桿 機 構(gòu)1 實 驗 法 連 桿 曲 線 生 成 器A B C D2 圖 譜 法 圖 譜 法 按 軌 跡 設(shè) 計 四 桿 機 構(gòu) 1.四 桿 機 構(gòu) 的 基 本 形 式 、 演 化 及 應(yīng) 用 ；2.曲 柄 存 在 條 件 、 傳 動 角 、 壓 力 角 、 死 點 、 急 回特 性 ： 極 位 夾 角 和 行 程 速 比 系 數(shù) 等 物 理 含 義 ， 并 熟 練掌 握 其 確 定 方 法 ；3.掌 握 按 連 桿 二 組 位 置 、 三 組 位 置 、 連 架 桿 三 組 對 應(yīng)位 置 、 行 程 速 比 系 數(shù)

24、設(shè) 計 四 桿 機 構(gòu) 的 原 理 與 方 法 。本 章 重 點 ： 總 結(jié)1 連 桿 機 構(gòu) 是 由 若 干 構(gòu) 件 用 低 副 聯(lián) 接 而 成 的 .2 鉸 鏈 四 桿 機 構(gòu) 是 平 面 連 桿 機 構(gòu) 的 基 本 形 式 。 而 其 他 各 種 類 型 的四 桿 機 構(gòu) 都 可 以 看 做 是 曲 柄 搖 桿 機 構(gòu) 通 過 三 種 方 式 演 化 而 成 ， 即 :1)轉(zhuǎn) 動 副 轉(zhuǎn) 化 成 移 動 副 ,2)取 不 同 的 構(gòu) 件 為 機 架 ,3)擴 大 轉(zhuǎn) 動 副3 鉸 鏈 四 桿 機 構(gòu) 有 一 個 曲 柄 的 條 件 是 ： 1） 曲 柄 是 最 短 桿 ； 2） 最 短 桿 與 最 長 桿 長 度 之 和 小 于 或 等 于 其 余 兩 桿 長 度 之 和 。4. 極 位 夾 角 與 行 程 速 比 系 數(shù) K之 間 有 如 下 關(guān) 系 ： 1180 1KK 5. 四 桿 機 構(gòu) 設(shè) 計 主 要 分 為 兩 類 問 題 ： （ 1） 按 給 定 的 位 置 和 運 動 規(guī)律 設(shè) 計 四 桿 機 構(gòu) ； （ 2） 按 給 定 的 運 動 軌 跡 設(shè) 計 四 桿 機 構(gòu) 。 設(shè) 計 的方 法 有 圖 解 法 、 解 析 法 和 實 驗 法 。 一 般 設(shè) 計 多 采 用 圖 解 法 作 業(yè) ： 2-1-2-9