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1、機械設計基礎機械設計基礎第第2章章 平面連桿機構平面連桿機構 連桿機構連桿機構是由若干剛性是由若干剛性構件用低副連構件用低副連接而成的平面接而成的平面機構機構,又稱低副又稱低副機構。機構。2.1 平面連桿機構基本類型平面連桿機構基本類型 及其應用及其應用2.1.1 特點特點1.優(yōu)點優(yōu)點1）各構件以低副相連）各構件以低副相連,壓強小壓強小,易于潤滑易于潤滑,磨損小；磨損小；2）能由本身幾何形狀保持接觸能由本身幾何形狀保持接觸;3）制造方便，精度高；）制造方便，精度高；4）構件運動形式的多樣性，實現(xiàn)多種多樣的運動軌跡。）構件運動形式的多樣性，實現(xiàn)多種多樣的運動軌跡。2.缺點缺點1）機構復雜）機構復

2、雜,傳動積累誤差較大（只能近似實現(xiàn)給傳動積累誤差較大（只能近似實現(xiàn)給定的運動規(guī)律）；定的運動規(guī)律）； 平面連桿機構的設計通常包括選型和運動尺寸設計平面連桿機構的設計通常包括選型和運動尺寸設計兩個方面，前者是指確定接連桿機構的結構組成，后者兩個方面，前者是指確定接連桿機構的結構組成，后者是確定機構運動簡圖的參數(shù)。是確定機構運動簡圖的參數(shù)。2.1.2 設計的基本問題設計的基本問題2）設計計算比較復雜；）設計計算比較復雜；3）作復雜運動和往復運動的構件的慣性力難以平）作復雜運動和往復運動的構件的慣性力難以平衡，常用于速度較低的場合。衡，常用于速度較低的場合。 2.2 平面四桿機構的基本型式平面四桿機

3、構的基本型式 及其演化及其演化2.2.1 鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構 所有運動副均為轉動所有運動副均為轉動副的平面四桿機構稱為鉸副的平面四桿機構稱為鉸鏈四桿機構，其它型式的鏈四桿機構，其它型式的平面四桿機構都可以看成平面四桿機構都可以看成是在它的基礎上演化而成是在它的基礎上演化而成的。的。 根據(jù)構件數(shù)目分根據(jù)構件數(shù)目分為四桿機構、五桿機構為四桿機構、五桿機構。廣泛應用的是。廣泛應用的是平面四桿機構，而且它是構成和研究平面多桿機構的基礎。平面四桿機構，而且它是構成和研究平面多桿機構的基礎。 組成轉動副的兩構件能作整周相對轉動該轉動副組成轉動副的兩構件能作整周相對轉動該轉動副稱為稱為整轉副整轉副，否

4、則為，否則為擺動副擺動副。 機架機架組成組成曲柄曲柄連架桿連架桿連桿連桿搖桿搖桿 曲柄所聯(lián)接的兩個轉動副均為整轉副，而曲柄所聯(lián)接的兩個轉動副均為整轉副，而搖桿所聯(lián)接的兩個轉動副均為擺動副。搖桿所聯(lián)接的兩個轉動副均為擺動副。 按照兩連架桿的運動形式的不同，可將鉸鏈四桿機構按照兩連架桿的運動形式的不同，可將鉸鏈四桿機構分為曲柄搖桿機構、雙曲柄機構和雙搖桿機構三種類型。分為曲柄搖桿機構、雙曲柄機構和雙搖桿機構三種類型。1. 曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構縫紉機踏板機構縫紉機踏板機構輸送機構輸送機構攪拌機攪拌機揉面機揉面機2. 雙曲柄機構雙曲柄機構振動篩振動篩對邊不等雙曲柄機構對邊不等雙曲柄機構平行四邊形機

5、構平行四邊形機構反平行四邊形機構反平行四邊形機構3. 雙搖桿機構雙搖桿機構飛機起落架飛機起落架鶴式起重機鶴式起重機翻臺機構翻臺機構 本機構為翻臺震實式造型機的翻臺機構，是雙搖本機構為翻臺震實式造型機的翻臺機構，是雙搖桿機構，當造型完畢后，可將翻臺桿機構，當造型完畢后，可將翻臺F翻轉翻轉180，轉到，轉到起模工作臺的上面，以備起摸。起模工作臺的上面，以備起摸。 1. 轉動副轉化成移動副的演化轉動副轉化成移動副的演化2.2.2 四桿機構的演化四桿機構的演化e0偏置曲柄滑塊機構偏置曲柄滑塊機構e=0對心曲柄滑塊機構對心曲柄滑塊機構曲柄移動導桿機構曲柄移動導桿機構雙滑塊機構的演化過程雙滑塊機構的演化過

6、程2. 擴大轉動副擴大轉動副 在左圖中若將轉動副在左圖中若將轉動副B的半徑擴大到比曲柄的半徑擴大到比曲柄AB的長度還要大，則曲柄滑塊機構轉化為偏心輪機構。的長度還要大，則曲柄滑塊機構轉化為偏心輪機構。 在含曲柄的機構中，若曲柄的長度很短，在柄狀在含曲柄的機構中，若曲柄的長度很短，在柄狀曲柄兩端裝設兩個轉動副存在結構設計方面的問題，曲柄兩端裝設兩個轉動副存在結構設計方面的問題，故常常設計成偏心輪機構。故常常設計成偏心輪機構。曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構雙曲柄機構雙曲柄機構雙雙搖桿機構搖桿機構 取不同構件取不同構件為機架各構件間的為機架各構件間的相對運動關系不變相對運動關系不變3. 取不同構件作機架取

7、不同構件作機架（1）曲柄搖桿機構）曲柄搖桿機構（2）曲柄滑塊機構）曲柄滑塊機構(a)曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構(b)曲柄轉動曲柄轉動導桿導桿機構機構(c)曲柄搖塊機構曲柄搖塊機構(b)曲柄擺動曲柄擺動導桿導桿機構機構(d)定塊機構定塊機構 組成移動副的兩活動構件，組成移動副的兩活動構件，畫成桿狀的構件稱為畫成桿狀的構件稱為導桿，導桿，畫成畫成塊狀的構件稱為塊狀的構件稱為滑塊滑塊。對心曲柄滑塊機構對心曲柄滑塊機構 因導路的中線因導路的中線通過曲柄的回轉中通過曲柄的回轉中心而得名。該機構心而得名。該機構能把回轉運動轉換能把回轉運動轉換為往復直線運動或為往復直線運動或作相反的轉變，廣作相反的轉變，廣泛

8、應用于蒸汽機、泛應用于蒸汽機、內燃機、空壓機以內燃機、空壓機以及各種沖壓機器中。及各種沖壓機器中。 轉動導桿機構轉動導桿機構 該機構是通該機構是通過將曲柄滑塊機過將曲柄滑塊機構中的曲柄固定構中的曲柄固定演化而成，它可演化而成，它可將主動件的勻速將主動件的勻速回轉轉化為導桿回轉轉化為導桿的非勻速轉動。的非勻速轉動。 擺動導桿機構擺動導桿機構 該機構具有該機構具有急回運動性質，急回運動性質，且其傳動角始終且其傳動角始終為為90度，具有最度，具有最好的傳力性能，好的傳力性能，常用于牛頭刨床、常用于牛頭刨床、插床和送料裝置插床和送料裝置中。中。 定塊機構定塊機構 該機構是通過將曲柄滑塊機構中的滑塊固定

9、而該機構是通過將曲柄滑塊機構中的滑塊固定而演化得出，它可把主動件的回轉或擺動轉化為導桿演化得出，它可把主動件的回轉或擺動轉化為導桿相對于滑塊的往復移動。相對于滑塊的往復移動。 搖塊機構搖塊機構 該機構是通過該機構是通過將曲柄滑塊機構中將曲柄滑塊機構中的連桿固定而演化的連桿固定而演化得出，它可把主動得出，它可把主動件的勻速回轉運動件的勻速回轉運動轉化為導桿相對于轉化為導桿相對于滑塊的往復移動并滑塊的往復移動并隨滑塊擺動的形式。隨滑塊擺動的形式。 正弦機構正弦機構 該機構是具該機構是具有有2個移動副的四個移動副的四桿機構，因從動桿機構，因從動件的位移與原動件的位移與原動曲柄的轉角的正曲柄的轉角的正

10、弦成正比而得名，弦成正比而得名，常用于縫紉機下常用于縫紉機下針機構和其他計針機構和其他計算裝置中。算裝置中。 橢圓規(guī)橢圓規(guī) 動桿聯(lián)接動桿聯(lián)接兩回轉副，固兩回轉副，固定導桿聯(lián)接兩定導桿聯(lián)接兩移動副，導桿移動副，導桿呈十字形，動呈十字形，動桿上各點軌跡桿上各點軌跡為長短徑不同為長短徑不同的橢圓。的橢圓。 4. 多桿機構多桿機構六桿機構六桿機構手動沖床手動沖床2.3 平面四桿機構的基本特性平面四桿機構的基本特性2.3.1鉸鏈四桿運動鏈成為曲柄搖桿機構的條件鉸鏈四桿運動鏈成為曲柄搖桿機構的條件1. 轉動副為整轉副的充分必要條件轉動副為整轉副的充分必要條件結論：鉸鏈四桿機構中相鄰兩桿能作整周轉動的條件是

11、：組成結論：鉸鏈四桿機構中相鄰兩桿能作整周轉動的條件是：組成該轉動副的兩個構件中必有一個為最短桿，且最短桿與最長桿該轉動副的兩個構件中必有一個為最短桿，且最短桿與最長桿長度之和小于其它兩桿的長度之和。長度之和小于其它兩桿的長度之和。43214231324141llllDCAllllllllDCAll 由由由由若若44342441,:llllllll同同樣樣得得若若413121,:llllll得得桿長條件桿長條件機架條件機架條件機構類型機構類型滿足桿長之滿足桿長之和條件和條件最短桿相鄰的桿為機架最短桿相鄰的桿為機架曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構最短桿本身為機架最短桿本身為機架雙曲柄機構雙曲柄機構最短桿

12、相對的桿為機架最短桿相對的桿為機架雙搖桿機構（雙搖桿機構（I）不滿足桿長不滿足桿長之和條件之和條件任意桿為機架任意桿為機架雙搖桿機構（雙搖桿機構（II）2. 四桿鉸鏈運動鏈成為曲柄搖桿機構的條件四桿鉸鏈運動鏈成為曲柄搖桿機構的條件AB1234eCabD2B23Cb42Bb2B bEFGaA11B成為曲柄滑塊機構的條件為：成為曲柄滑塊機構的條件為：bea（其中（其中e e偏心距離）偏心距離）1aea例例: :1. 曲柄搖桿機構中，原動件曲柄搖桿機構中，原動件AB以以等速轉動等速轉動1（1）輸出件）輸出件CD的兩極限位置的兩極限位置當當AB與與BC兩次共線時，輸出件兩次共線時，輸出件CD處于兩極限

13、位置。處于兩極限位置。極位夾角極位夾角：當搖桿處于兩極限位置時，對應的曲柄當搖桿處于兩極限位置時，對應的曲柄位置線所夾的銳角。位置線所夾的銳角。2.3.2 急回特性急回特性曲柄轉角曲柄轉角 1801對應的時間對應的時間111/t搖桿點搖桿點C的的平均速度平均速度1802122/t1121/vC Ct2122/vC CtB2C2B1C11A211C34BDabcd2擺角擺角極位夾角極位夾角 v1v2（2）輸出件的行程速度變化系數(shù)）輸出件的行程速度變化系數(shù)K：從動件快行程平均速度從動件快行程平均速度v2與慢行程平均速度與慢行程平均速度v1之比。之比。11180KK180180212112ttvvK

14、平面四桿機構具有急回特性的條件：平面四桿機構具有急回特性的條件：（1）原動件作等速整周轉動；）原動件作等速整周轉動；（2）輸出件作往復運動；）輸出件作往復運動；（3）0314AB2Cab12.曲柄滑塊機構中，原動件曲柄滑塊機構中，原動件AB以以等速轉動等速轉動1B1B2H0,無急回特性無急回特性C1C2對心曲柄滑塊機構對心曲柄滑塊機構2AB134eCab1C1B1B2HC20,有急回特性。有急回特性。偏置曲柄滑塊機構偏置曲柄滑塊機構1AB21B2B13. 曲柄擺動導桿機構曲柄擺動導桿機構有急回特性有急回特性2.3.3 壓力角與傳動角壓力角與傳動角在不計摩擦力、重力、慣性力的條件下，機在不計摩擦

15、力、重力、慣性力的條件下，機構中驅使構中驅使輸出件輸出件運動的運動的力的方向線力的方向線與與輸出件輸出件上上受力點的速度方向線受力點的速度方向線所夾的銳角。所夾的銳角。壓力角：壓力角：傳動角：傳動角： 壓力角的余角。壓力角的余角。vcFF1F2cos1FF sin2FF 越小，傳力越好越小，傳力越好。越大，傳力越好越大，傳力越好。 min1. 壓力角與傳動角壓力角與傳動角注意：壓力角與傳動角是指從動件的受力方向與受力點的注意：壓力角與傳動角是指從動件的受力方向與受力點的 速度方向的夾角。速度方向的夾角。曲柄為主動件曲柄為主動件滑塊為主動件滑塊為主動件AB134C2FvcvBFvC曲柄為主動件曲

16、柄為主動件滑塊為主動件滑塊為主動件曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構曲柄擺動導桿機構曲柄擺動導桿機構vB3F0900 曲柄為主動件曲柄為主動件3B132C0?F v 擺桿為主動件擺桿為主動件09002. 四桿機構的最小傳動角位置四桿機構的最小傳動角位置（1 ）鉸鏈四桿機構中，原動件為）鉸鏈四桿機構中，原動件為AB當當為銳角時，為銳角時，當當為鈍角時，為鈍角時，180以以AB為原動件的曲柄搖桿機構：為原動件的曲柄搖桿機構：minminmaxmin,(180)maxmin, 當曲柄和機架處于兩共線位置時，連桿和輸出件的夾角當曲柄和機架處于兩共線位置時，連桿和輸出件的夾角最小和最大（最小和最大（ ）。）。 以

17、曲柄為原動件的曲柄搖桿機構，當曲柄和機架處以曲柄為原動件的曲柄搖桿機構，當曲柄和機架處于兩共線位置之一時，出現(xiàn)最小傳動角。于兩共線位置之一時，出現(xiàn)最小傳動角。minminmaxmin,(180)（2）曲柄為主動件的曲柄滑塊機構）曲柄為主動件的曲柄滑塊機構FvcB1C1max 曲柄為主動件的曲柄滑塊機構，當曲柄處于與機架垂曲柄為主動件的曲柄滑塊機構，當曲柄處于與機架垂直的位置之一時出現(xiàn)最小傳動角。直的位置之一時出現(xiàn)最小傳動角。 曲柄搖桿機構中取曲柄搖桿機構中取搖桿為主動件搖桿為主動件時，當時，當曲柄與連桿共曲柄與連桿共線線時，連桿對從動件曲柄的作用力通過轉動中心時，連桿對從動件曲柄的作用力通過轉

18、動中心A，傳動角，傳動角為零，力矩為零，稱為死點位置。為零，力矩為零，稱為死點位置。3.3.4 死點位置死點位置 當工件被夾緊后，當工件被夾緊后，BCD成一直線，機構處于死點位成一直線，機構處于死點位置，即使工件的反力很大，夾具也不會自動松脫，該例置，即使工件的反力很大，夾具也不會自動松脫，該例為利用死點位置的自鎖特性來實現(xiàn)工作要求的。為利用死點位置的自鎖特性來實現(xiàn)工作要求的。 死點的利用：死點的利用：飛機起落架機構飛機起落架機構電氣設備開關的分電氣設備開關的分合閘機構合閘機構請思考：請思考：下面機構的死點下面機構的死點位置在哪里？位置在哪里？例例 在圖示鉸鏈四桿機構中，已知鉸鏈四桿機構各構件

19、的長度在圖示鉸鏈四桿機構中，已知鉸鏈四桿機構各構件的長度分別為分別為LAB=20mm，LBC=60mm，LCD=85mm，LAD=50mm，要求：（要求：（1）試確定該機構是否有曲柄？（）試確定該機構是否有曲柄？（2）若以）若以AB為原為原動件，試畫出該機構在圖示位置時的壓力角和該機構的最動件，試畫出該機構在圖示位置時的壓力角和該機構的最小傳動角。（小傳動角。（3）在什么情況下此機構有死點位置？在圖上）在什么情況下此機構有死點位置？在圖上標出死點發(fā)生的位置。標出死點發(fā)生的位置。 解解: (1)mmllmmllADCDBCAB110105又又AD為機架為機架 所以該機構存在曲柄，構所以該機構存在

20、曲柄，構件件AB就是曲柄。就是曲柄。ACBDmin（2）如圖所示）如圖所示B”C”BCACBD（3）如圖所示，當）如圖所示，當以搖桿以搖桿CD為主動件、為主動件、且曲柄且曲柄AB與連桿與連桿BC共線時的位置為死點共線時的位置為死點位置位置C2B2B1C12.4.1 按給定連桿位置設計四桿機構按給定連桿位置設計四桿機構2.4 平面四桿機構的運動設計平面四桿機構的運動設計 已知已知:連桿的長度和占據(jù)的兩位置連桿的長度和占據(jù)的兩位置B1C1,B2C2,設計四桿機構。設計四桿機構。此問題的本質是：已知活動鉸鏈，求固定鉸鏈此問題的本質是：已知活動鉸鏈，求固定鉸鏈（求活動鉸鏈軌跡圓的圓心）。（求活動鉸鏈軌

21、跡圓的圓心）。B1B2C1C2A AD D給定兩位置有無窮多解給定兩位置有無窮多解b12c c1212B1B2B3C1C2C3A AD D給定三位置，有唯一解給定三位置，有唯一解1. 鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構2.4.2 按給定的從動件的行程按給定的從動件的行程 和和K設計四桿機構設計四桿機構1) 1(180kkD DC2C1A111A BlB CllA BlB CO 90EB2B122222ACACECAB由由k計算極位夾角計算極位夾角步驟：步驟：任選固定鉸鏈中心任選固定鉸鏈中心D ,由由l4和和作出搖桿的兩極限位置作出搖桿的兩極限位置C1D和和C2D連接連接C1和和C2 過過C1、C2作與作與C1C2成成C1C2N=900-的直的直線線C1O、C2O,得交點得交點O以以O為圓心為圓心OC1為半徑作圓為半徑作圓,在圓弧上任選一點在圓弧上任選一點A作為固作為固定鉸鏈中心定鉸鏈中心以以A為圓心為圓心,AC2為半徑作圓弧交為半徑作圓弧交AC1于于E,平分平分EC1,得曲得曲柄長度柄長度l2.再以再以A為圓心為圓心,為為l2半徑作圓交半徑作圓交AC1和和AC2的延長的延長線于線于B1,B2.B1C1=l32. 曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構已知：已知：H，K ，e。求。求運動學尺寸。運動學尺寸。HOeAc2c1 90EB1B2111A BlB CllA BlB C