1、2021-12-71第4章 平面連桿機構Planar Linkage Mechanisms 44連桿機構及其傳動特點連桿機構及其傳動特點4.4.1鉸鏈鉸鏈四桿機構的基本型式及其四桿機構的基本型式及其應用應用4.4.2平面四桿機構的演化平面四桿機構的演化4.5 平面四桿機構的基本特性平面四桿機構的基本特性2021-12-72定義：連桿機構由若干個構件通過低副連接而組成，定義：連桿機構由若干個構件通過低副連接而組成，又稱為低副機構。又稱為低副機構。共同特點：共同特點： 原動件原動件1的運動經過不與機架直接相連的的運動經過不與機架直接相連的中間構件中間構件2傳遞到從動件傳遞到從動件3上。中間構件稱為

2、連桿。上。中間構件稱為連桿。構件多呈桿構件多呈桿狀狀簡稱簡稱為桿為桿bar根據桿數根據桿數命名，例命名，例如：四桿如：四桿機構機構 4 44 4 連桿機構及其傳動特點連桿機構及其傳動特點 2021-12-73連桿機構根據各構件間的相對運動是平面還是空間連桿機構根據各構件間的相對運動是平面還是空間運動分為：運動分為：空間連桿機構空間連桿機構平面連桿機構平面連桿機構2021-12-74連桿機構的優點連桿機構的優點u承受載荷大，便于潤滑承受載荷大，便于潤滑u制造方便，易獲得較高的精度制造方便，易獲得較高的精度u兩構件之間的接觸靠幾何封閉實現兩構件之間的接觸靠幾何封閉實現u實現多種運動規律和軌跡要求實

3、現多種運動規律和軌跡要求2021-12-75連桿機構的缺點連桿機構的缺點運動必須經過中間構件進行傳遞，因而傳遞路線較長，運動必須經過中間構件進行傳遞，因而傳遞路線較長，易產生較大的誤差積累，同時，也使機械效率降低；易產生較大的誤差積累，同時，也使機械效率降低；在連桿機構運動過程中，連桿及滑塊的質心都在作變速在連桿機構運動過程中，連桿及滑塊的質心都在作變速運動，所產生的慣性力難于用一般平衡方法加以消除，因而運動，所產生的慣性力難于用一般平衡方法加以消除，因而會增加機構的動載荷，所以連桿機構不宜用于高速；會增加機構的動載荷，所以連桿機構不宜用于高速；不能精確實現復雜的不能精確實現復雜的運動規律運動

4、規律,設計計算較復雜設計計算較復雜2021-12-76六桿機構六桿機構四桿機構四桿機構ABCD四桿機構四桿機構DEF四桿機構四桿機構應用非應用非常廣泛，且是多常廣泛，且是多桿機構的基礎桿機構的基礎著重著重討論討論2021-12-774.4.14.4.1四桿機構的基本型式四桿機構的基本型式基本型式：基本型式：平面連桿機構的基本型式是平面連桿機構的基本型式是鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構其余四桿機構均是由鉸鏈四桿機構演化而成的其余四桿機構均是由鉸鏈四桿機構演化而成的二桿二桿三桿三桿, 不可能不可能.一一.鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構Revolute Four-bar Mechanism四桿機構四桿機構202

5、1-12-781234ABCD連桿連桿連架桿連架桿連架桿連架桿機架機架曲柄曲柄搖桿搖桿( (擺桿擺桿) )( (整轉整轉) )( (擺轉擺轉) )機架機架frame、連桿、連桿coupler、連架桿、連架桿side link機架參考系（固定件）機架參考系（固定件）連架桿與機架相聯連架桿與機架相聯連桿不與機架相聯連桿不與機架相聯基本構件基本構件曲柄曲柄crank：可回轉：可回轉360360的連架桿的連架桿搖桿搖桿rocker：擺角小于：擺角小于360360的連架桿的連架桿滑塊滑塊slider：作往復移動的連架桿：作往復移動的連架桿連架桿連架桿全由全由轉動副轉動副相聯的平面四桿機構相聯的平面四桿機

6、構一一.鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構2021-12-79一一.鉸鏈四桿機構基本型式鉸鏈四桿機構基本型式 （按連架桿類型）鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿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搖桿機構雙搖桿機構2021-12-710結構特點：連架桿結構特點：連架桿1為曲柄，為曲柄，3為搖桿。為搖桿。運動變換：轉動運動變換：轉動搖動搖動1. 1.曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構Crank-rocker MechanismA1B2C3D4雷達天線機構特例：ABCD縫紉機踏扳機構 2021-12-711其它應用顎式破碎機顎式破碎機和面機和面機壓力機壓力機2021-12-712結構特點：二連架桿均為曲柄結構特點：二

7、連架桿均為曲柄運動變換：轉動運動變換：轉動轉動轉動通常二轉速不相等通常二轉速不相等2.2.雙曲柄機構雙曲柄機構Double-crank mechanism 應用實例：應用實例：振動篩機構振動篩機構2021-12-713特例:平行四邊形機構平行四邊形機構平行四邊形機構平行四邊形機構運動不確定問題運動不確定問題反平行四邊形機構反平行四邊形機構車門開閉機構車門開閉機構特點：二曲柄等速特點：二曲柄等速特點：二曲柄轉向相反特點：二曲柄轉向相反應用1應用2Solution:在從動曲柄在從動曲柄上加飛輪。上加飛輪。 錯位排列錯位排列 2021-12-714結構特點：二連架桿均為搖桿結構特點：二連架桿均為搖桿

8、運動變換：擺動運動變換：擺動擺動擺動3.3.雙搖桿機構雙搖桿機構 double rocker mechanism應用實例：應用實例：鑄造用大型造型機的翻箱機構鑄造用大型造型機的翻箱機構 2021-12-715其它應用起重機起重機2021-12-716特例特例等腰梯形機構等腰梯形機構汽車前輪轉向機構汽車前輪轉向機構應用實例：應用實例：基本型基本型鉸鏈四桿機構：鉸鏈四桿機構： 曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構 雙曲柄機構雙曲柄機構 平行四邊形機構平行四邊形機構 反平行四邊形機構反平行四邊形機構 雙搖桿機構雙搖桿機構 等腰梯形機構等腰梯形機構2021-12-717abllR左右f汽車轉向2021-12-71

9、84.4.2 4.4.2 平面四桿機構的演化平面四桿機構的演化Variation3D3Dr1B2C34AD1B2C4A鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構曲線導軌曲柄滑塊機構曲線導軌曲柄滑塊機構變3構件形狀r e 01B24AC31B24AC3e對心式曲柄滑塊機構對心式曲柄滑塊機構 slider-crank mechanism偏置式曲柄滑塊機構偏置式曲柄滑塊機構 offset S-C1. 改變構件形狀和運動尺寸改變構件形狀和運動尺寸應用2021-12-7192021-12-720f1B24AC3對心式曲柄滑塊機構對心式曲柄滑塊機構 變2,3構件形狀r 1B4A32C 正弦機構正弦機構 sine gener

10、ator / scotch yokess=lABsinf2C33C2r1B4A應用應用2021-12-7212.2.改變運動副的尺寸改變運動副的尺寸Enlarging a revolute pair對心式曲柄滑塊機構對心式曲柄滑塊機構1B24AC3h=2lAB偏心輪機構偏心輪機構 eccentric mechanism4C231BA B副擴大2021-12-7223.3.選不同構件作機架選不同構件作機架機構倒置機構倒置inversionA41A4曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構1B2C32作機架3B2C曲柄搖塊機構曲柄搖塊機構 液壓作動筒液壓作動筒車箱舉升機構車箱舉升機構2021-12-7231BA2

11、1BA2AA41B2C3曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構1B24C3直動滑桿機構直動滑桿機構 translating Sliding-rod mech.C41BA21BA21BA23手動唧筒機構手動唧筒機構3作機架應用2021-12-724C234A41B2C3曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構作機架 A41B2C3導桿機構導桿機構C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234回轉導桿機構回轉導桿機構 rotating guide-bar mech.lBC lAB，導桿導桿AC整周轉動整周轉動C234C234C234C234AB123C4lBC t2 , v2

12、v1u 急回特性急回特性u 行程速比系數行程速比系數K advance-to return-time ratio02122110112122/180/180vC CttKvC Ctt111800KK急回特性的應用例。急回特性的應用例。慢慢快快K=1, 無急回特性無急回特性牛頭刨牛頭刨工作要求工作要求急回特性急回特性 quick-return characteristics 動畫2021-12-738B1C11fB2C24ABCD23112v2v1u 極位夾角極位夾角 crank angle between extreme positions 1 = C 1 = 1 t1 =1800 + 2 =

13、 1 t2 =1800 - t1 t2 , v2 v1u 急回特性急回特性u 行程速比系數行程速比系數K advance-to return-time ratio02122110112122/180/180vC CttKvC Ctt111800KK急回特性的應用例。急回特性的應用例。慢慢快快K=1, 無急回特性無急回特性牛頭刨牛頭刨工作要求工作要求2. 2. 急回特性急回特性 quick-return characteristics 動畫2021-12-739aBbACa)aBbACeb)aBbACec)d)aCABb0a+bC2b-aC1a+bC2b-aC1C2C2問題討論：下列機構有無急回

14、特性，若有，標出極問題討論：下列機構有無急回特性，若有，標出極位夾角位夾角 。2021-12-7401. 壓力角和傳動角壓力角和傳動角FVScosSFW壓力角壓力角pressure angle：力力F F的作用線與力作用的作用線與力作用點絕對速度點絕對速度V V所夾的銳角所夾的銳角稱為壓力角。稱為壓力角。傳動角傳動角transmission angle：壓力角的余角壓力角的余角稱為傳動角稱為傳動角二二. . 傳力特性傳力特性在其它條件不變的情況下壓力角在其它條件不變的情況下壓力角越小，作功越小，作功W W越大越大壓力角是機構傳力性能的一個重要指標，它是力的壓力角是機構傳力性能的一個重要指標，它

15、是力的利用率大小的衡量指標。利用率大小的衡量指標。2021-12-741”2. 2. 曲柄搖桿機構的壓力角和傳動角曲柄搖桿機構的壓力角和傳動角 pressure transmission angleCBC”B”ABCDabcd不計慣性力、重力、摩擦力，不計慣性力、重力、摩擦力，作用在從動件作用在從動件CD上受力點上受力點C的力為的力為P。P正交分解為正交分解為Pt 和和Pn，Pt =Pcos = Psin Pn =Psin = Pcos 壓力角壓力角 ： 從動件受力點受力方向從動件受力點受力方向 與速度方向所夾之銳角與速度方向所夾之銳角。傳動角傳動角 900 - 傳力要求傳力要求 min 40

16、0 500 。出現位置：出現位置： 曲柄與機架共線曲柄與機架共線collinear。重疊重疊overlapping共線時：共線時：bcadcbDCB2)(arccos222 拉直拉直extended共線時：共線時：bcadcbDCB2)(arccos222 或bcadcb2)(arccos1802220 PnPvPt,2021-12-742maxminaBbACeb)aBbACa)Abb minmin問題討論：標出下列機構在圖示位置的壓力角問題討論：標出下列機構在圖示位置的壓力角 傳傳動動 及最小傳動角及最小傳動角 minmin. .d)aCABbvP, 00; 900.e)e)vP, 00;

17、 900.2021-12-743u 死點：機構運動時出現傳動角死點：機構運動時出現傳動角 =00 的位置。的位置。B1C1B2C24ABCD231Pv=00Pv=00BACB1C=00C2B2=003. 3. 死點位置死點位置( (止點位置止點位置) ) dead point死點位置是不管在主動件上作用多大驅動力死點位置是不管在主動件上作用多大驅動力, 都不都不能在從動件上產生有效分力的機構位置能在從動件上產生有效分力的機構位置u 危害危害: 從動件卡死或運動不確定從動件卡死或運動不確定2021-12-744u 避免死點位置的危害避免死點位置的危害加虛約束的平行四邊加虛約束的平行四邊形機構形機構(相同機構錯位相同機構錯位排列排列)GGEFEF蒸汽機車車輪聯動機構蒸汽機車車輪聯動機構2021-12-745u 避免死點位置的危害避免死點位置的危害( (續續) )對從動曲柄施加外力或利用飛輪或構件自身的慣對從動曲柄施加外力或利用飛輪或構件自身的慣性作用性作用, 使機構通過死點使機構通過死點2021-12-746u 死點位置的應用死點位置的應用飛機起落架飛機起落架夾具夾具2021-12