江蘇大學2023年2月4日連桿機構機械原理及設計（Ⅰ）第3章連桿機構§3-1

概述§3-2

平面四桿機構的基本類型及其演化§3-3

平面連桿機構的工作特性§3-4

平面連桿機構的設計§3-1

概述一、定義與分類1、定義由若干剛性構件用低副（轉動副、移動副、球面副、球銷副或螺旋副等）聯接而成的機構稱為連桿機構(Linkages)

，又稱為低副機構。二、連桿機構的特點1、優點

二、連桿機構的特點

承受載荷大，便于潤滑；制造方便，易獲得較高的精度；兩構件之間的接觸靠幾何封閉實現；實現多種運動規律和軌跡要求。1、優點缺點2、缺點慣性力不易平衡，用于低速場合；存在運動累積誤差，不易精確實現各種運動

規律和軌跡要求。連桿機構常以包含的構件數命名。如四桿機構、多桿機構（五桿機構、六桿機構等）。§3-2平面連桿機構的基本類型及其演化§3-2

平面四桿機構的基本類型及其演化一、平面四桿機構的基本類型及應用鉸鏈四桿機構——所有運動副均為轉動副的平面四桿機構。它是平面四桿機構的最基本的型式，其他型式的平面四桿機構都可看作是在它的基礎上通過變異而成的。機架連架桿曲柄(Crank)搖桿(Rocker)連桿(Coupler)整轉副(Fullyrotatingpair)擺轉副(Partiallyrotatingpair)整轉副擺轉副整轉副擺轉副曲柄連桿搖桿連架桿連架桿機架1、鉸鏈四桿機構基本型式曲柄搖桿機構三種基本型式：雙曲柄機構雙搖桿機構曲柄搖桿機構1）曲柄搖桿機構(Crank-rockermechanism)兩連架桿中一個為曲柄，另一個為搖桿

的四桿機構。曲柄作360°周轉運動，搖桿作往復擺動。實例：

雷達天線俯仰機構縫紉機踏板機構攪拌機構2）雙曲柄機構2）雙曲柄機構(Double-crankmechanism)兩連架桿都是曲柄，都能作360°周轉

運動的四桿機構。主動曲柄作等速轉動，從動曲柄作變速轉動。實例：

慣性篩機構特例：平行四邊形機構組成四邊形的對邊構件平行且相等。兩曲柄

轉向相同、轉速相等，連桿作平動。實例：

火車輪攝影平臺升降機構播種機料斗機構天平反平行四邊形機構實例：

車門開閉機構組成四邊形的對邊構件長度分別相等。兩曲柄回轉方向相反。3）雙搖桿機構3）雙搖桿機構(Double-rockermechanism)兩連架桿均為搖桿，只能作往復擺動的機構。一般主動搖桿作等速擺動，從動搖桿作變速

擺動。實例：

造型機翻箱機構起重機機構特例：等腰梯形機構如果兩搖桿長度相等，則稱為等腰梯形機構。實例：

汽車轉向機構汽車轉向機構二、平面連桿機構的演化可認為所有的四桿機構都是由四桿機構的

基本形式演化得來。演化方式：1、改變運動副類型轉動副2、擴大轉動副尺寸3、選不同構件作機架移動副1、轉動副演化為移動副使C點沿弧

形導槽運動CD趨于無窮大曲柄滑塊機構曲柄搖桿機構滑塊移動導路到曲柄轉動中心之間距離為偏距e。曲柄滑塊機構偏置式曲柄滑塊機構e≠0對心式曲柄滑塊機構e＝0滑塊(連架桿)導軌(機架)曲柄連桿應用：內燃機、蒸汽機、往復式抽水機、空氣

壓縮機及沖床等的主機構。2、擴大轉動副尺寸曲柄滑塊機構偏心輪機構3、選不同構件作機架低副可逆性3、選不同構件作機架取1為機架取2為機架取3為機架曲柄滑塊機構導桿機構曲柄搖塊機構移動導桿機構§3-3

平面連桿機構的工作特性運動特性—傳遞和變換運動。傳力特性—實現力的傳遞和變換。了解平面連桿機構工作特性，可以指導正確

選擇平面連桿機構的類型，進行機構設計。一、運動特性1、曲柄存在條件AB桿作整周回轉，必有兩次與機架共線。則由△B'C'D可得：則由△B"C"D可得：l2≤(l4–l1)+l3l3≤(l4–l1)+l2→

l1+l2≤l3+l4→

l1+l3≤l2+l4將以上三式兩兩相加得：

l1≤l2,l1≤l3,l1≤l4

l1l2l4l3C'B'ADC"l1l2l4l3ADB"l4-

l1l1+l4≤l2+l3AB為最短桿ABCDl1l2l3l41）鉸鏈四桿機構有曲柄的條件曲柄存在的條件：1、最長桿與最短桿的長度之和≤其他兩桿長度之和。（桿長和條件）2、連架桿或機架之一為最短桿。abcd討論：最短桿與最長桿之和小于等于其它兩桿長度之和——表明鉸鏈四桿運動鏈有兩個整轉副，并且這兩個整轉副在最短桿的兩端。2）若不滿足桿長之和條件，該機構始終是雙搖桿機構。1）在滿足桿長之和的條件下：（1）以最短桿的相鄰構件為機架，則最短

桿為曲柄，該機構為曲柄搖桿機構；（2）以最短桿為機架，則兩連架桿為曲柄，

該機構為雙曲柄機構；（3）以最短桿的對邊構件為機架，無曲柄

存在，該機構為雙搖桿機構。abcd鉸鏈四桿機構類型的判斷：Grashoff定理2）曲柄滑塊機構有曲柄的條件構件1能通過m點的條件是：構件1能通過n點的條件是：曲柄滑塊機構

有曲柄的條件ababemn12例1：已知：鉸鏈四桿機構ABCD，

各構件長度為a=25，b=55，c=40，

d=50，AD為機架。判斷該機構

類型。解：

a+b=80<c+d=90滿足桿長之和條件。

AD作為機架時，最短桿AB為連架桿，是曲柄，故該機構為曲柄搖桿機構。例2：已知鉸鏈四桿機構ABCD，各構件長度分別為a=25，b=55，d=50，c長度未知，AD為機架。為獲得曲柄搖桿機構，問c的取值范圍。解：①CD為最長桿時，AB為曲柄

a+c≤b+d55＜c≤80②

CD為最短桿時，CD為曲柄

c+b≤a+d，c≤20∴CD的取值范圍為：0＜c≤20，30≤c≤80③

CD為非最長桿也非最短桿時，AB為曲柄

a+b≤c+d55≥c≥30⑴AD桿為最短桿(0AD

20)例3：已知鉸鏈四桿機構ABCD，其中AB20mm，BC50mm，CD40mm,AD為機架。改變AD桿長，

分析機構的類型變化。aBbADdCc桿長之和條件：AD502040AD10mm最長桿整轉副整轉副最短桿DCaBbAdc雙曲柄機構⑵AD桿長介于最短桿與最長桿之間(20AD50)桿長之和條件：2050

AD40AD30mmaBbADdCc最短桿最長桿整轉副整轉副曲柄搖桿機構aBbADdCc⑶AD桿為最長桿(50

AD110)桿長之和條件：AD204050最長桿最短桿AD70mmaBbADdCc整轉副整轉副曲柄搖桿機構

當10AD30和70AD110時，由于不滿足桿長條件，機構無整轉副，為雙搖桿機構。思考

帶導桿的四桿機構具有曲柄的條件aBbADdCcABCDB2C2B1C1AD極限位置1連桿與曲柄拉伸共線極限位置2連桿與曲柄重疊共線擺角極位夾角

—機構從動件處于

兩極限位置時，主動件在對應

位置所夾的銳角。2、急回特性和行程速比系數1）極位夾角B2C2B1C1AD121主動件時間：轉角：運動：從動件時間：轉角：運動：C點的平均

角速度：2）急回運動當曲柄等速回轉的情況下，通常把從動件往復

運動速度快慢不同的運動稱為急回運動。K

=回程平均角速度m回工作行程平均角速度m工作=180o+q180o-q≥13）行程速比系數K通常用行程速比系數K來衡量急回運動的相對程度。＝0時，K＝1，機構無急回特性；≠0時，K＞1，機構具有急回特性。越大，機構急回特性越顯著。

設計具有急回要求的機構時，應先確定K值，

再計算。。180o180o曲柄滑塊機構的極位夾角180o180o擺動導桿機構的極位夾角擺動導桿機構

慢行程快行程慢行程快行程思考

對心式曲柄滑塊機構的極位夾角vC1、壓力角a

、傳動角g

FF

FABDC壓力角FFcosFsin

F

Fsin=Fcos

有效分力徑向壓力角越小，角越大，F越大，F越小，對

機構的傳動越有利。——作用在從動件上的力的方向與著力點速度方向所夾銳角。——壓力角的余角。傳動角g二、傳力特性壓力角是機構傳力性能的一個重要指標，它是力的利用率大小的衡量指標。壓力角a越小，機構的傳力性能越好，效率

越高。壓力角隨機構位置而變化。連桿機構中，常用傳動角的大小及變化情況來

衡量機構傳力性能的優劣。要求：C1B1abcdDA12min為1和2中的較小值者。設計時通常min

40o；高速和大功率機械，min

50o。傳動角總取銳角B2C2鉸鏈四桿機構中，曲柄與機架拉直共線和重疊

共線時，機構具有極小傳動角g。ababemn曲柄滑塊機構的壓力角2、死點位置F

=0F

=0連桿與曲柄在兩個共線位置時，主動件搖桿通過連桿作用于從動件曲柄上的力F通過其回轉中心，0，有效分力等于零，曲柄不能轉動。死點——從動件在傳動角為零時的機構位置。死點的避免加飛輪，利用慣性通過死點（縫紉機）機構錯位排列（蒸汽機車車輪聯動機構）死點的利用

飛機起落架

夾具死點使機構處于卡死或運動不確定狀態。一、連桿機構設計的基本問題（三類）§3-4平面連桿機構的運動設計1）實現剛體給定位置的設計（導引機構設計）2）實現預定運動規律的設計（函數機構設計）3）實現預定軌跡的設計（軌跡機構設計）根據工作對機構所實現的運動的要求，可歸納

為以下問題：3、實驗法2、解析法1、圖解法二、連桿機構設計的方法圖解法直觀易懂，能滿足精度要求不高的設計，能為需要優化求解的解析法提供計算初值。解析法需要借助計算機求解，所獲得的設計結果較為精確，能結合機構的綜合過程，解決一些其它設計方法無法解決的問題，例如機構的優化設計、機構的精度分析等。三、導引機構設計設計要求所設計的機構能引導一個剛體（連桿）順序通過一系列位置。方法

圖解法解析法B1B2B3C1C2C3

圖解法DA四、函數機構設計設計要求主、從動連架桿之間的運動關系滿足若干組對應位置關系或某種給定的函數關系()。B333E31B1

1E12B22E2AdD主動連架桿勻速運動時，從動連架桿具有急回特性。如汽車前輪轉向機構、慣性篩等。方法

圖解法解析法設計關鍵確定連桿上活動鉸鏈點的位置。B333E31B1

1E12B22E2AdD設計特點設計時，通常預先確定機架的長度（即確定兩個固定鉸鏈的位置）。機構的待求參數為兩連架桿的長度。函數機構設計的特例按從動件的急回運動特性設計四桿機構AC1=a+bAC2=b-aa=(AC1-AC2)/2b=(AC1+AC2)/2幾何關系：ADC1C2B1B2abcA、C1、C2在同一個圓周上。C1AiC2=PC2為直徑A、C1、C2在