內容簡介:一、連桿機構及其傳動特點二、平面四桿機構的類型和應用三、平面四桿機構的基本知識四、平面四桿機構的設計五、多桿機構第八章平面連桿機構及其設計1內容簡介:第八章平面連桿機構及其設計1飛機起落架2飛機起落架2在工程應用中十分廣泛,如內燃機鶴式起重機火車輪急回沖床牛頭刨床翻箱機橢圓儀機械手爪3在工程應用中十分廣泛,如內燃機3一、連桿機構及其傳動特點定義與分類連桿機構

由若干剛性構件用低副聯接而成的機構，又稱為低副機構。平面連桿機構空間連桿機構連桿機構4一、連桿機構及其傳動特點定義與分類連桿機構平面連桿機構連桿2.平面連桿機構的特點優點：（1）承受載荷大，便于潤滑（2）制造方便，易獲得較高的精度（3）兩構件之間的接觸靠幾何封閉實現（4）較好實現多種運動規律和軌跡要求52.平面連桿機構的特點優點：5缺點：（1）慣性力不易平衡，常應用于中低速場合（2）不易精確實現各種運動規律和軌跡要求（3）構件和運動副多，累積誤差大、運動精度低、效率低增加若干較大的平衡質量，尤其是要把平衡質量安裝在連架桿延長線的某部位處，給機構設計帶來較大困難。為了使機構的慣性力得到平衡，可采用將相同機構按對稱方式進行布置的設計方法進行平衡。6缺點：增加若干較大的平衡質量，尤其是要把平衡質量安裝在連架桿a—曲柄（與機架相聯且作整周回轉運動的構件）平面四桿機構最基本型式—鉸鏈四桿機構b—連桿（不與機架相聯作平面運動的構件）

c—搖桿（與機架相聯且只能在一定范圍內作往復擺動構件）d—機架

（相對固定不動的構件）a、c—連架桿（與機架相連的桿件）BACDbacd二、平面四桿機構的類型和應用1.平面四桿機構的基本型式7a—曲柄（與機架相聯且作整周回轉運動的構件）平面四桿曲柄搖桿機構鉸鏈四桿機構中的兩連架桿中一桿為曲柄，另一桿為搖桿，稱該四桿機構為曲柄搖桿機構圖(a)

。雙曲柄機構鉸鏈四桿機構中的兩連架桿都是相對機架作整周回轉的曲柄，此機構為雙曲柄機構圖(b)

。雙搖桿機構鉸鏈四桿機構中的兩連架桿是搖桿時，稱為雙搖桿機構圖(c)

。根據鉸鏈四桿機構兩連架桿的不同運動情況分類：8曲柄搖桿機構鉸鏈四桿機構中的兩連架桿中一桿為曲柄，另一桿為（1）曲柄搖桿機構

兩連架桿中一桿為曲柄，另一桿為搖桿。應用舉例：

雷達天線縫紉機踏板機構顎式破碎機攪拌機9（1）曲柄搖桿機構兩連架桿中一桿為曲柄，另一桿為搖桿。應用（2）雙曲柄機構

兩連架桿均為相對機架作整周回轉的曲柄。震動篩應用舉例：

10（2）雙曲柄機構兩連架桿均為相對機架作整周回轉的曲柄。震機車車輪聯動機構車門開閉機構特例：平行雙曲柄機構反平行雙曲柄機構平行雙曲柄機構反平行雙曲柄機構11機車車輪聯動機構車門開閉機構特例：平行雙曲柄機構平行雙曲柄機（3）雙搖桿機構

兩連架桿均為搖桿。應用舉例：

鶴式起重機搖頭風扇汽車轉向機構特例：等腰梯形機構12（3）雙搖桿機構兩連架桿均為搖桿。應用舉例：鶴式2、平面四桿機構的演化型式1）改變相對桿長、轉動副演化為移動副改變運動副類型轉動副變成移動副∞當CD無窮大時,曲柄搖桿機構演化為何種機構?132、平面四桿機構的演化型式1）改變相對桿長、轉動副演化為移(1)曲柄滑塊機構偏置曲柄滑塊機構當e=0時,如何?14(1)曲柄滑塊機構偏置曲柄滑塊機構當e=0時,如何?14對心曲柄滑塊機構思考題:偏置曲柄滑塊機構與對心曲柄滑塊機構的區別?當BC無窮大時,曲柄滑塊機構演化為何種機構?改變構件相對尺寸e＝015對心曲柄滑塊機構思考題:偏置曲柄滑塊機構與對心曲柄滑塊機構(2)雙滑塊機構正弦機構ls=lsins16(2)雙滑塊機構正弦機構ls=lsins16(1)變化鉸鏈四桿機構的機架曲柄搖桿機構雙搖桿機構曲柄搖桿機構雙曲柄機構2）選用不同構件為機架17(1)變化鉸鏈四桿機構的機架曲柄搖桿機構雙搖桿機構曲柄搖桿機曲柄滑塊機構中構件1為機架,得到導桿機構。(2)變化單移動副機構的機架18曲柄滑塊機構中構件1為機架,得到導桿機構。(2)變化單移曲柄滑塊機構中構件2為機架,得到曲柄搖塊機構。A19曲柄滑塊機構中構件2為機架,得到曲柄搖塊機構。A19手搖唧筒曲柄滑塊機構中滑塊3為機架，得到定塊機構

（移動導桿機構）20手搖唧筒曲柄滑塊機構中滑塊3為機架，得到定塊機構20（3）變化雙移動副機構的機架正弦機構雙轉塊機構雙滑塊機構21（3）變化雙移動副機構的機架正弦機構雙轉塊機構雙滑塊機構21機構類型??舉例1.牛頭刨床擺動導桿機構+曲柄滑塊機構22機構類型??舉例1.牛頭刨床擺動導桿機構+曲柄滑塊機構22

3）改變運動副的尺寸偏心輪機構擴大運動副尺寸233）改變運動副的尺寸偏心輪機構擴大運動副尺寸23特點:(1)小行程(2)大輸出力24特點:24小結1）曲柄搖桿機構的演化改變運動副類型轉動副變成移動副e∞改變構件相對尺寸改變構件相對尺寸e＝025小結1）曲柄搖桿機構的演化改變運動副類型e∞改變構件相對尺寸2）雙曲柄機構的演化改變運動副類型轉動副變成移動副轉動導桿機構改變運動副類型轉動副變成移動副雙轉塊桿機構改變構件相對尺寸0改變構件相對尺寸262）雙曲柄機構的演化改變運動副類型轉動導桿機構改變運動副類型3）雙搖桿機構的演化改變運動副類型轉動副變成移動副移動導桿機構改變運動副類型轉動副變成移動副雙滑塊機構0改變構件相對尺寸00改變構件相對尺寸273）雙搖桿機構的演化改變運動副類型移動導桿機構改變運動副類型4）曲柄滑塊機構的演化改變運動副類型轉動副變成移動副改變構件相對尺寸∞正弦機構改變機架定為機架雙滑塊機構284）曲柄滑塊機構的演化改變運動副類型改變構件相對尺寸∞正弦機總結：平面四桿機構的演化曲柄搖桿機構是四桿機構的最基本形式，其它類型的四桿機構都可以通過適當途徑演化而成。途徑二：改換機架（改變機構類型）途徑一：改變桿長（改變機構類型）途徑三：擴大運動副尺寸（不改變機構類型）29總結：平面四桿機構的演化曲柄搖桿機構是四桿機構的最基本形式，曲柄搖桿機構雙曲柄機構雙搖桿機構

鉸鏈四桿機構如何形成的三種基本形式?三、平面四桿機構的基本知識（重點）1.鉸鏈四桿機構有曲柄的條件30曲柄搖桿機構鉸鏈四桿機構如何形成的三種基本形式?三、平面四

曲柄搖桿機構機架連架桿曲柄連架桿搖桿連桿周轉副周轉副擺轉副擺轉副（1）周轉副和擺轉副31曲柄搖桿機構機架連架桿曲柄連架桿搖桿連桿周轉副周轉副擺轉副

AB整周轉動B1C1D和B2C2D成立鉸鏈四桿機構(2)周轉副存在條件結論：（1）構成周轉副的兩個構件中，必有一個是最短桿。（2）最短桿和最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和。32AB整周轉動鉸鏈四桿機構(2)周轉副存在條推論：（1）若A是周轉副，則B必為周轉副BACDbacd（2）具有兩個周轉副的構件必為最短桿，并滿足桿長和條件（3）C、D不是周轉副（4）周轉副條件不滿足時，機構中的各構件只能擺動33推論：BACDbacd（2）具有兩個周轉副的構件必為最短桿，曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構雙曲柄機構雙搖桿機構例題機架?周轉副?34曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構雙曲柄機構雙搖桿機構例題機架?周轉副(3)曲柄的存在條件（戈拉霍夫定理重點）最短桿和最長桿長度之和小于或等于其它兩桿長度之和abcd周轉副周轉副擺轉副擺轉副最短桿a是機架時，連架桿b和d均為曲柄雙曲柄機構最短桿a是連架桿時，b或d是機架，a是曲柄曲柄搖桿機構c是機架時，無曲柄雙搖桿機構最短桿是連架桿或機架35(3)曲柄的存在條件（戈拉霍夫定理重點）最短桿和最長桿長度之例1：曲柄滑塊機構有曲柄的條件ababemn構件a能通過m點的條件是：構件a能通過n點的條件是：曲柄滑塊機構有曲柄的條件36例1：曲柄滑塊機構有曲柄的條件ababemn構件a能通過m點例2：對心導桿機構有曲柄的條件有曲柄擺動導桿機構有曲柄轉動導桿機構有曲柄轉動導桿機構導桿機構總是有曲柄的。37例2：對心導桿機構有曲柄的條件有曲柄有曲柄有曲柄導桿機構總是θ（1）極位夾角

當曲柄逆時針轉過一周時，搖桿最大擺角對應其兩個極限位置（曲柄和連桿處于兩次共線位置），通常把曲柄這兩個位置所夾的銳角稱為極位夾角。極位夾角()：輸出構件在兩個極限位置時，主動曲柄的一個位置的方向與第二位置的反方向之間的夾角。2.急回運動和行程速比系數38θ（1）極位夾角當曲柄逆時針轉過一周時，搖曲柄AB1AB2，搖桿C1DC2D,1

推程運動角曲柄AB2AB1,搖桿C2DC1D,2

回程運動角

39曲柄AB1AB2，搖桿C1DC2D,1推（2）急回運動在曲柄等速回轉情況下，搖桿往復擺動速度快慢不同的運動。（3）行程速比系數為衡量搖桿急回作用的程度，通常把從動件往復擺動平均速度的比值（大于1）稱為行程速比系數，并用K來表示。40（2）急回運動在曲柄等速回轉情況下，搖桿往復4141有急回要求的設備上，應明顯標出原動件的正確回轉方向。機構急回特性在工程上應用的三種情況：

（1）慢進快退（2）快進慢退（3）無急回42機構急回特性在工程上應用的三種情況：42ADabd討論1：曲柄搖桿機構的極位夾角43ADabd討論1：曲柄搖桿機構的極位夾角43e討論2：曲柄滑塊機構的極位夾角對心偏置θ=0，K=1，無急回特性θ>0，K>1，有急回特性44e討論2：曲柄滑塊機構的極位夾角對心偏置θ=0，K=1，討論3：擺動導桿機構的極位夾角θ>0，K>1，有急回特性；θ=ψ45討論3：擺動導桿機構的極位夾角θ>0，K>1，有急回特3.鉸鏈四桿機構的傳動角和死點（1）壓力角和傳動角壓力角：力F的作用線與力作用點絕對速度V所夾的銳角α。在其它條件不變的情況下壓力角α越小，作功W越大。463.鉸鏈四桿機構的傳動角和死點（1）壓力角和傳動角壓力角：力傳動角：壓力角的余角γ。

傳動角：機構傳力性能的一個重要指標，是力利用率大小的衡量指標。47傳動角：壓力角的余角γ。傳動角：機構傳力性能的一個重鉸鏈四桿機構的壓力角鉸鏈四桿機構中，如果不考慮構件的慣性力和鉸鏈中的摩擦力，則原動件AB通過連桿BC作用到從動件CD上的力將沿BC方向，該力的作用線與力作用點C點絕對速度所夾的銳角稱為壓力角。

傳動角壓力角的余角定義為傳動角。

48鉸鏈四桿機構的壓力角48為保證所設計的機構具有良好的傳動性能，通常應使最小傳動角;在傳遞力矩較大的情況下，應使。討論：壓力角越小，推動機構運動的有效分力越大，故壓力角越小越好；49為保證所設計的機構具有良好的傳動性能，通常應使最小傳動討論：ABCDabcdFFtFn50ABCDabcdFFtFn50ABCDabcdFFtFn51ABCDabcdFFtFn515252傳動角

比較和，找出其中較小的角度。53傳動角比較和，找出其中較小的角ababemn討論：曲柄滑塊機構的壓力角。54ababemn討論：曲柄滑塊機構的壓力角。54從動件的傳動角時機構所處的位置（壓力角等于90°）。

（2）死點位置55從動件的傳動角時機構所無死點存在!曲柄搖桿機構（曲柄為主動件）的死點DA56無死點存在!曲柄搖桿機構（曲柄為主動件）的死點DA56AB與BC共線時，或者機構有死點存在。曲柄搖桿機構（搖桿為主動件）的死點DA57AB與BC共線時，或者機構有死點存在。曲柄搖桿機構（搖桿為主機構的極位與死點是同一位置嗎？區別何在？58機構的極位與死點是同一位置嗎？區別何在？58曲柄滑塊機構（曲柄為主動件）的死點e無死點存在！e曲柄滑塊機構（滑塊為主動件）的死點有死點存在！59曲柄滑塊機構（曲柄為主動件）的死點e無死點存在！e曲柄滑塊機采取措施使其能順利地通過死點位置。

死點位置在機構中的作用對于傳動機構，在死點位置時，驅動從動件的有效回轉力矩為零，可見機構出現死點對于傳動是很不利的。

蒸汽機車車輪聯動機構60采取措施使其能順利地通過死點位置。死點位置在機構中的作用利用死點位置來實現一定工作要求。飛機起落架機構鉆床夾具機構61利用死點位置來實現一定工作要求。飛機起落架機構鉆床夾具機構6*連桿機構運動的連續性錯位不連續錯序不連續62*連桿機構運動的連續性錯位不連續62四桿機構設計的基本問題函數機構設計軌跡機構設計導引機構設計四、平面四桿機構設計63四桿機構設計的基本問題函數機構設計四、平面四桿機構設計6364641.導引機構設計

設計方法：圖解法、解析法（1）圖解法（2）解析法651.導引機構設計設計方法：圖解法、解析法（1）圖解法（2）2.函數機構設計

設計方法：圖解法、解析法、數值比較法（1）解析法662.函數機構設計設計方法：圖解法、解析法、數值比較法（1）鉸鏈四桿機構位置方程：67鉸鏈四桿機構位置方程：67（2）數值比較法設計步驟建立連架桿轉角曲線數據庫

將給定函數y=f（x）轉換為連架桿轉角關系曲線與數據庫中曲線比較求得機構

68（2）數值比較法68（3）按從動件急回特性設計四桿機構已知：行程速比系數K=1.25，搖桿長度mm，搖桿擺角，機架長度mm，試確定曲柄搖桿機構尺寸。

解：69（3）按從動件急回特性設計四桿機構已知：行程速比系數K=1.已知：行程速比系數K、行程H和偏距e，現設計此機構。70已知：行程速比系數K、行程H和偏距e，現設計此機構。70已知:擺動導桿機構中機架的長度lAC，行程速比系數K，要求設計此機構。B2B171已知:擺動導桿機構中機架的長度lAC，行程速比系數K，要求設3.軌跡機構設計

設計方法：實驗法、解析法（1）實驗法（2）解析法723.軌跡機構設計設計方法：實驗法、解析法（1）實驗法（2）有六個待定參數：a、b、c、d、e、g，若在給定軌跡中選6個點～6，分別代入上式，即可得到6個方程。解此6個方程組成的非線性方程組，可求出全部待定參數，即求出機構尺寸a、b、c、d、e、g，機構實現的連桿曲線可有6個點與給定軌跡重合。73有六個待定參數：a、b、c、d、e、g，若在給定

為了使設計四桿機構的連桿曲線上有更多的點與給定的軌跡相重合，引入坐標系，這樣，原坐標系在新坐標系內又增加了三個參數和角。因此，在新坐標系中連桿曲線的待定參數可有九個，即：、a、b、c、d、e、g）=0，按此式求解出機構的連桿曲線可有九個點與給定軌跡相重合。74為了使設計四桿機構的連桿曲線上有更多的點與給4.連桿機構的優化設計

（1）問題的提出（2）優化設計的基本概念設計變量目標函數約束條件優化設計的數學模型754.連桿機構的優化設計（1）問題的提出（2）優化設計的基本機構優化設計建模的基本問題：正確地選擇設計變量，根據機構的工作要求，提出恰當的限制條件并構造約束函數，建立能夠描述機構特征的目標函數，并求其最小值。76機構優化設計建模的基本問題：76