機(jī)械設(shè)計(jì)教程－二、平面連桿機(jī)構(gòu) -工程

    第二章 平面連桿機(jī)構(gòu)

一、定義：

若干構(gòu)件通過低副（轉(zhuǎn)動(dòng)副或移動(dòng)副）聯(lián)接所組成的機(jī)構(gòu)稱作連桿機(jī)構(gòu)，

機(jī)械設(shè)計(jì)教程－二、平面連桿機(jī)構(gòu)

。

動(dòng)副）聯(lián)接所組成的機(jī)構(gòu)稱作連桿機(jī)構(gòu)。

連桿機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的相對運(yùn)動(dòng)是平面運(yùn)動(dòng)還是空間運(yùn)動(dòng)，連桿機(jī)構(gòu)又可以分為平面連桿機(jī)構(gòu)和空間連桿機(jī)構(gòu)。

平面連桿機(jī)構(gòu)是由若干構(gòu)件用平面低副（轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副）聯(lián)接而成的平面機(jī)構(gòu)，用以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的傳遞、變換和傳送動(dòng)力。

§2.1平面四桿機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用

2.1平面四桿機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用

在此機(jī)構(gòu)中，AD固定不動(dòng)，稱為機(jī)架；AB、CD兩構(gòu)件與機(jī)架組成轉(zhuǎn)動(dòng)副，稱為連架桿；BC稱為連桿。在連架桿中，能作整周回轉(zhuǎn)的構(gòu)件稱為曲柄，而只能在一定角度范圍內(nèi)擺動(dòng)的構(gòu)件稱為搖桿。

一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本類型

根據(jù)機(jī)構(gòu)中有無曲柄和有幾個(gè)曲柄，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)又有三種基本形式：

1．曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

：兩連架桿中一個(gè)為曲柄而另一個(gè)為搖桿的機(jī)構(gòu)。

雷達(dá)調(diào)整機(jī)構(gòu)

縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)

當(dāng)曲柄為原動(dòng)件時(shí)，可將曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動(dòng)，如圖中的雷達(dá)天線機(jī)構(gòu)；反之，當(dāng)搖桿為原動(dòng)件時(shí)，可將搖桿的往復(fù)擺動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍�柄的整周轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖所示的縫紉機(jī)踏板。

2．雙曲柄機(jī)構(gòu)

：兩連架桿均為曲柄的四桿機(jī)構(gòu)。

可將原動(dòng)曲柄的等速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成從動(dòng)曲柄的等速或變速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖所示的慣性篩驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；

構(gòu)的相對兩桿平行且相等時(shí)，則成為平行四邊形機(jī)構(gòu)，如圖所示。

注意：平行四邊形機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中，當(dāng)兩曲柄與機(jī)架共線時(shí)，在原動(dòng)件轉(zhuǎn)向不變、轉(zhuǎn)速恒定的條件下，從動(dòng)曲柄會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)不確定現(xiàn)象。

可以在機(jī)構(gòu)中添加飛輪或使用兩組相同機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列。

3．雙搖桿機(jī)構(gòu)

．雙搖桿機(jī)構(gòu)

：兩連架桿都是搖桿的機(jī)構(gòu)，如圖所示的鶴式起重機(jī)構(gòu)，保證貨物水平移動(dòng)。

二、機(jī)構(gòu)的演化

機(jī)構(gòu)的演化方法有三種：

1）通過改變構(gòu)件的形狀和相對尺寸進(jìn)行演化，如圖2—8的演化；

    2）通過改變運(yùn)動(dòng)副尺寸進(jìn)行演化；

    3）通過選用不同構(gòu)件作為機(jī)架進(jìn)行演化。

1．滑塊機(jī)構(gòu)

如圖所示，當(dāng)構(gòu)件1能整周回轉(zhuǎn)成為曲柄時(shí)，該機(jī)構(gòu)稱為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；否則該機(jī)構(gòu)稱為擺桿滑塊機(jī)構(gòu)。

2．導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

在圖a所示的對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，若改取構(gòu)件1為機(jī)架，則機(jī)構(gòu)演化為導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。圖b。

3．曲柄搖塊與曲柄轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)

．曲柄搖塊與曲柄轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)

在圖a中若改取構(gòu)件2為機(jī)架，當(dāng)l1< l2時(shí)，隨構(gòu)件1的轉(zhuǎn)動(dòng)，滑塊3只在一定角度范圍內(nèi)擺動(dòng)，該構(gòu)件稱為曲柄搖塊機(jī)構(gòu)；當(dāng)

l1> l2時(shí)，則滑塊3可作整周轉(zhuǎn)動(dòng)，我們稱為曲柄轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)。

4．移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

．移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

在圖a中，如取滑塊3為機(jī)架，則該機(jī)構(gòu)演化成移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

§2.3四桿機(jī)構(gòu)特性

四桿機(jī)構(gòu)特性 一、四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的三種基本型式的區(qū)別在于它的連架桿是否為曲柄。而且一般原動(dòng)件為曲柄。

。 而在四桿機(jī)構(gòu)中是否存在曲柄，取決于機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件間的相對尺寸關(guān)系。

設(shè)a’和AB”。

由圖可見，為使AB桿能轉(zhuǎn)至位置AB’，各桿長度應(yīng)滿足：

第二章 平面連桿機(jī)構(gòu)

一、定義：

若干構(gòu)件通過低副（轉(zhuǎn)動(dòng)副或移動(dòng)副）聯(lián)接所組成的機(jī)構(gòu)稱作連桿機(jī)構(gòu)。

動(dòng)副）聯(lián)接所組成的機(jī)構(gòu)稱作連桿機(jī)構(gòu)。

連桿機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的相對運(yùn)動(dòng)是平面運(yùn)動(dòng)還是空間運(yùn)動(dòng)，連桿機(jī)構(gòu)又可以分為平面連桿機(jī)構(gòu)和空間連桿機(jī)構(gòu)。

平面連桿機(jī)構(gòu)是由若干構(gòu)件用平面低副（轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副）聯(lián)接而成的平面機(jī)構(gòu)，用以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的傳遞、變換和傳送動(dòng)力。

§2.1平面四桿機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用

2.1平面四桿機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用

在此機(jī)構(gòu)中，AD固定不動(dòng)，稱為機(jī)架；AB、CD兩構(gòu)件與機(jī)架組成轉(zhuǎn)動(dòng)副，稱為連架桿；BC稱為連桿。在連架桿中，能作整周回轉(zhuǎn)的構(gòu)件稱為曲柄，而只能在一定角度范圍內(nèi)擺動(dòng)的構(gòu)件稱為搖桿。

一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本類型

根據(jù)機(jī)構(gòu)中有無曲柄和有幾個(gè)曲柄，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)又有三種基本形式：

1．曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

：兩連架桿中一個(gè)為曲柄而另一個(gè)為搖桿的機(jī)構(gòu)。

雷達(dá)調(diào)整機(jī)構(gòu)

縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)

當(dāng)曲柄為原動(dòng)件時(shí)，可將曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動(dòng)，如圖中的雷達(dá)天線機(jī)構(gòu)；反之，當(dāng)搖桿為原動(dòng)件時(shí)，可將搖桿的往復(fù)擺動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍�柄的整周轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖所示的縫紉機(jī)踏板。

2．雙曲柄機(jī)構(gòu)

：兩連架桿均為曲柄的四桿機(jī)構(gòu)。

可將原動(dòng)曲柄的等速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成從動(dòng)曲柄的等速或變速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖所示的慣性篩驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；

構(gòu)的相對兩桿平行且相等時(shí)，則成為平行四邊形機(jī)構(gòu)，如圖所示。

注意：平行四邊形機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中，當(dāng)兩曲柄與機(jī)架共線時(shí)，在原動(dòng)件轉(zhuǎn)向不變、轉(zhuǎn)速恒定的條件下，從動(dòng)曲柄會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)不確定現(xiàn)象。

可以在機(jī)構(gòu)中添加飛輪或使用兩組相同機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列。

3．雙搖桿機(jī)構(gòu)

．雙搖桿機(jī)構(gòu)

：兩連架桿都是搖桿的機(jī)構(gòu)，如圖所示的鶴式起重機(jī)構(gòu)，保證貨物水平移動(dòng)，

工程

《機(jī)械設(shè)計(jì)教程－二、平面連桿機(jī)構(gòu)》(http://clearvueentertainment.com)。

二、機(jī)構(gòu)的演化

機(jī)構(gòu)的演化方法有三種：

1）通過改變構(gòu)件的形狀和相對尺寸進(jìn)行演化，如圖2—8的演化；

    2）通過改變運(yùn)動(dòng)副尺寸進(jìn)行演化；

    3）通過選用不同構(gòu)件作為機(jī)架進(jìn)行演化。

1．滑塊機(jī)構(gòu)

如圖所示，當(dāng)構(gòu)件1能整周回轉(zhuǎn)成為曲柄時(shí)，該機(jī)構(gòu)稱為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；否則該機(jī)構(gòu)稱為擺桿滑塊機(jī)構(gòu)。

2．導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

在圖a所示的對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，若改取構(gòu)件1為機(jī)架，則機(jī)構(gòu)演化為導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。圖b。

3．曲柄搖塊與曲柄轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)

．曲柄搖塊與曲柄轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)

在圖a中若改取構(gòu)件2為機(jī)架，當(dāng)l1< l2時(shí)，隨構(gòu)件1的轉(zhuǎn)動(dòng)，滑塊3只在一定角度范圍內(nèi)擺動(dòng)，該構(gòu)件稱為曲柄搖塊機(jī)構(gòu)；當(dāng)

l1> l2時(shí)，則滑塊3可作整周轉(zhuǎn)動(dòng)，我們稱為曲柄轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)。

4．移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

．移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

在圖a中，如取滑塊3為機(jī)架，則該機(jī)構(gòu)演化成移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

§2.3四桿機(jī)構(gòu)特性

四桿機(jī)構(gòu)特性 一、四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的三種基本型式的區(qū)別在于它的連架桿是否為曲柄。而且一般原動(dòng)件為曲柄。

。 而在四桿機(jī)構(gòu)中是否存在曲柄，取決于機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件間的相對尺寸關(guān)系。

設(shè)a’和AB”。

由圖可見，為使AB桿能轉(zhuǎn)至位置AB’，各桿長度應(yīng)滿足：

a+d ≤ b+c ①

而為使AB桿能轉(zhuǎn)至AB”，各桿長度關(guān)系應(yīng)滿足b ≤ (d-a)+c c ≤ (d-a)+b

可得： a+b ≤ d+c ②

a+c ≤d+b ③

由①②③可以得出鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在條件為：

1）連架桿和機(jī)架中必有一桿是最短桿；

2）最短桿與最長桿長度之和小于或等于其它兩桿長度之和。（稱為桿長條件）

上述兩個(gè)條件必須同時(shí)滿足，否則機(jī)構(gòu)不存在曲柄。

。 二、急回特性和行程速比系數(shù)

1） 當(dāng)主動(dòng)件曲柄等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件搖桿擺回的平均速度大于擺出的平均速度，搖桿的這種運(yùn)動(dòng)特性稱為急回特性

2）行程速比系數(shù)K

K=v2/v1=(180°+θ)/(180° -θ)

當(dāng)機(jī)構(gòu)存在極位夾角θ時(shí)，機(jī)構(gòu)便具有急回運(yùn)動(dòng)特性。且θ角越大，K值越大，機(jī)構(gòu)的急回性質(zhì)也越顯著

    牛頭刨床機(jī)構(gòu)

三、壓力角與傳動(dòng)角

連桿BC與從動(dòng)件CD之間所夾的銳角γ 稱為四桿機(jī)構(gòu)在此位置的傳動(dòng)角。顯然γ越大，有效分力Pt越大，Pn越小，對機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)就越有利。所以，在連桿機(jī)構(gòu)中也常用傳動(dòng)角的大小及變化情況來描述機(jī)構(gòu)傳動(dòng)性能的優(yōu)劣。為了保證機(jī)構(gòu)傳力性能良好，應(yīng)使γmin≥ 40 ～ 50°

最小傳動(dòng)角的確定： 對于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)， γmin出現(xiàn)在主動(dòng)件曲柄與機(jī)架共線的兩位置之一。

三、死點(diǎn)

如圖：當(dāng)以搖桿CD為主動(dòng)件，則當(dāng)連桿與從動(dòng)件曲柄共線時(shí)，機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角γ＝ 0°， 這時(shí)主動(dòng)件CD通過連桿作用于從動(dòng)件

AB上的力恰好通過其回轉(zhuǎn)中心，出現(xiàn)了不能使構(gòu)件AB轉(zhuǎn)動(dòng)的“頂死”現(xiàn)象，機(jī)構(gòu)的這種位置稱為“死點(diǎn)”。

上的力恰好通過其回轉(zhuǎn)中心，出現(xiàn)了不能使構(gòu)件AB轉(zhuǎn)動(dòng)的“頂死”現(xiàn)象，機(jī)構(gòu)的這種位置稱為“死點(diǎn)”。

在工程上，為了使機(jī)構(gòu)能夠順利通過死點(diǎn)而正常運(yùn)轉(zhuǎn)，必須采用適當(dāng)?shù)拇胧�，如發(fā)動(dòng)機(jī)上安裝飛輪加大慣性力，或利用機(jī)構(gòu)的組合錯(cuò)開死點(diǎn)位置，例如機(jī)車車輪的聯(lián)動(dòng)裝置。

但是，也應(yīng)注意到，在工程上也長有利用死點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)一定工作要求的，例如飛機(jī)起落架、各類夾具中，如下圖

§2.4四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.4四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法有

：作圖法、實(shí)驗(yàn)法及解析法。圖解法和實(shí)驗(yàn)法比較直觀易懂，但設(shè)計(jì)精度要低。解析法精度高，但計(jì)算要復(fù)雜，有時(shí)利用手工幾乎無法完成。

一、按連桿預(yù)定位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

二、按給行程速比系數(shù)K

K 設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

如圖2-21所示，已知搖桿CD長度及擺角，行程速比系數(shù)K。

要求設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。步驟如下：

1）由公式，求出極位夾角θ。

2）任選固定鉸D的位置，并作出搖桿兩極限位置C1D和C2D，夾角為。

3）連接C1C2，作∠C1C2O=∠C2C1O= 90˚-θ，得交點(diǎn)O，以O(shè)為圓心，OC1為半徑作圓。

4）在圓上任取一點(diǎn)A為固定鉸。

5）連接AC1、 AC2，則AC1、 AC2分別為曲柄與連桿重迭拉直共線位置，即：

AC1=BC-AB AC2=BC+AB

可分別求得AB與BC