連桿機構的設計

1  平面四桿機構的類型及應用

連桿機構的特點：優點：運動副單位面積所受的壓力小且面接觸受力小，便於潤滑，磨損小；製造方便。缺點：設計複雜誤差大。工作效率低。

平面四桿機構的基本類型——鉸鏈四桿機構

1、曲柄搖桿機構

（1）   曲柄：1作360°周轉運動，

（2）   搖桿：3作往複擺動，主動件可以為曲柄，也可以為搖桿。右面機構中搖桿的擺角為60°，作小於360的運動

（3）   連桿：連接曲柄與搖桿的桿件

(4)連架桿：連接機架與連桿的桿件。

曲柄搖桿機構：兩連架桿中一個為曲柄另一個為搖桿的鉸鏈四桿機構

雙曲柄機構：兩連架桿均為曲柄的鉸鏈四桿機構

雙搖桿機構：兩連架桿均為搖桿的鉸鏈四桿機構

平行四邊形機構

平行四邊形機構是雙曲柄機構的一個特例。組成四邊形對邊的構件長度分別相等。從動曲柄3和主動曲柄1的迴轉方向相同，角速度時時相等

雙搖桿機構：

構件1和3都作往複擺動，一般主動搖桿作等速擺動，從動搖桿作變速擺動。

平面四桿機構的演化形式(Ⅰ)——含一個移動副的四桿機構

曲柄滑塊機構

正置曲柄滑塊機構

滑塊(slider)鉸鏈點的運動方位線通過曲柄轉動中心，滑塊動程(pitch)等於兩倍曲柄1的長度，無急回運動特性。主動件可以為曲柄，也可以為滑塊。

偏置曲柄滑塊機構

滑塊鉸鏈點的運動方位線不通過曲柄轉動中心，偏距(offset)為e,滑塊動程大於兩倍曲柄長度，有急回運動特性

導桿機構

轉動導桿機構

曲柄1和導桿3都能作360°周轉運動，主動曲柄作等速轉動，從動導桿作變速轉動，

擺動導桿機構

曲柄1作360°周轉運動，擺動導桿3作往複擺動，且有較大的急回運動特性

曲柄搖塊機構

移動導桿機構

構件2作往複擺動，構件4在滑塊中作往複移動。

2   平面連桿機構的工作特性

1、轉動副為整轉副的充分必要條件

急回運動和行程速比係數

原動曲柄轉動一周過程中，有兩次與連桿共線，即重疊共線和拉直共線，搖桿兩個極限位置分別為C₁D和C₂D。

曲柄AB以等角速度ω順時針轉過α₁角由位置AB₁轉到位置AB₂，搖桿從C₁D擺到C₂D,擺角為φ，所需時間為t₁，C點平均速度為V₁。當曲柄繼續轉過角α₂，搖桿從C₂D返回到C₁D, 所需時間為t₂，C點平均速度為V₂。

 因為α₁>α₂，t₁>t₂，所以v₁<v₂，搖桿往複擺動的平均角速度不相等。為提高機械的工作效率，通常使慢速運動行程為工作行程（正行程），而快速運動行程為空回行程（反行程）。這種返回速度大於工作行程速度的運動性質稱為急回特性

行程速比係數

來表示。

壓力角與傳動角

在不計運動副中摩擦力、構件質量和慣性力的情況下，機構從動件受力方向Fc和受力點速度方向Vc所夾的銳角α，稱為機構在此位置的壓力角

壓力角越小，機構的傳力性能越好，效率越高。

壓力角α的餘角稱為傳動角γ，即γ+α=90º

在連桿機構中，為了度量方便，常用傳動角γ來衡量機構的傳力性能。傳動角是指連桿BC與從動件CD之間所夾的銳角。γ與α互余。

  大多數機構在運動過程中，傳動角是變化的。為保證機構具有良好的傳動性能，一般規定機構的最小傳動角γ_min≥40º，在傳遞較大力矩時，應使γ_min≥50º。

在鉸鏈四桿機構ABCD中，當∠BCD為銳角時，γ=∠BCD；當∠BCD為鈍角時，γ=180º-∠BCD

死點：搖桿CD為主動件。當機構處於連桿與從動曲柄共線的兩個位置時，出現了傳動角γ=0º，壓力角α=90º的情況。主動件CD通過連桿作用於從動件AB的力恰好通過其迴轉中心，不能使AB桿轉動，機構此位置稱為死點

飛機起落架機構

在機輪放下時，連桿BC桿與從動桿CD桿成一直線，機構處於死點位置，使降落更加安全可靠。

工件夾緊機構

工件被夾緊后，土黃色構件與分紅色從動構件成一直線，即機構在工件反力的作用下處於死點，可保證在加工時，工件不會鬆脫

3   連桿機構設計

已知：搖桿長度CD ，擺角φ，行程速比係數K

要求：設計曲柄搖桿機構

解：1、計算極位夾角θ   θ=180（K-1）/ （K+1）

2、任取一點D為搖桿固定鉸鏈中心，作等腰三角形C₁C₂D，兩腰長度等於CD，∠C₁DC₂=φ  

3、以C₁C₂為一條邊，分別作∠O C₁C₂=∠OC₂C₁=90°^_θ。以O為圓心，OC₁為半徑作圓β

4、連接並延長C₁D，交圓β於G點，連接並延長C₂D，交圓β於F點。 圓弧C₁F和GC₂上任意一點A到C₁和C₂的連線的夾角∠C₁AC₂都等於極位夾角θ。曲柄軸心A點可在這兩段圓弧上選取

注意：曲柄軸心A不能在FG圓弧上選取，否則機構不滿運動連續性要求。 在C₁F和GC₂兩段圓弧上選取A點時，當A點越靠近F(或G)點時，機構最小傳動角將隨之減小。

5、A點選定后，四桿機構尺寸即確定。設曲柄長度為a，連桿長度為b,則

AC₁=b-a

AC₂=b+a

所以：a=(AC₂-AC₁)/2

   b=(AC₁+AC₂)/2

2）對於給定行程速比係數K和滑塊行程H時,可以用同樣方法求出曲柄滑塊機構

2) 對於擺動導桿機構,由於其導桿的擺角φ 剛好等於其極位夾角θ,因此,只要給定曲柄長度L_AB (或給定機架長度L_AC)和行程速比係數K就可以由右圖求得機構.

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