連桿機構的基本類型及應用

連桿機構的基本類型及應用

1、連桿機構及其傳動特點 
　　連桿機構:是由低副將若干剛性構件聯接而成的，故又稱為低副機構。 
　　連桿機構的傳動特點：運動副一般為低副；構件多呈現桿的形狀；可實現多種運動變換和運動規律；連桿曲線形狀豐富，可滿足各種軌跡要求。運動鏈長，累積誤差大，效率低；慣性力難以平衡，動載荷大，不宜用于高速運動；一般只能近似滿足運動規律要求。 
2、平面四桿機構的基本類型和應用 
　　鉸鏈四桿機構是平面四桿機構的基本型式，其它型式的四桿機構可以認為是它的演化型式。按照兩連架運動形式的不同，鉸鏈四桿機構又為三種型式： 
（1）曲柄搖桿機構：雷達天線俯仰搜索機構，縫紉機踏板機構。
（2）雙曲柄機構：慣性篩機構，機車車輪的聯動平行四邊形機構，車門開閉反平行四邊形機構。
（3）雙搖桿機構：鶴式起重機，汽車的前輪轉向等腰梯形機構。

連桿機構的演化型式

　　除上述三種型式的鉸鏈四桿機構之外，在機械中還廣泛地采用著其他型式的四桿機構。這些型式的四桿機構可認為是由基本型式演化而來的。機構的演化，不僅是為了滿足運動方面的要求，還往往是為了改善受力狀況以及滿足結構設計上的需要。各種演化機構的外形雖然各不相同，但它們的性質以及分析和設計方法卻常常是相同的或類似的，這就為連桿機構的研究提供了方便。連桿機構的演化方法： 
1、改變構件的形狀及運動尺寸
　　將鉸鏈四桿機構的搖桿改變成滑塊形狀，可得具有曲線導軌的曲柄滑塊機構；再將搖桿桿長增大到無窮大，可得曲柄滑塊機構（偏距為零時為對心曲柄滑塊機構）。同理曲柄滑塊機構還可進一步演化成雙滑塊四桿機構。 
2、改變運動副的尺寸 
　　將曲柄滑塊機構中的曲柄與連桿的轉動副擴大，使之超過曲柄長度演化成偏心輪機構，再將移動副的滑塊尺寸擴大，使之超過整個偏心輪機構的尺寸而演化得到滑塊內置式偏心輪機構。 
3、選用不同的構件為機架 
　　選對心曲柄滑塊機構的曲柄為機架可得導桿機構（回轉導桿、擺動導桿機構）。選對心曲柄滑塊桿機構的連桿為機架可得曲柄搖塊機構。選對心曲滑塊桿機構的滑塊為機架可得直動滑桿機構。 
4、運動副元素的逆換
　　對于移動副來說，將移動副兩元素的包容關系進行逆換，并不影響兩構件之間的相對運動，但卻能將擺動導桿機構演化成曲柄搖塊機構。

平面四桿機構的基本知識

1、鉸鏈四桿機構有曲柄的條件 
（1）各桿的長度應滿足桿長條件，即，最短桿長度與最長桿長度之和小于等于其余兩桿長度之和。 
（2）其最短桿為連架桿或機架時。 
　　當最短桿為連架桿時，機構為曲柄搖桿機構；當最短桿為機架時，則為雙曲柄機構。 
2、急回運動和行程速度變化系數 
（1）在曲柄搖桿機構中，當主動件曲柄等速轉動時，從動件搖桿擺回的平均速度大于擺出的平均速度，搖桿的這種運動特性稱為急回運動。
（2）為了表明急回運動的急回程度，可用行程速度變化系數或稱行程速比系數K來衡量，即：
　　當機構存在極位夾角θ時，機構便具有急回運動特性，θ角愈大，Ｋ值愈大，機構的急回運動特性也愈顯著。 
3、四桿機構的傳動角 
　　在曲柄搖桿機構中，由主動件曲柄經連桿傳遞到從動件搖桿上的力與受力點速度正向之間的夾角稱為機構在此位置時的壓力角。而連桿和從動件之間所夾的銳角稱為連桿機構在此位置時的傳動角。互為余角。傳動角愈大，對機構的傳力愈有利。
　　在機構運動過程中，傳動角的大小是變化的，為了保證機構傳力性能良好，應使 ；對于傳力小或操縱機構，則可允許傳動角小些，只要不發生自鎖即可。 
　　對于曲柄搖桿機構， 出現在主動曲柄與機架共線的兩位置之一處。 
4、死點 
　　在曲柄搖桿機構中，設以搖桿為主動件，則當連桿與從動曲柄共線時，機構的傳動角，這時主動件搖桿通過連桿作用于從動件曲柄上的力恰好通過其回轉中心，所以出現了不能使構件曲柄轉動的“頂死”現象，機構的這種位置稱為死點。
　　工程上，有些機構應避免死點位置（機車車輪聯動機構、縫紉機踏板機構），有些機構還利用機構的死點工作（飛機起落架機構）。
5、連桿機構的運動連續性
　　所謂連桿機構的運動連續性，是指連桿機構在運動過程中，能否連續實現給定的各個位置。有錯位不連續和錯序不連續兩種不連續問題。
　　在設計四桿機構時，必須檢查所設計的機構是否滿足運動連續性要求，即檢查其是否有錯位、錯序問題，并考慮能否補救，若不能則必須考慮其他方案。

解析法設計平面四桿機構

1、連桿機構設計的基本問題 
　　連桿機構設計的基本問題是根據給定的要求選定機構的型式，確定各構件的尺寸，同時還要滿足結構條件、動力條件和運動連續條件等。 
（1）滿足預定的運動規律的要求 
　　即滿足兩連架桿預定的對應位置要求（又稱實現函數的問題)，滿足給定行程速比系數K的要求等。 
（2）滿足預定的連桿位置要求 
　　即要求連桿能占據一系列預定位置（又稱剛體導引問題）。 
（3）滿足預定的軌跡要求（又稱軌跡生成問題） 
　　即要求在機構的運動過程中，連桿上某點的軌跡能滿足預定的軌跡要求。 
　　連桿機構的設計方法有：圖解法、解析法和實驗法。 
2、 用解析法設計四桿機構 
　　解析法設計四桿機構是通過建立機構的運動要求與機構尺寸參數之間的解析方程式，代入已知運動的條件，求解出連桿機構的尺度參數，應借助計算機求解。所能解決以下幾類問題： 
（1）按預定的運動規律設計 
　　1）按預定的兩連架桿對應的位置設計 
　　2）按期望函數設計
（2）按預定的連桿位置設計 
（3）按預定的運動軌跡設計

作圖法設計四桿機構

　　根據幾何學原理，用幾何作圖法求解連桿機構的尺寸參數。特點是直觀、易懂，求解速度快，但精度不夠高。在工程中也能以一定精度解決不少設計問題，也可作為高精度設計中尺寸的預選。圖解法常用機構倒置法。所能解決以下幾類問題： 
1、按連桿預定的位置設計四桿機構 
（1）已知活動鉸鏈中心的位置 
（2）已知固定鉸鏈中心的位置 
2、按兩連架桿預定的對應角位移設計四桿機構
3、按給定的急回要求設計四桿機構

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