平面连杆结构

1、2-1 平面机构的运动简图和自由度 2-2 平面四杆机构的基本类型 2-3 平面四杆机构的特点及设计 基本要求基本要求: : v掌握基本概念掌握基本概念 v熟练掌握机构运动简图的绘制熟练掌握机构运动简图的绘制 v熟练掌握机构自由度的计算方法熟练掌握机构自由度的计算方法 v掌握平面连杆机构的类型、特点、演化方法掌握平面连杆机构的类型、特点、演化方法 v掌握平面四杆机构的工作特性掌握平面四杆机构的工作特性 机械设计基础 平面连杆机构 一、构件 二、运动副 三、机构 四、平面机构的运动简图 五、平面机构的自由度 机械设计基础 平面连杆机构 1. 构件构件( (Link) ) 机械的独立运动单元，传机

2、械的独立运动单元，传 递运动和力的载体。递运动和力的载体。 实例：实例：内燃机中的缸体、内燃机中的缸体、 活塞、连杆、曲轴等。活塞、连杆、曲轴等。 第一节机构的组成第一节机构的组成 内燃机连杆内燃机连杆 机械设计基础 平面连杆机构 构件可以是一个零件构件可以是一个零件, ,也可以由几个零件刚性联接组成。也可以由几个零件刚性联接组成。 实例实例：连杆由连杆体、轴瓦、连杆盖、螺栓、垫圈、螺连杆由连杆体、轴瓦、连杆盖、螺栓、垫圈、螺 母、连杆衬套等相互刚性联接组成。母、连杆衬套等相互刚性联接组成。 零件零件( (Part) )是机械的制造单元。是机械的制造单元。 内燃机连杆内燃机连杆 连杆体连杆体

3、连杆盖连杆盖 螺栓螺栓 垫圈垫圈 螺母螺母 连杆衬套连杆衬套 轴瓦轴瓦 机械设计基础 平面连杆机构 x y o v运动副运动副: : 两构件直接接触而形成的可动联接两构件直接接触而形成的可动联接 v运动副元素：运动副元素：构成运动副时直接接触的点、线、面部分构成运动副时直接接触的点、线、面部分 v接触形式接触形式: : 点、线、面点、线、面 机械设计基础 平面连杆机构 v按接触形式分类 v按相对运动分类 机械设计基础 平面连杆机构 按接触形式分类：按接触形式分类： v接触形式接触形式: 点、线、面点、线、面 v低副低副：面接触：面接触 v高副高副：点、线接触：点、线接触 平面低副平面低副 空间

4、低副空间低副 x y o 高副高副 高副高副 空间低副空间低副平面低副平面低副平面低副平面低副 机械设计基础 平面连杆机构 按相对运动分类：按相对运动分类： v运动副的性质（即运动副引入的约束）确定了两构件的相运动副的性质（即运动副引入的约束）确定了两构件的相 对运动对运动 v按相对运动分类：按相对运动分类： 转动副：相对转动转动副：相对转动 回转副、铰链回转副、铰链 移动副：相对移动移动副：相对移动 螺旋副：螺旋运动螺旋副：螺旋运动 球面副：球面运动球面副：球面运动 机械设计基础 平面连杆机构 运动副类型小结运动副类型小结 v平面低副平面低副: 转动副、移动副转动副、移动副 （面接触面接触）

5、 v平面高副平面高副: 齿轮副、凸轮副齿轮副、凸轮副 （点、线接触点、线接触） v空间低副空间低副: 螺旋副、球面副、圆柱副螺旋副、球面副、圆柱副 （面接触面接触） v空间高副空间高副: 球和圆柱与平面、球与圆柱副球和圆柱与平面、球与圆柱副 (点、线接触点、线接触) v运动副特性运动副特性: :运动副一经形成运动副一经形成, , 组成它的两个构件间的可组成它的两个构件间的可 能的相对运动就确定。而且能的相对运动就确定。而且这种可能的相对运动这种可能的相对运动, , 只与运只与运 动副类型有关动副类型有关, , 而与运动副的具体结构无关。而与运动副的具体结构无关。 v工程上常用一些规定的符号代表

6、运动副工程上常用一些规定的符号代表运动副 机械设计基础 平面连杆机构 平面副平面副 低副低副：转动副、移动副：转动副、移动副 ( (面接触面接触) ) 高副高副：齿轮副、凸轮副：齿轮副、凸轮副( (点、点、 线接触线接触) ) x y o x y o t t n n n t 机械设计基础 平面连杆机构 空间副空间副 高副高副：点、线接触：点、线接触 球面副球面副 螺旋副螺旋副 了解了解 机械设计基础 平面连杆机构 v机构是由构件通过运动副连接而成的机构是由构件通过运动副连接而成的 v原动件：原动件：按给定运动规律独立运动的构件按给定运动规律独立运动的构件 v从动件：从动件：其余的活动构件其余的

7、活动构件 v机机 架：架：固定不动的构件固定不动的构件 原动件原动件 1 2 3 4 从动件从动件 机架机架 闭链闭链 开链开链 机构机构 机械设计基础 平面连杆机构 与动力与动力 源组合源组合 机器的组成机器的组成 ( (从运动观点看从运动观点看) )由构件组成由构件组成 ( (从制造观点看从制造观点看) )由零件组成由零件组成 机械机械 机器机器 机构机构 构件构件 零件零件 通用零件通用零件 专用零件专用零件 原动构件原动构件 从动构件从动构件 机机 架架 零件零件 构件构件机构机构 机器机器 静联接静联接 动联接动联接 (运动副运动副) 机械设计基础 平面连杆机构 1 概述 2 构件的

8、表示方法 3 运动副的表示方法 4 运动简图的绘制方法 5 例题 机械设计基础 平面连杆机构 1 概述概述 v机构各部分的运动，取决于：机构各部分的运动，取决于： 原动件的运动规律、各运动副的类型、机构的运动尺寸原动件的运动规律、各运动副的类型、机构的运动尺寸 (确定各运动副相对位置的尺寸确定各运动副相对位置的尺寸) v机构运动简图机构运动简图: （表示机构（表示机构运动特征运动特征的一种工程用图）的一种工程用图） 用简单线条表示构件用简单线条表示构件 规定符号代表运动副规定符号代表运动副 按比例定出运动副的相对位置按比例定出运动副的相对位置 与原机械具有完全相同的运动特性与原机械具有完全相同

9、的运动特性 v比较：比较： 机构示意图：机构示意图：没严格按照比例绘制的机构运动简图没严格按照比例绘制的机构运动简图 v用途：用途：分析现有机械，构思设计新机械分析现有机械，构思设计新机械 机械设计基础 平面连杆机构 2 构件的表示方法构件的表示方法 v杆、轴类构件杆、轴类构件 v机架机架 v同一构件同一构件 v两副构件两副构件 v三副构件三副构件 机械设计基础 平面连杆机构 3 运动副的表示方法运动副的表示方法 v转动副转动副 v移动副移动副 v高副高副（齿轮副、（齿轮副、 凸轮副）凸轮副） 机械设计基础 平面连杆机构 4 运动简图的绘制方法运动简图的绘制方法 v步骤：步骤： 确定构件数目及

10、原动件、输出构件确定构件数目及原动件、输出构件 各构件间构成何种运动副？（注意微动部分）各构件间构成何种运动副？（注意微动部分） 选定比例尺、投影面，确定原动件某一位置，按规定选定比例尺、投影面，确定原动件某一位置，按规定 符号绘制运动简图符号绘制运动简图 标明机架、原动件和作图比例尺标明机架、原动件和作图比例尺 v绘制路线：绘制路线：原动件原动件中间传动件中间传动件 输出构件输出构件 v观察重点：观察重点：各构件间构成的运动副类型各构件间构成的运动副类型 v良好习惯：良好习惯：各种运动副和构件用规定符号表达各种运动副和构件用规定符号表达 v误误 区：区：构件外形构件外形 机械设计基础 平面连

11、杆机构 5 例题：例题：内燃机内燃机 机械设计基础 平面连杆机构 A B C E F D G 例题：例题：破碎机破碎机 机械设计基础 平面连杆机构 1 1 2 2 3 3 4 4 A B C 14 12 23 A14 B12 C234 3 3 2 2 4 4 1 1 4 例题：例题： 机械设计基础 平面连杆机构 1 平面机构自由度的计算平面机构自由度的计算 2 机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件 3 几种特殊结构的处理几种特殊结构的处理 复合铰链复合铰链 局部自由度局部自由度 虚约束虚约束 4 小结小结 机械设计基础 平面连杆机构 1 平面机构自由度的计算平面机构自由度的计算 (1)

12、 平面运动构件的自由度平面运动构件的自由度 (构件可能出现的独立运动构件可能出现的独立运动) (2) 平面运动副引入的约束平面运动副引入的约束R (对独立的运动所加的限制对独立的运动所加的限制) x y 2 1 与其它构件未连之前：与其它构件未连之前：3 用运动副与其它构件连接后用运动副与其它构件连接后, 运运 动副引入约束动副引入约束, 原自由度减少原自由度减少 x y o x y o t t n n R=2 R=2R=1 结论：结论： 平面低副引入平面低副引入 2个约束个约束 平面高副引入平面高副引入 1个约束个约束 机械设计基础 平面连杆机构 (3) 平面机构自由度计算公式平面机构自由度

13、计算公式 如果：活动构件数：如果：活动构件数：n 低副数：低副数： pl 高副数：高副数： ph x y 2 1 未连接前总自由度：未连接前总自由度： 3n 连接后引入的总约束数：连接后引入的总约束数： 2pl+ph F=3n - ( 2pl + ph ) v机构自由度机构自由度F： F=3n - 2pl - ph 机械设计基础 平面连杆机构 机构自由度举例：机构自由度举例： 1 2 3 4 F =3n2plph = 3 2 340 = 1 1 2 3 4 5 F =3n2plph = 3 2 450 = 2 F =3n2plph = 3 2 221 = 1 B C A F =3n2plph

14、= 3 2 340 = 1 F =3n2plph = 3 2 451 = 1 机械设计基础 平面连杆机构 n=4, Pl=5, Ph=0,原动件数=1 F=3n2PlPh=3425=2 F F 原动件数原动件数 机构运动不确定机构运动不确定 n=3, Pl=4，Ph=0,原动件数=2 ， F=3n2PlPh=3324=1 F F 原动件数原动件数 杆杆2 2被拉断被拉断 F=0 F=0 机构不动机构不动 n=4, Pl=6,Ph=0 F=3n2PlPh=3426=0 2 2 机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件 F=0，构件之间无相对运动，构件之间无相对运动 原动件数小于原动件数小于F

15、,各构件无确定的相对运动各构件无确定的相对运动 原动件数大于原动件数大于F,在机构的薄弱处遭到破坏在机构的薄弱处遭到破坏 结论：结论：机构具有确定运动的条件：机构具有确定运动的条件： 1 机构自由度机构自由度 0 2 原动件数原动件数 机构自由度数机构自由度数 机械设计基础 平面连杆机构 n=3 ,pl=4 ; ph =0 F=33240=1 自由度 F0 原动件数目机构自由度数目 例例: 有确定运动 n= 6 , Pl= 8 , Ph =1 (3与5同一构件) F=3n2PlPh=36281 =1 原动件 机构有确定运动 例例: : 机构具有确定运动的条件 (F=0(F=0不动；多于不确定不

16、动；多于不确定 ; ;少于破坏）少于破坏） 3 vm个构件个构件(m2)在同一处构成转动副在同一处构成转动副 vm-1-1个低副个低副 (1) 复合铰链复合铰链 4 1 2 3 5 6 F F 3n3n2p2pl lp ph h 3 3 2 2 5 60 3 F F 3n3n 2p2pl lp ph h 3 3 2 2 570 1 4 1 2 3 5 6 错错对对 计算在内计算在内 5 2 3 2 3 5 1 m个构件个构件, m-1个铰链个铰链 3 几种特殊结构的处理几种特殊结构的处理 机械设计基础 平面连杆机构 复合铰链复合铰链 解解: : B、C、D、E处为复合铰链，转处为复合铰链，转

17、动副数均为动副数均为2。 n 7，pL 10，pH 0 F 3n 2pL pH 3 7 2 10 1 1 2 3 4 5 6 7 8 AB C D E F F3n2plph 3 2 3 3 1 2 F3n 2plph 3 2 221 1 错错对对 排除排除(2) 局部自由度局部自由度 v定义：定义：机构中某些构件所具有的独立的局部运动机构中某些构件所具有的独立的局部运动, , 不影响机不影响机 构输出运动的自由度构输出运动的自由度 v局部自由度经常发生的场合：局部自由度经常发生的场合：滑动摩擦变为滚动摩擦时添加滑动摩擦变为滚动摩擦时添加 的滚子、轴承中的滚珠的滚子、轴承中的滚珠 v解决的方法：

18、解决的方法：计算机构自由度时，设想将滚子与安装滚子的计算机构自由度时，设想将滚子与安装滚子的 构件固结在一起，视作一个构件构件固结在一起，视作一个构件 动画动画 机械设计基础 平面连杆机构 v不影响机构运动传递的不影响机构运动传递的重复约束重复约束 v在特定几何条件或结构条件下，某些运动副所引入的约束在特定几何条件或结构条件下，某些运动副所引入的约束 可能与其它运动副所起的限制作用一致，这种不起独立限可能与其它运动副所起的限制作用一致，这种不起独立限 制作用的运动副叫制作用的运动副叫虚约束虚约束 v虚约束虚约束经常发生的场合经常发生的场合 v处理方法：处理方法：计算自由度时，将虚约束（或虚约束

19、构件及其计算自由度时，将虚约束（或虚约束构件及其 所带入的运动副）去掉所带入的运动副）去掉 v结论结论 F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 1 2 3 F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 23 1 - -1 错错 22 1 1 对对 排除排除 之一为之一为 虚约束虚约束 (3) 虚约束虚约束 机械设计基础 平面连杆机构 虚约束经常发生的场合虚约束经常发生的场合 A 两构件之间构成多个运动副时两构件之间构成多个运动副时 B 两构件某两点之间的距离在运动过程中始终保持不变时两构件某两点之间的距离在运动过程中始终保持不变时 C 联接构件与被联接构件上联接点

20、的轨迹重合时联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合时 D 机构中对运动不起作用的对称部分机构中对运动不起作用的对称部分 机械设计基础 平面连杆机构 A 两构件之间构成多个运动副时两构件之间构成多个运动副时 v两构件组合成多个两构件组合成多个转动副转动副，且其，且其轴线重合轴线重合 v两构件组合成多个两构件组合成多个移动副移动副，其，其导路平行或重合导路平行或重合 v两构件组合成若干个两构件组合成若干个高副高副，但接触点之间处的，但接触点之间处的公法线重合公法线重合 1 2 3 1 2 3 v目的：目的：为了改善构件的受力情况为了改善构件的受力情况 F F3n3n2P2PL LP PH H 3

21、3 2 2 22 1 1 动画动画 机械设计基础 平面连杆机构 B 两构件某两点之间的距离在运动中保持不变时两构件某两点之间的距离在运动中保持不变时 v在这两个例子中，加与不加红色构件在这两个例子中，加与不加红色构件ABAB效果完全一样，效果完全一样， 为虚约束为虚约束 v计算时应将构件计算时应将构件ABAB及其引入的约束去掉来计算及其引入的约束去掉来计算 4 1 2 3 5 1 2 3 4 F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 34 0 F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 46 0 0 B A 错错对对 1 F F3n3n2P2PL LP PH H

22、3 3 2 2 34 0 1 机械设计基础 平面连杆机构 C 两构件上联接点的轨迹重合两构件上联接点的轨迹重合 v在该机构中，构件在该机构中，构件2 2上的上的C C点点C C2 2与构与构 件件3 3上的上的C C点点C C3 3轨迹重合，为虚约束轨迹重合，为虚约束 v计算时应将构件计算时应将构件3 3及其引入的约束去及其引入的约束去 掉来计算掉来计算 v同理，也可将构件同理，也可将构件4 4当作虚约束，将当作虚约束，将 构件构件4 4及其引入的约束去掉来计算，及其引入的约束去掉来计算， 效果完全一样效果完全一样 B A C(C2,C3) D 1 2 3 4 F F3n3n2P2PL LP

23、PH H 3 3 2 2 34 0 1 动画动画 机械设计基础 平面连杆机构 D 机构中对运动不起作用的对称部分机构中对运动不起作用的对称部分 v在该机构中，齿轮在该机构中，齿轮3 3是齿轮是齿轮2 2的对称部分，为虚约束的对称部分，为虚约束 v计算时应将齿轮计算时应将齿轮3 3及其引入的约束去掉来计算及其引入的约束去掉来计算 v同理，将齿轮同理，将齿轮2 2当作虚约束去掉，完全一样当作虚约束去掉，完全一样 v目的：目的：为了改善构件的受力情况为了改善构件的受力情况 F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 33 2 1 1 23 4 5 动画动画 机械设计基础 平面连杆机构

24、虚约束虚约束结论结论 v机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出 现的，如果这些几何条件不满足，则虚约束现的，如果这些几何条件不满足，则虚约束 将变成有效约束，而使机构不能运动将变成有效约束，而使机构不能运动 v采用虚约束是为了采用虚约束是为了: :改善构件的受力情况；传递较大功率；改善构件的受力情况；传递较大功率； 或满足某种特殊需要或满足某种特殊需要 v在设计机械时，若为了某种需要而必须使用虚约束时，则在设计机械时，若为了某种需要而必须使用虚约束时，则 必须严格保证设计、加工、装配的精度，以满足虚约束所必须严格保证设计、加工、装配的精度，以满足虚约束所

25、需要的几何条件需要的几何条件 1 2 3 机械设计基础 平面连杆机构 4 自由度计算小结自由度计算小结 F3n2plph 机构自由度机构自由度3活动构件数活动构件数(2低副数低副数+1高副数高副数) 1、复合铰链、复合铰链计算在内计算在内 2、局部自由度、局部自由度排除排除 3、虚约束、虚约束-重复约束重复约束排除排除 机械设计基础 平面连杆机构 一、铰链四杆机构 1 基本型式 2 铰链四杆机构划分 3 平面四杆机构的工作特性 4 机构演化方式 二、偏心轮机构 三、曲柄滑块机构 四、导杆机构 机械设计基础 平面连杆机构 一、铰链四杆机构一、铰链四杆机构 1 1 基本型式基本型式 v平面连杆机构

26、的基本型式是平面连杆机构的基本型式是铰链四杆机构铰链四杆机构 v其余四杆机构均是由铰链四杆机构演化而成的其余四杆机构均是由铰链四杆机构演化而成的 二杆二杆 三杆三杆, 不可能不可能. 铰链四杆机构铰链四杆机构 机械设计基础 平面连杆机构 基本型式（续）基本型式（续） v结构特点：结构特点：四个运动副均为转动副四个运动副均为转动副 v组成：组成： v机架、连杆、连架杆机架、连杆、连架杆 机架：机架：固定不动的构件固定不动的构件AD 连架杆：连架杆：直接与机架相连的构直接与机架相连的构 件件AB、CD 连杆：连杆：不与机架相连的构件不与机架相连的构件BC 曲柄：曲柄：能作整周转动的连架杆能作整周转

27、动的连架杆 摇杆：摇杆：不能作整周转动的连架杆不能作整周转动的连架杆 1 B 2 C 3 1 B 2 C 3 4A D 连杆连杆 连架杆连架杆 连架杆连架杆 机架机架 1 2 3 4 A B C D 曲柄曲柄摇杆摇杆( (摆杆摆杆) ) ( (周转副周转副) )( (摆转副摆转副) ) 机械设计基础 平面连杆机构 2 铰链四杆机构划分铰链四杆机构划分 按连架杆不同运动形式分：按连架杆不同运动形式分： (1) 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 (2) 双曲柄机构双曲柄机构 (3) 双摇杆机构双摇杆机构 连杆连杆 连架杆连架杆 连架杆连架杆 1 2 3 4 A B C D 4A D 2 3 作机架 曲柄摇

28、杆机构 1 4A D 2 3 作机架 双摇杆机构 4A D 1 2 3 1作机架 双曲柄机构曲柄摇杆机构 4A D 1 2 3 机械设计基础 平面连杆机构 (1) 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 v结构特点：结构特点：连架杆连架杆1为曲柄，为曲柄，3为摇杆为摇杆 v运动变换：运动变换：转动转动摇动摇动 v举例举例：搅拌器机构、搅拌器机构、雷达天线机构雷达天线机构 1 2 3 4 特性：特性： v急回特征急回特征 v死点死点 机械设计基础 平面连杆机构 (2) 双曲柄机构双曲柄机构 v结构特点：结构特点：二连架杆均为曲柄二连架杆均为曲柄 v运动变换：运动变换：转动转动转动，通常二转速不相等转动，通常二

29、转速不相等 v举例：举例：振动筛机构振动筛机构 机械设计基础 平面连杆机构 特殊双曲柄机构特殊双曲柄机构 v平行四边形机构平行四边形机构 结构特点：结构特点：二曲柄等速二曲柄等速 v运动不确定问题运动不确定问题 v车门开闭机构车门开闭机构 v反平行四边形机构反平行四边形机构 结构特点：结构特点：二曲柄转向相反二曲柄转向相反 机械设计基础 平面连杆机构 (3) 双摇杆机构双摇杆机构 v结构特点：结构特点：二连架杆均为摇杆二连架杆均为摇杆 v运动变换：运动变换：摆动摆动摆动摆动 v举例举例: : 鹤式起重机鹤式起重机 机械设计基础 平面连杆机构 特殊机构特殊机构 v等腰梯形机构等腰梯形机构 v实例

30、实例: : 汽车前轮转向机构汽车前轮转向机构 机械设计基础 平面连杆机构 3 平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性 (1)曲柄存在条件 (2)急回特征 (3)死点 连杆连杆 连架杆连架杆 连架杆连架杆 1 2 3 4 A B C D 机械设计基础 平面连杆机构 (1) 曲柄存在条件曲柄存在条件 v曲柄存在条件：曲柄存在条件： 1. 最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余 两杆长度之和两杆长度之和 2. 最短杆是连架杆或机架最短杆是连架杆或机架 v最短杆最短杆参与构成的转动副都是参与构成的转动副都是周转副周转副 v其余均为摆转副其余均为摆转副 v推论推论

31、1： v当当Lmax+Lmin L(其余两杆长度之和其余两杆长度之和)时时 最短杆是连架杆之一最短杆是连架杆之一 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 最短杆是机架最短杆是机架 双曲柄机构双曲柄机构 最短杆是连杆最短杆是连杆 双摇杆机构双摇杆机构 v推论推论2： v当当Lmax+Lmin L(其余两杆长度之和其余两杆长度之和)时时 v 双摇杆机构双摇杆机构 A B C D a b c d 了解了解 机械设计基础 平面连杆机构 v当回程所用时间小于工作行程所用时间时，称该机构具有当回程所用时间小于工作行程所用时间时，称该机构具有急回特征急回特征 v极位夹角：极位夹角： v急回特性分析：急回特性分析： v 1

32、 = C v 1 = 1 t1 =1800 + v 2 = 1 t2 =1800 - vt1 t2 , v2 v1 v行程速比系数行程速比系数K K (2) 急回特征急回特征 vK=1, 无急回特性无急回特性 v K急回特征越显著急回特征越显著 1 j B2 C2 1 2 v2 v1 0 0 2 1 2 1 121 221 1 2 180 180 t t tCC tCC v v K / / 1 1 180 K K 慢 快 v急回特性的应用例：急回特性的应用例：牛头刨牛头刨工作要求工作要求 B1 C1 4 A B C D 23 1 机械设计基础 平面连杆机构 v死点死点: :传动角为零传动角为零

33、g g=0(=0(连杆与从动件共线连杆与从动件共线),),机构顶死机构顶死 (3) 死点死点 vM=F*L B1 C1 B2 C2 4 A B C D 23 1 F v g=00 F v g=00 g=00 C2 B2 g=00 B A C B1 C 机械设计基础 平面连杆机构 v利用构件惯性力利用构件惯性力 v实例实例: :家用缝纫机家用缝纫机 v采用多套机构错位排列采用多套机构错位排列 v实例实例: :蒸汽机车车轮联动机构蒸汽机车车轮联动机构 v蒸汽机车两侧利用错位排列的两套曲柄滑块机构使车轮联蒸汽机车两侧利用错位排列的两套曲柄滑块机构使车轮联 动机构通过死点动机构通过死点 克服死点的措施

34、克服死点的措施 G G E F E F 机械设计基础 平面连杆机构 v实例实例: :夹具夹具 v飞机起落架机构飞机起落架机构 死点的利用死点的利用 v折叠家具机构折叠家具机构 g=00 机械设计基础 平面连杆机构 4 机构演化方式机构演化方式 1 转动副转化为移动副 2 变换构件形态 3 变更机架 4 扩大转动副尺寸 连杆连杆 连架杆连架杆 连架杆连架杆 1 2 3 4 A B C D 机械设计基础 平面连杆机构 二、偏心轮机构二、偏心轮机构 v曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 (扩大回转副扩大回转副) v偏心轮机构偏心轮机构 机械设计基础 平面连杆机构 偏心轮机构（续）偏心轮机构（续） v对心式曲柄

35、滑块机构对心式曲柄滑块机构 v偏心轮机构偏心轮机构 1 B 2 4 AC 3 h=2lAB 4 C 2 3 1 B A B副扩大 机械设计基础 平面连杆机构 三、曲柄滑块机构三、曲柄滑块机构 铰链四杆机构铰链四杆机构 1 B 2 C 3 4A D 曲线导轨曲柄滑块机构曲线导轨曲柄滑块机构 lCD e 0 1 B 2 4 A C 3 偏置式曲柄滑块机构偏置式曲柄滑块机构 对心式曲柄滑块机构对心式曲柄滑块机构 1 B 2 4 A C 3 e 3 D 1 B 2 C 4 A 对对CD杆等效转化杆等效转化 转动副变成移动副转动副变成移动副 机械设计基础 平面连杆机构 四、导杆机构四、导杆机构 v选不同

36、构件作机架选不同构件作机架机构倒置机构倒置 v曲柄滑块机构曲柄滑块机构 v导杆机构导杆机构 变更机架变更机架 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 导杆机构导杆机构, ,动画动画 v曲柄摇块机构曲柄摇块机构 v移动导杆机构移动导杆机构 曲柄摇块机构曲柄摇块机构 移动导杆机构移动导杆机构 机械设计基础 平面连杆机构 应用实例一应用实例一 A 4 1 A 4 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 1 B 2 C 3 1 B 2 C 3 1 B 2 C 3 1 B 2 C 3 1 B 2 C 31 B 2 C 3 1 B 2 C 3 1 B 2 C 3 1 B 2 C 3 1 B 2 C 3 1 B 2C 3 1 B 2

37、C 3 1 B 2 C 3 1 B 2 C 3 2作机架作机架 A 4 1A 4 1 A 4 1 A 4 1 A 4 1 A 4 1 A 4 1 A 4 1 A 4 1 A 4 1 A 4 1 A 4 1 3 B 2 C 曲柄摇块机构曲柄摇块机构 液压作动筒液压作动筒 车箱举升机构车箱举升机构 机械设计基础 平面连杆机构 2 B 1 2 B 1 2 B 1 应用实例二应用实例二 1 B A 2 1 B A 2 A 4 1 B 2 C 3 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 C A 4 3 移动导杆机构移动导杆机构 C 4 1 B A 2 1 B A 2 1 B A 2 3 手动唧筒机构手动唧筒机构 3作

38、机架 1 B 2 机械设计基础 平面连杆机构 应用实例三应用实例三 C 2 3 4 A 4 1 B 2 C 3 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 作机架 A4 1 B 2 C 3 导杆机构导杆机构 C 2 3 4C 2 3 4 C 2 3 4 C 2 3 4 C 2 3 4 C 2 3 4 C 2 3 4C 2 3 4 C 2 3 4 C 2 3 4 C 2 3 4 C 2 3 4 回转导杆机构回转导杆机构 lBC lAB， 导杆导杆AC整周转动整周转动 C 2 3 4 C 2 3 4 C 2 3 4 C 2 3 4 A B 1 2 3 C 4 2 3 C 4 2 3 C 4 2 3 C 4 2 3

39、C 4 2 3 C 4 2 3 C 4 2 3 C 4 2 3 C 4 2 3 C 4 2 3 C 4 2 3 C 4 lBC lAB， 导杆导杆AC摆动摆动摆动导杆机构摆动导杆机构 3 2 C 4 A B 1 机械设计基础 平面连杆机构 其它其它 v双移动副机构双移动副机构 正弦机构正弦机构 双转块机构双转块机构 (十字滑块机构十字滑块机构) 动画动画 正弦机构正弦机构 双滑块机构双滑块机构 正切机构正切机构 了解了解 机械设计基础 平面连杆机构 一、平面四杆机构的特点 二、平面连杆机构的应用 三、平面四杆机构的设计 了解了解 机械设计基础 平面连杆机构 一、平面四杆机构的特点一、平面四杆机

40、构的特点 v全低副（面接触），承受冲击力，易润滑，不易磨损全低副（面接触），承受冲击力，易润滑，不易磨损 v运动副结构简单，易加工运动副结构简单，易加工 v运动规律多样化、点的运动轨迹多样化运动规律多样化、点的运动轨迹多样化 v运动副累积误差大，效率低运动副累积误差大，效率低 v惯性力难以平衡，不宜用于高速惯性力难以平衡，不宜用于高速 v不能精确实现复杂的运动规律，设计计算较复杂不能精确实现复杂的运动规律，设计计算较复杂 1 2 3 A B C 4 机架 连杆 连架杆 A 1 B 2 C 3 D 4 4 A 1 2 B 3 C 5 6 D E 机械设计基础 平面连杆机构 1 实现有轨迹、位置或

41、运动规律要求的运动 2 实现从动件运动形式及运动特性的改变 3 实现较运距离的传动或操纵 4 调节、扩大从动件行程 5 获得较大的机械增益：输出力(矩)与输入力(矩)之比 二、平面连杆机构的应用二、平面连杆机构的应用 机械设计基础 平面连杆机构 1 实现有轨迹、位置或运动规律要求的运动实现有轨迹、位置或运动规律要求的运动 v圆轨迹复制机构圆轨迹复制机构vAMF保龄球置瓶机扫瓶机构保龄球置瓶机扫瓶机构 C D A B M 机械设计基础 平面连杆机构 2 实现从动件运动形式及运动特性的改变实现从动件运动形式及运动特性的改变 v步进式工件传送机构步进式工件传送机构 v运动形式改变实例运动形式改变实例

42、 机械设计基础 平面连杆机构 3 实现较运距离的传动或操纵实现较运距离的传动或操纵 v应用实例：应用实例：自行车手闸自行车手闸 机械设计基础 平面连杆机构 4 调节、扩大从动件行程调节、扩大从动件行程 v可变行程滑块机构可变行程滑块机构 特点：特点：调节调节 可改变滑块可改变滑块D的行程的行程 v汽车用空气泵机构汽车用空气泵机构 特点：特点：曲辆曲辆CD短，滑块短，滑块 行程大行程大 A B C D A B C D E F 机械设计基础 平面连杆机构 5 获得较大的机械增益获得较大的机械增益:输出力输出力(矩矩)与输入力与输入力(矩矩)之比之比 v肘节机构肘节机构 特点：特点：机械增益大机械增

43、益大 v剪切机构剪切机构 特点：特点：机械增益大机械增益大 E A B C D 机械设计基础 平面连杆机构 其它其它 机械设计基础 平面连杆机构 1 实现刚体给定位置的设计实现刚体给定位置的设计 机构能引导刚体（如连杆）通过一系列给定位置机构能引导刚体（如连杆）通过一系列给定位置 2 实现已知运动规律的设计实现已知运动规律的设计 1）给定连架杆对应位置）给定连架杆对应位置 2）给定行程速比变化系数）给定行程速比变化系数 3 实现预定轨迹的设计实现预定轨迹的设计 连杆上某点通过某一预定给定轨迹的功能连杆上某点通过某一预定给定轨迹的功能 v图解法图解法、解析法、解析法、实验法实验法 三、平面四杆机

44、构的设计三、平面四杆机构的设计 机械设计基础 平面连杆机构 1 1 刚体导引机构的设计刚体导引机构的设计 (1)应用概述 (2)刚体导引机构设计分析 (3)刚体导引机构的设计 机械设计基础 平面连杆机构 (1) 应用概述应用概述 实现刚体给定位置的设计实现刚体给定位置的设计如实现预定的连杆位置要求如实现预定的连杆位置要求 机构能引导刚体（一般为连杆）通过一系列给定位置机构能引导刚体（一般为连杆）通过一系列给定位置 例：例：飞机起落架机构飞机起落架机构: : v要求实现机轮放下和收要求实现机轮放下和收 起两个位置起两个位置 铸造翻砂机构铸造翻砂机构: : v要求实现两个翻转位置要求实现两个翻转位

45、置 机械设计基础 平面连杆机构 v条件：条件：给定连杆对应位置给定连杆对应位置 v铰链四杆机构的设计铰链四杆机构的设计, ,在于确定四个铰点的位置在于确定四个铰点的位置, ,且关键在且关键在 确定连杆两铰点的位置确定连杆两铰点的位置 v连杆上的铰点一定落在以固定铰为中心的圆上连杆上的铰点一定落在以固定铰为中心的圆上 v即即: :刚体导引机构转变成已知圆弧上的点求圆心刚体导引机构转变成已知圆弧上的点求圆心 (2) 刚体导引机构设计分析刚体导引机构设计分析 A B C D 机械设计基础 平面连杆机构 v选定连杆上两活动选定连杆上两活动 铰链，即确定连杆铰链，即确定连杆 长长lBC，定比例尺，定比例

46、尺 l 作图作图 v活动铰链相对于固活动铰链相对于固 定铰链的运动轨迹定铰链的运动轨迹 为圆为圆 v用三点定心法确定用三点定心法确定 两固定铰链两固定铰链D,C v计算待求杆长计算待求杆长 lAB=AB l m lCD=CD l m lAD=AD l m (3) 刚体导引机构的设计刚体导引机构的设计 II I III B1B2 B3 C2 C3 C1 D A )( mm m BC lBC l 讨论：讨论： v三点唯一确定一个圆三点唯一确定一个圆,故确定故确定B、C 点后，固定铰链点后，固定铰链A、D也唯一确定也唯一确定 v连杆上连杆上B、C位置应根据实际情况位置应根据实际情况 而定而定 机械设计基础 平面连杆机构 2 函数生成机构的设计函数生成机构的设计 (1)应用概述 (2)函数生成机构设计分析 机械设计基础 平面连