2平面连杆机构讲解PPT教学课件

1、1 平面连杆机构:由若干个刚性构件，用低副（转动副或移动副）相互联接而组成的在同一平面或相互平行的平面内运动的机构，也称为平面低副机构。第第2 2章章 平面连杆机构平面连杆机构 由四个构件通过低副联接而成的平面连杆机构称为平面四杆机构。它的应用非常广泛，而且是组成多杆机构的基础。 构件之间全部是用构件之间全部是用转动副转动副联接的平面四连杆机构联接的平面四连杆机构，称为称为铰链四连杆机构。 它是平面四杆机构中最基本的形式它是平面四杆机构中最基本的形式, 其他形式的四杆其他形式的四杆机构都是在它的基础上演化而成的。机构都是在它的基础上演化而成的。第1页/共25页 铰链四杆机构铰链四杆机构22.1

2、 2.1 平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式1234ABCD连杆连架杆连架杆机架机架机架参考系（固定件）参考系（固定件）连架杆与机架相联连杆不与机架相联基本构件基本构件连接架中能够相对于机架做360整圆周运动的构件； 称为曲柄；连架杆中不能够相对于机架做连架杆中不能够相对于机架做360 整圆运动，而只能整圆运动，而只能在小于在小于360 的范围内做的范围内做往复摆动往复摆动的构件，的构件， 称为称为摇杆。第2页/共25页32.1 2.1 平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式 2.1.1 2.1.1 铰链四杆机构的基本类型和应用铰链四杆机构的基本类型和应用曲柄摇杆机构双曲柄机构

3、双摇杆机构铰链四杆机构一曲一摇一曲一摇二曲二曲二摇二摇第3页/共25页42.1 2.1 平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式1、曲柄摇杆机构、曲柄摇杆机构特征特征：曲柄摇杆：曲柄摇杆作用作用：曲柄(一般)原动件圆周转动（匀速）摇杆(一般)从动件往复摆动（变速）应用应用： 雷达天线、雷达天线、搅拌机、缝纫机、刮雨器、搅拌机、缝纫机、刮雨器、 破碎机破碎机雷达天线俯仰机构雷达天线俯仰机构缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构（ 摇杆主动 ）（ 曲柄主动曲柄主动 ）搅拌机构搅拌机构第4页/共25页52.1 2.1 平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式2、双曲柄机构、双曲柄机构特征特征：两连架杆

4、均为曲柄：两连架杆均为曲柄作用作用：应用应用：惯性筛：惯性筛主动曲柄主动曲柄: 匀速转动匀速转动从动曲柄从动曲柄: 变速（或匀速）转动变速（或匀速）转动 惯性筛惯性筛第5页/共25页62.1 2.1 平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式平行四边形机构特性：两曲柄同速同向转动 连杆作圆周平动AB = CDBC = AD相对两杆平行且相等的双曲柄机构。摄影平台升降机构机车车轮联动机构机车车轮联动机构挖土机挖掘机构挖土机挖掘机构第6页/共25页72.1 2.1 平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式平行四边形机构在共线位置出现平行四边形机构在共线位置出现运动不确定运动不确定；B B2

5、2C C2 2A AB B1 1C C1 1D D1 12 23 3B B3 3C C3 3 C C3 3措施措施：采用两组机构错开排列。：采用两组机构错开排列。机车轮联动机构机车轮联动机构第7页/共25页82.1 2.1 平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式反平行四边形机构相对两杆相等但不平行的双曲柄机构。特性：两曲柄转动方向相反 且角速度不相等门窗启闭机构门窗启闭机构第8页/共25页92.1 2.1 平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式3、双摇杆机构、双摇杆机构特征特征：两连架杆均为摇：两连架杆均为摇杆杆作用作用：应用应用：风扇摇头机构、起重机、风扇摇头机构、起重机、飞机起

6、落架飞机起落架 主动摇杆主动摇杆: 摆动摆动从动摇杆从动摇杆: 摆动摆动 车辆前轮转向机构车辆前轮转向机构ABDC风扇座蜗轮蜗杆电机电机ABDC风扇座蜗轮蜗杆电机ABDC风扇座蜗轮蜗杆第9页/共25页102.1 2.1 平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式 2.1.2 曲柄存在的条件重重 叠叠拉直共线拉直共线B1C1B2C2ADDAa ab bc cd d在在B1C1D中中:a+db+c 在在B2C2D中中:b (d-a)+c 即即 a+bd+c c(d-a)+b即即 a+cd+b a d ， a b ， a c 将上式两两相加，可得：即即AB杆为最短杆杆为最短杆。： 在11DCB32

7、41llll：在 2DAC4321llll DCCBADAB111121ll 31ll 41ll 第10页/共25页112.1 2.1 平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式 由上述关系可推出在铰链四杆机构中，存在曲柄的条件：（1）最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆长度之和；（2）最短杆或其相邻杆为机架。 （1）在最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆长度之和条件下： a a、取最短杆为机架时，两连架杆同时成为曲柄，则得双曲柄 机构。 （2）在最短杆与最长杆之和大于其余两杆长度之和条件下，该机构只能是双摇杆机构。根据曲柄存在的条件，推论：c c、取与最短杆相对的杆件为机架，两连架杆都不能

8、整周回转， 则得双摇杆机构。b b、取最短杆相邻的杆件为机架，两连架杆中一个为曲柄，另 一个为摇杆，则得曲柄摇杆机构。第11页/共25页122.1 2.1 平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式e.g.1 如图，当分别取1、2、3、4为机架各获得何种机构？ 第12页/共25页132.2 2.2 平面四杆机构的平面四杆机构的特性特性 2.2.1 2.2.1 急回运动特性急回运动特性BACDC1B1C2B212u摇杆摆角摇杆摆角：摇杆摇杆CD两极限位置间的夹角。两极限位置间的夹角。 极位夹角极位夹角 ：此时曲柄此时曲柄AB对应位置所夹的对应位置所夹的锐角锐角。 1= 180+； 2= 180

9、-曲 柄摇 杆工作行程B1B2 (1，t1) C1C2 (，t1)空回行程B2B1 (2，t2) C2C1 (，t2) 即 1 2 , t t1 1tt2 2 v v2 2 =C=C1 1C C2 2/t/t2 2 v v1 1 =C=C1 1C C2 2/t/t1 1铰链铰链C的的平均速度平均速度：v v1 1vK1；设计新机械时，往往先给定K值，于是: 11180KK第13页/共25页142.2 2.2 平面四杆机构的平面四杆机构的特性特性 2.2.2 2.2.2 压力角与传动角压力角与传动角FnFvcACDl2l4l1Bl311234CBC”B”Ft压力角：从动件受力点从动件受力点受受力

10、方向力方向与与速度方向速度方向之间所夹之间所夹之之锐角锐角。作用在从动件受力点的力为作用在从动件受力点的力为F, ,cosFFtsinFFn有效分力有效分力无效分力无效分力 分解分解: :传动角：压力角压力角 的余角。的余角。即： 900 - 。传力要求传力要求 min 400500。常用常用 来检验来检验传力性能。传力性能。 愈大，机构传力性能愈好。愈大，机构传力性能愈好。 第14页/共25页152.2 2.2 平面四杆机构的平面四杆机构的特性特性 2.2.3 2.2.3 死点位置死点位置（主动件条件）蒸汽机车车轮联动机构蒸汽机车车轮联动机构 当当摇杆为主动件摇杆为主动件，连杆和曲柄共线连杆

11、和曲柄共线时（时（传动角传动角 =0=00 0 ），过），过铰链中心铰链中心A A的力，对的力，对A A点不产生力矩，点不产生力矩，不能使曲柄转动不能使曲柄转动，机构的这机构的这种位置称为种位置称为死点位置。B1C1=00=00u 克服止点位置的克服止点位置的措施措施 利用惯性力（如缝纫机踏板）利用惯性力（如缝纫机踏板） 相同机构错位排列相同机构错位排列4ABCD231B2C2AD当摇杆为主动件，机构的这种位置称为死点位置 。第15页/共25页162.2 2.2 平面四杆机构的平面四杆机构的特性特性 死点位置的利用死点位置的利用 夹紧装置夹紧装置飞机起落架飞机起落架分合闸机构分合闸机构第16页

12、/共25页172.3 2.3 其他形式的四杆机构其他形式的四杆机构 2.3.1 2.3.1 含有一个移动副的四杆机构含有一个移动副的四杆机构1、曲柄滑块机构、曲柄滑块机构（改变构件的形状和运动副改变构件的形状和运动副）第17页/共25页182.3 2.3 其他形式的四杆机构其他形式的四杆机构2、导杆机构、导杆机构导杆机构导杆机构314A2BC 曲柄滑块机构曲柄滑块机构314A2BC转动转动导杆机构导杆机构摆动摆动导杆机构导杆机构（选用不同的构件为机架选用不同的构件为机架）第18页/共25页 导杆机构导杆机构 摇块机构摇块机构 定块机构定块机构 192.3 2.3 其他形式的四杆机构其他形式的四

13、杆机构3、摇块机构和定块机构、摇块机构和定块机构（选用不同的构件为机架选用不同的构件为机架）自卸货车自卸货车（摇块机构）（摇块机构）手压抽水机手压抽水机 （定快机构）（定快机构）第19页/共25页202.3 2.3 其他形式的四杆机构其他形式的四杆机构 2.3.2 2.3.2 含有含有两两个移动副的四杆机构个移动副的四杆机构1、双滑块机构、双滑块机构（改变构件的形状和运动副改变构件的形状和运动副）椭圆仪机构椭圆仪机构对心曲柄滑块对心曲柄滑块 双滑块双滑块第20页/共25页212.3 2.3 其他形式的四杆机构其他形式的四杆机构平平面面四四杆杆机机构构铰链四杆机构铰链四杆机构 ( (全转动副全转

14、动副) )含有含有一个移动副一个移动副的平面四杆机构的平面四杆机构 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 双曲柄机构双曲柄机构 双摇杆机构双摇杆机构 双滑块机构双滑块机构 含有含有二个移动副二个移动副的平面四杆机构的平面四杆机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构 曲柄导杆机构曲柄导杆机构 曲柄摇块机构曲柄摇块机构 移动导杆机构移动导杆机构 第21页/共25页222.4 2.4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计平面四杆机构平面四杆机构设计的任务设计的任务： 根据机构的工作要求和设计条件，选定机构的形式，根据机构的工作要求和设计条件，选定机构的形式，确定出机构各构件的尺寸参数，并绘出机构运动简图。确定出机构各构件的

15、尺寸参数，并绘出机构运动简图。 平面四杆机构设计的类型： （1）按照给定的点的运动轨迹设计四杆机构，称为轨迹设计； （2）按照给定的运动规律（位置、速度、加速度）设计四杆机构，称为位置设计。平面四杆机构设计的方法：平面四杆机构设计的方法： 图解法图解法、几何作图法、实验法、几何作图法、实验法第22页/共25页232.4 2.4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计解：解： 分别作分别作 和和 的垂的垂直平分线，其交点为铰链直平分线，其交点为铰链中心中心A的位置的位置 ； 分别作分别作 和和 的垂的垂直平分线，其交点为铰链直平分线，其交点为铰链中心中心D的位置的位置 。 设计有唯一解。设计有唯一

16、解。21BB32BB21CC32CC1、按照给定连杆位置设计四杆机构 已知连杆长度和给定的三个位置，试设计一铰链四杆机构。已知连杆长度和给定的三个位置，试设计一铰链四杆机构。C1B1B2C2B3C3b12c12b23c23B1AD第23页/共25页242.4 2.4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计2、按照给定的运动规律设计四杆机构已知摇杆长已知摇杆长 、摆角、摆角 和行程速比系数和行程速比系数K K，设计曲柄摇杆机构。，设计曲柄摇杆机构。 4l90MNPB2B1C2EADC1思路思路：搞清搞清A A、C C1 1、 C C2 2三点所在圆和三点所在圆和 角的角的 关系。关系。设计步骤：设计步骤：1）求出）求出111800KK2）任取固定铰链）任取固定铰链D的位置，确定比例尺的位置，确定比例尺 ，作出摇杆极限两位置，作出摇杆极限两位置 。 )(mmmCDlCDl3）几何作图（略）。）几