机械原理英文叶仲与蓝兆辉Lecture平面连杆机构PPT课件

1、4.1 Characteristics of Planar Linkage Mechanisms连杆机构的特点：连杆机构的特点：1. 连杆机构中的运动副一般均为连杆机构中的运动副一般均为低副低副（转动副、移动副）；（转动副、移动副）；2. 运动副元素为面接触，压力较小，承载能力较大，润滑好，运动副元素为面接触，压力较小，承载能力较大，润滑好，磨损小，加工制造容易；磨损小，加工制造容易；3. 在原动件的运动规律不变的条件下，可采用改变各构件的相在原动件的运动规律不变的条件下，可采用改变各构件的相对长度来使从动件的运动规律改变；对长度来使从动件的运动规律改变；4. 由于连杆机构的运动必须经过中间构

2、件进行传递，易产生较由于连杆机构的运动必须经过中间构件进行传递，易产生较大的大的误差累计误差累计，同时也使，同时也使机械效率降低机械效率降低；5. 连杆机构中，连杆和滑块所产生的惯性力难以用一般平衡方连杆机构中，连杆和滑块所产生的惯性力难以用一般平衡方法加以消除，因而连杆机构法加以消除，因而连杆机构不宜用于高速运动不宜用于高速运动。第第1页页/共共50页页 平面四杆机构平面四杆机构 planar four-bar mechanism 是最简单的连杆机构是最简单的连杆机构NoImageABCE124ABD1234C3ABCE124ABD1234C3平面四杆机构具有平面四杆机构具有4个构件，个构件

3、，4个低副，个低副，1个自由度个自由度 4.1 Characteristics of Planar Linkage Mechanisms平面四杆机构应用广泛，而且常是多杆机构的基础平面四杆机构应用广泛，而且常是多杆机构的基础第第2页页/共共50页页4.2 The Types of Four-bar MechanismsABCD1234214A3CEBABCD1234214A3CEB基本型式基本型式 of Four-bar Mechanism 若四杆机构中的所有低副均为转动副，如左下图所示，则若四杆机构中的所有低副均为转动副，如左下图所示，则将该机构称为将该机构称为铰链四杆机构铰链四杆机构 re

4、volute four-bar mechanism。 铰链四杆机构是平面四杆机构的基本型式，其他型式的四铰链四杆机构是平面四杆机构的基本型式，其他型式的四杆机构可认为是它的杆机构可认为是它的演化型式演化型式，如右下图所示。，如右下图所示。第第3页页/共共50页页铰链四杆机构中，与机架直接相连的杆称为铰链四杆机构中，与机架直接相连的杆称为连架杆连架杆side links. ABCD23CouplerFrame 41SidelinklinkSide4.2 The Types of Four-bar Mechanisms 通常，其中一个连架杆为通常，其中一个连架杆为输入构件输入构件input lin

5、k ，另一个，另一个连架杆为连架杆为输出构件输出构件output link，连接输入与输出构件的中间，连接输入与输出构件的中间构件称为构件称为连杆连杆coupler。第第4页页/共共50页页若连架杆能绕着机架作整周的回转运动，则称之为若连架杆能绕着机架作整周的回转运动，则称之为曲柄曲柄crank； 若只能在一定范围内摆动者称为若只能在一定范围内摆动者称为摇杆摇杆rocker。 ABCD123CouplerFrame 4CrankRocker4.2 The Types of Four-bar Mechanisms第第5页页/共共50页页 根据连架杆的型式不同（曲柄、摇杆），可以将铰链四杆根据连架

6、杆的型式不同（曲柄、摇杆），可以将铰链四杆机构分为以下几类：机构分为以下几类：4.2 The Types of Four-bar Mechanisms(a) 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 Crank-rocker mechanism (b) 双曲柄机构双曲柄机构 double-crank mechanism(c) 双摇杆机构双摇杆机构 double-rocker mechanismABCD123CouplerFrame 4CrankRocker21AB4D3C曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构21A4BD3C双曲柄机构双曲柄机构双摇杆机构双摇杆机构第第6页页/共共50页页(a) 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 C

7、rank-rocker mechanism 其中一个连架杆为曲柄，另一个连架杆为摇杆其中一个连架杆为曲柄，另一个连架杆为摇杆ABCD123CouplerFrame 4CrankRocker4.2 The Types of Four-bar Mechanisms第第7页页/共共50页页曲柄摇杆机构的应用曲柄摇杆机构的应用拉胶片机构拉胶片机构4.2 The Types of Four-bar Mechanisms第第8页页/共共50页页4.2 The Types of Four-bar Mechanisms曲柄摇杆机构的应用曲柄摇杆机构的应用输送机输送机第第9页页/共共50页页4.2 The Ty

8、pes of Four-bar Mechanisms曲柄摇杆机构的应用曲柄摇杆机构的应用搅拌机搅拌机第第10页页/共共50页页4.2 The Types of Four-bar Mechanisms曲柄摇杆机构的应用曲柄摇杆机构的应用雷达天线雷达天线第第11页页/共共50页页 曲柄摇杆机构的输入构件可以是曲柄，也可以是摇杆曲柄摇杆机构的输入构件可以是曲柄，也可以是摇杆。在在脚踩缝纫机脚踩缝纫机foot-operated sewing machine中，摇杆是输入中，摇杆是输入构件（原动件）构件（原动件）。4.2 The Types of Four-bar Mechanisms第第12页页/共共

9、50页页(b) 双曲柄机构双曲柄机构 Double-crank mechanism 两个连架杆都是曲柄，可做完整的周转运动。两个连架杆都是曲柄，可做完整的周转运动。21AB4D3C4.2 The Types of Four-bar Mechanisms第第13页页/共共50页页 双曲柄机构的应用双曲柄机构的应用 惯性筛机构惯性筛机构4.2 The Types of Four-bar Mechanisms第第14页页/共共50页页 反向平行双曲柄机构常用于公共汽车的开门机构反向平行双曲柄机构常用于公共汽车的开门机构 。CAFBB1E1EDC1F14.2 The Types of Four-bar

10、 Mechanisms第第15页页/共共50页页(c) 双摇杆机构双摇杆机构 Double-rocker mechanism 两个连架杆均为摇杆，不能作整周的旋转运动。两个连架杆均为摇杆，不能作整周的旋转运动。21A4BD3C4.2 The Types of Four-bar Mechanisms第第16页页/共共50页页鹤式起重机鹤式起重机crane是双摇杆机构的典型。是双摇杆机构的典型。DQAECBQBCE4.2 The Types of Four-bar Mechanisms第第17页页/共共50页页 如果两摇杆长度相等，则称为等如果两摇杆长度相等，则称为等腰梯形机构。腰梯形机构。汽车前

11、轮转向机构汽车前轮转向机构中的中的四杆机构四杆机构ABCD即为等腰梯形机构。即为等腰梯形机构。ABD124C34.2 The Types of Four-bar Mechanisms第第18页页/共共50页页ABD124C3 汽车转弯时，两个与车轮固联在汽车转弯时，两个与车轮固联在一起的摇杆一起的摇杆ABAB和和CDCD的摆角不等。通过的摆角不等。通过设计，可使两前轮轴线的交点应始终设计，可使两前轮轴线的交点应始终落在后轴线上，该点即为汽车转弯时落在后轴线上，该点即为汽车转弯时的瞬时转动中心的瞬时转动中心P P，从而避免轮胎滑动，从而避免轮胎滑动引起的磨损。引起的磨损。4.2 The Type

12、s of Four-bar Mechanisms第第19页页/共共50页页演化演化 of Revolute Four-bar MechanismsABCD1234214ACE3BABCD1234214ACE3B(1) 用移动副取代转动副用移动副取代转动副 在铰链四杆机构中，若用移动副代替其中一个转动副，则在铰链四杆机构中，若用移动副代替其中一个转动副，则该机构成为该机构成为曲柄滑块机构曲柄滑块机构slider-crank mechanism。4.2 The Types of Four-bar Mechanisms第第20页页/共共50页页曲柄滑块机构的应用曲柄滑块机构的应用内燃机内燃机 Int

13、ernal combustion engine4.2 The Types of Four-bar Mechanisms第第21页页/共共50页页曲柄滑块机构的应用曲柄滑块机构的应用冲床冲床 punch machine4.2 The Types of Four-bar Mechanisms第第22页页/共共50页页 若若C点运动轨迹通过曲柄转动的中心点运动轨迹通过曲柄转动的中心A，则称为，则称为对心曲柄滑对心曲柄滑块机构块机构 in-line(对心对心) slider-crank mechanism , 否则，称为否则，称为偏置曲偏置曲柄滑块机构柄滑块机构 eccentric (or offse

14、t)(偏置偏置) slider-crank mechanism . eABC12ABCE1234 in-line offset4.2 The Types of Four-bar MechanismsC点运动轨道与曲柄转动中心点运动轨道与曲柄转动中心A点之间的距离称为点之间的距离称为偏距偏距offset, 以以 e表示表示. 第第23页页/共共50页页对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构ABC1234eABC1221A4B2C3EeA1BC3344ABC1234eABC1221A4B2C3EeA1BC3344偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构 4.2 The Types of Four-bar Mec

15、hanisms第第24页页/共共50页页4.2 The Types of Four-bar Mechanisms对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构 第第25页页/共共50页页输出构件输出构件3的水平方向位移的水平方向位移X是曲柄是曲柄1的角度的角度 的的正弦函数正弦函数 sine function, 即：即： X=R*sin( ). 该双移动副四杆机构也称为该双移动副四杆机构也称为曲柄曲柄平动导杆机构平动导杆机构 crank and translating guide-bar mechanism常用作常用作正弦发生正弦发生器器 sinusoid generator

16、。ABC4X1R324.2 The Types of Four-bar Mechanisms第第26页页/共共50页页曲柄平动导杆机构的应用曲柄平动导杆机构的应用缝纫机进针机构缝纫机进针机构ABC4X1R324.2 The Types of Four-bar Mechanisms第第27页页/共共50页页ABC4X1R324.2 The Types of Four-bar Mechanisms曲柄平动导杆机构的应用曲柄平动导杆机构的应用压缩机压缩机第第28页页/共共50页页 下图所示双移动副四杆机构，输出构件下图所示双移动副四杆机构，输出构件3的垂直方向的位移的垂直方向的位移y是是摆动导杆摆动

17、导杆oscillating guide-bar AC的角度的角度 的的正切函数正切函数tangent function，即：，即：y=L*tan( ). 该机构也称为该机构也称为摆动导杆机构摆动导杆机构oscillating guide-bar mechanism，常用作，常用作正切发生器正切发生器 tangent generator.ABCL413y24.2 The Types of Four-bar Mechanisms第第29页页/共共50页页(2) 选用不同的构件作为机架选用不同的构件作为机架ABCE3124ABCD1234 周转副周转副: A 、 B 摆动副摆动副: C 、 D若组成

18、运动副的两构件能作相对整周转动，则称为若组成运动副的两构件能作相对整周转动，则称为周转副周转副fully rotating revolute；否则，称为；否则，称为摆动副摆动副 partially rotating revolute。4.2 The Types of Four-bar Mechanisms第第30页页/共共50页页 对同一运动链，取不同的构件作为机架，则会产生不同对同一运动链，取不同的构件作为机架，则会产生不同类型的连杆机构，这种演变称之为类型的连杆机构，这种演变称之为倒置倒置 inversions。注意：注意：倒置并不改变机构中运动副的类型和构件间的相对运动。倒置并不改变机构

19、中运动副的类型和构件间的相对运动。4.2 The Types of Four-bar Mechanisms第第31页页/共共50页页1234B2C3D41AB2C3D41AB2C3D41ACrank-rockerDouble-crankDouble-rockerCrank-rockerCDABB23D41ADouble-crankC1243Double-rockerBACD1423BACDCrank-rocker4.2 The Types of Four-bar Mechanisms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曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构的倒置曲柄摇

20、杆机构的倒置第第32页页/共共50页页回转导杆机构回转导杆机构4132EBAC1423EBAC43E2ACB1ABCE1234(a)4.2 The Types of Four-bar Mechanisms曲柄滑块机构曲柄滑块机构曲柄摆动滑块机构曲柄摆动滑块机构摇块机构摇块机构平动导杆机构平动导杆机构曲柄滑块机构的倒置曲柄滑块机构的倒置第第33页页/共共50页页4.2 The Types of Four-bar Mechanisms曲柄摆动滑块机构曲柄摆动滑块机构第第34页页/共共50页页 回转导杆机构回转导杆机构 planer 刨床刨床DF45BCE12361A4132EBAC4.2 The

21、Types of Four-bar Mechanisms第第35页页/共共50页页l若若曲柄曲柄BC比机架比机架AB长长，则导杆，则导杆AE可可连续旋转，该机构称为连续旋转，该机构称为回转导杆机构回转导杆机构rotating guide-bar mechanism. ABC1234A1EC24l若若曲柄曲柄BC比机架比机架AB短短，则导杆，则导杆AE只能只能摆动，该机构称为摆动，该机构称为摆动导杆机构摆动导杆机构oscillating guide-bar mechanism.4.2 The Types of Four-bar Mechanisms第第36页页/共共50页页回转导杆机构回转导杆机

22、构rotating guide-bar mechanism 4.2 The Types of Four-bar Mechanisms摆动导杆机构摆动导杆机构oscillating guide-bar mechanism第第37页页/共共50页页 摆动导杆机构的应用摆动导杆机构的应用牛头刨床牛头刨床shaper的的急回急回 quick-return机构机构ABCD6GF123E5444.2 The Types of Four-bar Mechanisms第第38页页/共共50页页4.2 The Types of Four-bar Mechanisms牛头刨床的急回机构牛头刨床的急回机构第第39页

23、页/共共50页页ABC1234ABC1234BAC12344.2 The Types of Four-bar Mechanisms曲柄摆动滑块机构曲柄摆动滑块机构crank and oscillating block mechanism的应用的应用液压油缸液压油缸hydraulic cylinder. 第第40页页/共共50页页 汽车自动卸料机构汽车自动卸料机构 曲柄摆动滑块机构曲柄摆动滑块机构 4.2 The Types of Four-bar Mechanisms第第41页页/共共50页页手动井泵机构手动井泵机构Hand-operated well pump mechanism 平动导杆机

24、构平动导杆机构1B24AC3E(d)4.2 The Types of Four-bar Mechanisms第第42页页/共共50页页AB123432A41BABC4X1R32双滑块机构双滑块机构double sliding block mechanism机架机架34.2 The Types of Four-bar Mechanisms曲柄平动导杆机构曲柄平动导杆机构曲柄平动导杆机构的倒置曲柄平动导杆机构的倒置第第43页页/共共50页页该双滑块机构也称为该双滑块机构也称为椭圆仪椭圆仪elliptic trammel。构件构件AB上任意点的轨迹均为椭圆上任意点的轨迹均为椭圆. AB123432A41B4.2 The Types of Four-bar Mechanisms第第44页页/共共50页页 若将构件若将构件1变为机架，则该机构变为变为机架，则该机构变为双转块机构双转块机构