第3章平面连杆机构

1、1动画第3章 平面连杆机构(planar linkage mechanism)机械设计基础 2第 3 章 平 面 连连 杆杆 机 构- - 低 副 连接组成的平面机构。优点：低副低副 压强小，易润滑，耐磨损； 加工简单，易获得较高制造精度。缺点：低副低副存在间隙，数目较多时 会引起运动累计误差； 设计复杂，不易精确 实现复杂的运动规律。 3平面连杆机构 平面四杆机构 平面铰链四杆机构 (四个构件)(转动副)43-1 平面连杆机构的类型、应用和演化机机 架架：固定构件曲柄摇杆机构连连 架架 杆杆：-与机架相连的杆件 曲柄：整周转动 摇杆：不能整周转动连连 杆杆： 不与机架直接相连的杆件曲柄摇杆机

2、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铰链四杆机构铰链四杆机构一 铰链四杆机构的基本型式6一般情况下， 曲柄为原动件，作匀速转动； 摇杆为从动件，作变速往复摆动。应用 A、牛头刨床横向自动进给机构 B、雷达调整机构 动画 C、缝纫机踏板机构 动画 D、搅拌机构 动画 E、拉片机构 动画 F、传送机构（一）、曲 柄 摇 杆 机 构一 铰链四杆机构的基本型式曲 柄 摇 杆 机 构 动画7卫卫 星星 接接 收收 装置装置动画动画曲柄摇杆机构应用实例8牛头刨床横向自动进给机构9缝纫机踏板机构 动画10搅 拌 机 构连杆曲线雨刷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

3、机构铰链四杆机构铰链四杆机构13（二）、双 曲 柄 机 构两个连架杆均为曲柄惯性筛14 平行四边形机构 动画（二）、双 曲 柄 机 构装载机装载机构（二）、双 曲 柄 机 构平行四边形机构 16注意：平行四边形机构运动不确定性17注意：平行四边形机构运动不确定性机车车轮联动机构动画动画18 反平行四边形机构 动画 公共汽车车门启闭机构 动画19（三）、双 摇 杆 机 构两个连架杆均为摇杆。应用1、飞机起落架机构2、汽车前轮转向机构3、鹤式起重机4、造型机翻转机构动画20（三）、双摇杆机构飞机起落架机构 21（三）、双摇杆机构动 画n汽车前轮转向机构机械设计基础机械设计基础 平面连杆机构平面连杆

4、机构特殊机构特殊机构 等腰梯形机构等腰梯形机构 实例实例: : 汽车前轮转向机构汽车前轮转向机构24是否有 整转副整转副 取决于 各杆的相对长度各杆的相对长度A为整转副的条件：占据与与ADAD杆共线杆共线的两个位置AB和AB二平面四杆机构曲柄存在的条件25 BCDa+db+c （1） BCD b （d a） +c 即 a+ b d+c（2）c （d a） + b即 a+ c d+ b（3）广 义 曲 柄 存 在 的 条 件a aba aca adbbccAB杆为最短杆26广 义 曲 柄 存 在 的 条 件A为整转副的条件：1、杆长条件：最短杆和最长杆的长度和应小于或等于其他两杆的长度和。2、组

5、成该整转副的两杆中必有一杆为四杆中的最短杆。, 则没有整转副，得则没有整转副，得 双摇杆双摇杆机构机构 - - Grashoff 定理定理27曲柄是连架杆，整转副处于机架上整转副处于机架上才能形成曲柄。曲 柄 存 在 的 条 件取不同构件为机架：1、取最短杆为机架时，机架上有两个整转副，得到双曲柄机构；282、取最短杆的邻边为机架时，机架上只有一个整转副，得到曲柄摇杆机构；曲 柄 存 在 的 条 件293、取最短杆的对边为机架时，机架上没有整转副，得到双摇杆机构。4、若不满足杆长条件，只能得到。曲 柄 存 在 的 条 件低副运动可逆性-以低副相连接的两构件间的相对运动关系，不因机架的不同而改变

6、。 实例实例试确定该机构分别以AD、AB、CD、BC各杆为机架时，各属何机构？ 解：a+bc+d满足曲柄存在充要条件1，因而可能有曲柄存在。 当以最短杆AB为机架时，连架杆BC和AD均满足条件2，故为双曲柄机构。 以AD为机架时，曲柄摇杆机构。 以CD为机架时，双摇杆机构。 以BC为机架时，曲柄摇杆机构。 a=30b=50c=40d=45ABCD31三 铰 链 四 杆 机 构 的 演 化演化途径： 变更机架变更机架 用移动副代替转动副用移动副代替转动副 变更杆件长度 扩大转动副机械设计基础机械设计基础 平面连杆机构平面连杆机构1B2C34AD曲线导轨曲柄滑块机构曲线导轨曲柄滑块机构lCD e

7、01B24AC3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1B24AC3e3D1B2C4A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1、曲 柄 滑 块 机 构一）、变更杆件长度，用移动副代替转动副1 1 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 动画动画(Slider-crank Mechanism)(Slider-crank Mechanism) AB1234eC偏置偏置曲柄滑块机构曲柄滑块机构BA1234C对心对心曲柄滑块机构曲柄滑块机构BA1234C对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构2、用两个移动副代替转动副A、正 切 机 构两移动副不相邻BB、正正 弦弦

8、机机 构构 两移动副相邻B动画动画2、用两个移动副代替转动副37二）、曲柄滑块机构 动画例 牛头刨床定块机构摇块机构导杆机构38例子导杆机构定块机构动画摇块机构摇块机构例 子机械设计基础机械设计基础 平面连杆机构平面连杆机构扩大回转副扩大回转副 曲柄滑块机构曲柄滑块机构(扩大回转副扩大回转副) 偏心轮机构偏心轮机构偏心轮机构偏心轮机构 曲柄摇杆机构中，将曲柄上的曲柄摇杆机构中，将曲柄上的转动副转动副B B的半径扩大至超过曲柄的半径扩大至超过曲柄的长度，曲柄变成一个几何中的长度，曲柄变成一个几何中心与回转中心不重合的圆盘，心与回转中心不重合的圆盘，称为偏心轮。称为偏心轮。 提高偏心轴的强度和提高

9、偏心轴的强度和刚度、简化结构刚度、简化结构三）三） 改变改变 运动副的尺寸运动副的尺寸偏偏 心心 轮轮破碎机破碎机 动画动画三）三） 改变改变 运动副的尺寸运动副的尺寸3-2 平 面 四 杆 机 构 的 基 本 特 性一 急回运动和行程速比系数（以曲柄摇杆机构为例）（以曲柄摇杆机构为例）从动杆从动杆往复运动的平均速度不等的现象称为机构的 急回特性急回特性.ABCD 极位夹角极位夹角0 0对应从动杆的两个极限位置, 主动件两相应位置所夹锐角锐角.ABCDabcd C2B2 1 2 B1C1 工作行程工作行程（慢）（慢）回程（快）回程（快）行程速比系数行程速比系数=V回V工K=V快V慢C1C2 /

10、 t工C2C1 / t回=t工t回=（ K 1 ） = 180 K - 1K + 1= 180 + 1180 - 1= 180 + 180 - K = 180 + 180 - ABCDabcd C2B2 1 2 B1C1 如果 改变曲柄的转向，急回特性 ？（以曲柄摇杆机构为例）（以曲柄摇杆机构为例）ABCDabcd C2B2 B1C1 （快）（快）（慢）（慢）46偏置曲柄滑块机构急急 回回 运运 动动21180180vKv47对心曲柄滑块机构急急 回回 运运 动动21180180vKv180180曲柄滑块机构的极位夹角180180摆动导杆机构的极位夹角摆动导杆机构 慢行程快行程慢行程快行程思考

11、对心式曲柄滑块机构的极位夹角二、压 力 角 和 传 动 角49有用分量 F=Fcos F有害分量 F=FsinF压力角：从动件受力方向与受力点绝对速度之间的锐角二力杆传动角传动角 压力角的余角.(连杆轴线与从动杆轴线所夹锐角) 40 压力角压力角 FV 传动角传动角 dd d 1800 dvFd 钝角d 锐角52 40 曲柄摇杆机构 出现在 曲柄与机架共线的位置 压力角压力角 传动角传动角 vFvF 54例题：确定曲柄滑块机构的压力角、传动角例题：确定曲柄滑块机构的压力角、传动角最小传动角最小传动角min二 压力角和传动角vF55ADBCVB =0F 曲柄摇杆机构中，以摇杆为主动件，当连杆与从

12、动连杆与从动曲柄共线曲柄共线时，由于连杆加给曲柄的力恰好通过其回转中心A，出现顶死现象，机构此位置就称为死点。 三 什么是死点？三 死 点死点 与 机构的极限位置 有何关系 ？相同：是机构的同一位置不同：原动件不同 死点：曲柄为从动件 极限位置：曲柄为原动件不管在主动件上作用多大的驱动力，都不能在从动件上产生有效分力的机构位置，称为机构的死点位置。死点分析死点分析（1 1）曲柄为主动件时，机构无死点位置；）曲柄为主动件时，机构无死点位置；（2 2）滑块为主动件时，机构有两个死点）滑块为主动件时，机构有两个死点位置（图中虚线位置）位置（图中虚线位置） 曲柄或导杆为为主动件时，机构曲柄或导杆为为主

13、动件时，机构均无死点位置；均无死点位置；（1 1）曲柄为主动件时，机构无死点位置；）曲柄为主动件时，机构无死点位置；（2 2）导杆为主动件时，机构有两个死点）导杆为主动件时，机构有两个死点位置（图中虚线位置）位置（图中虚线位置）偏置偏置曲柄曲柄滑块滑块机构机构摆动摆动导杆导杆机构机构转动转动导杆导杆机构机构59解决办法：从动件施加外力从动件施加外力借助惯性力借助惯性力多套机构交错排列多套机构交错排列缝纫机如如 何何 克克 服服 死死 点点动画死点的死点的2方面方面死死 点点 有害有害60机车联动机构从动件施加外力借助惯性力多套机构交错排多套机构交错排列列如如 何何 克克 服服 死死 点点61利

14、 用 死 点动画死点的死点的2方面方面实例实例v飞机起落架机构飞机起落架机构=00 利 用 死 点 633-3 平 面 四 杆 机 构 的 设 计根据给定的运动条件，确定机构运动简图的尺寸参数1、按照给定 从动件的运动规律从动件的运动规律（位置、速度、加速度）设计四杆机构。2、按照 给定点的运动轨迹 设计四杆机构。图解法 -直观解析法 -精确实验法 -简便。一、图图 解解 法法 设计四杆机构设计四杆机构 （二）、按 给定连杆位置给定连杆位置 设计四杆机构（三）（三） 、实现连架杆预定对应位置、实现连架杆预定对应位置（一） 、按照 给定的行程速度变化系数给定的行程速度变化系数B2C21） 给定

15、K、LCDABCDO2 180K-1K+1 分析.900 - B1ADC1一、图图 解解 法法（一） 、按照 给定的行程速度变化系数给定的行程速度变化系数 设计四杆机构C2DC1900 - 2OAEBCAC1=BC- -ABAC2=BC+ +ABAB = AC2-AC12BC = AC2+AC12曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 ABCDABCD 为所求为所求. . 设计.以 mL =作图.LAB= mLAB = 、 LBC= mLBC = . 1800 =K-1K+1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

16、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要求实现机轮放下要求实现机轮放下和收起两个位置和收起两个位置（二）、按 给定连杆位置给定连杆位置 设计四杆机构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置68已知：连杆三个位置B1C1，B2C2 ，B3C3（二）、按给定连杆位置设计四杆机构实现连杆给定的三个位置实现连杆给定的三个位置B1C1B2C2B3C3AD四杆机构四杆机构 ABAB1 1C C1 1D D 为所求为所求. .唯一解唯一解 D 设计一四杆机构设计一四杆机构, ,实现连杆的实现连杆的2 2个给定位置个给定位

17、置 已知活动铰点已知活动铰点B B、C C中心位置，求固定铰链中心位置，求固定铰链A A、D D中心位置。中心位置。B1C1B2C2四杆机构四杆机构 ABAB1 1C C1 1D D 为所求为所求. .无穷解无穷解A （三）（三） 实现实现 连架杆连架杆 预定对应位置预定对应位置AB D1234B1f10B2f12E112E2EAD1 1） 用用求相对位置、求相对位置、 相对运动轨迹相对运动轨迹 。B2C2 f fAB1C1DB2AC2B1B2f10f1212AD10E1E2B2 试设计铰链四杆机构试设计铰链四杆机构, , 实现连架杆实现连架杆两两对对应位置对对应位置. .12 C1例例. . 已知已知: LAB、LAD、f f10、f f12、 10、 12 . ABCD1234铰链四杆机构铰链四杆机构 ABAB1 1C C1 1D D 为所求为所求. .以 mL =作图作图. .LBC= mLB1C1 = 、 LCD= mLC1D = . 已知点已知点( (B)B)绕未知点绕未知点( (C)C)的转动中心的转动中心( (D)D)反转反转. .B1B2f10f1212AD10E1E2E313f13B312B2 13B3C1设计铰链四杆机构设计铰链四杆机构, ,实现实现 连架杆连架杆 三三