平面连杆机构演化课件

1、3.2 3.2 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化 在实际工作机械中，铰链四杆机构还远远不能满足需要，生产在实际工作机械中，铰链四杆机构还远远不能满足需要，生产实践中，常常采用多种不同外形、结构和特性的四杆机构，都可实践中，常常采用多种不同外形、结构和特性的四杆机构，都可以认为是铰链四杆机构的演化形式。以认为是铰链四杆机构的演化形式。 常用的的演化方法常用的的演化方法： （1 1）变转动副为移动副；（）变转动副为移动副；（2 2）取不同的构件作机架；）取不同的构件作机架； （3 3）扩大转动副和移动副的尺寸。）扩大转动副和移动副的尺寸。 3.2 3.2 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化

2、3.2.1 3.2.1 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 （ 1）由曲柄摇杆机构由曲柄摇杆机构，将，将CD无穷大，无穷大，C点轨迹变成直线；点轨迹变成直线； （ 2）演化方法演化方法：将转动副：将转动副移动副；移动副； （ 3）类型类型： a.偏心曲柄滑块机构偏心曲柄滑块机构 ，e0 偏距：曲柄转动中心距导路偏距：曲柄转动中心距导路的距离。的距离。 b.对心曲柄滑块机构，对心曲柄滑块机构，e=0转动副转化为移动副转动副转化为移动副3.2 3.2 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化（4 4）应用案例应用案例：内燃机、空气压缩机、冲床和送料机构等。：内燃机、空气压缩机、冲床和送料机构等。对心曲柄滑块机构

3、对心曲柄滑块机构3.2 3.2 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化 锯管机构锯管机构测量仪表机构测量仪表机构自动送料机构自动送料机构（5 5）功能功能：将转动转换为滑块的往复移动：将转动转换为滑块的往复移动3.2 3.2 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化 3.2.2 3.2.2 导杆机构导杆机构 （1 1）演化过程演化过程：改变对心曲柄滑块中的机架而演化来的；：改变对心曲柄滑块中的机架而演化来的； （2 2）演化方法演化方法：改变曲柄滑块机构的机架：改变曲柄滑块机构的机架, ,以构件以构件1 1为机架为机架。导杆机构的演化导杆机构的演化3.2 3.2 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化

4、导杆机构类型：导杆机构类型：l1 l2转动导杆机构转动导杆机构摆动导杆机构摆动导杆机构L1L2L1L23.2 3.2 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化（3 3）应用案例应用案例：常用于牛头刨床、插床和回转油泵中。：常用于牛头刨床、插床和回转油泵中。牛头刨床主体机构1234摆动导杆机构摆动导杆机构 当杆2的长度小于机架长度时，导秆4只能作来回摆动，又称为摆动导秆机构，牛头刨中的主运动机构是他的应用实例当构件2和构件4均能作整周转动，小型刨床就是应用实例转动导杆机构转动导杆机构 (4)(4)功能功能: : 将曲柄的连续转动转化为导杆的转动或摆动。将曲柄的连续转动转化为导杆的转动或摆动。3.2

5、3.2 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化 3.2.3 3.2.3 摇块机构和定块机构摇块机构和定块机构 1 1、摇块机构（摆动导杆滑块机构）、摇块机构（摆动导杆滑块机构） （1 1）演化方法：演化方法：以以构件构件2 2为机架为机架，可得摇块机构，可得摇块机构。 （2 2）应用实例：应用实例：卡车车厢自动卸料机构、玩具步行机构卡车车厢自动卸料机构、玩具步行机构 卡车车厢自动卸料机构卡车车厢自动卸料机构摇块机构的演化摇块机构的演化3.2 3.2 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化 2 2、定块机构（移动导杆机构）：、定块机构（移动导杆机构）： （1 1）演化方法：演化方法：以以构件构件3

6、3为机架为机架，得到定块机构。，得到定块机构。 （2 2）应用实例：应用实例：手动抽水机手动抽水机 移动导杆机构的演化移动导杆机构的演化手动抽水机手动抽水机曲柄滑块机构曲柄滑块机构导杆机构导杆机构摇块机构摇块机构 定块机构定块机构( (直动滑杆机构直动滑杆机构) )ABCABC AB AC转动导杆机构转动导杆机构 AB 2 2 , t, t1 1tt2 2 , , v v2 2 =C=C1 1C C2 2/t/t2 2 1 1=180=180+, +, v v1 1 =C=C1 1C C2 2/t/t1 1曲柄转角曲柄转角 2 2=180=180-C C1 1C C2 2C C2 2C C1

7、1 铰链铰链C的的平均速度平均速度：v v1 1v0K1此时机构具有急回特性，此时机构具有急回特性， K 急急 回特性越显著。回特性越显著。 b、=0K=1，此时机构无急回特性，此时机构无急回特性。11180KK二、压力角和传动角二、压力角和传动角A AB BC CD DF Fvcvc（1 1）机构机构压力角压力角: :在不计摩擦力、惯在不计摩擦力、惯性力和重力的条件性力和重力的条件下，机构中驱使输下，机构中驱使输出件出件运动的力运动的力与输与输出件上受力点的出件上受力点的速速度方向度方向间所夹的间所夹的锐锐角角，称为机构，称为机构压力压力角角，通常用，通常用表示。表示。传动角传动角：压力角：

8、压力角的余角。的余角。A AB BC CD DvcvcF FF1F1F2F2通常用通常用表示表示. .F F1 1 为为有效分力有效分力F1 = FcosF1 = Fcos, ,F F1 1 在连杆设计中，为度量方便，习惯用传动角在连杆设计中，为度量方便，习惯用传动角来判断机构传力性来判断机构传力性能。能。 F F1 1 ，机构传力性能越好，反之，机构传力越费劲，传，机构传力性能越好，反之，机构传力越费劲，传动效率越低。动效率越低。 9090，连杆和从动摇，连杆和从动摇杆之间所夹的锐角杆之间所夹的锐角3.3 3.3 铰链四杆机构的基本特性铰链四杆机构的基本特性 为保证机构的传力性能良好，必须限

9、定机构的最小传为保证机构的传力性能良好，必须限定机构的最小传动角，通常动角，通常min 。 对于一般机械，通常对于一般机械，通常 =4050,对于传递功率大的对于传递功率大的机械机械 50 ，对于一些非传力机构，也可取，对于一些非传力机构，也可取40,但不但不能过小。能过小。 想一想想一想 练一练练一练 试确定下列不同机构以曲柄为原动件时的极限位置试确定下列不同机构以曲柄为原动件时的极限位置？3.3 3.3 铰链四杆机构的基本特性铰链四杆机构的基本特性 想一想想一想 练一练练一练 试确定摆动导杆机构和曲柄滑块机构以曲柄为原动件时试确定摆动导杆机构和曲柄滑块机构以曲柄为原动件时是否存在急回特性？

10、是否存在急回特性？3.3 3.3 铰链四杆机构的基本特性铰链四杆机构的基本特性 3、min 的确定的确定 （1）曲柄摇杆机构的）曲柄摇杆机构的min位置位置 摇杆摇杆CD为从动件，曲柄为从动件，曲柄AB为原动时，当原动件为原动时，当原动件AB与机架与机架AD共线时，共线时，传动角最小。比较两者两次共线的传动角最小。比较两者两次共线的min，并取小值为该机构的最小传动角，并取小值为该机构的最小传动角min 。3.3 3.3 铰链四杆机构的基本特性铰链四杆机构的基本特性（2）曲柄滑块机构）曲柄滑块机构min位置位置 对于曲柄滑块机构，当主动件为曲柄时，最小传动角对于曲柄滑块机构，当主动件为曲柄时，

11、最小传动角出现在曲柄与机架垂直的位置。出现在曲柄与机架垂直的位置。3.3 3.3 铰链四杆机构的基本特性铰链四杆机构的基本特性 （3 3）摆动导杆机构）摆动导杆机构 1 1）以曲柄为原动件，传动角）以曲柄为原动件，传动角恒恒等于等于9090 。 2 2）以导杆为原动件，传动角）以导杆为原动件，传动角min= =0 0，位置出现在导，位置出现在导杆与曲柄垂直处。杆与曲柄垂直处。3.3 3.3 铰链四杆机构的基本特性铰链四杆机构的基本特性3.3.3 3.3.3 死点位置死点位置（主动件条件）（主动件条件） 1 1、概念：平面连杆机构的传动角、概念：平面连杆机构的传动角=0=0，压力角，压力角=90

12、=90的位置称为的位置称为死点位置。死点位置。 在不计构件的重力、惯性力和运动副中的摩擦阻力的条件下在不计构件的重力、惯性力和运动副中的摩擦阻力的条件下: : 当摇杆为主动件当摇杆为主动件，连杆和曲柄共线时，过铰链中心，连杆和曲柄共线时，过铰链中心A A的力，对的力，对A A点不产点不产生力矩，不能使曲柄转动，机构的这种位置称为生力矩，不能使曲柄转动，机构的这种位置称为死点位置死点位置 。B BD DA AC CF FD DA AB BC CF F3.3 3.3 铰链四杆机构的基本特性铰链四杆机构的基本特性2 2、死点位置的利弊死点位置的利弊 利利：工程上利用死点位置进行工作。：工程上利用死点

13、位置进行工作。 夹具机构夹具机构飞机起落架机构飞机起落架机构3.3 3.3 铰链四杆机构的基本特性铰链四杆机构的基本特性 弊弊：机构有死点，从动件出现卡死或运动方向不确定：机构有死点，从动件出现卡死或运动方向不确定现象，对传动不利，如缝纫机的脚踏机构。现象，对传动不利，如缝纫机的脚踏机构。缝纫机的脚踏机构缝纫机的脚踏机构3.3 3.3 铰链四杆机构的基本特性铰链四杆机构的基本特性 3 3、克服死点的方法、克服死点的方法 （1 1）增大从动件的质量，利用惯性度过死点位置。增大从动件的质量，利用惯性度过死点位置。 （2 2）在从动曲柄上施加外力或安装飞轮以增加惯性。）在从动曲柄上施加外力或安装飞轮

14、以增加惯性。 （3 3）采用相同的机构错位排列。）采用相同的机构错位排列。火车车轮联动装置火车车轮联动装置缝纫机的脚踏机构缝纫机的脚踏机构3.3 3.3 铰链四杆机构的基本特性铰链四杆机构的基本特性想一想想一想 练一练练一练 请问摆动导杆机构、对心曲柄滑块机构以哪个构件为请问摆动导杆机构、对心曲柄滑块机构以哪个构件为原动件时，机构存在死点位置？原动件时，机构存在死点位置？3.4 3.4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 平面四杆机构的设计，主要考虑给定的运动条件，确平面四杆机构的设计，主要考虑给定的运动条件，确定机构运动简图。有时为了使设计可靠、合理，还应考虑定机构运动简图。有时为了使设计

15、可靠、合理，还应考虑几何条件和动力条件。几何条件和动力条件。 生产实践中的四杆机构设计问题可归纳为两类生产实践中的四杆机构设计问题可归纳为两类： （1 1）实现给定的从动件运动规律）实现给定的从动件运动规律, ,或使从动件具有急或使从动件具有急回特性。回特性。 （2 2）实现给定的运动规律。）实现给定的运动规律。 平面四杆机构运动设计的方法有图解法、实验法和解平面四杆机构运动设计的方法有图解法、实验法和解析法。本节主要介绍析法。本节主要介绍图解法图解法3.4 3.4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计3.4.1 3.4.1 按给定的行程速比系数设计四杆机构按给定的行程速比系数设计四杆机构 已

16、知条件：（已知条件：（1 1）行程速比系数）行程速比系数K （2 2）机构的极限位置处的几何关）机构的极限位置处的几何关系系 （3 3）其他辅助条件）其他辅助条件 1 1、曲柄摇杆机构、曲柄摇杆机构 已知条件已知条件：摇杆的长度：摇杆的长度lCD 、摆角、摆角和行程速比系数和行程速比系数K 设计设计：1）确定铰链）确定铰链A的位置；的位置；2）确定其他三个构件的长度）确定其他三个构件的长度 3.4 3.4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 曲柄摇杆机构的设计步骤：曲柄摇杆机构的设计步骤： （1 1）按给定行程速比系数）按给定行程速比系数K，求出极位夹角，求出极位夹角， 11180KK3.4

17、 3.4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 曲柄摇杆机构的设计步骤：曲柄摇杆机构的设计步骤： （2 2）任选）任选确定适当的长度比例尺确定适当的长度比例尺l ，任选固定铰链，任选固定铰链中心中心D D的位置，按摇杆长度的位置，按摇杆长度lCDCD和摆角和摆角，作出摇杆的两个作出摇杆的两个极限位置极限位置C1D和和C2 2D。3.4 3.4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 （3）连接）连接C1和和C2，并作，并作C1C2的垂线的垂线C1M。 （4）作）作 C1C2N=90-，则，则C1M与与C2N相交于相交于P点，由点，由图知：图知： C1PC2=。 （5）作）作C1PC2的外接圆，在

18、此圆周上（弧的外接圆，在此圆周上（弧C1C2和弧和弧EF除外）任意一点都可以作为曲柄的固定铰链中心除外）任意一点都可以作为曲柄的固定铰链中心A，现，现任取一点。连接任取一点。连接AC1和和AC2，因同弧上的圆周角相等，故，因同弧上的圆周角相等，故C1AC2= C1PC2=。 3.4 3.4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计（6）确定）确定AC1、AC2的长度，可得的长度，可得 AB=（AC2 - AC1 ）/2，BC=（AC2 - AC1 ） 实际构件长度实际构件长度lAB =l AB， lBC =l BC， lCD =l CD3.4 3.4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 2、导杆

19、机构、导杆机构 已知条件：机架长度已知条件：机架长度l4、行程速比系数、行程速比系数K，设计导杆机构设计导杆机构 解题的关键解题的关键： 分析极位夹角分析极位夹角与摆角与摆角的关系的关系 3.4 3.4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 设计步骤：设计步骤： （1 1）由已知的行程速比系数）由已知的行程速比系数K，求得，求得（也即摆角（也即摆角）即）即 （2 2）任选固定铰链中心）任选固定铰链中心C，以夹角，以夹角作出导杆的作出导杆的 两个极限位置。两个极限位置。 （3 3）作摆角的平分线）作摆角的平分线AC，并在线上取，并在线上取AC=l4/l 得固定铰链中心得固定铰链中心A的位置。的位

20、置。 （4）过）过A点作导杆极限位置的垂直点作导杆极限位置的垂直AB1（或（或AB2） 得曲柄的长度得曲柄的长度l1=AB1l11180KK3.4 3.4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计3.4.1 3.4.1 按给定连杆位置设计四杆机构按给定连杆位置设计四杆机构 案例分析案例分析：如图所示为一加热炉炉门开启机构，其为铰：如图所示为一加热炉炉门开启机构，其为铰链四杆机构，已知炉门的两个位置及两个活动铰链的中心矩，链四杆机构，已知炉门的两个位置及两个活动铰链的中心矩，试设计加热炉炉门开启机构。试设计加热炉炉门开启机构。加热炉炉门开启机构加热炉炉门开启机构3.4 3.4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 1 1、按给定连杆的两个位置设计四杆机构按给定连杆的两个位置设计四杆机构 已知铰链四杆机构连杆已知铰链四杆机构连杆B1C1、B2C2的两个位置，试设的两个位置，试设计铰链四杆机构