机械设计第三章

1、国家级精品课程教材国家级精品课程教材电子工业出版社电子工业出版社主编：唐林虎主编：唐林虎副主编：张亚萍等副主编：张亚萍等 第第三三章章 平面连杆机构平面连杆机构第第三三章章 平面连杆机构平面连杆机构 3.1 概述概述1 3.2 平面连杆机构的基本类型和应用平面连杆机构的基本类型和应用23.3 平面四杆机构的演化形式平面四杆机构的演化形式 33.4 平面连杆机构的基本特性平面连杆机构的基本特性 43.5 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计5 3.6 平面多杆机构简介平面多杆机构简介 6第第三三章章 平面连杆机构平面连杆机构12346 课后习题答案课后习题答案第第三三章章 平面连杆机构平面连杆机

2、构教学要求教学要求（1）掌握平面四杆机构的基本形式、应用及演化；）掌握平面四杆机构的基本形式、应用及演化；（2）掌握平面四杆机构的基本特性，理解急回特性、行程速比）掌握平面四杆机构的基本特性，理解急回特性、行程速比因数、传动角、压力角、死点位置等概念；因数、传动角、压力角、死点位置等概念；（3）掌握铰链四杆机构曲柄存在的条件；）掌握铰链四杆机构曲柄存在的条件；（4）掌握四杆机构的设计方法。掌握四杆机构的设计方法。重点与难点重点与难点重点重点：平面四杆机构的基本形式、应用及基本特性；平面四杆机构的基本形式、应用及基本特性；难点难点：平面四杆机构类型的判断及设计方法。平面四杆机构类型的判断及设计方

3、法。 3 3.1 .1 概述概述 连杆机构是用转动副和移动副将构件相互联接而成，用以实连杆机构是用转动副和移动副将构件相互联接而成，用以实现运动变换和动力传递的机构。现运动变换和动力传递的机构。 连杆机构按各构件间相对运动性质的不同，可分为空间连杆连杆机构按各构件间相对运动性质的不同，可分为空间连杆机构和平面连杆机构两类。平面连杆机构是由若干构件通过低机构和平面连杆机构两类。平面连杆机构是由若干构件通过低副（转动副或移动副）联接而成的平面机构，又称为平面低副副（转动副或移动副）联接而成的平面机构，又称为平面低副机构。机构。平面连杆机构的优点：平面连杆机构的优点： （1）能够进行多种运动形式的转

4、换。）能够进行多种运动形式的转换。 （2）运动副一般均为低副。两构件之间为面接触，接触表）运动副一般均为低副。两构件之间为面接触，接触表面是圆柱面或平面，单位面积上的压力较小，制造容易，磨面是圆柱面或平面，单位面积上的压力较小，制造容易，磨损较慢，可承受较大载荷。损较慢，可承受较大载荷。 （3）具有丰富的连杆曲线。）具有丰富的连杆曲线。 3 3.1 .1 概述概述 平面连杆机构的缺点：平面连杆机构的缺点： （1）连接处的间隙造成的积累误差较大，机械效率较低。）连接处的间隙造成的积累误差较大，机械效率较低。 （2）连杆机构运动时产生惯性力，不适用于高速场合。）连杆机构运动时产生惯性力，不适用于高

5、速场合。 （3）设计方法比较复杂，难以实现精确的轨迹。）设计方法比较复杂，难以实现精确的轨迹。 平面连杆机构应用于各种机器和仪器中，如金属加工机床、平面连杆机构应用于各种机器和仪器中，如金属加工机床、起重运输机械、采矿机械、农业机械、交通运输机械和仪表等。起重运输机械、采矿机械、农业机械、交通运输机械和仪表等。本章着重介绍平面四连杆机构的类型、基本特性和设计方法。本章着重介绍平面四连杆机构的类型、基本特性和设计方法。 3 3. .2 2 平面连杆机构的基本类型和应用平面连杆机构的基本类型和应用 铰链四杆机构铰链四杆机构：所有运动副均为转动副的平面四杆机构所有运动副均为转动副的平面四杆机构 。连

6、杆连杆连架杆连架杆连架杆连架杆机架机架构件名称：构件名称：（1）机架：机构中固定不动的构件机架：机构中固定不动的构件AD。（2）连架杆：与机架相连的构件连架杆：与机架相连的构件AB和和CD。（3） 连杆：不与机架直接连接的构件连杆：不与机架直接连接的构件BC。 3 3. .2 2 平面连杆机构的基本类型和应用平面连杆机构的基本类型和应用（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 连架杆连架杆曲柄曲柄：能绕轴线作整周回转运动能绕轴线作整周回转运动的连架杆。的连架杆。 摇杆摇杆：只能在某一角度只能在某一角度( (小于小于360) )内摆动内摆动的连架杆。的连

7、架杆。 因此，铰链四杆机构又根据其连架杆运动形式的不同，因此，铰链四杆机构又根据其连架杆运动形式的不同，分为以下三种基本类型：分为以下三种基本类型： 3 3. .2 2 平面连杆机构的基本类型和应用平面连杆机构的基本类型和应用3 3. .2 2.1.1曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构两连架杆中一个为曲柄，另一个为摇杆的铰链四杆机构两连架杆中一个为曲柄，另一个为摇杆的铰链四杆机构。运动特点：运动特点： 若选曲柄为主动件，则该机若选曲柄为主动件，则该机构可将曲柄的回转运动转变为构可将曲柄的回转运动转变为摇杆的往复摆动。摇杆的往复摆动。 若选摇杆为主动件，则该机若选摇杆为主动件，则该机构可将摇杆的往复摆动转

8、变为构可将摇杆的往复摆动转变为曲柄的整周回转运动。曲柄的整周回转运动。 动态演示动态演示 3 3. .2 2 平面连杆机构的基本类型和应用平面连杆机构的基本类型和应用破碎机的破碎机构破碎机的破碎机构缝纫机的驱动机构缝纫机的驱动机构应用实例：应用实例：动态演示动态演示 3 3. .2 2 平面连杆机构的基本类型和应用平面连杆机构的基本类型和应用3 3. .2 2. .2 2双曲柄机构双曲柄机构两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构。1. .普通双曲柄机构普通双曲柄机构运动特点：运动特点： 主动曲柄等速回转一周，从主动曲柄等速回转一周，从动曲柄变速回转一周，从动曲动曲柄变速回

9、转一周，从动曲柄的角速度在一周中有时小于柄的角速度在一周中有时小于主动曲柄的角速度，有时大于主动曲柄的角速度，有时大于主动曲柄的角速度。主动曲柄的角速度。普通双曲柄机构普通双曲柄机构动态演示动态演示 3 3. .2 2 平面连杆机构的基本类型和应用平面连杆机构的基本类型和应用应用实例：应用实例：惯性筛惯性筛 3 3. .2 2 平面连杆机构的基本类型和应用平面连杆机构的基本类型和应用2. .平行双曲柄机构平行双曲柄机构运动特点：运动特点： 两曲柄的回转方向相同，且两曲柄的回转方向相同，且角速度时时相等角速度时时相等。应用实例：应用实例：机车联动机构机车联动机构路灯检修车升降机构路灯检修车升降机

10、构平行双曲柄机构平行双曲柄机构动态演示动态演示动态演示动态演示 3 3. .2 2 平面连杆机构的基本类型和应用平面连杆机构的基本类型和应用3. .反向双曲柄机构反向双曲柄机构运动特点：运动特点： 两曲柄反向不等速两曲柄反向不等速。应用实例：应用实例：车门启闭机构车门启闭机构反向双曲柄反向双曲柄动态演示动态演示动态演示动态演示 3 3. .2 2 平面连杆机构的基本类型和应用平面连杆机构的基本类型和应用3 3. .2 2. .3 3双摇杆机构双摇杆机构两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构。运动特点：运动特点： 两摇杆均可作为主动件。当两摇杆均可作为主动件。当主动摇杆摆动

11、时，通过连杆带主动摇杆摆动时，通过连杆带动从动摇杆摆动。动从动摇杆摆动。应用实例：应用实例：双摇杆机构双摇杆机构港口起重机港口起重机动态演示动态演示动态演示动态演示 3 3. .2 2 平面连杆机构的基本类型和应用平面连杆机构的基本类型和应用电风扇摇头机构电风扇摇头机构汽车前轮转向机构汽车前轮转向机构 3 3. .3 3 平面四杆机构的演化形式平面四杆机构的演化形式 在实际机械中，还广泛采用着其他多种形式的四杆机构。在实际机械中，还广泛采用着其他多种形式的四杆机构。这些机构可认为是由四杆机构的基本类型演化而成的这些机构可认为是由四杆机构的基本类型演化而成的。 其演变的方法有：其演变的方法有：（

12、1）改变构件的形状改变构件的形状、长度长度。（2）改变运动副的尺寸改变运动副的尺寸。（3）选不同构件为机架选不同构件为机架等。等。 较为常用的演化机构有较为常用的演化机构有： 曲柄滑块机构、导杆机构、摇块机构、定块机构等曲柄滑块机构、导杆机构、摇块机构、定块机构等。 它们均属于滑块四杆机构，即含有移动副和转动副的四杆它们均属于滑块四杆机构，即含有移动副和转动副的四杆机构。机构。 3 3. .3 3 平面四杆机构的演化形式平面四杆机构的演化形式 曲柄滑块机构是由曲柄、连杆、滑块及机架组成曲柄滑块机构是由曲柄、连杆、滑块及机架组成。是在。是在曲曲柄摇杆机构柄摇杆机构的基础上的基础上，采用了改变构件

13、尺寸和形状的方法而得采用了改变构件尺寸和形状的方法而得到到的另一种平面连杆机构的另一种平面连杆机构，常用作回转运动与往复直线运动之常用作回转运动与往复直线运动之间的转换。间的转换。3 3. .3 3. .1 1 曲柄滑块机构曲柄滑块机构曲柄摇杆曲柄摇杆机构机构圆弧导轨曲柄滑块机构圆弧导轨曲柄滑块机构 3 3. .3 3 平面四杆机构的演化形式平面四杆机构的演化形式 若滑块移动导路中心通过曲柄转动中心，则称为对心曲若滑块移动导路中心通过曲柄转动中心，则称为对心曲柄滑块机构；若不通过曲柄转动中心，则称为偏置曲柄滑块柄滑块机构；若不通过曲柄转动中心，则称为偏置曲柄滑块机构，机构，e为偏心距。为偏心距

14、。对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构 偏置偏置曲柄滑块机构曲柄滑块机构 动态演示动态演示动态演示动态演示 3 3. .3 3 平面四杆机构的演化形式平面四杆机构的演化形式应用实例：应用实例：机构示意图机构示意图 机构简图机构简图 内燃机中的曲柄滑块机构1-曲轴；2-连杆；3-活塞 机构示意图机构示意图 机构简图机构简图 压力机中的曲柄滑块机构 1-工件；2-滑块；3-连杆；4-曲轴；5-齿轮 3 3. .3 3 平面四杆机构的演化形式平面四杆机构的演化形式3 3. .3 3. .2 2 导杆机构导杆机构曲柄滑块曲柄滑块机构机构转动导杆机构转动导杆机构（l1l2） 若改选若改选曲柄滑块机构中的构件

15、曲柄滑块机构中的构件AB为机架，则构件为机架，则构件AC将绕将绕A转动，而滑块将以构件转动，而滑块将以构件AC为为导轨，沿该构件相对移动，并导轨，沿该构件相对移动，并一起绕一起绕A点转动，构件点转动，构件AC称为导杆，而由此演化成的四杆机称为导杆，而由此演化成的四杆机构称为导杆机构构称为导杆机构。摆动导杆机构摆动导杆机构（l1l2）改选改选AB为机架为机架动态演示动态演示动态演示动态演示 3 3. .3 3 平面四杆机构的演化形式平面四杆机构的演化形式应用实例：应用实例：简易刨床的主运动机构简易刨床的主运动机构 动态演示动态演示 牛头刨床的主运动机构牛头刨床的主运动机构 3 3. .3 3 平

16、面四杆机构的演化形式平面四杆机构的演化形式3 3. .3 3. .3 3 摇块机构摇块机构曲柄滑块曲柄滑块机构机构 曲柄滑块机构中，如改选与滑块铰接的构件曲柄滑块机构中，如改选与滑块铰接的构件BC为机架，为机架，使滑块只能摇摆不能移动，则将演化成摇块机构，使滑块只能摇摆不能移动，则将演化成摇块机构，改选改选BC为机架为机架摇块摇块机构机构应用实例：应用实例：自卸汽车的翻斗机构自卸汽车的翻斗机构动态演示动态演示动态演示动态演示 3 3. .3 3 平面四杆机构的演化形式平面四杆机构的演化形式3 3. .3 3. .4 4 定块机构定块机构 将将曲柄滑块机构中的滑块改为机架，将演化成定块机构。曲柄

17、滑块机构中的滑块改为机架，将演化成定块机构。应用实例：应用实例：手动唧筒手动唧筒 曲柄滑块曲柄滑块机构机构改选滑块改选滑块为机架为机架动态演示动态演示定块定块机构机构 3 3. .4 4 平面连杆机构的基本特性平面连杆机构的基本特性 平面连杆机构具有传递和变换各种运动，实现力的传递和平面连杆机构具有传递和变换各种运动，实现力的传递和变换的功能，前者称为平面连杆机构的运动特性，后者称为平变换的功能，前者称为平面连杆机构的运动特性，后者称为平面连杆机构的传力特性。面连杆机构的传力特性。3 3. .4 4. .1 1 运动特性运动特性1铰链四杆机构存在曲柄的条件铰链四杆机构存在曲柄的条件 铰链四杆机

18、构中有曲柄的前提是运动副中必有整转副存在。铰链四杆机构中有曲柄的前提是运动副中必有整转副存在。 影响平面铰链四杆机构中曲柄存在的因素影响平面铰链四杆机构中曲柄存在的因素有：有：（1）构成四杆运动链的各构件长度构成四杆运动链的各构件长度。（2）运动链中选取的机架与其它构件的相对位置运动链中选取的机架与其它构件的相对位置。下面以曲柄摇杆机构为例，讨论铰链四杆机构曲柄存在的条件。下面以曲柄摇杆机构为例，讨论铰链四杆机构曲柄存在的条件。 3 3. .4 4 平面连杆机构的基本特性平面连杆机构的基本特性 设曲柄摇杆机构各杆的设曲柄摇杆机构各杆的杆长分别为杆长分别为a、b、c、d，设，设da，在杆，在杆A

19、B绕转动副绕转动副A转转动过程中，要使动过程中，要使A成为整转成为整转副，则副，则AB应能占据与机架应能占据与机架AD重叠和拉直共线的两个特重叠和拉直共线的两个特殊位置殊位置AB1和和AB2，即可构成，即可构成B1C1D和和B2C2D。 根据三角形两边之和大于第三边这一几何关系，并结合机构运根据三角形两边之和大于第三边这一几何关系，并结合机构运动的特点，可得：动的特点，可得：dbcadcbacbda将上式两两相加，得：将上式两两相加，得：ac；ab；ad 3 3. .4 4 平面连杆机构的基本特性平面连杆机构的基本特性 故故四杆机构有曲柄的条件为：四杆机构有曲柄的条件为： （1）最短杆与最长杆

20、的长度之和应小于其他两杆长度之和；）最短杆与最长杆的长度之和应小于其他两杆长度之和； （2）连架杆或机架中必有一最短杆。）连架杆或机架中必有一最短杆。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 根据上述结论，可得出以下推论：根据上述结论，可得出以下推论： （1）当）当lmin+lmaxl+ l时：时： 若以最短杆的相邻构件为机架，该机构为曲柄摇杆机构。若以最短杆的相邻构件为机架，该机构为曲柄摇杆机构。 若以最短杆为机架，该机构为双曲柄机构。若以最短杆为机架，该机构为双曲柄机构。 若以最短杆相对的构件为机架，该机构为双摇杆机构。若以最短杆相对的构件为机架，该机构为双摇杆

21、机构。 3 3. .4 4 平面连杆机构的基本特性平面连杆机构的基本特性l1，l2，l3，l4lmax+lminl+llmin为连架杆吗？曲柄摇杆机构lmin为机架吗？双曲柄机构双摇杆机构NNNYYY铰链四杆机构基本类型的判别流程可用下面框图表示：铰链四杆机构基本类型的判别流程可用下面框图表示： （2）当）当lmin+lmaxl+ l时：时： 则无论取哪个构件为机架则无论取哪个构件为机架，均无曲柄存在，只能为双摇均无曲柄存在，只能为双摇杆机构。杆机构。 3 3. .4 4 平面连杆机构的基本特性平面连杆机构的基本特性2急回运动特性急回运动特性（1）曲柄摇杆机构分析）曲柄摇杆机构分析 曲柄摇杆机

22、构中，设曲柄曲柄摇杆机构中，设曲柄AB为原动件。在曲柄以等角为原动件。在曲柄以等角速度速度1逆时针转动一周的过程逆时针转动一周的过程中，两次与连杆共线。中，两次与连杆共线。 此时此时C1D和和C2D为摇杆的两个极限位置，简称极位。其夹角为摇杆的两个极限位置，简称极位。其夹角称为最大摆角。曲柄与连杆两次共线位置间所夹的锐角称为最大摆角。曲柄与连杆两次共线位置间所夹的锐角为极位为极位夹角。夹角。 当主动件曲柄当主动件曲柄AB以等角速度以等角速度1逆时针旋转，从动件在正行逆时针旋转，从动件在正行程（行程）程（行程）C1D至至C2D和反行程（回程）和反行程（回程）C2D至至C1D时时C点的平均点的平均

23、线速度分别为线速度分别为 和和 ，所需时间为，所需时间为t1和和t2 ，对应曲柄的转角分别，对应曲柄的转角分别为为1=+和和2=-，显然有，显然有t1t2，即摇杆，即摇杆(回程回程)的速度大于行程的速度大于行程的速度。的速度。1v2v 3 3. .4 4 平面连杆机构的基本特性平面连杆机构的基本特性（2）急回运动特性）急回运动特性 构件构件返回速度大于推进速度的现象称为急回运动特性。返回速度大于推进速度的现象称为急回运动特性。（3）行程速比因数）行程速比因数 通常用通常用 与与 的比值的比值K来描述急回特性，来描述急回特性，K称为行程速比因称为行程速比因数。数。1v2v180180212112

24、ttvvK 111800KK 0，K1，有急回特性；，有急回特性； 越大，越大，K越大，急回特性越明显；越大，急回特性越明显； 越小，越小，K越小，急回特性越不明显；越小，急回特性越不明显； =0时，时，K=1，机构无急回特性。，机构无急回特性。机构有无急回特性，机构有无急回特性，急回特性是否显著，急回特性是否显著，取决于机构的极位取决于机构的极位夹角夹角 3 3. .4 4 平面连杆机构的基本特性平面连杆机构的基本特性 除曲柄摇杆机构外，偏置曲柄滑块机构、摆动导杆机构等也除曲柄摇杆机构外，偏置曲柄滑块机构、摆动导杆机构等也都具有急回特性。都具有急回特性。偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构摆动导

25、杆机构摆动导杆机构 3 3. .4 4 平面连杆机构的基本特性平面连杆机构的基本特性3 3. .4 4. .2 2 传力特性传力特性1压力角和传动角压力角和传动角 （1）压力角）压力角 力力F与受力点的速度与受力点的速度vc方方向之间所夹的锐角向之间所夹的锐角，称为压，称为压力角。力角。 （2）传动角）传动角 压力角压力角的余角的余角。 Ft= FcosFn= Fsin有效分力有效分力有有害害分力分力压力角压力角越小，越小，或传动角或传动角越大，则越大，则力力F在在vc方向的有效分方向的有效分力越大，机构的传力性能越好。力越大，机构的传力性能越好。因此，压力角因此，压力角或传动角的大小或传动角

26、的大小是衡量机构传力性能的重是衡量机构传力性能的重要标志。要标志。 3 3. .4 4 平面连杆机构的基本特性平面连杆机构的基本特性 （3）机构具有良好传力性能的条件机构具有良好传力性能的条件 传动角传动角随机构的不断运动而相应变化，为保证机构有较好随机构的不断运动而相应变化，为保证机构有较好的传力性能，应控制机构的最小传动角的传力性能，应控制机构的最小传动角min。一般可取。一般可取min40，重载高速场合取重载高速场合取min50。（4）最小传动角）最小传动角min的确定的确定 曲柄摇杆机构的曲柄摇杆机构的min 在在曲柄整转一周的过程中，当曲柄转到与机架共线的两曲柄整转一周的过程中，当曲

27、柄转到与机架共线的两个位置时，个位置时，传动角将出现极值传动角将出现极值和和，其中较小者即为最小，其中较小者即为最小传动角传动角min。 3 3. .4 4 平面连杆机构的基本特性平面连杆机构的基本特性 曲柄滑块机构的最大压力角曲柄滑块机构的最大压力角max 若机构的主动件为曲柄若机构的主动件为曲柄AB，从动件为滑块，从动件为滑块C，在曲柄与，在曲柄与滑块导路垂直时，滑块导路垂直时，=max。 摆动导杆机构的最小压力角摆动导杆机构的最小压力角min 构件构件3作用于导杆作用于导杆4上的力上的力F和导杆和导杆4上的上的C点速度点速度VC4都始都始终垂直于终垂直于AC，压力角，压力角始终为始终为0

28、，传力性能最好。，传力性能最好。曲柄滑块机构的曲柄滑块机构的max摆动导杆机构的摆动导杆机构的min 3 3. .4 4 平面连杆机构的基本特性平面连杆机构的基本特性2死点位置死点位置 不管在主动件上作用多大的驱动力，都不能在从动件上产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，称为机构的生有效分力的机构位置，称为机构的死点位置。死点位置。（1）死点位置举例）死点位置举例曲柄摇杆机构的死点位置曲柄摇杆机构的死点位置摆动导杆机构的死点位置摆动导杆机构的死点位置曲柄滑块机构的死点位置曲柄滑块机构的死点位置 3 3. .4 4 平面连杆机构的基本特性平面连杆机构的基本特性

29、（2）死点位置的克服）死点位置的克服 当死点位置的存在对机构运动不利时，应尽量避免出现死当死点位置的存在对机构运动不利时，应尽量避免出现死点，克服死点位置的方法有：点，克服死点位置的方法有： 采用机构死点位置错采用机构死点位置错位排列的办法，以保持位排列的办法，以保持从动曲柄的转向不变从动曲柄的转向不变。利用飞轮惯性利用飞轮惯性 采用加大从动件惯性的采用加大从动件惯性的方法，靠惯性帮助通过死方法，靠惯性帮助通过死点。点。 3 3. .4 4 平面连杆机构的基本特性平面连杆机构的基本特性（3）死点位置的利用）死点位置的利用 在实际工程应用中，有许多场合是利用死点位置来实现一在实际工程应用中，有许

30、多场合是利用死点位置来实现一定工作要求的，例如：定工作要求的，例如： 工件夹紧机构工件夹紧机构飞机起落架飞机起落架动态演示动态演示动态演示动态演示 3 3. .5 5 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计3 3. .5 5. .1 1 连杆机构设计的基本问题连杆机构设计的基本问题 连杆机构设计可归纳为下列两类问题：连杆机构设计可归纳为下列两类问题： （1）按照给定从动件的位置设计四杆机构，即位置设计。）按照给定从动件的位置设计四杆机构，即位置设计。 （2）按照给定点的运动轨迹设计四杆机构，即轨迹设计。）按照给定点的运动轨迹设计四杆机构，即轨迹设计。 设计方法设计方法： （1）作图法）作图法：直

31、观、清晰，简单易行，但误差较大直观、清晰，简单易行，但误差较大。 （2）实验法）实验法：适用于运动要求较复杂的四杆机构的初步设计，适用于运动要求较复杂的四杆机构的初步设计，但工作较繁琐。但工作较繁琐。 （3）解析法）解析法：可得到较准确的结果并具有较高的精度，但计可得到较准确的结果并具有较高的精度，但计算求解较麻烦。算求解较麻烦。本节主要介绍本节主要介绍采用采用作图法设计四杆机构。作图法设计四杆机构。 3 3. .5 5 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计3 3. .5 5. .2 2 按给定的连杆位置设计四杆机构按给定的连杆位置设计四杆机构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

32、位置设计四杆机构 设已知连杆设已知连杆BC的长度和预定要占据的两个位置的长度和预定要占据的两个位置B1C1和和B2C2，设计此四杆机构设计此四杆机构。 设计分析：该设计的主要问题是如何确定铰链设计分析：该设计的主要问题是如何确定铰链A和和D的位置，的位置，从而确定除连杆外其它三个构件的长度。从而确定除连杆外其它三个构件的长度。 设计步骤：设计步骤： （1）选取适当的比例尺）选取适当的比例尺L，绘出给定连杆的两个位置，绘出给定连杆的两个位置B1C1和和B2C2。 （2）分别连接）分别连接B1B2、C1C2 ，并作直线段，并作直线段B1B2和和C1C2的垂直平的垂直平分线分线b12和和c12。 （

33、3）两固定铰链）两固定铰链A、D可分别在可分别在b12和和c12上任取。上任取。 3 3. .5 5 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计 （4） 连接连接AB1C1D或或AB2C2D即为所求的四杆机构。即为所求的四杆机构。 （5）从图中量取各杆的长度再乘以比例尺）从图中量取各杆的长度再乘以比例尺L，就得到实，就得到实际长度际长度。有无穷多解有无穷多解 3 3. .5 5 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计2按给定连杆的按给定连杆的三三个位置设计四杆机构个位置设计四杆机构 设已知连杆设已知连杆BC的长度和依次占据的三个位置的长度和依次占据的三个位置B1C1、B2C2、B3C3 。确定满足上述

34、条件的铰链四杆机构中其它各杆件的长度。确定满足上述条件的铰链四杆机构中其它各杆件的长度和位置。和位置。 设计分析：显然设计分析：显然B点的运动轨迹是由点的运动轨迹是由B1、B2、B3三点所确定三点所确定的圆弧，的圆弧，C点的运动轨迹是由点的运动轨迹是由C1、C2、C3三点所确定的圆弧，分三点所确定的圆弧，分别找出这两段圆弧的圆心别找出这两段圆弧的圆心A和和D，也就完成了此四杆机构的设计。，也就完成了此四杆机构的设计。 设计步骤：设计步骤： （1）确定比例尺）确定比例尺L，画出给定连杆的三个位置。，画出给定连杆的三个位置。 （2）连接）连接B1B2、B2B3 ，分别作直线段，分别作直线段B1B2

35、和和B2B3的垂直平分的垂直平分线线b12和和b23，两垂直平分线的交点，两垂直平分线的交点A即为即为B1、B2、B3三点所确定三点所确定圆弧的圆心。圆弧的圆心。 3 3. .5 5 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计 有唯一解有唯一解 （3）连接）连接C1C2、C2C3，分别作直线段，分别作直线段C1C2和和C2C3的垂直平分的垂直平分线线c12、c23，两平分线交于点，两平分线交于点D，D点即为点即为C1、C2、C3三点所确定三点所确定圆弧的圆心。圆弧的圆心。 （4）连接）连接AB1C1D（或（或AB2C2D）即得所求的四杆机构。）即得所求的四杆机构。 （5）从图中量取各杆的长度再乘以比

36、例尺）从图中量取各杆的长度再乘以比例尺L，就得到实际构，就得到实际构件长度尺寸。件长度尺寸。 3 3. .5 5 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计3 3. .5 5. .3 3 按给定的行程速比因数按给定的行程速比因数K设计四杆机构设计四杆机构1曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 设已知行程速比因数设已知行程速比因数K，摇杆长度为，摇杆长度为lCD，最大摆角为，最大摆角为，试用作图法设计此曲柄摇杆机构。试用作图法设计此曲柄摇杆机构。 设计分析：该设计的实质设计分析：该设计的实质是确定是确定铰链铰链中心中心A点的位置，然点的位置，然后定出其他三杆的尺寸。后定出其他三杆的尺寸。 设计步骤：设计步骤： （

37、1）由速比因数）由速比因数K计算极位夹角计算极位夹角。 （2）作摇杆的极限位置。）作摇杆的极限位置。 （3）求曲柄铰链中心）求曲柄铰链中心A。 （4）求曲柄和连杆的铰链中心）求曲柄和连杆的铰链中心B。 （5）计算各杆的实际长度。）计算各杆的实际长度。有无穷多解有无穷多解 3 3. .5 5 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计2曲柄滑块机构曲柄滑块机构 设已知曲柄滑块机构的行程速比因数设已知曲柄滑块机构的行程速比因数K、滑块行程、滑块行程H和偏和偏距距e，试设计此机构。，试设计此机构。 设计分析：设计分析：与上例分析方与上例分析方法类似，可把曲柄滑块机构中法类似，可把曲柄滑块机构中的行程的行程

38、H视为曲柄摇杆机构中视为曲柄摇杆机构中摇杆无限长时摇杆无限长时C点摆过的弦长点摆过的弦长。 设计步骤：设计步骤： （1）求极位夹角）求极位夹角。 （2）作）作出滑块出滑块的的两个两个极限位置。极限位置。 （3）求曲柄铰链中心）求曲柄铰链中心A。 （4）按与曲柄摇杆机构相同的按与曲柄摇杆机构相同的方法，确定曲柄和连杆的长度方法，确定曲柄和连杆的长度。 3 3. .5 5 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计3导杆机构导杆机构 已知摆动导杆机构中机架的长度为已知摆动导杆机构中机架的长度为lAD，行程速比因数为，行程速比因数为K，试设计该机构。试设计该机构。 设计分析：设计分析：导杆机构的极位夹导杆

39、机构的极位夹角角等于导杆的摆角等于导杆的摆角，所需确定的，所需确定的尺寸是曲柄长度尺寸是曲柄长度lAC。 设计步骤：设计步骤： （1）求极位夹角求极位夹角（即摆角（即摆角）。）。 （2）作）作出导杆出导杆的的两个两个极限位置。极限位置。 （3）求曲柄铰链中心）求曲柄铰链中心A。 （4）过过A点作导杆任一极限位置的点作导杆任一极限位置的垂直线垂直线AC1(或或 AC2)，量出，量出AC的长度，的长度，按照相应比例尺按照相应比例尺L换算实际距离换算实际距离lAC。有唯一解有唯一解 3 3. .6 6 平面多杆机构简介平面多杆机构简介 与四杆机构相比，多杆机构具有某些独特的运动规律和作与四杆机构相比

40、，多杆机构具有某些独特的运动规律和作用，一般可实现以下要求用，一般可实现以下要求:插齿机主传动机构插齿机主传动机构肘杆机构肘杆机构1改变从动件的运动特性改变从动件的运动特性 2可获得较大的机械增益可获得较大的机械增益 3 3. .6 6 平面多杆机构简介平面多杆机构简介 3扩大机构从动件的行程扩大机构从动件的行程 钢料推送装置钢料推送装置课后习题答案课后习题答案一、判断题一、判断题1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 二、选择题二、选择题1.B 2. B 3. A 4. C 5. C 6. B 7. C 8. A 9. D 10. C11.B 12. C 13. D 1

41、4. A 15. A 16. C 17. B 18. C 19. A 20. C三、综合题三、综合题 1.连杆机构是用转动副和移动副将构件相互联接而成，用连杆机构是用转动副和移动副将构件相互联接而成，用以实现运动变换和动力传递的机构。以实现运动变换和动力传递的机构。 其主要优点其主要优点:（1）能够进行多种运动形式的转换。（）能够进行多种运动形式的转换。（2）运动副一般均为低副。两构件之间为面接触，接触表面是圆柱运动副一般均为低副。两构件之间为面接触，接触表面是圆柱面或平面，单位面积上的压力较小，制造容易，磨损较慢，可面或平面，单位面积上的压力较小，制造容易，磨损较慢，可承受较大载荷。承受较大

42、载荷。（3）具有丰富的连杆曲线。在连杆机构中，）具有丰富的连杆曲线。在连杆机构中，课后习题答案课后习题答案 连杆上各点的轨迹是各种不同形状的曲线，其形状随着各构连杆上各点的轨迹是各种不同形状的曲线，其形状随着各构件相对长度的改变而改变，可满足不同轨迹的设计要求。件相对长度的改变而改变，可满足不同轨迹的设计要求。 主要缺点有主要缺点有:（1）连接处的间隙造成的积累误差较大。）连接处的间隙造成的积累误差较大。（2）连杆机构运动时产生惯性力，不适用于高速场合。（）连杆机构运动时产生惯性力，不适用于高速场合。（3）设计方法比较复杂，难以实现精确的轨迹。设计方法比较复杂，难以实现精确的轨迹。 2. 摇杆

43、摇杆(回程回程)的速度大于行程的速度，这种返回速度大于的速度大于行程的速度，这种返回速度大于推进速度的现象称为急回特性。工程上常用从动件往返速度推进速度的现象称为急回特性。工程上常用从动件往返速度的比值的比值K来表示急回特性的显著程度，比值来表示急回特性的显著程度，比值K即为行程速度系即为行程速度系数。曲柄与连杆两次共线位置间所夹的锐角数。曲柄与连杆两次共线位置间所夹的锐角称为极位夹角。称为极位夹角。 当当0时，时，K1，机构有急回特性；，机构有急回特性；越大，越大，K值越大，值越大，急回特性越明显；急回特性越明显；越小，越小，K值越小，急回特性越不明显；值越小，急回特性越不明显；=0时，时，K=1，机构无急回特性。，机构无急回特性。课后习题答案课后习题答案 3. 忽略摩擦时的力忽略摩擦时的力F与受力点的速度与受力点的速度vc方向之间所夹的锐方向之间所夹的锐角角，称为压力角。在连杆设计中，为了便于观察和度量，习，称为压力角。在连杆设计中，为了便于观察和度量，习惯用压力角的余角惯用压力角的余角（