第4章 连杆机构课件

1、单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-241单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-241单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-241平面连杆机构：平面连杆机构：构件构件+低副低副构件自由度：构件自由度： F=3(n-1)-2PL 最基本机构是四杆机构最基本机构是四杆机构 教学内容：教学内容：1 、平面连杆机构的类型及演化。、平面连杆机构的类型及演化。 2、平面连杆机构的主要工作特性。、平面连杆机构的主要工作特性。 3、平面连杆机构

2、的设计。、平面连杆机构的设计。重点和难点：重点和难点：四杆机构的设计。四杆机构的设计。第三章：平面连杆机构及其设计第三章：平面连杆机构及其设计 3-1 平面连杆机构及其基本设计问题平面连杆机构及其基本设计问题平面连杆机构的优缺点：平面连杆机构的优缺点：优点：优点：1 、低副是面接触，压强小、耐磨损、低副是面接触，压强小、耐磨损重型机械适用。重型机械适用。2、接触面通常是容易加工的平面或圆柱面，易获得较高精度。、接触面通常是容易加工的平面或圆柱面，易获得较高精度。3、连杆可做得很长，可较长距离传递运动、连杆可做得很长，可较长距离传递运动适合操纵机构。适合操纵机构。4 、低副的约束靠形状（几何约束

3、），无需附加的约束装置。、低副的约束靠形状（几何约束），无需附加的约束装置。缺点：缺点：1、低副存在间隙，会引起运动误差积累低副存在间隙，会引起运动误差积累不宜用于高精度。不宜用于高精度。2、连杆机构设计复杂，难于实现复杂的运动规律。、连杆机构设计复杂，难于实现复杂的运动规律。3、有相当部分构件处于变速运动中，有惯性力、有相当部分构件处于变速运动中，有惯性力 不适合高速。不适合高速。单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-242单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-242单击以编辑母版

4、标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2423-2 平面四杆机构的基本形式及其演化平面四杆机构的基本形式及其演化基本名词：基本名词：1、机架、机架：固定不动的构件。：固定不动的构件。2、连架杆：、连架杆：与机架相连的构件。与机架相连的构件。 1）、曲柄）、曲柄：整周转动的构件。：整周转动的构件。 2）、摇杆）、摇杆：不能作整周转动构件。：不能作整周转动构件。3、连杆：、连杆：不与机架相连的构件。不与机架相连的构件。4、滑块、定块、摇块滑块、定块、摇块5、导杆（转动、摆动）、导杆（转动、摆动）基本分类：基本分类：1、按转动副数目、按转动副数目2、不同构件作

5、机架、不同构件作机架a4a3a2a1q12铰链四杆机构ABC11234转动导杆机构和摆动导转动导杆机构和摆动导杆机构杆机构xyABC11234xy单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-243单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-243单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-243机架机架移动副数目为移动副数目为0移动副数目为移动副数目为1移动副数目为移动副数目为2移动副数目为移动副数目为21ABDG2ACEG3ACFG4ABEG四杆

6、机构的转化四杆机构的转化单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-244单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-244单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-244AAABBBCCCDDD铰链四杆机构向曲柄滑块机构的演化铰链四杆机构向曲柄滑块机构的演化 曲柄滑块机构，按照曲柄滑块机构，按照C点的轨迹是否通过点的轨迹是否通过A点，有分为偏置点，有分为偏置式曲柄滑块机构和对心式曲柄滑块机构。式曲柄滑块机构和对心式曲柄滑块机构。转动副向移动副的

7、转化转动副向移动副的转化 曲柄滑块机构进一步可以演化成双移动副机构，如：正曲柄滑块机构进一步可以演化成双移动副机构，如：正弦机构、双转块机构，等等。弦机构、双转块机构，等等。单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-245单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-245单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-245一、铰链四杆机构：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、一、铰链四杆机构：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构双摇杆机构1 1、曲柄摇杆机构

8、、曲柄摇杆机构a4a3a2a1q12铰链四杆机构 通常曲柄主动，摇杆从动；通常曲柄主动，摇杆从动；也有摇杆主动的情况。也有摇杆主动的情况。应用例：应用例： 牛头刨进给机构、复摆式腭牛头刨进给机构、复摆式腭破、钢坯输送机、旋转式水泵、破、钢坯输送机、旋转式水泵、单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-246单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-246单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2462 2、双曲柄机构、双曲柄机构 两连架杆都

9、作整周转动。通常，主动曲两连架杆都作整周转动。通常，主动曲柄匀速转动，从动曲柄变速转动（大筛和柄匀速转动，从动曲柄变速转动（大筛和转翼式水泵就是这一性质的应用）。转翼式水泵就是这一性质的应用）。 平行四边形机构是特殊的双曲柄机构，平行四边形机构是特殊的双曲柄机构，其两曲柄等速转动，连杆平动（机车车轮连其两曲柄等速转动，连杆平动（机车车轮连动装置和摄影平台是其典型应用）。动装置和摄影平台是其典型应用）。 平行四边形机构有两个运动不确定的转折点。平行四边形机构有两个运动不确定的转折点。消除方法有：消除方法有：利用曲柄或附加的飞轮的惯性。利用曲柄或附加的飞轮的惯性。 相互不同步的多个平行四边形机构。

10、相互不同步的多个平行四边形机构。单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-247单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-247单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2473 3、双摇杆机构、双摇杆机构两连架杆均为摇杆。通常主动摇杆匀速摆动，从动摇杆变速摆动。两连架杆均为摇杆。通常主动摇杆匀速摆动，从动摇杆变速摆动。 双摇杆机构只适合低速场合。但一些双摇杆机构可实现特定的运动。飞机双摇杆机构只适合低速场合。但一些双摇杆机构可实现特定的运动

11、。飞机起落架机构、车辆转向机构、鹤式起重机、折叠式床腿等都是双摇杆机构的应起落架机构、车辆转向机构、鹤式起重机、折叠式床腿等都是双摇杆机构的应用。用。单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-248单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-248单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-248二、一个移动副的四杆机构二、一个移动副的四杆机构移动副可以看作是连接在无穷远处的转动副。移动副可以看作是连接在无穷远处的转动副。转化的转化的动画演示动画

12、演示1、曲柄滑块机构：例如、曲柄滑块机构：例如活塞泵活塞泵、内燃机内燃机等等2、转动导杆机构：例如、转动导杆机构：例如.Vswf02swf09.swf3、曲柄摇块机构：例如、曲柄摇块机构：例如自卸汽车自卸汽车、抽吸泵抽吸泵4、移动导杆机构：例如、移动导杆机构：例如压水泵压水泵等等单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-249单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-249单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-249三、两个移动副的四杆机

13、构三、两个移动副的四杆机构转动副和移动副有相邻和相对两种情况转动副和移动副有相邻和相对两种情况1、正玄机构：例如、正玄机构：例如缝纫机缝纫机等等2、双转块机构：例如、双转块机构：例如十字滑块联轴器十字滑块联轴器及其及其平面图平面图3、双滑块机构：例如、双滑块机构：例如椭圆规椭圆规等等4、正切机构、画块摇杆机构等等、正切机构、画块摇杆机构等等此外，改变运动副的尺寸也能变化出外观不同的机此外，改变运动副的尺寸也能变化出外观不同的机构构参考图参考图。单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2410单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式

14、第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2410单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-24103-3 3-3 平面四杆机构的主要工作特性平面四杆机构的主要工作特性一、整转副的存在条件一、整转副的存在条件Grashof定理：定理：铰链四杆机构中，如果：铰链四杆机构中，如果：s+lp+q,则在则在s的两侧存在整转副。的两侧存在整转副。格氏定理的证明：格氏定理的证明：由由AC2D有：有：由由AC1D有：有：4321llll+ + + +2314llll+ + + +2413llll+ + + +解三式解三式有：有：41ll 31ll 21ll

15、 结论：结论： 满足格拉消夫条件时，满足格拉消夫条件时，1、以最短杆连架杆，得到曲柄摇杆机构；、以最短杆连架杆，得到曲柄摇杆机构；2、以最短杆作机架，得到双曲柄机构；、以最短杆作机架，得到双曲柄机构；3、以最短杆连杆，得到、以最短杆连杆，得到双摇杆机构。双摇杆机构。不满足格拉消夫条件时：总是双摇杆机构。不满足格拉消夫条件时：总是双摇杆机构。单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2411单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2411单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级

16、 第三级 第四级 第五级2022-4-2411格拉箫夫定理推广到含移动副机构格拉箫夫定理推广到含移动副机构l1l2l3 el4-l3=el4 短杆短杆+e长杆时，存在整转副长杆时，存在整转副一个移动副的情形一个移动副的情形l1l2 l3 l4 总存在整转副总存在整转副两个移动副的情形两个移动副的情形单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2412单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2412单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-24

17、12行程速比系数行程速比系数k ：是摇杆反、正：是摇杆反、正 行程平均速度之比。行程平均速度之比。qq-+=00180180vfvf=121121/tt=12122112/tcctccVVk1、存在急回特性的条件是极位夹角不等于零。、存在急回特性的条件是极位夹角不等于零。2、因为、因为 是锐角，且是锐角，且 ，故，故 3。 急回特性是一个很有用的急回特性是一个很有用的性质，利用急回特性可缩短非性质，利用急回特性可缩短非生产时间，提高生产率。对一生产时间，提高生产率。对一些有急回特性要求的机械，常些有急回特性要求的机械，常根据根据 k 值按下式算出值按下式算出 角，角，再确定各杆尺寸。再确定各杆

18、尺寸。111800+-=kkq二、形成速度变化系数二、形成速度变化系数（急回特性）（急回特性）单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2413单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2413单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2413三、压力角和传动角三、压力角和传动角定定 义义 曲柄摇杆机构的压力曲柄摇杆机构的压力角随曲柄的转动而变。角随曲柄的转动而变。动力传动中要求：动力传动中要求：g min 40 从动件受力方向和运从动件受力

19、方向和运动方向之间的夹角称为动方向之间的夹角称为压力角压力角a a ，压力角的余，压力角的余角称为传动角角称为传动角g g 。单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2414单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2414单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2414四、死点位置四、死点位置 当摇杆主动时，在曲柄与连杆两次共线的位置可能出现卡当摇杆主动时，在曲柄与连杆两次共线的位置可能出现卡死或运动不确定的现象，机构的这种位置称为死点

20、。死点通常死或运动不确定的现象，机构的这种位置称为死点。死点通常有害，应设法消除。消除方法有：有害，应设法消除。消除方法有： 对从动曲柄施加附加力矩。对从动曲柄施加附加力矩。 利用构件自身或飞轮的惯性。利用构件自身或飞轮的惯性。 多组相同机构错开一定角度布置。多组相同机构错开一定角度布置。利用死点的例：利用死点的例： 飞机起落架飞机起落架， 夹紧装置。夹紧装置。单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2415单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2415单击以编辑母版标题样式 单击以编

21、辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2415 曲柄滑块机构是否有急回特性？偏置曲柄滑块曲柄滑块机构是否有急回特性？偏置曲柄滑块机构是否有急回特性？对心曲柄滑块机构是否有急机构是否有急回特性？对心曲柄滑块机构是否有急回特性。为什么？回特性。为什么？ 压力角、传动角如何作？最大压力角出现在什压力角、传动角如何作？最大压力角出现在什么地方？么地方？ 关于导杆机构的几个特关于导杆机构的几个特性：性：1、导杆机构的压力角等、导杆机构的压力角等于于0o，及传动角等于及传动角等于90o2、摆动导杆机构有急回摆动导杆机构有急回特性，且摆角特性，且摆角等于极位等于极位夹角夹角。值得思考的

22、几个问题值得思考的几个问题：ABC1123xyF,V压力角恒等于0，传动角恒等于90；摆角等于极位夹角。单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2416单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2416单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-24163-43-4：实现连杆给定位置平面四杆机构运动设计：实现连杆给定位置平面四杆机构运动设计一、基本问题：一、基本问题： 1、实现给定的运动规律。、实现给定的运动规律。 2、实现给定的运动轨迹。、

23、实现给定的运动轨迹。二、方法：二、方法： 1、图解法：、图解法： 2、解析法：、解析法： 3、实验法：、实验法：三、用到的数学定理：三、用到的数学定理： 1、三点定圆：、三点定圆： 2、圆周角恒等：、圆周角恒等：A2A1A3单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2417单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2417单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2417 1、给定连杆位置设计、给定连杆位置设计（例子）（例子） （a）：）：

24、两位置两位置 （b）：）： 三位置三位置二、用图解法设计平面四杆机构二、用图解法设计平面四杆机构一个值得思考的问题：一个值得思考的问题：如果给定连杆的如果给定连杆的4位置、位置、5位置或更多的位置，如位置或更多的位置，如何设计铰链四杆机构？何设计铰链四杆机构？A1B1A2B2A3B3CD单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2418单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2418单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2418ADN1

25、M1M2M3N2N3A2D2A3D3BB2、已知：连杆三个位置和机架上的转动副、已知：连杆三个位置和机架上的转动副A、D位置求作机构（实质是求连杆上转动副的位置位置求作机构（实质是求连杆上转动副的位置B、C）基本原理：基本原理：如果人们与连杆固如果人们与连杆固联，人们将看到联，人们将看到B、C点位置不变，而点位置不变，而A、D点则在分别以点则在分别以B、C点为圆心的圆弧上。点为圆心的圆弧上。单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2419单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2419单

26、击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-24193、给定铰链四杆机构两连架杆的两对应位置或三对、给定铰链四杆机构两连架杆的两对应位置或三对应位置设计铰链四杆机构应位置设计铰链四杆机构实质上是已知转动副实质上是已知转动副A、B、D，要求出转动副，要求出转动副CAB1B2DE1E2B2基本原理：基本原理：如果人们与连架杆如果人们与连架杆DE固联，人们将看固联，人们将看到到D、C点位置不变，点位置不变，而而A、B点则在分别点则在分别以以D、C点为圆心的点为圆心的圆弧上。圆弧上。单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第

27、五级2022-4-2420单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2420单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2420例题例题1 1：设计一曲柄：设计一曲柄滑块机构，已知曲柄滑块机构，已知曲柄ABAB的长度为的长度为a a，曲柄曲柄的三组对应位置，如的三组对应位置，如图所示。当曲柄图所示。当曲柄1 1由由位置位置依次转过角度依次转过角度1212 和和1313 而达到位而达到位置置和和时，滑块时，滑块3 3由位置由位置向右依次向右依次移动到位置移动到位置和和，所对应位移分，所对应位移分

28、别为别为S S1212和和S S1313，要求确要求确定连杆的尺度定连杆的尺度b b。AB1B2B31312C1C2C3S12S13例题示意图例题示意图曲柄滑块机构曲柄滑块机构yx1XCSACBCB单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2421单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2421单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2421解析法设计四杆机构解析法设计四杆机构(一）一）A1B1A2B2A3B3CD已知已知A、B点的三个位

29、置：点的三个位置：（ xA1,yA1), (xA2,yA2), (xA3,yA3); （xB1,yB1), (xB2,yB2), (xB3,yB3)求转动幅求转动幅C、D位置位置: （ xC,yC), （xD,yD), lAC, lBD求解方程：求解方程：(xA1 -xC )2+( yA1 -yC )2=l2CA(xA2 -xC )2+( yA2 -yC )2=l2CA(xA3 -xC )2+( yA3 -yC )2=l2CA(xB1 -xD )2+( yB1 -yD )2=l2BD(xB2 -xD )2+( yB2 -yD )2=l2BD(xB3 -xD )2+( yB3 -yD )2=l2

30、BD(xA1 + xA2 2xC ) (xA1-xA2) + (yA1 + yA2 2yC ) (yA1-yA2) =0(xA2 + xA3 2xC ) (xA2-xA3) + (yA2 + yA3 2yC ) (yA2-yA3) =0两式相减能消去未知数的两式相减能消去未知数的平方项变成标准形式：平方项变成标准形式：A11x+A12y=B1A21x+A22y=B2(x2A1 - x2A2 + y2A1 - y2A2) -2( xA1 -xA2 )xC -2( yA1 -yA2 )yC =0(x2A3 - x2A2 + y2A3 - y2A2 )-2( xA3 -xA2 )xC -2( yAy

31、 -yA2 )yC =0单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2422单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2422单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2422yxffffcossinsincosCCMCCCMCyxyyyxxx+=-+=xyMC单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2423单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级20

32、22-4-2423单击以编辑母版标题样式 单击以编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-4-2423解析法设计四杆机构解析法设计四杆机构(二）二）ADN1M1M2M3N2N3已知常量已知常量:(xA ,yA), (xD ,yD),变量变量: (xM1, yM1), (xM2 ,yM2), (xM3 ,yM3); (1,2,3)求转动副求转动副C、D的位置：的位置： (xB ,yB), (xC ,yC)2. 方程：方程：(xM1-xA+xBcos1-yBsin1)2+(yM1-yA+xBsin1+yBcos1)2=l2AB(xM2-xA+xBcos2-yBsin2)2+(yM2-yA+xBsin2+yBcos2)2=l2AB(xM3-xA+xBcos3-yBsin3)2+(yM3-yA+xBsin3+yBcos3)2=l2AB3. 方程：方程：(xM1-xD+xCcos1-yCsin1)2+(yM1-yA+xCsin1+yCcos