石油大学机械设计基础第三章平面连杆机构-48

1、作业：作业：3.1、3.5、3.7 （上交作业）（上交作业）n3-1 3-1 概述概述n3-2 3-2 平面连杆机构的类型、应用和演化平面连杆机构的类型、应用和演化n3-3 3-3 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性 n3-4 3-4 平面四杆机构的设计简介平面四杆机构的设计简介第三章第三章 平面连杆机构平面连杆机构一、连杆机构的定义一、连杆机构的定义n 由若干个构件通过低副连接而组成的机构称为连连杆机构杆机构，又称为低副机构。3-1 3-1 概述概述n抽油机中的连杆机构抽油机中的连杆机构n抽油机中的连杆机构抽油机中的连杆机构内燃机中的连杆机构内燃机中的连杆机构缝纫机中的连杆机构缝纫

2、机中的连杆机构n 连杆机构是一种应用十分广泛的机构，人造卫连杆机构是一种应用十分广泛的机构，人造卫星太阳能板的展开机构，机械手的传动机构，折叠星太阳能板的展开机构，机械手的传动机构，折叠伞的收放机构以及人体假肢等等，都是连杆机构。伞的收放机构以及人体假肢等等，都是连杆机构。n曲柄滑块机构、铰链四杆机构、导杆机构是最常见曲柄滑块机构、铰链四杆机构、导杆机构是最常见的连杆机构型式。的连杆机构型式。二、连杆机构的分类二、连杆机构的分类n 所有构件均在相互平行的平面内运动的连所有构件均在相互平行的平面内运动的连杆机构，称为平面连杆机构。杆机构，称为平面连杆机构。n1 1、平面连杆机构、平面连杆机构n

3、所有构件不全在相互平行的平面内运所有构件不全在相互平行的平面内运动的连杆机构，称为空间连杆机构。动的连杆机构，称为空间连杆机构。n2 2、空间连杆机构、空间连杆机构三、平面连杆机构的优点三、平面连杆机构的优点n1 1、平面连杆机构属于低副机构，运动副为面接平面连杆机构属于低副机构，运动副为面接触，压强小，承载能力大，耐冲击，并且便于润触，压强小，承载能力大，耐冲击，并且便于润滑，磨损小。滑，磨损小。n2 2、其运动副元素多为平面或圆柱面，制造比较其运动副元素多为平面或圆柱面，制造比较容易，而且靠其本身的几何封闭来保证构件运动，容易，而且靠其本身的几何封闭来保证构件运动，结构简单，工作可靠。结构

4、简单，工作可靠。 n3 3、可以实现不同的运动规律和特点轨迹要求。、可以实现不同的运动规律和特点轨迹要求。1 1）用于受力较大的挖掘机，破碎机用于受力较大的挖掘机，破碎机2 2）用于实现各种不同的运动规律要求）用于实现各种不同的运动规律要求2 2）用于实现各种不同的运动规律要求）用于实现各种不同的运动规律要求四、平面连杆机构的缺点四、平面连杆机构的缺点n1 1、当机构复杂时累计误差较大，影响其传动、当机构复杂时累计误差较大，影响其传动精度。精度。n2 2、惯性力不容易平衡，不适合于高速传动。、惯性力不容易平衡，不适合于高速传动。n3 3、不易精确地满足各种运动规律和运动轨迹、不易精确地满足各种

5、运动规律和运动轨迹的要求。的要求。n 平面连杆机构中，其构件平面连杆机构中，其构件多呈杆状，故常简称为多呈杆状，故常简称为“杆杆”。连杆机构又可根据机构中所含连杆机构又可根据机构中所含杆数而命名，如：杆数而命名，如：四杆机构、四杆机构、五杆机构、六杆机构、多杆机五杆机构、六杆机构、多杆机构构等。等。 平面连杆机构中最简单、平面连杆机构中最简单、应用最广的是四杆机构，其他应用最广的是四杆机构，其他多杆机构都是在它的基础上扩多杆机构都是在它的基础上扩充而成的，本章重点讨论充而成的，本章重点讨论四杆四杆机构及其设计机构及其设计。3-2 3-2 平面连杆机构的类型、应平面连杆机构的类型、应用和演化用和

6、演化 n一、平面四杆机构的基本类型及应用一、平面四杆机构的基本类型及应用n二、平面四杆机构的演化二、平面四杆机构的演化铰链四杆机构铰链四杆机构 铰链四杆机构就是当平面四杆机构中的铰链四杆机构就是当平面四杆机构中的全部运动副均为全部运动副均为转动副转动副时的四杆机构。时的四杆机构。 构件名称构件名称连架杆连架杆：与机架相连的构件称为连架杆。：与机架相连的构件称为连架杆。连架杆连架杆机架机架连架杆连架杆连杆连杆能绕其轴线转能绕其轴线转360的的连架杆连架杆。仅能绕其轴线作往复摆动的仅能绕其轴线作往复摆动的连架杆。连架杆。曲柄曲柄摇杆摇杆连架杆连架杆机架机架：固定不动的构件称为机架。：固定不动的构件

7、称为机架。连杆连杆：不直接与机架相连的构件称为连杆。：不直接与机架相连的构件称为连杆。周转副周转副摆转副摆转副一、平面四杆机构的基本类型一、平面四杆机构的基本类型及应用及应用n1 1、曲柄摇杆机构、曲柄摇杆机构n2 2、双曲柄机构、双曲柄机构n3 3、双摇杆机构、双摇杆机构1 1、曲柄摇杆机构、曲柄摇杆机构：n 若在铰链四杆机构的两连架杆中一为曲若在铰链四杆机构的两连架杆中一为曲柄，另一为摇杆，则此四杆机构称为柄，另一为摇杆，则此四杆机构称为曲柄摇曲柄摇杆机构。杆机构。曲柄摇杆机构的应用曲柄摇杆机构的应用颚式破碎机机构颚式破碎机机构雷达天线机构雷达天线机构搅拌机机构搅拌机机构2 2、双曲柄机构

8、、双曲柄机构 在铰链四杆机构中若两连架杆均为曲在铰链四杆机构中若两连架杆均为曲柄，则此四杆机构称为柄，则此四杆机构称为双曲柄机构双曲柄机构。双曲柄机构的应用双曲柄机构的应用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n 在双曲柄机构中，若相对两杆的长度相等且平在双曲柄机构中，若相对两杆的长度相等且平行，两曲柄的转向相同，称为平行四边形机构。行，两曲柄的转向相同，称为平行四边形机构。n（1 1）平行四边形机构：）平行四边形机构：平行四边形机构的应用平行四边形机构的应用蒸汽机车驱动装置蒸汽机车驱动装置摄影升降机构摄影升降机构平行四边形机构的应用平行四边形机构的应用耕地耕地料斗料斗DCAB播

9、种机料斗机构播种机料斗机构天平天平n 在双曲柄机构中，若相对两杆的长度在双曲柄机构中，若相对两杆的长度相等，但不平行相等，但不平行( (BCBC与与AD)AD)，两曲柄转向相两曲柄转向相反（反（ABAB与与CDCD），），称为反平行四边形机构。称为反平行四边形机构。n（2 2）反平行四边形机构：）反平行四边形机构：n 平行四边形机构，连杆与曲柄共线时，平行四边形机构，连杆与曲柄共线时，从动曲柄可能向正反两个方向转动，机构运从动曲柄可能向正反两个方向转动，机构运动不确定，平行四边形机构可能变成反平行动不确定，平行四边形机构可能变成反平行四边形机构。四边形机构。 采用惯性、错开角度的多套机构、虚约

10、采用惯性、错开角度的多套机构、虚约束等消除运动不确定状态束等消除运动不确定状态3 3、双摇杆机构、双摇杆机构n 若铰链四杆机构的两连架杆均为摇若铰链四杆机构的两连架杆均为摇杆，则此四杆机构称为杆，则此四杆机构称为双摇杆机构双摇杆机构。 双摇杆机构的应用双摇杆机构的应用鹤式起重机机机构鹤式起重机机机构双摇杆机构的应用双摇杆机构的应用铸造翻箱机构铸造翻箱机构BCABDCn等腰梯形机构等腰梯形机构：在双摇杆机构中若两摇：在双摇杆机构中若两摇杆长度相等，则称为等腰梯形机构。杆长度相等，则称为等腰梯形机构。汽车前轮转向机构汽车前轮转向机构风扇摇头机构风扇摇头机构电机电机ABDC风扇座风扇座蜗轮蜗轮蜗杆蜗

11、杆n基本四杆机构基本四杆机构-铰链四杆机构的应用铰链四杆机构的应用n开炉门机构开炉门机构n小桌小桌二、平面四杆机构的演化二、平面四杆机构的演化n1 1、改变构件的形状和运动尺寸、改变构件的形状和运动尺寸n 曲柄滑块机构曲柄滑块机构C3AB124e321DCBA321DCBAn偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构 （ e 0)e 0)n对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构 (e = 0) (e = 0)ABCe321B BA AC C321n两个滑块的两个滑块的四杆机构四杆机构 B BA AC C321 B BA AC C21 3A A3sB BC C21sinABls n正弦机构正弦机构n正弦机构机构

12、应用正弦机构机构应用 缝纫机针杆机构缝纫机针杆机构n双滑块机构双滑块机构 n双滑块机构应用双滑块机构应用 椭圆仪机构椭圆仪机构n 双转块机构双转块机构n2 2、选用不同构件为机架、选用不同构件为机架n（1 1）变化铰链四杆机构的机架）变化铰链四杆机构的机架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双摇杆机构构（2 2）变化曲柄滑块机构的机架）变化曲柄滑块机构的机架曲柄滑块机构曲柄滑块机构BA1234C曲柄摇块机构曲柄摇块机构导杆机构导杆机构定块机构定块机构转动导杆机构转动导杆机构BA1234C摆动导杆机构摆动导杆机构3A124CB导杆机构导杆机构刨床机构刨床机构n转动导杆机构转动导杆

13、机构( (ABBC)ABBCABBC)曲柄摇块机构曲柄摇块机构移动导杆机构（定块机构）移动导杆机构（定块机构）n偏心轮机构偏心轮机构n3 3、改变运动副的尺寸、改变运动副的尺寸CBAC1C2ABCn偏心轮机构偏心轮机构 特点：容易加工；特点：容易加工； 工作时润滑条件和受力情况好；工作时润滑条件和受力情况好；可用于较重载荷的传动中。可用于较重载荷的传动中。 应用举例：蒸汽机换气阀传动机构、冲压机传动机构等。应用举例：蒸汽机换气阀传动机构、冲压机传动机构等。n演化四杆机构演化四杆机构的应用的应用n其他其他n锯木机锯木机n缝纫机下针机构缝纫机下针机构3-3 3-3 平面四杆机构的基本特性平面四杆机

14、构的基本特性 n一、铰链四杆机构有曲柄的条件一、铰链四杆机构有曲柄的条件n二、压力角和传动角二、压力角和传动角n三、急回运动和行程速比系数三、急回运动和行程速比系数n四、机构的死点位置四、机构的死点位置n1 1、杆长条件杆长条件：最短杆和最长杆长度之和最短杆和最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和。小于或等于其它两杆长度之和。n2 2、最短杆是连架杆或机架。（、最短杆是连架杆或机架。（组成周转副组成周转副的两杆中必一个是最短杆）的两杆中必一个是最短杆）一、铰链四杆机构有曲柄的条件一、铰链四杆机构有曲柄的条件满足杆长条件满足杆长条件n即：最短杆即：最短杆+ +最长杆小于或等于其余两杆长最长杆小

15、于或等于其余两杆长度之和。度之和。n若取若取最短杆最短杆为为连架杆连架杆时：曲柄摇杆机构时：曲柄摇杆机构。n若取若取最短杆最短杆为为机架机架时：时：双曲柄机构双曲柄机构。n 若取若取最短杆最短杆为为连杆连杆时，时，即最短杆相对的即最短杆相对的杆为机架：双摇杆机构。杆为机架：双摇杆机构。不满足不满足杆长条件杆长条件n即：最短杆加最长杆即：最短杆加最长杆大于大于其余两杆长度之其余两杆长度之和，则铰链四杆机构无论取哪杆为机架均和，则铰链四杆机构无论取哪杆为机架均无曲柄存在，只能得到双摇杆机构。无曲柄存在，只能得到双摇杆机构。在铰链四杆机构中：在铰链四杆机构中：铰链铰链四杆机构的类型与尺寸之间的关系：

16、四杆机构的类型与尺寸之间的关系：2 2以最短杆为机架，则此机构为以最短杆为机架，则此机构为双曲柄机构双曲柄机构；以最短杆的相邻构件为机架，则此机构为以最短杆以最短杆的相邻构件为机架，则此机构为以最短杆为曲柄的为曲柄的曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构；且：且：1 13 3以最短杆的对边构件为机架，则此机构为以最短杆的对边构件为机架，则此机构为双摇杆机构双摇杆机构。（1 1）如果最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其它两杆）如果最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其它两杆 长度之和长度之和 满足杆长和条件满足杆长和条件（2 2）如果最短杆与最长杆的长度之和大于其它两杆长度之和）如果最短杆与最长杆的长度之和大于

17、其它两杆长度之和 （不满足杆长和条件），则不论选哪个构件为机架，（不满足杆长和条件），则不论选哪个构件为机架， 都为都为双摇杆机构双摇杆机构。曲柄滑块机构有曲柄的条件？曲柄滑块机构有曲柄的条件？转动（摆动）导杆机构有曲柄的条件？转动（摆动）导杆机构有曲柄的条件？()aeADbAD daAB1234eCabDbea二、压力角和传动角二、压力角和传动角n1 1、压力角、压力角n 从动件从动件CDCD受的受的力力F F的作用线与力作的作用线与力作用点用点C C的绝对速度的绝对速度vc vc 所夹锐角，称为所夹锐角，称为此此位置位置的压力角。的压力角。 在不计摩擦力、重力、惯性力的条件下，机构中在不计

18、摩擦力、重力、惯性力的条件下，机构中驱使驱使从动件从动件运动的运动的力的方向线力的方向线与与从动件从动件上上受力点的速受力点的速度方向线度方向线所夹的锐角所夹的锐角。vcF1ABCD1234vcFF1F21ABCD1234cos1FF n由力的分解：由力的分解： 沿着速度方向的有效分力沿着速度方向的有效分力sin2FF 垂直于垂直于F Ft t的分力的分力vcFF1F21ABCD1234 力力F F2 2 只能使铰链只能使铰链C C、D D产生压轴力，希望它越小越好；产生压轴力，希望它越小越好； 力力F F1 1 越大，推动机构的有效分力就越大，传力效越大，推动机构的有效分力就越大，传力效果就

19、果就越好，越好，即即 越小越好。越小越好。n因此，对连杆机构中的因此，对连杆机构中的压力角压力角提出了限制，通常最提出了限制，通常最大不能超过大不能超过 40 405050，n即：即： t2v2v1n 在曲柄等速回转的情况下在曲柄等速回转的情况下 ，摇杆往复，摇杆往复摆动速度快慢不同的运动，称为摆动速度快慢不同的运动，称为急回运动急回运动。v2v1n 为了衡量摇杆急回作用的程度，用行为了衡量摇杆急回作用的程度，用行程速比系数表示程速比系数表示. .3 3、行程速比系数、行程速比系数k kn 为了衡量摇杆急回作用的程度，把从为了衡量摇杆急回作用的程度，把从动件往复摆动平均速度的比值（大于动件往复

20、摆动平均速度的比值（大于1 1）称为行程速比系数，即称为行程速比系数，即度从动件慢速行程平均速度从动件快速行程平均速k由11180kk 1801802112112133ttkn极为夹角极为夹角为为n 四杆机构有无急回运动，取决于四杆机构有无急回运动，取决于曲柄与曲柄与连杆共线位置的夹角连杆共线位置的夹角，即有无极位夹角，即有无极位夹角 ，不论是何种机构，只要机构在运行过程中不论是何种机构，只要机构在运行过程中具具有极位夹角有极位夹角 ，则该机构就具有急回作用，则该机构就具有急回作用。n 角越大，则角越大，则K K值越大，说明急回运动的值越大，说明急回运动的性质也越显著。性质也越显著。曲柄滑块机

21、构中，原动件曲柄滑块机构中，原动件AB以以等速转动等速转动1C1B1B2C2偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构2AB134eCab10,有急回特性。有急回特性。曲柄摆动导杆机构曲柄摆动导杆机构21B2B1有急回特性。有急回特性。B1B20,无急回特性。无急回特性。314A对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构B2Cab1C1C21AB四、机构的死点位置四、机构的死点位置n 指从动件的传动角指从动件的传动角 =0 =0( (或或 =90=90) )时机构所处的位置。时机构所处的位置。（不考虑构件的重力、（不考虑构件的重力、惯性力和运动副中的摩擦力的影响）惯性力和运动副中的摩擦力的影响）1 1、死点位置、死点位置B2C2vB踏板踏板缝纫机主运动机构缝纫机主运动机构脚脚AB1C1DFB 画出压力角画出压力角1C234ABDabcdvBFBn 对于曲柄摇杆机构，当摇杆对于曲柄摇杆机构，当摇杆CDCD为主动件，当为主动件，当连杆与曲柄共线时的位置，即：摇杆处于两个极连杆与曲柄共线时的位置，即：摇杆处于两个极限位置时，经过连杆限位置时，经过连杆BCBC传给从动曲柄传给从动曲柄ABAB的驱动力的驱动力F F，通过曲柄的转动中心通过曲柄的转动中心A A。对从动曲柄对从动曲柄ABAB的有效的有效力矩为零