机械设计基础 朱龙英 02平面连杆机构

1、2022-5-61 连杆传动是利用常用的低副低副传动机构进行的传动，连杆传动能方便的实现转动、摆动、移动等运动形式的转换。其中以由四个构件组成的四杆机构应用最广泛，而且是组成多杆机构的基础。本章内容：着重讨论平面四杆机构平面四杆机构的基本类型、演化方法、运动特性及常用设计方法。 2022-5-62连接型式连接型式: :n平面连杆机构的基本型式是平面连杆机构的基本型式是铰链四杆机构铰链四杆机构n其余四杆机构均是由铰链四杆机构演化而成的其余四杆机构均是由铰链四杆机构演化而成的二杆二杆三杆三杆, 不可能不可能.铰链四杆机构铰链四杆机构根据有无移动副存在：铰链四杆机构，滑块四杆机构滑块四杆机构滑块四杆

2、机构2022-5-631、特点、特点优点：(1) 面接触，压强小，便于润滑，磨损轻，寿命长，传递动力大(2) 低副易于加工，可获得较高精度，成本低(3) 杆可较长，可用作实现远距离的操纵控制 (4) 可实现转动、移动等基本运动规律和运动轨迹二、平面连杆机构的特点和应用二、平面连杆机构的特点和应用1、连杆机构连杆机构：构件全部用低副低副联接而成的机构（低副机构）2、平面连杆机构平面连杆机构3、铰链四杆机构铰链四杆机构一、概念一、概念缺点：(1) 低副中存在间隙，精度低(2) 不容易实现精确复杂的运动规律2022-5-642、应用：、应用：雷达天线俯仰角调整机构摄影车升降机构摇头风扇传动机构雷达天

3、线俯仰角调整机构摄影车升降机构摇头风扇传动机构2022-5-65机械式转向系机械式转向系2022-5-66机车车轮的联动机构机车车轮的联动机构 机车车轮联动机构机车车轮联动机构2022-5-67名词：机架机架、连架杆连架杆（曲柄曲柄、摇杆）摇杆）、连杆连杆2022-5-682022-5-69。名词：导杆（导杆（作为其他构件的移动导轨，并与机架有相对运动）作为其他构件的移动导轨，并与机架有相对运动）2022-5-610( (一一) ) 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 特点特点：两连架杆一个是曲柄曲柄（整周转）；一个是摇杆摇杆（摆动）一一、铰链四杆机构的基本型式铰链四杆机构的基本型式2022-5-611

4、应用应用：雷雷 达达 缝纫机缝纫机2022-5-6122022-5-613( (二二) ) 双曲柄机构双曲柄机构 特点特点：两连架杆都是曲柄（整周转） 主动曲柄匀速转，从动曲柄变速转2022-5-614( (三三) ) 双摇杆机构双摇杆机构 特点特点：两连架杆都是摇杆（摆动）飞机起落架（实景）飞机起落架（实景） 2022-5-6152022-5-6162022-5-6172022-5-618二二、铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化转动副演化方法演化方法选取不同构件作为机架移动副（滑块四杆机构）扩大转动副（一）取不同构件为机架（一）取不同构件为机架类型类型:对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构 偏

5、置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构L1L11 1、曲柄滑块机构曲柄滑块机构eL2L22022-5-6192 2、导杆机构导杆机构(1)(1)演化过程演化过程对心曲柄滑块机构中，当将曲柄改为机架时，就演化成导杆机构。 2022-5-620(2)(2)类型类型转动导杆机构 摆动导杆机构移动导杆机构L1L2 L L1 1L2 ：机架长度，:曲柄长度2022-5-621(3)(3)应用应用牛头刨床机构 简易刨床缝纫机刺布机构2022-5-6222022-5-6233 3、摇块机构摇块机构(1)演化过程曲柄滑块机构中，当将连杆改为机架时，就演化成摇块机构。 2022-5-624(2)应用泵泵2022-5-6

6、254 4、定块机构定块机构(1)演化过程曲柄滑块机构中，当将滑块改为机架时，就演化成定块机构。 2022-5-626(2)(2)应用应用移动导杆机构移动导杆机构 2022-5-6272022-5-6281 1、铰链四杆机构中一个转动副转化为移动副铰链四杆机构中一个转动副转化为移动副（二）转动副变移动副（二）转动副变移动副2022-5-629e类型类型:对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构 偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构：对心曲柄滑块机构：L1L2 行程行程S=2LS=2L1 1偏置曲柄滑块机构：偏置曲柄滑块机构：e L(Lmax+Lmin L(其余两杆长度之和其余两杆长度之和)

7、 )时，时，或者最短杆是连杆时，或者最短杆是连杆时，结论结论： 为为双摇杆机构双摇杆机构2022-5-639ACBD2022-5-6402022-5-6412022-5-642n当回程所用时间小于工作行程所用时间时，称该机构具有当回程所用时间小于工作行程所用时间时，称该机构具有急回特性急回特性。二、二、急回特性急回特性2022-5-643n极位夹角：极位夹角： （固定铰链固定铰链A A相对活动铰链相对活动铰链C C两个极限位置的夹角）两个极限位置的夹角）n急回特性分析：急回特性分析：设设 1 = C ，行程与回程所用时间分别为行程与回程所用时间分别为t1和和t2， 1 = 1 t1 =1800

8、 + 2 = 1 t2 =1800 - t1 t2 , v2 v1n行程速比系数行程速比系数K K 二、二、急回特性急回特性nK=1, 无急回特性无急回特性n ，K，急回特征越显著，急回特征越显著1jC212v2v102122110112122/180/180vC CttKvC Ctt11801KK慢快v急回特性的应用例：急回特性的应用例：牛头刨牛头刨工作要求工作要求B1C14ABCD231jB22022-5-644C1B1B2HC2偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构2AB134eCab12222()()Habebae0, ,有急回特性。有急回特性。摆动导杆机构摆动导杆机构2j1jB2B1有急回

9、特性。有急回特性。B1B2HH=2a, H=2a, 0, ,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 B2Cab1C1C21AB2022-5-645注意注意：l 急回特性是表征从动件特性的。急回特性是表征从动件特性的。l 若若 0，即，即K0 从动件具有急回特性，此机构具有急回特性。从动件具有急回特性，此机构具有急回特性。l 分析机构的急回特性时要注意原动件的运动方向。分析机构的急回特性时要注意原动件的运动方向。优点优点：可缩短非工作行程的时间，提高效率。：可缩短非工作行程的时间，提高效率。平面四杆机构具有急回特性的条件：平面四杆机构具有急回特性的条件：（1 1）原动件

10、作等速整周转动；）原动件作等速整周转动；（2 2）输出件作往复运动；）输出件作往复运动；（3 3）02022-5-646 压力角压力角 FV从动杆从动杆( (运动输出件运动输出件) )受力作用点的力作用线与速受力作用点的力作用线与速度方位线所夹锐角度方位线所夹锐角. (. (不考虑摩擦不考虑摩擦) )传动角传动角 dd d 180 d压力角的余角压力角的余角. .( (连杆轴线与从动杆轴线所夹锐角连杆轴线与从动杆轴线所夹锐角) )u 传动不利，设计时规定传动不利，设计时规定 min min 40405050 三、压力角和传动角三、压力角和传动角1 1、压力角与传动角、压力角与传动角传动角传动角

11、 的大小随机构位置的不同而变化，的大小随机构位置的不同而变化， minmin在哪在哪？有效力Ft=FCOS ，越大越好，因此，越大越好，因此 越小越好。越小越好。2022-5-6472 2、最小传动角、最小传动角 minminDBAC2222222cos2cosBDada dBDbcb cjd 22222coscos2bca dadb cjd lj=0cosj=1cosddminlj=180cosj=1cosddmax分析：分析：d d min 或或 d d max 可能最小可能最小传动角最小的位置传动角最小的位置 ：原动件与机架共线原动件与机架共线jddabc2022-5-648n死点死点:

12、 : 传动角为零传动角为零 =0(=0(从动件与连杆共线从动件与连杆共线),),机构顶死机构顶死三、三、死点死点nM=F*L0B1C1B2C24ABCD231Fv=00Fv=00=00C2B2=00BACB1C原动件作往复运动原动件作往复运动2022-5-649n利用构件惯性力利用构件惯性力n实例实例: :家用缝纫机家用缝纫机n采用多套机构错位排列采用多套机构错位排列n实例实例: :蒸汽机车车轮联动机构蒸汽机车车轮联动机构n蒸汽机车两侧利用错位排列的两套曲柄滑块机构使车轮联动机蒸汽机车两侧利用错位排列的两套曲柄滑块机构使车轮联动机构通过死点构通过死点克服死点的措施克服死点的措施GGEFEF20

13、22-5-650n实例实例: :夹具夹具n飞机起落架机构飞机起落架机构死点的利用死点的利用n折叠家具机构折叠家具机构=002022-5-651设计内容：选择形式；确定尺寸（运动简图）设计方法：图解法；实验法；解析法两类问题： 实现给定的运动规律 ( (位置设计位置设计) )( (轨迹设计轨迹设计) )实现给定的运动轨迹2022-5-652一、平面连杆设计的基本问题一、平面连杆设计的基本问题1. 1. 平面连杆机构设计的基本任务平面连杆机构设计的基本任务根据给定的设计要求选定机构型式；根据给定的设计要求选定机构型式；确定各构件尺寸，并要满足结构条件、动力条件确定各构件尺寸，并要满足结构条件、动力

14、条件和运动连续条件等。和运动连续条件等。2. 2. 平面连杆机构设计的三大类基本命题平面连杆机构设计的三大类基本命题满足预定运动的规律要求满足预定运动的规律要求满足预定的连杆位置要求满足预定的连杆位置要求1) 满足预定的轨迹要求满足预定的轨迹要求2022-5-653要求两连架杆的转角能够满足预定的对应位置关系；要求两连架杆的转角能够满足预定的对应位置关系；要求在原动件运动规律一定的条件下，从动件能够准要求在原动件运动规律一定的条件下，从动件能够准确地或近似地满足预定的运动规律要求。确地或近似地满足预定的运动规律要求。满足两连架杆转角的预定对应位置关系要求的机构示例满足两连架杆转角的预定对应位置

15、关系要求的机构示例车门开闭机构车门开闭机构设计时要求两连架杆的转角应大小相设计时要求两连架杆的转角应大小相等，方向相反，以实现车门的起闭等，方向相反，以实现车门的起闭2022-5-654n飞机起落架机构飞机起落架机构=00设计时要求连杆能依次点据一系列的预定位置。设计时要求连杆能依次点据一系列的预定位置。( (又称为又称为导引机构的设计导引机构的设计 ) ) 设计时要求机轮在放下时连设计时要求机轮在放下时连杆与另一连架杆在共线位置。杆与另一连架杆在共线位置。2022-5-655设计时要求在机构运动过程中，连杆上某点能实现预定的轨迹设计时要求在机构运动过程中，连杆上某点能实现预定的轨迹。(又称为

16、又称为轨迹生成机构的设计轨迹生成机构的设计)机构示例机构示例鹤式起重机鹤式起重机机构示例机构示例搅拌机机构搅拌机机构3. 3. 设计方法设计方法: : 1 1）解析法）解析法 2 2）图解法）图解法 3 3）实验法）实验法2022-5-656用图解法设计四杆机构：用图解法设计四杆机构： 1. 按给定的行程速比系数按给定的行程速比系数K设计四杆机构设计四杆机构实现给定运动要求实现给定运动要求2. 按连杆预定位置设计四杆机构按连杆预定位置设计四杆机构实现给定连杆位置（轨迹）要求实现给定连杆位置（轨迹）要求2022-5-6571 1、按给定的行程速比系数按给定的行程速比系数K K设计四杆机构设计四杆机构 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构2022-5-6582022-5-6592022-5-660曲柄滑块机构曲柄滑块机构2022-5-661例： 偏置曲柄滑块机构，s=30mm,e=12mm,K=1.5,设计此机构。2022-5-6622022-5-663摆动导杆机构摆动导杆机构对于摆动导杆机构对于摆动导杆机构,由于其导杆的由于其导杆的摆角摆角刚好等于其刚好等于其极位夹角极位夹角，因此因此，只要给定只要给定曲柄长度曲柄长度LAB (或给定或给定机架长度机架长度L