机械设计基础(第4章)

1、第4章 平面连杆机构重点：重点： 机构的类型、特性、机构的类型、特性、难点：特性、运动分析、机构设计难点：特性、运动分析、机构设计4.1 概述概述 平面连杆机构是若干个构件以低副连接形成的平面平面连杆机构是若干个构件以低副连接形成的平面机构，故又称为平面低副机构。机构，故又称为平面低副机构。有四个构件通过低副连接而成的平面连杆机构成为平面有四个构件通过低副连接而成的平面连杆机构成为平面思杆机构。思杆机构。如果低副都是转动副，这种平面四杆机构就成为铰链四如果低副都是转动副，这种平面四杆机构就成为铰链四杆机构。他是平面四杆的最基本的形式，其他形式都是杆机构。他是平面四杆的最基本的形式，其他形式都是

2、从这个基础上演化处来的。从这个基础上演化处来的。 1.曲柄摇杆机构一个连架杆为曲柄，另一连架杆为摇杆的铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。 应用举例：调整雷达天线 、搅面机、缝纫机脚踏板机构等 一般曲柄主动，将连续转动转换为摇杆的摆动，也可摇杆主动，曲柄从动。运动特点：根据连架杆运动形式的不同，可分为三种基本形式4.4 四杆机构的基本形式及其演化4.4.1 四杆机构的基本形式曲柄摇杆机构应用实例搅面机4.4 四杆机构的基本形式及其演化4.4 四杆机构的基本形式及其演化曲柄摇杆机构应用实例卫星接收装置2.双曲柄机构双曲柄机构两连杆架均为曲柄的四杆机构两连杆架均为曲柄的四杆机构4.4 四杆机构的基本形式

3、及其演化应用举例：惯性筛、插床机构运动特点：从动曲柄变速回转运动特点：从动曲柄变速回转4.4 四杆机构的基本形式及其演化惯性筛双曲柄机构应用实例4.4 四杆机构的基本形式及其演化3.双摇杆机构两连杆架均为摇杆的四杆机构鹤口起重机、飞机起落架、风扇摇头应用举例：4.4 四杆机构的基本形式及其演化双摇杆机构应用实例港口起重机选择连杆上合适的点，轨迹为近似的水平直线4.4 四杆机构的基本形式及其演化4.4.2 平面四杆机构的演化1.扩大转动副，使转动副变成移动副2.取不同的构件为机架4.4 四杆机构的基本形式及其演化4.4 四杆机构的基本形式及其演化当构件2和构件4均能作整周转动，小型刨床就是应用实

4、例同样对于曲柄滑块机构同样对于曲柄滑块机构,选用不同构件为机架也可以得到不同型式的机构选用不同构件为机架也可以得到不同型式的机构.4.4 四杆机构的基本形式及其演化 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4.4 四杆机构的基本形式及其演化当以构件3为机架时，可演化成移动导杆机构，图示压水机就是实例4.4 四杆机构的基本形式及其演化 如果两个移动副代替铰链四杆机构中的两个转动副，便可得到三种不同形式的四杆机构曲柄移动导杆机构4.4 四杆机构的基本形式及其演化双转块机构4.4 四杆机构的基本形式及其演化 双滑块机构 设ad，则当AB

5、 杆能绕轴A 相对于AD 杆作整周转动时，AB 杆必须占据与AD 杆共线的两个位置a d ， a b ， a c 在BCD中b (d-a)+c在BCD中即 a+bd+c c(d-a)+b即 a+cd+b a+db+c 将式3-1、3-2、3-3两两相加，可得即AB杆为最短杆4.5 平面四杆机构的基本特性4.5.1 铰链四杆机构有曲柄的条件铰链四杆机构有一个曲柄的条件：(1) 最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆长度之和；(2) 最短杆为连架杆。选任一杆为机架，都能实现完全相同的相对运动关系，这称为运动的可逆性。在一个四杆机构中，选取不同的构件作机架，以获得输出构件与输入构件间不同的运动特性。这

6、一方法称为连杆机构的倒置。4.5 平面四杆机构的基本特性4.5 平面四杆机构的基本特性可用以下方法来判别铰链四杆机构的基本类型：2.若机构满足杆长之和条件，则(1) 以最短杆的邻边为机架时为曲柄摇杆机构(2) 以最短杆为机架时为双曲柄机构(3) 以最短杆的对边为机架时为双摇杆机构1.若机构不满足杆长之和条件则只能成为双摇杆机构1、根据图中注明的尺寸，判断各铰链四杆机构的类型。曲柄摇杆机构 双曲柄机构 曲柄摇杆机构 双摇杆机构 双曲柄机构 曲柄摇杆机构 双摇杆机构 双摇杆机构例：如图所示，设已知四杆机构各构件的长度为：例：如图所示，设已知四杆机构各构件的长度为：a=240mm,b=600mm,c

7、=400mm,d=500mm,a=240mm,b=600mm,c=400mm,d=500mm,试问：试问：（1 1）当取构件）当取构件4 4为机架时，是否存在曲柄？如果存在，哪个为机架时，是否存在曲柄？如果存在，哪个构件为曲柄？构件为曲柄？（2 2）如选取别的构件为机架时，能否获得双曲柄或双摇杆）如选取别的构件为机架时，能否获得双曲柄或双摇杆机构？如果可以，应如何得到？机构？如果可以，应如何得到？解解：（：（1 1）曲柄存在的必要条件是：）曲柄存在的必要条件是：最短杆与最长杆长度之和小于或最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆长度之和，在题中等于其他两杆长度之和，在题中此条件成立，最短杆此条

8、件成立，最短杆a a为曲柄为曲柄 （2 2）当取最短杆）当取最短杆a a为机架时，为机架时，得双曲柄机构；选最短杆的对杆得双曲柄机构；选最短杆的对杆c c为机架时，则的双摇杆机构为机架时，则的双摇杆机构课本课本 5454页页4.5 平面四杆机构的基本特性4.5.2 压力角和传动角1.压力角a压力角：从动件所受的力F与受力点速度Vc所夹的锐角a。有效分力：Ft=Fcosa有害分力：Fr=Fsinaa愈小，机构传动性能愈好。2.传动角g传动角： 连杆与从动件所夹的锐角。 =900-a 越大，机构的传动性能越好，设计时一般应使min40，对于高速大功率机械应使min50。3.最小传动角的位置铰链四杆

9、机构在曲柄与机架共线的两位置出现最小传动角。4.5 平面四杆机构的基本特性对于曲柄滑块机构，当主动件为曲柄时，最小传动角出现在曲柄与机架垂直的位置。对于摆动导杆机构由于在任何位置时主动曲柄通过滑块传给从动杆的力的方向，与从动杆上受力点的速度方向始终一致，所以传动角等于90度。 摆角摆角：摇杆在两极限位置间的夹角。：摇杆在两极限位置间的夹角。 极位夹角极位夹角：摇杆处于两极限位置时，曲柄所夹的锐角：摇杆处于两极限位置时，曲柄所夹的锐角 4.5.3 急回特性4.5 平面四杆机构的基本特性4.5 平面四杆机构的基本特性4.5.3 急回特性急回特性机构工作件返回行程速度大于工作行程的特性。工作行程时：

10、V1=C1C2/t1 返回行程时：V2=C1C2/t2行程速比系数K为了表示工作件往复运动时的急回程度，用V2和V1的比值K来描述。由上式可得：111800kk00112122121121180180/tttcctccVVk急回特性的作用四杆机构的急回特性可以节省空间，提高生产率。F0 0F0 04.5.4 死点4.5 平面四杆机构的基本特性4.5.4 死点死点的位置在从动曲柄与连杆共线的连个位置之一时，出现机构的传动角g=0，压力角a=90的情况，这时连杆对从动曲柄的作用里恰好通过其回转中心，不能推动曲柄转动，机构的这种位置称为死点位置。死点的利弊利：工程上利用死点进行工作。 弊：机构有死点

11、，从动件将出现卡死或运动方向不确定现象，对传动机构不利度过死点的方法增大从动件的质量、利用惯性度过死点位置。采用机构错位排列的方法避免措施：避免措施： 两组机构错开排列，如两组机构错开排列，如火车轮机构火车轮机构; ;靠靠飞轮的惯性飞轮的惯性（如内燃机、缝纫机等）。（如内燃机、缝纫机等）。FAEDGBCABEFDCG工件工件ABCD1234P钻孔夹具钻孔夹具=0=0T飞机起落架飞机起落架ABCDF也可以利用死点进行工作也可以利用死点进行工作：飞机起落架起落架、钻夹具等。钻夹具等。4.6 平面四杆机构的设计一个设计过程：已知条件构件尺寸 两类基本问题：实现给定运动规律； 实现给定运动轨迹； 图解法设计平面四杆机构 4.6.1 按给定连杆位置设计四杆机构 A1B2B3B1C2C3CD12b12c23b已知：连杆BC长度及三个位置（B1C1,B2C2,B3C3）要求：设计铰链四杆机构设计步骤：连接B1B2、B2B3