第4章 平面连杆机构

1、第第4章章 平面连杆机构平面连杆机构v什么叫平面连杆机构？什么叫平面连杆机构？v铰链四杆机构有哪些形式铰链四杆机构有哪些形式？分别用在哪里？如分别用在哪里？如何区分它们的类型何区分它们的类型？v铰链四杆机构有什么样的运动特性铰链四杆机构有什么样的运动特性？v如何设计四杆机构如何设计四杆机构？重点：铰链四杆机构的基本类型及其判别重点：铰链四杆机构的基本类型及其判别 曲柄摇杆机构的运动特性曲柄摇杆机构的运动特性 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计基本要求平面连杆机构平面连杆机构概述概述1 1铰链四杆机构的基本型式及铰链四杆机构的基本型式及其演化其演化2 2铰链四杆机构的特性铰链四杆机构的特性3

2、3平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计4 44.1 平面连杆机构及其特点几个概念几个概念 全部用低副联接而成的机构（低全部用低副联接而成的机构（低副机构）副机构） 所有构件都在一个平面或相所有构件都在一个平面或相互平行的平面内运动的连杆机构互平行的平面内运动的连杆机构 所有运动副均为转动副的四所有运动副均为转动副的四杆机构杆机构平面连杆机构平面连杆机构连杆机构连杆机构铰链四杆机构铰链四杆机构连杆机构的应用：多用于执行系统，尤其是运动轨迹不规则的低速装置。平面连杆机构及其特点平面连杆机构的平面连杆机构的特点特点可利用连杆实现较复杂的运动规律和运动轨迹可利用连杆实现较复杂的运动规律和运动轨迹 面接

3、触低副，压强小，便于润滑，磨损轻面接触低副，压强小，便于润滑，磨损轻结构简单，易于制造结构简单，易于制造低副中存在间隙，精度低低副中存在间隙，精度低不容易实现精确复杂的运动规律不容易实现精确复杂的运动规律高速传动时动载荷较大高速传动时动载荷较大4.24.2 铰链四杆机构的基本型式及其演化铰链四杆机构的基本型式及其演化 一、铰链四杆机构的基本型式一、铰链四杆机构的基本型式各杆名称各杆名称1 1、曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构两连架杆一个是曲柄（整周转）；一个是摇杆（摆动）两连架杆一个是曲柄（整周转）；一个是摇杆（摆动） 雷 达 缝纫机曲柄摇杆机构的应用（1）曲柄摇杆机构的应用（2）2 2、双曲柄机构双

4、曲柄机构 两连架杆都是曲柄（整周转）两连架杆都是曲柄（整周转） 主动曲柄匀速转主动曲柄匀速转从动曲柄变速转动 正平行双曲柄机构正平行双曲柄机构对边平行且相等。主、从动曲柄匀速且相等对边平行且相等。主、从动曲柄匀速且相等机车车轮运动平行四边形机构的运动不确定现象反平行双曲柄机构：对边平行但转向相反反平行双曲柄机构：对边平行但转向相反 门启闭机构3 3、双摇杆机构双摇杆机构 特点：两连架杆都是摇杆（摆动）特点：两连架杆都是摇杆（摆动） 飞机起落架 双双摇摇杆杆机机构构应应用：用：鹤鹤式式起起重重机机双双摇摇杆杆机机构构应应用：用：汽汽车车前前轮轮转转向向机机构构平平行行四四边边形形转转向向机机构构

5、的的缺缺点点二、二、 铰链四杆机构中曲柄存在的条件铰链四杆机构中曲柄存在的条件 u铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是：铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是： 最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和度之和u铰链四杆机构存在一个曲柄的条件是：铰链四杆机构存在一个曲柄的条件是： 最短杆的任一相邻杆为机架（连架杆为最短杆）最短杆的任一相邻杆为机架（连架杆为最短杆）u铰链四杆机构存在两个曲柄条件是：铰链四杆机构存在两个曲柄条件是： 机架为最短杆机架为最短杆结论结论铰链四杆机构型式的判断铰链四杆机构型式的判断 三、三、 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化 1

6、 1、取不同构件为机架、取不同构件为机架1 1、机构中一个转动副转化为移动副机构中一个转动副转化为移动副三、三、 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化 对心曲柄滑块机构 偏置曲柄滑块机构曲柄存在条件：对心曲柄滑块机构：L1L2 行程S=2L1偏置曲柄滑块机构：L1+eL2 导杆机构演化过程曲柄滑块机构中，当将曲柄改为机架时，就演化成导杆机构。 转动导杆机构 摆动导杆机构L1L2 L1L2 ：机架长度：曲柄长度应用牛头刨床机构 简易刨床摇块机构(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。曲柄滑块机构中，当将连杆改为机架时，就演化成摇块机构。 应用泵定块机构演化过程演化过

7、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。曲柄滑块机构中，当将滑块改为机架时，就演化成定块机构。 应用移动导杆机构 3. .机构中两个转动副转化为移动副机构中两个转动副转化为移动副由于此机构当主动件1等速回转时，从动到导杆3的位移为y=Labsin ，故又称正弦机构 双滑块机构应用应用 双滑块机构曲柄移动导杆机构 双转块机构4 4、扩大运动副、扩大运动副变成变成偏心轮偏心轮机构机构4.3 铰链四杆机构的传动特性 急回特性急回特性 摇杆的摆角， 极位夹角。一、急回运动和行程速比系数一、急回运动和行程速比系数为描述从动摇杆的急回特性，为描述从动摇杆的急回特性，在此引入在此引入行程速比

8、系数行程速比系数 K KK =180 + 180 - K K值的大小反映了急回运动特性的显著程度。值的大小反映了急回运动特性的显著程度。K K值的大值的大小取决于极位夹角小取决于极位夹角 ， 角越大，角越大，K K值越大，急回运动值越大，急回运动特性越明显；反之，则愈不明显。当时特性越明显；反之，则愈不明显。当时 ，K=1 K=1 ，机构无急回特性。机构无急回特性。 0若在设计机构时若在设计机构时先给定先给定K K值，则值，则 :11180 KK在生产实际中，常利用机构的急回运动来缩在生产实际中，常利用机构的急回运动来缩短非生产时间，提高生产率，如短非生产时间，提高生产率，如牛头刨床牛头刨床、

9、往复式运输机往复式运输机等。等。 二、压力角与传动角二、压力角与传动角costFFsinnFF压力角愈小，机构的传力效果愈好。所以，压力角愈小，机构的传力效果愈好。所以，衡量机构传力性能，可用压力角作为标志。衡量机构传力性能，可用压力角作为标志。 CvtFnFF压力角：从动件压力角：从动件受力方向与受力受力方向与受力点线速度方向之点线速度方向之间所夹的锐角。间所夹的锐角。 传动角传动角: :压力角压力角的余角即连杆与的余角即连杆与从动件间所夹的从动件间所夹的锐角。锐角。 在连杆机构中，为度在连杆机构中，为度量方便，常用压力角量方便，常用压力角的余角即连杆与从动的余角即连杆与从动件间所夹的锐角件

10、间所夹的锐角( (传传动角动角) )检验机构的传检验机构的传力性能。力性能。 min传动角愈大，机构的传力性能愈好，反之则不利于机构传动角愈大，机构的传力性能愈好，反之则不利于机构中力的传递。机构运转过程中，传动角是变化的，机构中力的传递。机构运转过程中，传动角是变化的，机构出现最小传动角的位置正好是传力效果最差的位置，也出现最小传动角的位置正好是传力效果最差的位置，也是检验其传力性能的关键位置。是检验其传力性能的关键位置。 CvtFnFF设计要求：传动角传动角曲柄摇杆机构，以曲柄为原动件时，其曲柄摇杆机构，以曲柄为原动件时，其最小传动角发生在曲柄与机架两次共线最小传动角发生在曲柄与机架两次共

11、线位置之一。位置之一。 minABCD最小传动角最小传动角三、死点三、死点 0机构传动角 （即 ）的位置称为死点位置。 90机构处于死点位置，从动机构处于死点位置，从动件会出现件会出现卡死卡死（机构自锁）（机构自锁）或或运动方向不确定运动方向不确定的现象。的现象。 应对措施和应用1、24.3 平面四杆机构的运动特性总结平面四杆机构的运动特性总结v1. 急回运动特性急回运动特性 v 摇杆来回摆动的摆角相同，但其往复运动快慢不同的特性。摇杆来回摆动的摆角相同，但其往复运动快慢不同的特性。v2. 压力角和传动角压力角和传动角 v 压力角压力角 ：在不计运动副中摩擦和构件质量的情况下，机构从动件受：在

12、不计运动副中摩擦和构件质量的情况下，机构从动件受力方力方 向和受力点速度方向间所夹的锐角。向和受力点速度方向间所夹的锐角。 v 传动角传动角 ：压力角的余角，指的是锐角。：压力角的余角，指的是锐角。v3. 死点位置死点位置 v 当摇杆为主动件，且从动曲柄与连杆成一直线时机构处于死点位置。当摇杆为主动件，且从动曲柄与连杆成一直线时机构处于死点位置。 设计内容设计内容：选择形式；确定尺寸（运动简图）：选择形式；确定尺寸（运动简图）设计方法设计方法：解析法；实验法；：解析法；实验法；图解法图解法4.4 平面四杆机构设计简介设计的基本问题设计的基本问题： 实现给定的运动规律实现给定的运动规律 实现给定

13、的运动轨迹实现给定的运动轨迹二、二、四杆机构设计简介四杆机构设计简介 设计具有设计具有急回特性的四急回特性的四杆机构，关键杆机构，关键是要抓住机构是要抓住机构处于极限位置处于极限位置时的几何关系，时的几何关系，必要时还应考必要时还应考虑其他辅助条虑其他辅助条件。件。 1.1.按行程速比系数设计按行程速比系数设计 例例1例：已知摇杆长度为100，摆角 =50 ， 机架长度为80，行程速比系数k=1.4，试设计曲柄摇杆机构。解：由给定的行程速比系数求出极位夹角 :11180 KK= 304lDC2C190-A以A为圆心，AC1为半径作圆弧交A与E，平分EC2得曲柄长度 。再以A为圆心， 为半径作圆

14、，交C1A的延长线和C2A于B1和B2，连杆长度 . ABAB2211CBCBBCEB1B21、按给定的行程速比系数K设计四杆机构 例2： 偏置曲柄滑块机构，s=30mm,e=12mm,K=1.5,设计此机构。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 1）. .按给定连杆两个位置设计铰链四杆机构按给定连杆两个位置设计铰链四杆机构 有无穷多个解。实际上，还应考虑几何、动力等辅助条件，例如各杆所允许的尺寸范围、最小传动角或其他结构上的要求，就可以合理选定A、D两点的位置而得到确定的解。如果给定连杆三个、四个或五个位置呢？ 设计一铰链四杆机构作为加热炉炉门的启闭机构。已知

15、炉门上两活动铰链B、C的中心距为50。要求炉门打开后成水平位置，且热面朝下（如虚线所示）。如果规定铰链A、D安装在炉体的y-y竖直线上，其相关尺寸如图所示。用图解法求此铰链四杆机构其余三杆的尺寸。 例1：锅炉炉门启闭机构例例2：已知造型已知造型机翻箱机构中，机翻箱机构中，BC=200,C到箱地到箱地面距离面距离250，BC在在落下位置时和升起落下位置时和升起位置时的水平距离位置时的水平距离为为1200，要求落下，要求落下时型箱距离地面时型箱距离地面80，升起时箱顶距离，升起时箱顶距离地面地面1100。固定铰。固定铰链距离地面高度为链距离地面高度为80。设计此四连杆。设计此四连杆机构，画出其机构机构，画出其机构运动简图运动简图。例题例题2：自动翻箱机构：自动翻箱机构自动翻箱机构自动翻箱机构3. 3. 按给定两连架杆的位置设计按给定两连架杆的位置设计coscoscoscdbasinsinsincbasinsinsincba）（1113121coscoscosRRR）（2223221coscoscosRRR）（3333321coscoscosRRRacdcbR22222a1adR 2cdR 3令令得得可解得各杆长可解得各杆长4. 按给定的运动轨迹设计解析法、实验法、解析法、实验法、图谱法图谱法三、平面连杆机构的巧妙设计示例三、平面连杆机构的巧妙设计示例v铸