第3章平面连杆机构

1、第第3 3章章 平面连杆机构平面连杆机构 3.1 概述概述3.2 铰链四杆机构及其演化铰链四杆机构及其演化3.3 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性3.4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 学习平面连杆机构的基本类型及其演化，平面四杆机学习平面连杆机构的基本类型及其演化，平面四杆机构的基本特性，平面四杆机构的设计。构的基本特性，平面四杆机构的设计。u本章学习目标本章学习目标 掌握：掌握：平面连杆机构的基本类型及其演化，即曲柄摇杆机平面连杆机构的基本类型及其演化，即曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构、曲柄滑块机构、导构、双曲柄机构、双摇杆机构、曲柄滑块机构、导杆机构、摇块机构、定

2、块机构和偏心轮机构，铰链杆机构、摇块机构、定块机构和偏心轮机构，铰链四杆机构曲柄的存在条件，急回运动特性，平面四四杆机构曲柄的存在条件，急回运动特性，平面四杆机构的图解法设计。杆机构的图解法设计。u本章学习要求本章学习要求 了解：了解：各种平面四杆机构的应用，平面四杆机构的压力角、各种平面四杆机构的应用，平面四杆机构的压力角、传动角和死点位置，平面四杆机构的解析法设计，传动角和死点位置，平面四杆机构的解析法设计，平面四杆机构的图谱法设计。平面四杆机构的图谱法设计。 平面连杆机构平面连杆机构是由若干个构件以低副连接组成的平面是由若干个构件以低副连接组成的平面机构，因此又称为平面低副机构。机构，因

3、此又称为平面低副机构。3.1 概述概述平面连杆机构具有如下优点平面连杆机构具有如下优点的制造精度，而且承载能力高，耐磨损。的制造精度，而且承载能力高，耐磨损。 低副以圆柱面或平面相接触，制造简便，易于获得较高低副以圆柱面或平面相接触，制造简便，易于获得较高 当原动件以相同的规律运动时，通过改变各构件的相对当原动件以相同的规律运动时，通过改变各构件的相对长度，可使从动件获得不同的运动规律。长度，可使从动件获得不同的运动规律。 连杆构件上不同的点具有不同形状的运动轨迹，并且其连杆构件上不同的点具有不同形状的运动轨迹，并且其形状受到各构件相对长度的影响，因而可得到各种不同形状受到各构件相对长度的影响

4、，因而可得到各种不同形状的轨迹曲线。形状的轨迹曲线。 能方便地实现转动、摆动和移动等基本运动形式及相互能方便地实现转动、摆动和移动等基本运动形式及相互转换转换平面连杆机构的缺点平面连杆机构的缺点当构件数和运动副较多时，传动的精度和效率较低。当构件数和运动副较多时，传动的精度和效率较低。 低副中存在间隙，容易产生累积误差，当构件数和运动低副中存在间隙，容易产生累积误差，当构件数和运动不易精确实现复杂的运动规律，且设计较为复杂。不易精确实现复杂的运动规律，且设计较为复杂。 平面连杆机构常以其所含的构件平面连杆机构常以其所含的构件(杆杆)数来命名，如数来命名，如四四杆机构、五杆机构，六杆机构杆机构、

5、五杆机构，六杆机构等等3.2 铰链四杆机构及其演化铰链四杆机构及其演化 全部用转动副相连的平面四杆机构称为全部用转动副相连的平面四杆机构称为铰链四杆机构铰链四杆机构，如图所示如图所示 。机架：机架：固定构件固定构件4；连架杆：连架杆：与机架相连的构件与机架相连的构件1和和3。其中，能绕机架作整周转动的连其中，能绕机架作整周转动的连架杆称为架杆称为曲柄曲柄，只能绕机架作一，只能绕机架作一定角度往复摆动的连架杆称为定角度往复摆动的连架杆称为摇摇杆杆；连杆：连杆：不与机架直接相连的构件不与机架直接相连的构件2。3.2.1铰链四杆机构的基本类型铰链四杆机构的基本类型 1.曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 两连

6、架杆中一个为曲柄而另一个为摇杆的铰链四杆机两连架杆中一个为曲柄而另一个为摇杆的铰链四杆机构。构。雷达调整机构雷达调整机构 和面机机构和面机机构 2. 双曲柄机构双曲柄机构 两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构 。机车车轮联动机构机车车轮联动机构 惯性筛的铰链四杆机构惯性筛的铰链四杆机构 3. 双摇杆机构双摇杆机构 两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构 。汽车前轮转向机构汽车前轮转向机构 飞机起落架机构飞机起落架机构 3.2.2 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化 1. 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 平面铰链四杆机构可通过变更构件长度和形状、变更平面

7、铰链四杆机构可通过变更构件长度和形状、变更机架和扩大转动副等途径演化成其他平面连杆机构。机架和扩大转动副等途径演化成其他平面连杆机构。曲柄滑块机构曲柄滑块机构 2.导杆机构导杆机构 曲柄滑块机构取构件曲柄滑块机构取构件1为固定构件演化而来。为固定构件演化而来。 曲柄滑块机构曲柄滑块机构3.摇块机构摇块机构 曲柄滑块机构取构件曲柄滑块机构取构件2为固定构件演化而来。为固定构件演化而来。 4.定块机构定块机构 曲柄滑块机构取构件曲柄滑块机构取构件3为固定构件演化而来。为固定构件演化而来。 导杆机构导杆机构 摇块机构摇块机构 定块机构定块机构 5.偏心轮机构偏心轮机构 偏心轮机构偏心轮机构 3.3.

8、1 铰链四杆机构存在曲柄的条件铰链四杆机构存在曲柄的条件 3.3 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性 1. 整转副的存在条件整转副的存在条件 即即 在在 中中DAC3124)(llll4123)(llll在在 中中DAC 4321llll21ll 31ll 41ll 最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和；最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和； 整转副是由最短杆与其邻边组成的。整转副是由最短杆与其邻边组成的。铰链四杆机构有整转副存在的条件铰链四杆机构有整转副存在的条件 2.曲柄的存在条件曲柄的存在条件 取最短杆的邻边为机架时，机架上只有一个整转副，故取最短杆的邻

9、边为机架时，机架上只有一个整转副，故 具有整转副的铰链四杆机构是否存在曲柄，还应根具有整转副的铰链四杆机构是否存在曲柄，还应根据选择哪个杆为机架来判断。据选择哪个杆为机架来判断。得到得到曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构。 取最短杆为机架时，机架上有两个整转副，故得到取最短杆为机架时，机架上有两个整转副，故得到双曲双曲机构机构。 取最短杆的对边为机架时，机架上没有整转副，故得到取最短杆的对边为机架时，机架上没有整转副，故得到双摇杆机构。双摇杆机构。 如果铰链四杆机构中的最短杆与最长杆长度之和大于如果铰链四杆机构中的最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则该机构中不存在整转副，无论取哪其余两杆长度之

10、和，则该机构中不存在整转副，无论取哪个杆为机架都只能得到个杆为机架都只能得到双摇杆机构。双摇杆机构。3.3.2 急回特性与行程速比系数急回特性与行程速比系数 1. 摇杆摆角摇杆摆角 摇杆在两极限位置的夹角摇杆在两极限位置的夹角2. 极位夹角极位夹角 对应摇杆两极限位置，曲柄两位置所夹的锐角。对应摇杆两极限位置，曲柄两位置所夹的锐角。3. 行程速比系数行程速比系数 K0021211212180180ttttK111800KK或或3.3.3 压力角和传动角压力角和传动角 c1. 压力角压力角 ：作用在从动件上作用在从动件上 点的驱动力点的驱动力 与该点绝与该点绝对速度对速度 之间所夹的锐角。之间所

11、夹的锐角。CFc2. 传动角传动角 ：压力角压力角 的余角（即连杆和从动摇杆所夹的余角（即连杆和从动摇杆所夹的锐角）的锐角） 3.3.4 死点位置死点位置 c 如图所示的曲柄摇杆机构，如果以摇杆如图所示的曲柄摇杆机构，如果以摇杆3为原动件，为原动件，曲柄曲柄1为从动件，在摇杆摆到极限位置，连杆为从动件，在摇杆摆到极限位置，连杆2与曲柄与曲柄1两两次共线，从动件的传动角次共线，从动件的传动角 ，即连杆传给曲柄的力，即连杆传给曲柄的力通过铰链中心，不论此力多大，均不能使曲柄转动。机通过铰链中心，不论此力多大，均不能使曲柄转动。机构的这种传动角为零的位置称为死点位置。构的这种传动角为零的位置称为死点

12、位置。00c 当机构处于死点位置时，机构的从动件将出现卡死或当机构处于死点位置时，机构的从动件将出现卡死或运动不确定现象。运动不确定现象。 如图所示的缝纫机踏板机构，实际使用时常会出现踏如图所示的缝纫机踏板机构，实际使用时常会出现踏不动或倒车现象，在正常运转时，借助带轮的惯性作用，不动或倒车现象，在正常运转时，借助带轮的惯性作用，可以使曲柄顺利通过死点位置。可以使曲柄顺利通过死点位置。 如图所示的钻床夹具，当工件如图所示的钻床夹具，当工件5被夹紧时，处于死点被夹紧时，处于死点位置可夹紧工件。位置可夹紧工件。 缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构 钻床夹具的夹紧机构钻床夹具的夹紧机构 3.4平面四杆机构

13、的设计平面四杆机构的设计 平面四杆机构的设计主要是根据给定的运动条件，选平面四杆机构的设计主要是根据给定的运动条件，选择机构的类型和确定机构运动简图中各构件的尺寸。在设择机构的类型和确定机构运动简图中各构件的尺寸。在设计中还应考虑结构条件计中还应考虑结构条件(如合适的杆长比和运动副结构与尺如合适的杆长比和运动副结构与尺寸寸)，动力条件，动力条件(最小传动角限制最小传动角限制)等。等。 按照给定从动件的运动规律设计四杆机构，即位置设计。按照给定从动件的运动规律设计四杆机构，即位置设计。如要求从动件具有一定的急回特性，要求满足某构件占如要求从动件具有一定的急回特性，要求满足某构件占据几个预定位置等

14、。据几个预定位置等。 按照给定点的运动轨迹设计四杆机构，即轨迹设计。如按照给定点的运动轨迹设计四杆机构，即轨迹设计。如要求起重机吊钩的轨迹为一直线，和面机的和面杆端按要求起重机吊钩的轨迹为一直线，和面机的和面杆端按预定轨迹运动等。预定轨迹运动等。1. 按给定的行程速比系数设计四杆机构按给定的行程速比系数设计四杆机构 3.4.1 图解法设计四杆机构图解法设计四杆机构 已知条件：已知条件：行程速比系数行程速比系数 ，摇杆长度，摇杆长度 及摆角及摆角 。K3l解：解：2. 按给定连杆位置设计四杆机构按给定连杆位置设计四杆机构 造型机翻转机构设计造型机翻转机构设计 已知连杆两个位置的设计已知连杆两个位

15、置的设计 已知连杆三个位置的设计已知连杆三个位置的设计 给定连杆给定连杆3个位置的设计个位置的设计 解析法，就是以机构参数来表达各构件运动间的函数解析法，就是以机构参数来表达各构件运动间的函数关系，从而按给定条件求解出未知参数的解法。随着计算关系，从而按给定条件求解出未知参数的解法。随着计算机应用的普及，计算机辅助设计四杆机构已成必然趋势。机应用的普及，计算机辅助设计四杆机构已成必然趋势。3.4.2 解析法设计四杆机构解析法设计四杆机构 3.4.3 实验法设计四杆机构实验法设计四杆机构 按给定的运动轨迹设计四杆机构时，常采用实验法。按给定的运动轨迹设计四杆机构时，常采用实验法。 平面四杆机构在运动时，其连杆作复杂平面运动，连平面四杆机构在运动时，其连杆作复杂平面运动，连杆上任一点的运动轨迹为封闭曲线，该封闭曲线称为连杆杆上任一点的运动轨迹为封闭曲线，该封闭曲线称为连杆曲线。曲线。 l1=1 l2=2 l3=2.5 l4=3 人有了知识，就会具备各种分析能力，人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人