项目二 平面连杆机构的设计

1、1基本要求基本要求: :v掌握基本概念掌握基本概念v掌握平面连杆机构的类型、特点、演化方法掌握平面连杆机构的类型、特点、演化方法v掌握平面四杆机构的工作特性掌握平面四杆机构的工作特性机械设计基础 平面连杆机构 任务：运用图解法设计平面四杆机构。 2v能力目标：能力目标：vA2. 能够运用技术资料（如国家标准、相关设计手册、图册），会选能够运用技术资料（如国家标准、相关设计手册、图册），会选用标准零件；用标准零件；v A3. 能根据客户要求，用现代方法能根据客户要求，用现代方法-CAD进行通用零件、专用机械零部进行通用零件、专用机械零部件的设计；件的设计； vA4. 能够对设计的通用零件进行强度

2、校核计算；能够对设计的通用零件进行强度校核计算；vA5具备机械设备使用、维护管理和故障分析的能力；具备机械设备使用、维护管理和故障分析的能力； v知识目标：知识目标：vK2. 熟悉常用机构的工作原理、组成、分类、特点及应用场合；熟悉常用机构的工作原理、组成、分类、特点及应用场合；vK3. 掌握常用机构设计的基本方法；掌握常用机构设计的基本方法；vK4. 理解有关机械设计计算的基本理论；理解有关机械设计计算的基本理论；vK5. 掌握机构的结构、运动特性、机械动力学的基础知识；掌握机构的结构、运动特性、机械动力学的基础知识；vK6. 掌握通用零件的工作原理、特点、组成、分类及应用场合；掌握通用零件

3、的工作原理、特点、组成、分类及应用场合；v其他素质：其他素质：vQ1. 领悟并执行领悟并执行7S管理，使学生具备职业素养管理，使学生具备职业素养vQ2. 具有主动参与、积极进取、崇尚科学、实事求是的学习态度和思具有主动参与、积极进取、崇尚科学、实事求是的学习态度和思想意识想意识vQ3. 具有的科学态度和辩证思维能力和创新精神具有的科学态度和辩证思维能力和创新精神vQ4. 培养良好的职业道德和正确的设计思维方式培养良好的职业道德和正确的设计思维方式vQ5. 培养创新意识和解决实际问题的能力培养创新意识和解决实际问题的能力vQ6. 具有良好的团队合作精神与竞争意识具有良好的团队合作精神与竞争意识3

4、一、铰链四杆机构1 基本型式2 铰链四杆机构划分3 机构演化方式二、偏心轮机构三、曲柄滑块机构四、导杆机构机械设计基础 平面连杆机构4一、铰链四杆机构一、铰链四杆机构1 1 基本型式基本型式v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v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机械设计基础 平面连杆机构5基本型式（续）基本型式（续）v结构特点：结构特点：四个运动副均为转动副四个运动副均为转动副v组成：组成：v机架、连杆、连架杆机架、连杆、连架杆机架：机架：固定不动的构件

5、固定不动的构件AD连架杆：连架杆：直接与机架相连的构件直接与机架相连的构件AB、CD连杆：连杆：不与机架相连的构件不与机架相连的构件BC曲柄：曲柄：能作整周转动的连架杆能作整周转动的连架杆摇杆：摇杆：不能作整周转动的连架杆不能作整周转动的连架杆1B2C31B2C34AD连杆连杆连架杆连架杆连架杆连架杆机架机架1234ABCD曲柄曲柄摇杆摇杆( (摆杆摆杆) )( (周转副周转副) )( (摆转副摆转副) )机械设计基础 平面连杆机构62 铰链四杆机构划分铰链四杆机构划分按连架杆不同运动形式分：按连架杆不同运动形式分：(1) 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构(2) 双曲柄机构双曲柄机构(3) 双摇杆机构

6、双摇杆机构连杆连杆连架杆连架杆连架杆连架杆1234ABCD4AD23作机架曲柄摇杆机构14AD23作机架双摇杆机构4AD1231作机架双曲柄机构曲柄摇杆机构4AD123机械设计基础 平面连杆机构7(1) 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构v结构特点：结构特点：连架杆连架杆1为曲柄，为曲柄，3为摇杆为摇杆v运动变换：运动变换：转动转动摇动摇动v举例：举例：搅拌器机构、搅拌器机构、雷达天线机构雷达天线机构1234机械设计基础 平面连杆机构8(2) 双曲柄机构双曲柄机构v结构特点：结构特点：二连架杆均为曲柄二连架杆均为曲柄v运动变换：运动变换：转动转动转动，通常二转速不相等转动，通常二转速不相等v举例：举例：

7、振动筛机构振动筛机构机械设计基础 平面连杆机构9特殊特殊双曲柄机构双曲柄机构v平行四边形机构平行四边形机构结构特点：结构特点：二曲柄等速二曲柄等速v运动不确定问题运动不确定问题v车门开闭机构车门开闭机构v反平行四边形机构反平行四边形机构结构特点：结构特点：二曲柄转向相反二曲柄转向相反机械设计基础 平面连杆机构10(3) 双摇杆机构双摇杆机构 v结构特点：结构特点：二连架杆均为摇杆二连架杆均为摇杆v运动变换：运动变换：摆动摆动摆动摆动v举例举例: : 鹤式起重机鹤式起重机机械设计基础 平面连杆机构11特殊机构特殊机构v等腰梯形机构等腰梯形机构v实例实例: : 汽车前轮转向机构汽车前轮转向机构机械

8、设计基础 平面连杆机构123 机构演化方式机构演化方式1 转动副转化为移动副2 变换构件形态3 变更机架4 扩大转动副尺寸连杆连杆连架杆连架杆连架杆连架杆1234ABCD机械设计基础 平面连杆机构13曲柄滑块机构演化过程示意图曲柄滑块机构演化过程示意图14铰链四杆机构铰链四杆机构1B2C34AD曲线导轨曲柄滑块机构曲线导轨曲柄滑块机构lCD e 01B24AC3偏置式曲柄滑块机构偏置式曲柄滑块机构对心式曲柄滑块机构对心式曲柄滑块机构1B24AC3e3D1B2C4A对对CD杆等效转化杆等效转化转动副变成移动副转动副变成移动副机械设计基础 平面连杆机构15四、导杆机构四、导杆机构v选不同构件作机架

9、选不同构件作机架机构倒置机构倒置v曲柄滑块机构曲柄滑块机构v导杆机构导杆机构变更机架变更机架曲柄滑块机构曲柄滑块机构导杆机构导杆机构, ,动画动画v曲柄摇块机构曲柄摇块机构v移动导杆机构移动导杆机构曲柄摇块机构曲柄摇块机构移动导杆机构移动导杆机构机械设计基础 平面连杆机构16应用应用实例实例一一A41A4曲柄滑块机构曲柄滑块机构1B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C32作机架作机架A41A41A41A41A41A41A41A41A41A41A41A413B2C曲柄摇块机构曲柄摇块机构 车箱举升机

10、构车箱举升机构机械设计基础 平面连杆机构172B12B12B1应用应用实例实例二二1BA21BA2A41B2C3曲柄滑块机构曲柄滑块机构CA43移动导杆机构移动导杆机构C41BA21BA21BA23手动唧筒机构手动唧筒机构3作机架1B2机械设计基础 平面连杆机构18应用应用实例实例三三C234A41B2C3曲柄滑块机构曲柄滑块机构作机架 A41B2C3导杆机构导杆机构C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234回转导杆机构回转导杆机构lBC lAB，导杆导杆AC整周转动整周转动C234C234C234C234AB123C423C423C423

11、C423C423C423C423C423C423C423C423C4lBC L(其余两杆长度之和其余两杆长度之和)时时v 双摇杆机构双摇杆机构ABCDabcd机械设计基础 平面连杆机构22曲柄曲柄摇杆摇杆 180 ABAB121转转角角顺顺、匀匀 DCDC21摆摆摆角摆角 , 时间时间 t1 180 ABAB212转转角角顺顺、匀匀DCDC12摆摆摆角摆角 , 时间时间 t2 因因 1 2且曲柄匀速，所且曲柄匀速，所以以，t1 t2 , 速度速度 v2 v1 ，摇杆具，摇杆具有急回运动的特性。即曲柄匀速有急回运动的特性。即曲柄匀速转动时转动时, 通常把摇杆往复摆动速通常把摇杆往复摆动速度快慢不

12、同的运动称为急回运动。度快慢不同的运动称为急回运动。分目录分目录上一张上一张二、急回特征、行程速度变化系数二、急回特征、行程速度变化系数K23180180212112122112tttcctccvvK（21） 四杆机构从动件空回行程平均速度与工作行程平均速度四杆机构从动件空回行程平均速度与工作行程平均速度的比值称为行程速比系数的比值称为行程速比系数，用用 K K 表示：表示：11180 KK（22）（2）当）当 0，k 1，机构有急回作用。，机构有急回作用。因此因此 （1）当）当 = 0，k = 1，机构无急回作用。，机构无急回作用。分目录分目录上一张上一张24 三、压力角和传动角三、压力角和

13、传动角压力角压力角 : 从动件在点的受力从动件在点的受力F 的方向的方向 与速度与速度 Vc 方向所夹的方向所夹的 锐角，称机构在此位置锐角，称机构在此位置 的压力角。的压力角。力力P sinPPcosPPnt有效分力有效分力有害分力有害分力 压力角压力角越小，推动机械运动的越小，推动机械运动的有效分力越大，所以压力角越小越好。有效分力越大，所以压力角越小越好。 传动角传动角 ：压力角的余角。压力角的余角。分目录分目录上一张上一张25 传动角传动角 越大，推动机械运动的有效分力越大，所越大，推动机械运动的有效分力越大，所以以传动传动角越大越好。角越大越好。当连杆当连杆BC与摇杆与摇杆CD的夹角

14、的夹角 90 时：时： 180 - 。 为保证机构传动性能良好，为保证机构传动性能良好，设计时通常应使设计时通常应使： min 40大功率机械：大功率机械： min 50 min min 的位置如图的位置如图 2 - 72 - 7： 曲柄与机架共线的位置之一。曲柄与机架共线的位置之一。分目录分目录上一张上一张26死点位置死点位置：从动件的传动角从动件的传动角 等等于零时机构所处的位置。于零时机构所处的位置。 四、死点位置四、死点位置 在左图中，当主动件摇杆在左图中，当主动件摇杆CDCD位于两个极限位置时，从动件曲位于两个极限位置时，从动件曲柄柄ABAB的传动角为零，机构此时处的传动角为零，机构

15、此时处于死点位置。于死点位置。分目录分目录上一张上一张27 克服死点的措施：克服死点的措施： 利用惯性利用惯性,如飞轮。如飞轮。实例实例:家用缝纫机家用缝纫机 采用几套相同的机构错位。采用几套相同的机构错位。蒸汽机车两侧利用错位排列的两套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曲柄滑块机构使车轮联动机构通过死点分目录分目录上一张上一张GGEFEF28v实例实例: :夹具夹具v飞机起落架机构飞机起落架机构.动画动画 飞机起飞机起落架（死点）落架（死点）.swf.swf死点的利用死点的利用v折叠家具机构折叠家具机构=00机械设计基础 平面连杆机构29死点的应用死点的应用分目

16、录分目录上一张上一张30飞机起落架机构飞机起落架机构分目录分目录上一张上一张31单击单击死点的应用死点的应用分目录分目录上一张上一张32一、平面四杆机构的特点二、平面四杆机构的设计机械设计基础 平面连杆机构33一、平面四杆机构的特点一、平面四杆机构的特点v全低副（面接触），承受冲击力，易润滑，不易磨损全低副（面接触），承受冲击力，易润滑，不易磨损v运动副结构简单，易加工运动副结构简单，易加工v运动规律多样化、点的运动轨迹多样化运动规律多样化、点的运动轨迹多样化v运动副累积误差大，效率低运动副累积误差大，效率低v惯性力难以平衡，不宜用于高速惯性力难以平衡，不宜用于高速v不能精确实现复杂的运动规律

17、，设计计算较复杂不能精确实现复杂的运动规律，设计计算较复杂123ABC4机架连杆连架杆A1B2C3D4机械设计基础 平面连杆机构341 实现已知运动规律的设计实现已知运动规律的设计1）给定连架杆对应位置）给定连架杆对应位置 2）给定行程速比变化系数）给定行程速比变化系数2 实现预定轨迹的设计实现预定轨迹的设计连杆上某点通过某一预定给定轨迹的功能连杆上某点通过某一预定给定轨迹的功能v图解法图解法、解析法、解析法、实验法实验法二、平面四杆机构的设计二、平面四杆机构的设计机械设计基础 平面连杆机构35图解法图解法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上一张上一张分目录分目录已知：连杆的

18、位置已知：连杆的位置B1C1、B2C2、B3C3 设计关键：找圆心设计关键：找圆心A、D。设计步骤：设计步骤：1 1）作作连杆的位置连杆的位置B1C1、B2C、B3C32）连连B1B2、B2B3、C1C2、C2C3，作作中垂线中垂线b12b23交于交于A点，点，C12C23交于交于D点。点。36上一张上一张分目录分目录举例：造型机翻转机构举例：造型机翻转机构37 图解法：采用刚化法，把图解法：采用刚化法，把铰链铰链C C的位置确定，如图的位置确定，如图4.414.41所示所示例题见图例题见图4.424.42分目录分目录上一张上一张例题例题2.2.已知：机架已知：机架ADAD的长度，连架杆的长度，连架杆ABAB和和CDCD的三对对应位置的三对对应位置1、1；2、2；3、3，要求设计四杆机构。要求设