第4章平面连杆机构

1、2 2 平面平面四杆机构的基本性质四杆机构的基本性质3 3 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 1 1 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平面连杆机构 第四章第四章 平面连杆机构平面连杆机构特点：特点：全部低副（面接触），利于全部低副（面接触），利于润滑，磨损小、传载大、寿命长；润滑，磨损小、传载大、寿命长；易加工，精度高，制造成本低。易加工，精度高，制造成本低。运动链较长，所以运动累积误差运动链较长，所以运动累积误差大，大，不能精确实现复杂的运动规不能精确实现复杂的运动规律，设计计算较复杂。律，设计计算较复杂。平面连杆机构平面连杆机构平面机构平面机构+ +低副联接

2、低副联接 ( (转动副、移动副转动副、移动副) )最常用最常用平面四杆机构（平面四杆机构（ 四个构件四个构件四根杆四根杆) ) 铰链四杆机构铰链四杆机构（全由转动副相联）（全由转动副相联）机架：机架： 固定的杆件固定的杆件连架杆：连架杆：与机架相连的杆与机架相连的杆连杆：连杆： 连接连架杆的杆连接连架杆的杆1 1 铰链四杆机构的基本型式和特性铰链四杆机构的基本型式和特性 一、铰链四杆机构的类型及特点一、铰链四杆机构的类型及特点 组成组成曲柄：曲柄：能转动能转动360360的连架杆的连架杆摇杆：摇杆：不能转动不能转动360360的连架杆的连架杆 1.1.曲柄摇杆机构：曲柄摇杆机构：连架杆连架杆曲

3、柄曲柄( (一般一般) )原动件原动件匀速转动匀速转动 摇杆摇杆( (一般一般) )从动件从动件变速往复摆动变速往复摆动 双摇杆机构双曲柄机构曲柄摇杆机构 分类： 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构特征：曲柄摇杆特征：曲柄摇杆作用：将曲柄的作用：将曲柄的整周回转整周回转转转变为变为摇杆的摇杆的往复摆动往复摆动。雷达天线俯仰机构雷达天线俯仰机构( (天线天线摇杆摇杆)调整天线调整天线 俯仰角的大小俯仰角的大小 2 . 2 . 双曲柄机构双曲柄机构： 连架杆均为曲柄连架杆均为曲柄 主动曲柄主动曲柄: : 匀速转动匀速转动 从动曲柄从动曲柄: : 变速转动变速转动 作用：将作用：将等速回转等速回转转变为转变为

4、等速或变速回转等速或变速回转。机车车轮联动机构机车车轮联动机构特例：平行四边形机构特例：平行四边形机构特征：特征：两连架杆等长且平行两连架杆等长且平行， 连杆作平动。连杆作平动。AB = CD BC = AD平行四边形机构存在平行四边形机构存在运动不确定运动不确定位置位置。可采用可采用两组机构错开排列两组机构错开排列的方法予以克服的方法予以克服。3.3.双摇杆机构双摇杆机构连架杆均为摇杆连架杆均为摇杆 例例: : 鹤式起重机的变速机构鹤式起重机的变速机构: CD(: CD(杆杆3)3)为原动件为原动件, , 悬挂重悬挂重物的物的E E 点在连杆上点在连杆上保持保持E E点运动轨迹在近似水平线上

5、。点运动轨迹在近似水平线上。（平移货物（平移货物平稳、减小能量消耗）平稳、减小能量消耗）从动件作往复运动的平面连杆机构中，若从动件工作行程的平从动件作往复运动的平面连杆机构中，若从动件工作行程的平均速度小于回程的平均速度，则称该机构具有均速度小于回程的平均速度，则称该机构具有急回特性急回特性。在曲柄摇杆机构中，当从动件在曲柄摇杆机构中，当从动件（摇杆）位于两极限位置时，（摇杆）位于两极限位置时，曲柄与连杆共线。此时曲柄与连杆共线。此时对应的对应的主动曲柄之间所夹的锐角主动曲柄之间所夹的锐角叫作叫作极位夹角。极位夹角。二二. .急回运动和行程速比系数急回运动和行程速比系数（以曲柄摇杆机构为例）（

6、以曲柄摇杆机构为例）工作行程时间空回行程时间工作行程时间空回行程时间 例：牛头刨床、往复式输送机例：牛头刨床、往复式输送机 缩短非生产时间缩短非生产时间, , 提高生产率提高生产率 / )180(1t1211tCCV )180/(21CC设曲柄以设曲柄以逆时针匀速旋转。逆时针匀速旋转。从从ABAB1 1转到转到ABAB2 2，转过，转过180180+时为时为工作行程工作行程，所花时间为，所花时间为t1曲柄从曲柄从ABAB2 2 继续转过继续转过180180-到到ABAB1 1时为时为回程回程，所花时间为，所花时间为t2 , ,此时摇杆从此时摇杆从C2D摆到摆到C1D，平均速度为，平均速度为V2

7、 , ,那么有那么有 /)180(2t2212tCCV)180/(21CC显然显然 t1 t2 V2 V1 即该机构具有即该机构具有急回特性急回特性极位夹角极位夹角( (摇杆处于两极位时，对应曲柄所夹锐角摇杆处于两极位时，对应曲柄所夹锐角) )K K 急回运动性质急回运动性质11180KK设计时往往先给定设计时往往先给定 K 值，再计算值，再计算，即，即 为能定量描述急回运动，将回程平均速度为能定量描述急回运动，将回程平均速度V2 与工作行程平均与工作行程平均速度速度V1之比之比定义为定义为行程速度变化系数行程速度变化系数 K 三、压力角和传动角三、压力角和传动角 1.1.压力角压力角 作用在

8、从动件上的驱动力作用在从动件上的驱动力F F与该力作用与该力作用 点绝对速度点绝对速度V VC C之间所夹的之间所夹的锐角锐角。 有效力有效力切向分力切向分力 F Ft= = FcosFcosF Ft= = FcosFcos （方便）（方便） 对传动有利对传动有利切向分力切向分力 F Ft= = FcosFcos法向分力法向分力 F Fn= Fcos= Fcos F Ft 对传动有利对传动有利。= Fsin= Fsin常用常用的大小来表示的大小来表示机构传力性能的好坏机构传力性能的好坏是是的余角。的余角。2.2.传动角传动角 传动角传动角 ：连杆与从动杆所夹锐角连杆与从动杆所夹锐角 = =90

9、90 压力角越小压力角越小( (即传动角越大即传动角越大) )，有用的分力越大。，有用的分力越大。 所以所以传动角是衡量机构受力大小的一个重要参数传动角是衡量机构受力大小的一个重要参数。 传动不利。传动不利。当当 BCD 90BCD 90时，时，BCDBCD因此设计时一般要求因此设计时一般要求: : minmin4040当当 BCD BCD 9090时，时，180180- BCD- BCD当当BCDBCD最小或最大时，即在最小或最大时，即在主动曲柄与机架共线的主动曲柄与机架共线的位置位置，都有可能出现，都有可能出现minmin由于在机构运动过程中，由于在机构运动过程中，角是变化的，角是变化的，

10、 min min 出现在什么位置？出现在什么位置？minmin minmin, (180, (180- -maxmax ) ) minmin 主动件与机架共线的两个位置之一主动件与机架共线的两个位置之一, ,传动角最小传动角最小. .从动件与连杆共线（从动件与连杆共线（ =0 =0） 卡死卡死 机构运动卡死机构运动卡死 机构运动不确定机构运动不确定存在死点条件存在死点条件：有极限位置（从动件与连杆共线）有极限位置（从动件与连杆共线）措措 施：施： 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 摇杆主动摇杆主动死点死点死点死点四四. .死点位置死点位置飞轮飞轮自身惯性自身惯性 飞机起落架飞机起落架死点位置的应用死点

11、位置的应用平面四杆机构具有平面四杆机构具有整转副整转副 则则可能可能存在曲柄存在曲柄。设设l1 L+LLmax+Lmin L+L( (其余两杆长度之和其余两杆长度之和) )时时 双摇杆机构双摇杆机构曲柄存在的条件：曲柄存在的条件：(1)(1)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(2)(2)最短杆是连架杆或机架最短杆是连架杆或机架整转副整转副能作能作360360相对回转的运动副；相对回转的运动副；摆转副摆转副只能作有限角度摆动的运动副。只能作有限角度摆动的运动副。曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双摇杆机构双摇杆机构双双曲柄曲柄机构机构 变换机架

12、变换机架1. 1. 曲柄滑块机构曲柄滑块机构3 3 铰链铰链四杆机构的演化四杆机构的演化演化方法：演化方法：变杆长、换机架、扩大回转副等变杆长、换机架、扩大回转副等曲柄滑块机构曲柄滑块机构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ABC1234ABC1234ABC1234 l l1 1 l l2 2 摆动导杆机构摆动导杆机构 l l1 1 l l2 2转动导杆机构转动导杆机构 导杆机构导杆机构调换机架调换机架 2.2.导杆机构导杆机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构ABC1234（杆（杆2 2和杆和杆4 4均可整周回转）均可整周回转）（杆（杆4 4往复摆动）往复摆动）牛头刨床牛头

13、刨床应用实例应用实例:小型刨床小型刨床（摆动导杆机构）（摆动导杆机构）（转动导杆机构）（转动导杆机构）摇块机构摇块机构滑块摆动滑块摆动 滑块为固定件滑块为固定件滑块移动摆动滑块移动摆动滑块移动滑块移动曲柄滑块机构曲柄滑块机构CABCABCABCAB曲柄滑块机构曲柄滑块机构导杆机构导杆机构摇块机构摇块机构定块机构定块机构导杆机构导杆机构定块机构定块机构3.3.摇块机构摇块机构 、定块机构、定块机构摇块机构摇块机构 定块机构定块机构ABC1234ABC12344.4.双滑块机构双滑块机构正弦机构正弦机构正切机构正切机构aasinas tanas SS5. 5. 扩大转动副扩大转动副偏心轮机构偏心轮

14、机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构将转动副将转动副B B加大，直至把加大，直至把转动副转动副A A包括进去，成为包括进去，成为几何中心是几何中心是B B，转动中心，转动中心为为A A的偏心圆盘。的偏心圆盘。曲柄滑块机构的急回特性分析曲柄滑块机构的急回特性分析应用：节省回程时间，提高生产率。应用：节省回程时间，提高生产率。导杆机构的急回特性分析导杆机构的急回特性分析 0 0 故，有急回运动故，有急回运动1 K4 4 平面四杆机构的设计（简介）平面四杆机构的设计（简介） 实现已知运动规律实现已知运动规律 1 1）给定连杆位置）给定连杆位置 2 2）给定连架杆位置）给定连架杆位置 3 3）给定行程速比系数

15、）给定行程速比系数实现给定点的运动轨迹实现给定点的运动轨迹方法：作图法、解析法、实验法方法：作图法、解析法、实验法 D1. 1. 实现给定连杆的两个位置实现给定连杆的两个位置已知连杆长度已知连杆长度 B1C1B2C2四杆机构四杆机构 ABAB1 1C C1 1D D 为所求为所求. .A 若无其他附加条件，若无其他附加条件， 则有无穷多解。则有无穷多解。1234ABCD2. 2. 实现构件给定的三个位置实现构件给定的三个位置 已知连杆长度已知连杆长度 B1C1B2C2B3C3AD四杆机构四杆机构 ABAB1 1C C1 1D D 为所求为所求. .有唯一解。有唯一解。NDC1C290-AB2PB1M已知：摇杆长度已知：摇杆长度