机械设计基础-《机械设计基础》单元四 平面连杆机构

⒈认知平面四杆机构的各种类型；⒉理解平面四杆机构的工作特性，了解这些特性在工程实际中的应用；⒊理解平面四杆机构的设计方法。学习目标

知识目标

能力目标⒈能够根据机构要实现的运动选择平面四杆机构的类型；⒉能够根据已设计的机构分析其能实现的运动及特性；3.能够用图解法设计平面四杆机构。1.具有一定的工程思维和工程探索精神；

2.树立诚实守信意识和安全意识，具有良好的职业责任感。

素质目标学习目标单元4：平面连杆机构4-1：铰链四杆机构4.1.1铰链四杆机构的组成和基本形式主讲教师：黄新然⒈正确绘制、分析机构的运动简图；2.计算机构自由度并分析判断其是否具有确定运动。课前回顾课前回顾平面连杆机构广泛应用于各种机械和仪表中，内燃机、鹤式吊、火车轮、手动冲床、牛头刨床、椭圆仪、机械手爪等。能实现多种运动形式。如何根据机构的运动特性设计平面连杆机构呢？项目任务根据自动送料机的结构简图，分析自动送料机的工作过程，若已知行程速比系数K=1.5，滑块行程L=50mm，偏置距离e=20mm，设计该机构。自动送料机机构实例:内燃机、鹤式吊、火车轮、手动冲床、牛头刨床、椭圆仪、机械手爪等。特征：有一作平面运动的构件，称为连杆。

特点：

①采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。②改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。③连杆曲线丰富。可满足不同要求。定义：由低副（转动、移动）连接组成的平面机构。§1铰链四杆机构的组成和基本形式知识点链接缺点：①构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低。②产生动载荷（惯性力），不适合高速。③设计复杂，难以实现精确的轨迹。分类:平面连杆机构空间连杆机构常以构件数命名：如四杆机构、多杆机构。本项目重点介绍四杆机构——铰链四杆机构。知识点链接基本型式——铰链四杆机构，构件间联接都是转动副

。曲柄——整周定轴回转的构件；连杆——作平面运动的构件；连架杆——与机架相联的构件；摇杆——作定轴摆动的构件；知识点链接§2铰链四杆机构的基本型式铰链四杆机构的基本形式：据是否有曲柄存在分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构（一）、曲柄摇杆机构

1、特点：两连架杆一个是曲柄（整周转）；一个是摇杆（摆动）应用：雷达天线调整机构汽车雨刮器（二）、双曲柄机构

特点：两连架杆都是曲柄（整周转）主动曲柄匀速转，从动曲柄变速转正平行双曲柄机构：对边平行且相等特点：主、从动曲柄匀速且相等，运动不确定现象火车驱动轮反平行双曲柄机构：对边平行但不相等

公交车门启闭器（三）、双摇杆机构

特点：两连架杆都是摇杆（摆动）应用：起重机吊臂应用：飞机起落架主题讨论平面连杆机构在生产中的应用实例？你身边有没有可以用平面连杆机构解决的问题？单元4：平面连杆机构4-1：铰链四杆机构4.1.2铰链四杆机构中曲柄存在的条件主讲教师：黄新然

曲柄整周转动，曲柄AB必须顺利通过与机架AD共线的两个位置AB1和AB2。当曲柄处于AB1时，形成三角形B1C1D。根据三角形任意两边之和必大于（或等于）第三边定理可得：

当曲柄处于AB2时，形成三角形B2C2D。同理可得：

1、铰链四杆机构有整转副的条件：即：b≤(d－a)＋ca＋b≤c＋d

(1)

c≤(d－a)＋ba＋c≤b＋d

(2)a＋d≤b＋c(3)一、铰链四杆机构有曲柄的条件

知识点链接将式（1）、（2）、（3）两两相加可得：

结论:

1）最短杆与最长杆的长度和应小于或等于其余两杆的长度和。—

杆长条件。2）最短杆两端的转动副为整转副。即知识点链接(1)最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆长度之和；(2)最短杆或其相邻杆为机架。3、铰链四杆机构的组成条件：1）如果：lmin+lmax≤其它两杆长度之和

——满足曲柄存在的条件（满足杆长和条件）以最短杆的相邻构件为机架，此机构为曲柄摇杆机构；且：12以最短杆为机架，则此机构为双曲柄机构；以最短杆的对边为机架，此机构为双摇杆机构。32）如果：lmin+lmax＞其它两杆长度之和——不满足曲柄存在的条件，则不论选哪个构件为机架，都为双摇杆机构。

2、铰链四杆机构有曲柄的条件：知识点链接

铰链四杆机构不满足条件（1）满足条件（1）最短杆为机架最短杆的相邻杆为机架最短杆的相对杆为机架双曲柄机构曲柄摇杆机构双摇杆机构双摇杆机构知识点链接知识点链接例1

铰链四杆机构ABCD的各杆长度如图所示。请根据基本类型判别准则，说明机构分别以AB、BC、CD、AD各杆为机架时属于何种机构解：分析题目给出铰链四杆机构知，最短杆为AD=20，最长杆为CD=55，其余两杆AB=30、BC=50。因为 AD＋CD=20＋55=75AB＋BC=30＋50=80＞Lmin＋Lmax故满足曲柄存在的第一个条件。1)以AB或CD为机架时，即最短杆AD成连架杆，故为曲柄摇杆机构；2)以BC为机架时，即最短杆成连杆，故机构为双摇杆机构；3)以AD为机架时，即以最短杆为机架，机构为双曲柄机构。知识点链接主题讨论怎么设计一个曲柄摇杆机构？单元4：平面连杆机构4-2：铰链四杆机构的其他形式主讲教师：黄新然演化方法：转动副移动副；选取不同构件作为机架（一）、转动副转化成移动副铰链四杆机构中一个转动副转化为移动副曲柄滑块机构§1铰链四杆机构的演化类型：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：L1<L2行程S=2L1偏置曲柄滑块机构：L1+e<L21、导杆机构曲柄滑块机构中，当将曲柄改为机架时演化成导杆机构。导杆机构类型转动导杆机构摆动导杆机构L1<L2L1>L2L1L2：机架长度：曲柄长度2、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3、定块机构曲柄滑块机构中，当将滑块改为机架时演化成定块机构。

应用抽水唧筒（二）、偏心轮（扩大运动副)

在曲柄滑块机构（曲柄摇杆机构）中，若曲柄很短，可将转动副B的尺寸扩大到超过曲柄长度，则曲柄AB就演化成几何中心B不与转动中心A重合的圆盘，该圆盘称为偏心轮，含有偏心轮的机构称为偏心轮机构。

偏心轮机构结构简单，偏心轮轴颈的强度和刚度大，且易于安装整体式连杆，广泛用于曲柄长度要求较短、冲击载荷较大的机械中。

颚式破碎机主题讨论列举不同类型平面连杆机构在生产实际中的应用？单元4：平面连杆机构4-3：平面四杆机构的工作特性主讲教师：黄新然2、急回特性：主动件曲柄AB以等角速度转动时，从动件摇杆CD往复摆动的平均速度不相等。从动件反回行程的平均速度比工作行程的平均速度快。这个性质称为机构的急回特性。

—摇杆的摆角，—极位夹角。

1、平面四杆机构的极位、极位夹角、最大摆角§4.2平面四杆机构的运动特性知识点链接曲柄摇杆摆角,时间t1摆角

,时间t2

因

1＞

2且曲柄匀速，所以，t1>t2,速度v2>v1

，摇杆具有急回运动的特性。即曲柄匀速转动时,通常把摇杆往复摆动速度快慢不同的运动称为急回运动。知识点链接（1）

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，用K表示：（2）（2）当

>0，k>1，机构有急回作用。因此（1）当

=0，k=1，机构无急回作用。

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，如牛头刨床、往复式运输机等。

知识点链接3.压力角与传动角压力角愈小，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。

压力角：从动件受力方向与受力点线速度方向之间所夹的锐角。传动角:压力角的余角即连杆与从动件间所夹的锐角。

知识点链接在连杆机构中，为度量方便，常用压力角的余角即连杆与从动件间所夹的锐角(传动角)检验机构的传力性能。

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。设计要求：设计时一般应使γmin≥40°,对于高速大功率机械应使γmin≥50°。知识点链接曲柄摇杆机构，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位置之一。ABCD知识点链接

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。知识点链接4、死点的位置

在从动曲柄与连杆共线的位置，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力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。知识点链接知识点链接利：工程上利用死点进行工作。

弊：机构有死点，从动件将出现卡死或运动方向不确定现象，对传动机构不利死点的利弊消除措施

增大从动件的质量，利用惯性度过死点位置。如利用飞轮的惯性。对从动曲柄施加外力。采用机构错位排列的方法。ABCD1234P钻孔夹具也可以利用死点进行工作：

起落架、钻夹具等。工件ABCD1234工件Pγ=0TABDC飞机起落架ABCDFγ=0知识点链接主题讨论如何应用平面连杆机构的运动特性？单元4：平面连杆机构4-4：平面四杆机构运动设计主讲教师：黄新然

设计方法：

1、图解法，2、解析法，3、实验法平面连杆机构的运动设计选型：运动尺寸设计：确定连杆机构的结构组成：构件数目，运动副类型、数目。确定机构运动简图的参数：①转动副中心之间的距离；②移动副位置尺寸1、实现构件给定位置2、实现已知运动规律3、实现已知运动轨迹知识点链接2、按K设计四杆机构已知：曲柄摇杆机构，摇杆CD长度，摆角，K

设计此机构（确定曲柄和连杆长）

已知：曲柄滑块机构的行程、偏距、K

设计此机构（确定曲柄和连杆长）1、已知B，C及连杆的三个位置，设计该铰链四杆机构。若知2个位置，无穷解。二、平面四杆机构的图解法设计一、设计原理：相对运动原理（转换机架法）知识点链接●D设计一四杆机构,实现连杆给定位置

已知活动铰点B、C中心位置，求固定铰链A、D中心位置。B1C1B2C2四杆机构AB1C1D为所求.A●知识点链接实现连杆给定的三个位置B1C1B2C2B3C3AD四杆机构AB1C1D

为所求.知识点链接举例：造型机翻转机构知识点链接B2C2按给定的K值,设计曲柄摇杆机构1）给定K、y、LCDABCDqO2qyq=——

180°K-1K+1①分析.900-

qB1ADC1知识点链接C2DC1y900-

q2qOAEBCAC1=BC-ABAC2=BC+ABAB=—————AC2-AC12BC=—————AC2+AC12曲柄摇杆机构ABCD

为所求.②设计.以mL

=…作图.LAB=

mLAB

=

、LBC=

mLBC=.……q=——

1800=K-1K+1…知识点链接C1C2S2q3.按给定的K、S值,设计曲柄滑块机构SADBCee若给定K、S、e.AB=—————AC2-AC12BC=—————AC2+AC12知识点链接2θ2aC1C2e按给定的行程速比系数K设计四杆机构曲柄滑块机构H90°-θoAE已知K，滑块行程H，偏距e，设计此机构。①计算θ＝180°(K-1)/(K+1);②作C1C2

＝H③作射线C1O

使∠C2C1O=90°－θ,④以O为圆心，C1O为半径作圆。⑥以A为圆心，AC1为半径作弧交于E,得：