《机械基础》课件-第四章 平面连杆机构

第四章平面连杆机构第一节

平面连杆机构的概述机械基础学习内容平面连杆机构概述PART

101铰链四杆机构的基本类型PART

202四杆机构的演化PART

303铰链四杆机构的急回特性PART

404铰链四杆机构的力学分析和死点位置PART

505PART

01平面连杆机构的概述Overviewofplanarlinkage

mechanism平面连杆机构的概述01平面连杆机构空间连杆机构平面连杆机构的概述01平面连杆机构所有构件均在相互平行的平面内运动的连杆机构。平面连杆机构的概述01空间连杆机构所有构件不全在相互平行的平面内运动的连杆机构。PART

02平面连杆机构的定义Definitionofplanar

linkage平面连杆机构的定义02内燃机缝纫机汽车门开闭机构飞机起落架平面连杆机构的定义02由四个构件通过低副相连构成的机构平面连杆机构常以构件或杆件数目来命名四杆机构 多杆机构由五个或以上的杆件组成的机构是平面连杆机构中最常见的形式PART

03平面连杆机构的传动特点planarlinkage

mechanismsTransmissioncharacteristics

of平面连杆机构的传动特点03优点1 低副机构，运动副为面接触，压强小。利用低副完成构件之间的运动的，承载能力大，耐冲击。平面连杆机构的传动特点03结构简单,工作可靠，制造容易。优点2运动副元素多为平面或圆柱面，制造比较容易。惯性筛平面连杆机构的传动特点03优点3 可以实现不同的运动规律和特定轨迹要求。搅拌机步进输送机构平面连杆机构的传动特点03平面连杆机构存在一定的缺点，适用范围受限2.副累积误差大，传动精度不高。加构件和运动副机构复杂积累误差较大影响其传动精度1.惯性力难以平衡，不宜用于高速;平面连杆机构的传动特点03平面连杆机构惯性力不容易平衡而不适合于高速传动（高速时易引起较大的振动和动载荷）缺

点平面连杆机构的设计方法也较复杂，不易精确地满足各种运动规律和运动轨迹的要求。第四章平面连杆机构第二节

铰链四杆机构的基本类型机械基础平面连杆机构的概述01铰链四杆机构平面连杆机构的概述01固定构件机架曲柄 连架杆能整周旋转的连架连架杆 摇杆只能绕运动副轴线摆动的连架杆连杆平面连杆机构的概述01两连架杆的是曲柄还是摇杆曲柄摇杆机构平面连杆机构的概述01两连架杆的是曲柄还是摇杆双曲柄机构平面连杆机构的概述01两连架杆的是曲柄还是摇杆双摇杆机构平面连杆机构的概述011曲柄摇杆机构将曲柄的连续转动转换为摇杆的往复摆动将摇杆的往复摆动转换为曲柄的连续转动平面连杆机构的概述011曲柄摇杆机构雷达连杆机构缝纫机连杆机构插入序号5、6还需要找一个搅面机视频平面连杆机构的概述012双曲柄机构两个连架杆都能做整周回转将主动曲柄等速回转转化为从动曲柄变速回转平面连杆机构的概述012双曲柄机构主动曲柄匀速转动从动曲柄变速转动使筛子具有较大变化的加速度，产生较大冲击，使被筛的材料得到很好的筛分。平面连杆机构的概述012双曲柄机构正平行四边形机车车轮：利用平行四边形机构两曲柄转速相等并且同向的特性。平面连杆机构的概述01AB=CD不平行且转向相反反平行四边形2双曲柄机构平面连杆机构的概述013双摇杆机构将主动摇杆的摆动转换为从动摇杆的摆动平面连杆机构的概述01双摇杆机构:鹤式起重机平面连杆机构的概述01双摇杆机构:飞机起落架平面连杆机构的概述01等腰梯形机构特例插入动画第四章平面连杆机构第三节

四杆机构的演化机械基础平面连杆机构的概述01通过改变铰链四杆机构的某些构件的形状、相对长度，或选择不同的构件作为机架，常用的演化形式可分为以下三种基本形式：曲柄滑块机构偏心轮机构导杆机构平面连杆机构的概述011曲柄滑块结构摇杆长 →

∞摇杆3

→滑块转动副D →

移动副当曲柄摇杆机构中的摇杆为无限长时，即为曲柄滑块机构。具有一个移动副和三个转动副。平面连杆机构的概述01未命名

未命名

e

——

称为偏距e=0，对心曲柄滑块机构e≠0，偏置曲柄滑块机构平面连杆机构的概述01对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构平面连杆机构的概述01曲柄摇杆机构曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构平面连杆机构的概述01曲柄滑块机构的应用平面连杆机构的概述01滚轮送料机曲柄滑块机构的应用（对心曲柄滑块机构）平面连杆机构的概述01曲柄滑块机构的应用冲压机平面连杆机构的概述012偏心轮机构曲柄很短，它的强度和刚度就太低转动副B的尺寸扩大曲柄AB演化成了一个几何中心B不与转动中心A重合的圆盘偏心轮我们把含有偏心轮的机构称为偏心轮机构平面连杆机构的概述012偏心轮机构机构结构简单轴径的强度和刚度大应用范围剪床冲床颚式破碎机内燃机颚式破碎机平面连杆机构的概述01曲柄滑块机构的原连架杆2为机架而得到的，原连杆3为主动件。3曲柄滑块机构1234平面连杆机构的概述0131243曲柄滑块机构若l3

l2，导杆1作整周运动，称为转动导杆机构。若l3

l2，导杆1

作往复摆动，称为摆动导杆机构。平面连杆机构的概述01导杆机构具有很好的传力性能，常用于插床、牛头刨床平面连杆机构的概述01牛头刨床的运动情况平面连杆机构的概述01摇块3里面的压力油推动活塞杆2运动自卸汽车卸料机构车厢斗1绕回转中心B倾转，当到一定的角度时物料自动卸下平面连杆机构的概述01该机构称为移动导杆机构（定块机构）1234移动导杆机构的应用——手动抽水机构实例：抽水唧筒取曲柄滑块机构中的原滑块4为机架而得到的是定块机构原曲柄2转动时，导杆1

可在固定滑块4中往复移动第四章平面连杆机构第四节

铰链四杆机构曲柄存在的条件机械基础构件和零件的区别及联系04若AB要成为曲柄，A点为转动副，AB杆运动到与机架重合的两个位置，构成两个三角形。AB长度为aCD长度为cBC长度为bAD长度为d构件和零件的区别及联系04根据三角形两边之和大于第三边的边长定理，得到第一个式子:a+d＜_

b+cAB→AB’BCD构件和零件的区别及联系04三角形任意两边长之和大于第三边定理AB→AB’ BCDb＜_

(d-a)+c a+b＜_

d+c构件和零件的区别及联系04列一个三边关系的不等式：c＜_

(d-a)+b变换a+c＜_

d+b构件和零件的区别及联系04a+d＜_b+ca+b＜_d+ca+c＜_

d+b将式(1)、(2)、(3)两两相加，可得a＜_d，a＜_b，a＜_

c构件和零件的区别及联系04a+d＜_b+ca+b＜_d+ca+c＜_

d+b三式成立杆长条件最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和构件和零件的区别及联系04设a<d,

同理可得出d+b＜_

c+a(2)d+a＜_b+cd+c＜_

a+b(1)(3)构件和零件的区别及联系04将式(1)、(2)、(3)两两相加，可得d＜_a，d＜_b，d＜_

c此时最短杆为机架，同样也需要满足杆长条件构件和零件的区别及联系042.连架杆或机架为最短杆。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;lmax+lmin

≤‘l

+‘‘l构件和零件的区别及联系04满足杆长之和条件不满足杆长之和条件最短杆为机架-----双曲柄机构;最短杆的相邻杆为机架----曲柄摇杆机构;123最短杆的相对杆为机架-----双摇杆机构.1无论以哪个杆作机架,均为双摇杆机构构件和零件的区别及联系04双摇杆机构10+25＞15+15不满足杆长之和条件15101525曲柄摇杆机构10+25＞15+15满足杆长之和条件且最短杆为连架杆25251015第四章

平面连杆机构第五节

铰链四杆机构的急回特性机械基础平面连杆机构的概述01牛头刨床工作视频曲柄摇杆机构的运动动画平面连杆机构的概述01分析当曲柄AB为主动件时，在其运动一周中，有两次与连杆共线。BB1C1ADD

B2

1

2

行程

2行程

1C

C2AB1C1和AB2C2的位置摇杆CD:C1D和C2D摇杆的两个极限位置平面连杆机构的概述011概念极位 当曲柄摇杆机构处于两个极限位置时极位夹角当曲柄与连杆两次共线位置之间的夹角，用字母θ表示。摆角摇杆在两个极限位置的夹角，用字母♆表示。曲柄摇杆机构平面连杆机构的概述012分析:曲柄运转一周行程1：曲柄由AB1顺时针转动到AB2时，转过的角度是

1

=180º

+

；耗时为t1；此时摇杆由C1D摆动到C2D,摆角为

，摇杆的平均速度V1

C1C2

t1。平面连杆机构的概述012分析:曲柄运转一周行程2：曲柄由AB2顺时针转动到AB1时，转过的角度是

1

=180º-

；耗时为t2；此时摇杆由C2D摆动到C1D,摆角为

，摇杆的平均速度V2

C1C2

t2。平面连杆机构的概述01平面连杆机构的概述01ωω相等曲柄转速曲柄转角时间C点的平均速度工作行程C1~C2φ1=1800+θt1=φ1/ωV1=C1C2/

t1空回行程C2~C1φ2=1800-θt2=φ2/ωV2=C1C2/

t2结果比较φ1>φ2t1>

t2V1<v2平面连杆机构的概述01

1 >

2 且曲柄匀速旋转111

t

12

180

>

t

1

1

2

180

摇杆的摆角

是不会改变的，且t1

>

t2V1

C1C2

t1 < V2

C1C2

t2__急回特性摇杆返回速度较快平面连杆机构的概述01称该机构具有急回特性动件作往复运动的平面连杆机构中从动件工作行程（慢行程）的平均速度空回行程（快行程）的平均速度＜切制工件的行程刀具返回的行程平面连杆机构的概述012、而且

越大，

K

值越大，

机构的急回性质越明显。1

、只要极位夹角

0

，就有

K>1，机构就具有急回特性。K===V2C1 C2 /t2t1 180°+θV1C1 C2 /t1t2 180°-θ=假想地将θ角设为0度 则T1=T2,V1=V2极位夹角为0时，机构具没有急回特性为能定量描述急回运动，将回程平均速度V2与工作行程平均速度V1之比定义为行程速度变化系数即急回特性系数，用K来表示。3急回特性系数平面连杆机构的概述01连杆 齿轮机构 啮合（曲柄 传动滑块 的齿机构） 轮机构当曲柄摇杆机构具备了急回运动特性后，就可以利用急回运动特性来缩短机械空回行程的时间，提高机械的工作效率。急回特性的意义平面连杆机构的概述014判断图示机构有无急回特性？θ=0，K=1无急回特性平面连杆机构的概述014判断图示机构有无急回特性？平面连杆机构的概述014判断图示机构有无急回特性？θ

0有急回特性第四章铰链四杆机构的急回特性第六节

铰链四杆机构的力学分析机械基础平压面力连角杆与机传构动的角概述011曲柄AB为主动件，摇杆CD为从动件

vtFnFF平压面力连角杆与机传构动的角概述011BC杆为二力杆，BC杆的受力方向为沿BC杆的延长线。1也是CD杆在C点的受力方向。2CD杆的运动是绕着固定点D做往复摆动，C点做圆周运动。3C点的速度方向为垂直于其回转半径CD的直线。4曲柄AB为主动件，摇杆CD为从动件

vF

tF

nF平压面力连角杆与机传构动的角概述011Fn

Fsin

Ft

Fcos

从动件在C点的受力方向和速度方向之间所夹的锐角称为压力角，用α表示。压力角压力角的余角即连杆与从动件间所夹的锐角称为传动角，用字母γ表示

。传动角力角越小，衡量机构传力传动角越大，性能，可用压力角作为标志。机构的压传力性能就越好。曲柄AB为主动件，摇杆CD为从动件

vF

tF

nF平压面力连角杆与机传构动的角概述011nF

Fsin

tF

Fcos

Ft推动从动件CD运动的力越大对机构的运动越有效有效分力Fn沿着径向方向越大，对机构的压力越大，运动越受阻有害分力压力角越小，机构的有效分力就越大。有害分力越小，机构的传力效果愈好。平压面力连角杆与机传构动的角概述011

vF

tnFF压力角的余角即连杆与从动件间所夹的锐角(传动角)检验传力性能压力角越大传动角越小有效分力越小有害分力越大运动困难卡死现象平压面力连角杆与机传构动的角概述011

vtFF

nF压力角的余角即连杆与从动件间所夹的锐角(传动角)检验传力性能最小传动角的位置传力效果最差的位置检验其传力性能的关键位置保证传动性能平压面力连角杆与机传构动的角概述011最小传动角应不小于机构的许用传动角（γmin

≥

[γ]）一般机械:[γ]=40°~50°功率大的机械:[γ]≥

50°我们必须确定机构出现最小传动角的位置平四面杆连机杆构机中构最的小概传述动角的位置0211曲柄摇杆机构rmin位置F

v1cDF

CAF2

34B11

a

2 b

cdf曲柄为主动件，连杆与摇杆间的夹角δ

如果是锐角δ，则δ

就等于传动角ṛ平四面杆连机杆构机中构最的小概传述动角的位置0211曲柄摇杆机构rmin位置F

v1cDF

CAF2

34B11

a

2 b

cdf要使传动角ṛ最小，就得让δ

角最小，就得使对边BD的长度f最小最小传动角发生在曲柄与机架共线位置AB1D平四面杆连机杆构机中构最的小概传述动角的位置0211曲柄摇杆机构rmin位置当δ为钝角时γ

=180°-δ传动角最小则δ

角应最大曲柄与机架拉直共线B2AD时，BD长度是最长的δ

角最大，传动角ṛ可能最小平四面杆连机杆构机中构最的小概传述动角的位置0211曲柄摇杆机构rmin位置曲柄摇杆机构，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。平四面杆连机杆构机中构最的小概传述动角的位置0212曲柄滑块机构rmin位置Fvc

D

B1max

C1

342aAB1Cb1

曲柄是主动件，带动滑块往复移动当曲柄运要动确到定与最机小架传垂动直角的AB1位置实时际，上B是点观到察滑最块大导路的距离压为力最角大出，现此的位位置置压力角最大，传动角最小。BC杆为二力杆，曲柄通过BC杆作用在滑块上的力是沿BC杆的连线，滑块做往复运动，其受力点C的速度方向平行于导路，沿水平方向，从动件滑块受力方向和速度方向所夹的锐角是压力角。其余角为从动件，根据对顶角相等，连杆BC与滑块导路方向的夹角为压力角。要想使传动角最小，压力角应为最大，即B点到滑块运动导路的垂直距离最大因此曲柄滑块机构中，曲柄为主动件，当曲柄处于与机架垂直的位置之一时，出现最小传动角。平四面杆连机杆构机中构最的小概传述动角的位置0212曲柄滑块机构rmin位置vc

FD

B1max

C1

342aAB1Cb1

平四面杆连机杆构机中构最的小概传述动角的位置0213摆动导杆机构rmin位置α=0 γ

=90°曲柄通过滑块传递给导杆的力F就只有正压力，其方向是垂直于导杆的导杆的运动是绕着C点做摆动，因为做圆周运动的构件速度方向与回转半径是垂直的，也就是其上任意一点的速度方向均与导杆垂直，在任何时候从动件受力点的受力方向与该点速度方向始终一致平四面杆连机杆构机中构最的小概传述动角的位置0