三峡大机械原理课件02连杆机构

第二章连杆机构1平面连杆机构的类型所有运动副均为低副，且所有构件在一个平面或相互平行的平面内运动的四杆机构。1.1平面四杆机构的基本型式平面四杆机构：4—机架1、3—连架杆→定轴转动2—连杆→平面运动整转副：二构件相对运动为整周转动。摆动副：二构件相对运动不为整周转动。曲柄：作整周转动的连架杆摇杆：非整周转动的连架杆铰链四杆机构的基本形式：1）曲柄摇杆机构2）双曲柄机构3）双摇杆机构1、转动副转化成移动副曲柄滑块机构（偏距e）e≠0，偏置曲柄滑块机构e=0，对心曲柄滑块机构1.2平面四杆机构的演化曲柄移动导杆机构，正弦机构

2、选择不同构件为机架构件3为机架——移动导杆铰链四杆机构：构件4为机架，——曲柄摇杆构件1为机架，——双曲柄构件2为机架，——曲柄摇杆构件3为机架，——双摇杆曲柄滑块机构：构件4为机架——曲柄滑块构件1为机架——转动导杆构件2为机架——曲柄摇块3、变换构件的形态带有两个移动副的机构及应用：构件4为机架——双滑块机构构件1或3为机架——正弦机构构件2为机架——双转块机构偏心轮，偏心距，偏心轮机构4、扩大转动副2平面连杆机构的工作特性2.1运动特性1.转动副成为整转副的条件（若1和4能绕A整周相对转动，则存在两个特殊位置）

a+d≤b+c(1)b<c+d-a即a+b≤c+d(2)c<b+d-a即a+c≤b+d(3)(1)+(2)得2a+b+d≤2c+b+d即a≤c(1)+(3)得a≤b(2)+(3)得a≤d由此可见，两构件作整周相对转动的条件：（1）此两构件中必有一构件为运动链中的最短构件。（2）最短构件与最长构件的长度之和小于等于其它两构件长度之和。铰链四杆机构分为两大类：（1）最短构件与最长构件的长度之和大于其他两构件长度之和，所有运动副均为摆动副，均为双摇杆机构。（2）最短构件与最长构件的长度之和小于等于其他两构件长度之和，最短构件上两个转动副均为整转副。取最短构件为机架——双曲柄机构取最短构件任一相邻构件为机架——曲柄摇杆机构取最短构件对面的构件为机架——双摇杆机构2.急回运动特性原动件作匀速转动，从动件作往复运动的机构，从动件正行程和反行程的平均速度不相等。由图可以看出，曲柄相应的两个转角和为：

从动件慢行程快行程

∴极位夹角θ（<C2AC1）（其值与构件尺寸有关，可能<90°，>90°）

为了提高机械的工作效率，应在慢速运动的行程工作（正行程），快速运动的行程返回（反行程）。通常用所谓的行程速度变化系数K来衡量急回运动的相对程度，即上述分析表明：当曲柄摇杆机构在运动过程中出现极位夹角θ时，则机构具有急回运动特性。而θ越大，k值也越大，机构的急回运动特性也越明显。下图（a）和（b）分别表示偏置曲柄滑块机构和摆动导杆机构的极位夹角。曲柄滑块机构

摆动导杆机构

2.2传力特性1、压力角和传动角（1）压力角α从动件上某点的受力方向与从动件上该点速度方向的所夹的锐角。（2）传动角γ，P与Pn夹角，

γ是用来衡量机构的传动质量的当曲柄AB转到与机架AD重合共线和拉直共线两个位置AB1、

AB2

时，传动角将出现极值和（传动角总取锐角）。这两个值的大小为：比较这两个位置时的传动角，即可求出最小传动角2、死点位置机构停在死点位置，不能起动。运转时，靠惯性冲过死点。死点位置并不都是起着消极作用。3平面连杆机构的特点及功能4平面连杆机构的运动分析1、速度瞬心k——构件数目两构件上相对速度为零的重合点：瞬时绝对速度相同的重合点。相对速度瞬心：两构件都是运动的绝对速度瞬心：两构件之一是静止的

i,j→Pij

2、机构中瞬心的数目4.1瞬心法及其应用三心定理：作平面运动的三个构件共有3个瞬心，它们位于同一直线上。

例：找出下面机构所有的速度瞬心3、机构中瞬心位置的确定（1）若已知两构件的相对运动，用定义确定（2）形成运动副的两构件（用定义）（3）不形成运动副的两构件（三心定理）4、瞬心在速度分析中的应用例：如图，各构件尺寸已知，主动件2以角速度ω2

等速回转，求ω4

，ω3/ω4

，

vc

。式中，ω2/ω4

为该机构的主动件2与从动件4的瞬心角速度之比，即机构的传动比。可见此传动比等于该两构件的绝对瞬心至其相对瞬心之距离的反比。C点的速度即为瞬心P34的速度，则有：1、实现构件给定位置的设计2、实现已知运动规律的设计3、实现已知运动轨迹的设计5平面连杆机构的运动设计5.1平面连杆机构设计的基本问题平面连杆机构的设计主要有三种方法：图解法、解析法、实验法。如图2.53所示，设工作要求某刚体在运动过程中能依次占据Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ三个给定位置，试设计一铰链四杆机构，引导给刚体实现这一运动要求。

5.2刚体导引机构的设计首先根据刚体的具体结构，在其上选择活动铰链B,C的位置。一旦确定了B，C的位置，对应于刚体3个位置时活动铰链的位置B1C1,B2C2,B3C3也就确定了。因为连杆上活动铰链B，C分别绕固定铰链A，D转动，所以连杆在3个给定位置上的B1，B2，B3点，应位于以A为圆心，连架杆AB为半径的圆周上；同理，C1,C2,C3三点应位于以D为圆心，以连架杆DC为半径的圆周上。因此，连接B1、B2和B2、B3，在分别作这两条线段的中垂线a12和a23,其交点即为固定铰链中心A。同理，可得另一固定铰链中心D。则AB1C1D即为所求四杆机构在第一个位置的机构运动简图。

5.3函数生成机构的设计如图2.54所示，设已知四杆机构中两固定铰链A和D的位置，连架杆AB的长度，要求两连架杆的转角能实现三组对应关系。如图2.54（a）所示，当主动连架杆分别位于AB1，AB2，AB3位置时，从动连架杆则分别位于DE1，DE2，DE3位置。根据低副运动的可逆性，如果改取从动连架杆DE为机架，则机构中各构件间的相对运动关系并没有改变。但此时，原来的机架AD和连杆BC却变成连架杆，而原来的原动连架杆AB则变成连杆了，铰链B即为连架杆BC上的一点。这样，问题的实质已转化为已知连杆位置的设计了。因此，连接DB2E2和DB3E3成三角形（如图2.54（b）所示）并将其视为刚体，令上述两三角形绕铰链D分别反转（ψ1—ψ2）和（ψ1

—

ψ3）角度，则可得到铰链B的两个转位点和。如前所述，B1，，应位于同一圆弧上，其圆心即为铰链点C。具体的作法是：连接B1及，分别作这两线段的中垂线，其交点C1即为所求，图中的AB1C1D即为所求四杆机构在第一个位置时的机构简图。如图2.55所示，已知铰链四杆机构中两连架杆AB和CD的三组对应转角，即。设计此四杆机构。首先，建立坐标系如图2.55所示，使x轴与机架重合，各构件以矢量表示，其转角从x轴正向沿逆时针方向度量。根据各构件所构成的矢量封闭图形，可写出：将上式向坐标轴投影，得：如取各构件长度的相对值，即并移项得，将上两式等式两边平方后相加，整理后得，为简化上式，再令则得上式含有5个待定参数，由此可知，两连架杆转角对应关系最多只能给出5组，才有确定解。5.4急回机构的设计已知曲柄摇杆机构中摇杆长CD和其摆角ψ以及行程速比系数K，要求设计此四杆机构。首先，根据行程速比系数K，计算极位夹角θ，即其次，任选一点D作为固定铰链，如图2.58所示并以此点为顶点作等腰三角形DC2C1，使两腰之长等于摇杆长CD，。然后C1点作，再过C2点作，线段和交点为P。最后以线段为直径作圆，则此圆周上任一点与C1，C2连线所夹之角度均为θ。而曲柄转动中心A可在圆弧或