机械基础及其原理 7

第6章平面连杆机构及其设计§6.1概述§6.2平面四杆机构的基本类型及应用§6.3平面四杆机构的基本特性§6.4平面四杆机构的设计1.平面连杆机构的定义§6.1概述由若干刚性构件用低副联接而成的平面机构。平面低副机构2.平面连杆机构的特点（2）构件运动形式多样；（3）实现多种多样的运动轨迹；连杆构件可以实现往复摆动、连续转动与往复移动之间的相互转换，构件具有多种运动形式。（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。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。18:38:4918:38:49一、平面四杆机构的基本型式:基本型式——铰链四杆机构，构件间联接都是转动副

。名词解释：三种基本型式：1、曲柄摇杆机构特征：曲柄＋摇杆作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。连杆——作平面复杂运动的构件；连架杆——与机架相联的构件；摇杆——作定轴摆动的连架杆；曲柄连杆摇杆曲柄——整周定轴回转的连架杆；连架杆连架杆机架§6.2平面四杆机构的基本类型及应用整转副摆动副18:38:49设计：潘存云ABC1243DABDC1243雷达天线俯仰机构设计：潘存云缝纫机踏板机构2143摇杆主动3124曲柄主动18:38:49设计：潘存云设计：潘存云ADCB1234旋转式叶片泵ADCB123ABDC1234E6惯性筛机构31（2）双曲柄机构特征：两个曲柄；作用：将等速回转转变为等速或变速回转。18:38:49设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云反平行四边形机构——车门开闭机构反向F’A’E’D’G’B’C’ABEFDCG平行四边形机构在共线位置出现运动不确定。采用两组机构错开排列。演示18:38:49设计：潘存云设计：潘存云ABDCE（3）双摇杆机构特征：两个摇杆应用举例：铸造翻箱机构、特例：等腰梯形机构——汽车转向机构风扇摇头机构B’C’ABDC风扇座蜗轮蜗杆电机ABDCEABDCE电机ABDC风扇座蜗轮蜗杆电机ABDC风扇座蜗轮蜗杆ABDC此机构为哪类机构？18:38:49双摇杆机构曲柄摇杆机构设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云(1)

改变构件的形状和运动尺寸二、四杆机构的演化形式偏心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构曲柄摇杆机构曲柄滑块机构双滑块机构

正弦机构s=lsinφ→∞φl18:38:49↓∞ee=018:38:49双滑块机构椭圆规滑块联轴器18:38:49设计：潘存云(2)改变运动副的尺寸(3)选不同的构件为机架偏心轮机构314A2BC曲柄滑块机构314A2BC导杆机构摆动导杆机构转动导杆机构(机架长度<曲柄长度)(机架长度>曲柄长度)18:38:49设计：潘存云设计：潘存云牛头刨床(摆动导杆)导杆机构应用实例:ABDC1243C2C1小型插床(转动导杆)ABDCE12345618:38:49ACB1234设计：潘存云应用实例B234C1A自卸卡车举升机构应用实例B34C1A2应用实例4A1B23C应用实例13C4AB2A1C234Bφ314A2BC曲柄滑块机构摇块机构314A2BC应用实例18:38:49314A2BC曲柄滑块机构314A2BC定块机构设计：潘存云手摇唧筒BC3214AABC3214应用实例18:38:49平面四杆机构具有整转副

可能存在曲柄。铰链四杆机构三种基本形式的区别在于机构中是否存在曲柄和有几个曲柄？（一）铰链四杆机构存在曲柄的条件:1.整转副存在条件：

最长杆与最短杆长度和≤其于两杆长度和。§6.3平面连杆机构的基本特性△B”C”D中，a+d≤b+c（1）△B’C’D中，b≤d–a+c，

即a+b≤d+c（2）c≤d–a+b，

即a+c≤d+b（3）以上三式中每两式相加，化简后得：a≤b；a≤c；a≤d；思考题：曲柄滑块机构整转副存在条件？b–a>e(2)a+b>e(1)可得整转副存在条件，

a+e<b18:38:49在AB和BC的两次共线时，根据斜边大于直角边，分别有：（1）当满足构件长度和条件时，说明存在整转副，当选择不同的构件作为机架时，可得不同的机构:2.铰链四杆机构类型的判定（2）当不满足构件长度和条件时，无论哪个杆作机架，均为双摇杆机构。曲柄摇杆曲柄摇杆双曲柄双摇杆机构（1）最长杆与最短杆的长度之和应≤其他两杆长度之和。（2）连架杆与机架中必有一杆为最短杆。

3.曲柄存在条件：18:38:49曲柄是连架杆整转副摆动副Y

NYY最短杆和最长杆之和≤其它两杆之和最短杆邻边是机架最短杆是机架双摇杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构NN四杆机构类型判别：18:38:491.平面四杆机构的极位:在曲柄摇杆机构中，当曲柄与连杆两次共线时，摇杆位于两个极限位置，简称极位。（二）平面四杆机构的运动特性B1C1ADADC2B2极限位置1（极位1）极限位置2（极位2）此两处曲柄之间所夹锐角θ

称为极位夹角。

摇杆两个极位间的夹角ψ，称为摇杆的最大摆角。是否是只有曲柄摇杆机构才有极位ψ18:38:49θψθ=0设计：潘存云ABCDB1C1ADθ180°＋θωC2B22.急回特性当曲柄以ω逆时针转过180°+θ时，摇杆从C1D位置摆到C2D。所花时间为t1

,平均速度为V1,那么有：当曲柄以ω继续转过180°-θ时，摇杆从C2D,置摆到C1D，所花时间为t2

,平均速度为V2

,那么有：

显然：t1>t2

V2>V1摇杆的这种特性称为急回运动。18:38:49设计：潘存云B1C1ADC2180°-θK称为行程速度变化系数。且θ越大，K值越大，急回特性越明显。只要

θ

≠0，就有

K>1设计新机械时，往往先给定K值，于是:当

θ=0时，就有

K=118:38:49原动件回转方向不同，快慢行程也不同。急回运动的应用：慢行程和快行程——

工作行程和空回行程工作行程是慢行程工作平稳空行程快是行程节省运动时间但也有相反的例子，如某些锤锻、冲压机器。曲柄滑块机构的急回特性θ180°＋θ180°-θ思考题：对心曲柄滑块机构的急回特性如何？有一对心曲柄滑块机构，曲柄长为100mm，则滑块的行程是_____。导杆机构的急回特性θ180°＋θ180°-θ摆动导杆机构的行程速比系数K=2，

则该机构的摆角为_____。设计：潘存云αFγF’F”ABCDCDBAFγF”F’δ1.压力角和传动角

从动件上受力点的绝对速度方向与所受作用力方向之间所夹的锐角，称为机构的

压力角，用α

表示。

切向分力:F’=Fcosα法向分力:F”=Fsinαγ↑

F’↑

对传动有利。=Fsinγ称γ为传动角。可用γ的大小来表示机构传动力性能的好坏,（三）平面四杆机构的传力特性=Fcosγ18:38:49αv设计时要求:

γmin≥40°~50°γmin出现的位置：当γ’

>90°时，曲柄摇杆机构此位置一定是：曲柄与机架共线两处之一。

γ＝180°-γ’当γ”

≤90°时，

γ＝γ”18:38:49abeCB

FVCA思考：机构的最小传动角发生在什么位置？当曲柄处于垂直导路位置时，有最小传动角ABC123α=0°γ=90°vB3ABCF123vB3ABCF123αABC231ABCF231vB3α同一机构取不同的原动件，压力角一般不等αvFnαvF

F2.死点位置摇杆（往复运动构件）为主动件，且连杆与曲柄两次共线时机构不能运动或运动不确定。避免措施：靠外力通过死点位置；两组机构错开排列，如火车轮机构;靠飞轮的惯性。称此位置为：“死点”γ＝0γ＝0Fγ＝018:38:49ABCD1234工件P钻孔夹具ABC飞机起落架BCDγ=0F也可以利用死点进行工作：18:38:496.4平面四杆机构的设计

2.连杆机构设计的基本问题γ1.平面四杆机构运动设计的主要任务是：

（1）机构选型——根据给定的运动要求选择机构的类型；（2）尺度综合——确定各构件的尺度参数(长度尺寸)。（1）实现给定从动件的运动规律。如要求从动件按某种速度运动或具有一定的急回特性，要求满足某构件占据几个预定位置等。如飞机起落架、函数机构、铸造翻箱机构。（2）实现给定的运动轨迹或位置。如要求起重机中吊钩的轨迹为一直线，搅拌机中搅拌杆端能按预定轨迹运动等。3.设计方法：图解法、解析法、实验法。1）实现构件给定位置（刚体导引）；铸造翻箱机构，要求连杆在两个位置垂直地面且相差180˚。C’B’ABDC2）实现已知运动规律；车门机构18:38:491.设计的基本问题如要求从动件按某种速度运动或具有一定的急回特性§6.4平面四杆机构的设计18:38:49设计：潘存云设计：潘存云ABCDE14325步进式传送机构搅拌机构CBADE63）实现预定轨迹的设计。QABCDE设计：潘存云鹤式起重机要求连杆上E点的轨迹为一条水平直线Q2.设计方法：图解法、解析法、实验法。一、按给定的行程速比系数K设计四杆机构1)曲柄摇杆机构①计算θ＝180°(K-1)/(K+1);已知：CD杆长，摆角φ及K，设计此机构。步骤如下：②任取一点D，作等腰三角形腰长为CD，夹角为φ;③作C2P⊥C1C2，作C1P使④作△PC1C2的外接圆，则A点必在此圆上。⑤选定A，设曲柄为l1

，连杆为l2

，则:AC2=l2-l1

l1

=(AC1－AC2)/2

l2=(AC1

+AC2)/2

∠C2C1P=90°－θ,