平面连杆机构

1、第一讲一、教学目标（ 一）能力目标 。 能准确判断具体实例属于哪种平面四杆机构类型（二） 知识目标 熟悉平面四杆机构的基本型式、应用及其演化二、教学内容1. 平面连杆机构概述2. 平面连杆机构基本类型3. 平面连杆机构的演化三、教学的重点与难点（ 一）重点 平面四杆机构的基本型式、应用及其演化。（二） 难点 平面四杆机构类型的判断。四、教学方法与手段 多媒体教学，采用动画展示平面连杆机构的运动特点，注重启发学生理论联系实际。4.1 概述平面连杆机构定义： 由若干构件通过低副 （铰链或滑道） 连接而成的机构。 因构件形状 多呈杆状，所以称连杆机构。平面连杆机构的特点： （ 1）能够进行多种运动形

2、式的转换； （2）构件之间连接处是面接 触，单位面积上的压力较小，磨损较慢，可以承受较大载荷；（ 3）两构件接触表面是圆柱面或平面，制造容易； （4）连接处的间隙造成的积累误差较大； （ 5）连杆机构运动时产生惯性 力，不适用于高速场合。平面连杆机构的应用：各种机器和仪器中，例如金属加工机床、起重运输机械、采矿机 械、农业机械、交通运输机械和仪表等。4.4 四杆机构的基本型式及演化平面四杆机构的基本型式是铰链四杆机构。其它型式的四杆机构都可看成是在它的基础 上通过演化而成的。由四个构件用铰链连接而成的机构称为铰链四杆机构。如图所示，机构中固定不动的构件AD称为机架，与机架相连的构件 AB和CD

3、称为连架杆。如果连架杆能绕轴线作 360的回 转运动，称为曲柄；若只能在某一角度（小于360 ）内摆动，称为摇杆。与机架不相连接的构件BC称为连杆。铰链四杆机构可按有无曲柄、摇杆，分为以下三种基本型式。1、曲柄摇杆机构定义：在铰链四杆机构中，若两连架杆之一为曲柄，另一个是摇杆，此机构称为曲柄摇杆机构。应用：在曲柄摇杆机构中， 当曲柄为主动件时， 可将曲柄的连续回转运动转换成摇杆的往复摆动。如雷达天线俯仰角调整机构。当摇杆为主动件时， 可将摇杆的往复摆动转换成曲柄的连续回转运动，如缝纫机踏板机构。雷达天线俯仰角调整机构2、双曲柄机构定义：铰链四杆机构中，若两连架杆均为曲柄时，此机构称为双曲柄机构

4、。在双曲机构中，如果两曲柄的长度不相等， 主动曲柄等速回转一周， 从动曲柄变速回转 一周，如惯性筛。如果两曲柄的长度相等，且连杆与机架的长度也相等，称为平行双曲柄机构。这种机构运动的特点是两曲柄的角速度始终保持相等，在机器中应用也很广泛，如机车车轮联动机构。机车车轮联动机构惯性筛3、双摇杆机构定义：铰链四杆机构中，若两连架杆均为摇杆时，此机构称为双摇杆机构。在双摇杆机构中，两摇杆可分别为主动件，当主动摇杆摆动时， 通过连杆带动从动摇杆作摆动运动。如码头起重机中的双摇杆机构，当CD摇杆摆动时，连杆 BC上悬挂重物的点M近似水平直线移动。C码头起重机442平面四杆机构的演化1、曲柄滑块机构如图所示

5、，由曲柄 AB连杆BC滑块C及机架组成的平面连杆机构，称为曲柄滑块机 构。在曲柄滑块机构中，若曲柄为主动件，当曲柄连续回转时，通过连杆带动滑块作往复直 线运动；反之，若滑块为主动件，当滑块作往复直线运动时， 通过连杆带动曲柄作连续回转 运动。2、导杆机构导杆机构由曲柄、滑块、导杆和机架组成。(1) 摆动导杆机构如图所示，若L4 Li,则该机构称为摆动导杆机构，它由曲柄、滑块、摆动导杆和机架组成。在摆动导杆机构中，当曲柄连续转动时，滑块一方面沿着导杆滑动，另一方面带动导杆绕铰链A往复摆动。摆动导杆机构常用作回转式油泵、插床和等的传动机构。(2) 转动导杆机构若L4 40 50,轻载时取较小值，重

6、载时取较大值。4.5.3 急回特性在图中，设曲柄 AB为主动件作匀速回转运动，摇杆CD为从动件作往复摆动。曲柄AB在回转一周的过程中两次与连杆BC共线，此时摇杆CD分别位于C1D和 C2D两个极限位置。摇杆在两个极限位置间的夹角 称摆角。摇杆在两极限位置时，曲柄两位置间所夹的锐角 71 称为极位夹角。当曲柄AB1位置顺时针转过；：1 （180。+=）到达AB2位置时，摇杆由左极限位置 C1D摆 到右极限位置 C2D,设经历的时间为t1，C点的平均速度 v1= C1C2/t2 ；曲柄再由AB2位置转 过 丨180 -二回到AB1位置时，摇杆自C2D摆回到C1D,设经历的时间为t2，C点的平均 速

7、度v2=C2C1/t2。因曲柄作匀速回转运动，经历的时间与其相应的转角成正比，由12，t1t2，所以v2v1。摇杆摆回速度比摆去速度快的性质，称急回特性。V2与v1的比值，称为从动件的行程速度比系数，以K表示。即从动件空载行程平均速 度 V2 C1C2/t2 t1 码 180 6IK -从动件工作行程平均速度w 一 C1C2 /t勺一 t2 一 180 = -6K的大小表示急回的程度。铰链四杆机构有无急回运动特性取决于该机构有无极位夹角二，二角越大，急回运动特性也越显著。4.5.4 死点在曲柄摇杆机构中，如图所示，若以摇杆CD为主动件，当摇杆处于两个极限位置C1D和C2D时，连杆BC与曲柄AB

8、共线，连杆传给曲柄的力 F通过曲柄的回转中心，其力矩为零，因此不能推动曲柄转动。机构的这种位置称为死点位置。死点位置影响机构的正常传动，因此要设法使它能顺利地通过死点位置。通常是在曲柄上安装质量较大的飞轮，利用飞轮的惯性使机构按原来的转向通过死点位置，例如拖拉机、 缝纫机（它的带轮亦起飞轮的作用）等。在不宜安装飞轮时，可用多组机构错位排列的方法， 即使各组机构的死点位置错开，保证机器的正常运转。工程上有时也利用死点位置进行工作，如电气开关上的分合闸机构。小结：平面连杆机构几个工作特性作业与思考：1、双摇杆机构的四个构件长度应满足什么条件？2、曲柄存在的条件是什么？3、什么是连杆机构的压力角、传

9、动角？它们的大小对连杆机构的工作有什么影响？偏置曲柄滑块机构的最小传动角 丫 min发生在什么位置？4、铰链四杆机构中有可能存在死点位置的机构有哪些？它们存在死点位置的条件是什 么？试举出一些克服死点位置的措施和利用死点位置的实例。第三讲一、教学目标（ 一）能力目标熟练掌握平面四杆机构的设计（二） 知识目标平面四杆机构的设计步骤方法二、教学内容平面连杆机构设计三、教学的重点与难点（ 一）重点平面四杆机构的设计。（二） 难点按给定两连架杆的对应位置设计四杆机构。四、教学方法与手段利用动画演示设计步骤，展示设计结果。4.6 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计方法：图解法、解析法、试验法。4.6.

10、1 图解法设计平面四杆机构1、按给定的连杆位置设计四杆机构例：已知连杆长度1bc及连杆的三个对应位置 BlCl、B2C2、B3C3，设计铰链四杆机构。分析： 由于在铰链四杆机构中， 两连架杆均作定轴转动或摆动， 只有连杆作平面一般运动，故能够实现上述运动要求的刚体必是机构中的连杆。设计问题为实现连杆给定位置的设计。首先根据刚体的具体结构，在其上选择活动铰链点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BG，BG，BsQ也就确定了。解: （ 1）作出连杆的三位置BlC1、B2C2和B3C3 ；（2）连接B1 B2、B2 B3 和C1C2、C2C3，作 B1 B2

11、、B2B3 的垂直平分线5 和b23,；作C1 C2和C2C3的垂直平分线 c12、C23 ；（3） 5和b23交于一点A，C12、C23交于一点D,连接AB1C1D，得四杆机构。3、按照给定的行程速比系数设计四杆机构设已知摇杆cd的长度1cd，摆角:行程速比系数k，设计曲柄摇杆机构。设计步骤如下：1、根据行程速比系数 k计算极位夹角-k -1k 12、做摇杆的两个极限位置任选一点D,并按摇杆CD的长度lcD和摆角J，画出摇杆的两个极限位置DC1、DC2 。3、做辅助圆P。连接G、C2，并作乙C2C1N = 90 -二，做C2M _ C1C2，得GN与C2M的交点做 PC1C2的外接圆，则圆弧 C1 PC2上任一点A与C1和C2的连线夹角都等于 二4、计算各构件的长度设曲柄长度为a，连杆长度为b，贝y AG二b a, AC?二b _ aacac2AG -AC2 =2a 或 a =