第5章 平面连杆机构 (5)

1、机械设计基础机械设计基础课件（课件（5） 第第5 5章章 平面连杆机构平面连杆机构 一、一、 平面运动副平面运动副 二、二、 平面机构运动简图平面机构运动简图 三、三、 平面机构的自由度平面机构的自由度 四、计算平面机构自由度时的注意事项四、计算平面机构自由度时的注意事项 第一节第一节 平面机构的运动平面机构的运动 简图和自由度简图和自由度 1.1.运动副的定义运动副的定义 两构件直接接触并能产生相对运动的联接，称为两构件直接接触并能产生相对运动的联接，称为 运动副运动副。是可动连接。是可动连接。 例如：轴和轴承、活塞和气缸，啮合中的一例如：轴和轴承、活塞和气缸，啮合中的一 对齿廓、滑块与导槽

2、，均保持直接接触，并能产对齿廓、滑块与导槽，均保持直接接触，并能产 生一定的相对运动，因而它们都构成了运动副。生一定的相对运动，因而它们都构成了运动副。 两构件直接接触而构成运动副的点、两构件直接接触而构成运动副的点、 线、面部分。线、面部分。 例如：轴与轴承间构成运动副，轴的外圆柱例如：轴与轴承间构成运动副，轴的外圆柱 面与轴承内孔为运动副元素。凸轮与滚子间构成面与轴承内孔为运动副元素。凸轮与滚子间构成 运动副，凸轮与滚子接触部分为运动副元素。运动副，凸轮与滚子接触部分为运动副元素。 运动副元素运动副元素 运动副元素运动副元素 对运动副的理解要把握以下三点：对运动副的理解要把握以下三点： （

3、）运动副是一种联接；（）运动副是一种联接； （）运动副由两个构件组成；（）运动副由两个构件组成； （）组成运动副的两个构件之间有相对运动（）组成运动副的两个构件之间有相对运动 运动副是机械原理中最重要的概念之一运动副是机械原理中最重要的概念之一 组成机构的运动副的类型决定机构的运动形式。运动副有组成机构的运动副的类型决定机构的运动形式。运动副有 多种类型，对运动副进行正确的分类，在机构设计和综合多种类型，对运动副进行正确的分类，在机构设计和综合 中是非常重要的。中是非常重要的。 2.运动副的分类运动副的分类 ()根据运动副所引入的约束数分类根据运动副所引入的约束数分类 表2-1 常用运动副及其

4、简图 名 称 图 形简图符号副级自由度 名 称 图 形简图符号副级自由度 球 面 高 副 I5 圆 柱 套 筒 副 IV2 柱 面 高 副 II4 转 动 副 V1 球 面 低 副 III3 移 动 副 V1 球 销 副 IV2 螺 旋 副 V1 ()根据组成运动副的两个运动副元素的接触情况分类根据组成运动副的两个运动副元素的接触情况分类 球面高副球面高副柱面高副柱面高副 运动副元素运动副元素以点或线接触的运动副以点或线接触的运动副称为称为高副高副。 运动副元素运动副元素以面接触的运动副以面接触的运动副称为称为低副低副。 球面低副 移动副 转动副 ()根据组成运动副的两个构件的相对运动形式分类

5、根据组成运动副的两个构件的相对运动形式分类 空间运动副空间运动副 球销副螺旋副 圆柱套筒副 运动链与机构运动链与机构 开式运动链开式运动链 闭式运动链闭式运动链 机构机构 自由度和约束：自由度和约束： 自由度：自由度：构件所具有的这种独立运动的数目称为构件所具有的这种独立运动的数目称为 构件的自由度。构件的自由度。 一个作平面运动的构件可以做沿轴一个作平面运动的构件可以做沿轴x x、轴、轴y y和绕垂和绕垂 直于直于xoyxoy平面的平面的 轴的转动。这轴的转动。这 个自由构件有个自由构件有 三个独立运动三个独立运动 的可能性。所的可能性。所 以一个作平面以一个作平面 运动的自由构运动的自由构

6、 件有三个自由件有三个自由 度。度。 但当这些构件之间以一定的方式联接起来成为构但当这些构件之间以一定的方式联接起来成为构 件系统时，各个构件不再是自由构件。两相互接件系统时，各个构件不再是自由构件。两相互接 触的构件间只能作一定的相对运动，自由度减少。触的构件间只能作一定的相对运动，自由度减少。 这种这种对构件独立运动所施加的限制对构件独立运动所施加的限制称为称为约束约束。 运动副每引入一个约束，构件就失去一个运动副每引入一个约束，构件就失去一个 自由度。自由度。 运动副既限制了两构件的某些相对运动，又运动副既限制了两构件的某些相对运动，又 允许构件间有一定的相对运动。允许构件间有一定的相对

7、运动。 两构件以两构件以面接触面接触而形成的运动副。按运而形成的运动副。按运 动特性可分为动特性可分为转动副和移动副转动副和移动副 只允许两构件作相对转动，又称作铰链。只允许两构件作相对转动，又称作铰链。 移动副 转动副 平面运动副平面运动副 a)固定铰链固定铰链 b)活动铰链转动副活动铰链转动副 固定铰链和活动铰链模型固定铰链和活动铰链模型 移动副：移动副：只允许两构件作相对移动。只允许两构件作相对移动。 移动副模型移动副模型 结论结论: :两构件用低副联接，失去两个两构件用低副联接，失去两个 自由度；压力小。自由度；压力小。 2 2）. .高副高副两构件以点或线接触而构成的运动副。两构件以

8、点或线接触而构成的运动副。 高副模型高副模型 两构件用高副联接，失去一个自由度；压两构件用高副联接，失去一个自由度；压 力大。力大。 结论结论: : 二、平面机构运动简图二、平面机构运动简图 机构运动简图：用简单的线条和规定符号机构运动简图：用简单的线条和规定符号 表示构件和运动副，并按一定的比例确定运动表示构件和运动副，并按一定的比例确定运动 副的相对位置及与运动有关的尺寸，这种表明副的相对位置及与运动有关的尺寸，这种表明 机构组成和各构件间真实运动关系的简单的图机构组成和各构件间真实运动关系的简单的图 形。形。 和运动有关的：运动副的类型、数目、相对和运动有关的：运动副的类型、数目、相对

9、位置、构件数目；位置、构件数目； 和运动无关的：构件外形、截面尺寸、组成和运动无关的：构件外形、截面尺寸、组成 构件的零件数目、运动副的具体构造。构件的零件数目、运动副的具体构造。 1 1、平面机构运动简图、平面机构运动简图 1 1）. .构件均用直线或小方块等来表示构件均用直线或小方块等来表示 构件均用直线或小方块等来表示，画有斜线的构件均用直线或小方块等来表示，画有斜线的 表示机架。表示机架。 2 2、构件的分类及带有运动副元素构件的表示、构件的分类及带有运动副元素构件的表示 2 2）、转动副表示方法）、转动副表示方法 构件组成转动副时，如下图表示。构件组成转动副时，如下图表示。 图垂直于

10、回转轴线用图图垂直于回转轴线用图a a表示；表示； 图不垂直于回转轴线时用图图不垂直于回转轴线时用图b b表示。表示。 表示转动副的圆圈，圆心须与回转轴线重合。表示转动副的圆圈，圆心须与回转轴线重合。 一个构件具有多个转动副时，则应在两条交一个构件具有多个转动副时，则应在两条交 叉处涂黑，或在其内画上斜线。叉处涂黑，或在其内画上斜线。 3 3）、）、 移动副移动副 两构件组成移动副，其导路必须与相对移动两构件组成移动副，其导路必须与相对移动 方向一致。方向一致。 4 4）、平面高副）、平面高副 两构件组成平面高副时，其运动简图中应画出两两构件组成平面高副时，其运动简图中应画出两 构件接触处的曲

11、线轮廓，对于凸轮、滚子，习惯划出构件接触处的曲线轮廓，对于凸轮、滚子，习惯划出 其全部轮廓；对于齿轮，常用点划线划出其节圆。其全部轮廓；对于齿轮，常用点划线划出其节圆。 3 3、平面机构运动简图的绘制步骤：、平面机构运动简图的绘制步骤： 图上尺寸(mm) mm实际尺寸 l 1 1）分析机构，观察相对运动，数清所有构件）分析机构，观察相对运动，数清所有构件 的数目；的数目； 2 2）确定所有运动副的类型和数目；）确定所有运动副的类型和数目； 3 3）选择合理的位置（即能充分反映机构的特性）；）选择合理的位置（即能充分反映机构的特性）； 4 4）确定比例尺：）确定比例尺： 5 5）用规定的符号和线

12、条绘制成简图。（从原）用规定的符号和线条绘制成简图。（从原 动件开始画动件开始画) ) 注意：要明确三类构件注意：要明确三类构件 固定件（机架）：机架中只有一个为机固定件（机架）：机架中只有一个为机 架。架。 原动件：机构中有驱动力或已知运动规原动件：机构中有驱动力或已知运动规 律的构件。律的构件。 从动件：除原动件以外的所有活动构件。从动件：除原动件以外的所有活动构件。 例例2-1 2-1 试绘制内燃机的机构运动简图试绘制内燃机的机构运动简图 气缸体气缸体1 活塞活塞2 进气阀进气阀3 排气阀排气阀4 连杆连杆5 曲轴曲轴6 凸轮凸轮7 顶杆顶杆8 齿轮齿轮10 解：解：1 1）分析运动，确

13、）分析运动，确 定构件的类型和数量定构件的类型和数量 2 2）确定运动副的类型）确定运动副的类型 和数目和数目 3 3）选择视图平面）选择视图平面 4 4）选取比例尺，根）选取比例尺，根 据机构运动尺寸，定出据机构运动尺寸，定出 各运动副间的相对位置各运动副间的相对位置 5 5）画出各运动副和）画出各运动副和 机构符号，并表示出各机构符号，并表示出各 构件构件 内燃机工作原理内燃机工作原理 例例5-1 5-1 试绘制颚式破碎机的机构运动简图试绘制颚式破碎机的机构运动简图 解：颚式破碎机的机构运动简图绘制步骤解：颚式破碎机的机构运动简图绘制步骤 构件自由度（复习）构件自由度（复习） 一个自由的平

14、面构件有一个自由的平面构件有三个自由度三个自由度。 三、平面机构的自由度三、平面机构的自由度 构件间构件间 低副联接低副联接 减少减少2 2个自由度个自由度 高副联接高副联接 减少减少1 1个自由度个自由度 平面机构的每个活动构件在未构成运动副之前都是平面机构的每个活动构件在未构成运动副之前都是三个自三个自 由度由度自由构件。自由构件。 但当这些构件之间以一定的方式联接起来成为构件系统时，但当这些构件之间以一定的方式联接起来成为构件系统时， 各个构件不再是自由构件。两相互接触的构件间只能作一各个构件不再是自由构件。两相互接触的构件间只能作一 定的相对运动，自由度减少。定的相对运动，自由度减少。

15、 约束：运动副对构件独立运动所加的限制约束：运动副对构件独立运动所加的限制 不同类型的运动副引入的约束数不同，每引入一个约束，不同类型的运动副引入的约束数不同，每引入一个约束， 构件就失去构件就失去一个自由度。一个自由度。 1 1、机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件 2 3 4 1 1 四杆机构，四杆机构，F=1F=1，只有，只有1 1个原动件，运动可确定。个原动件，运动可确定。 要使所设计的运动链成为机构，组成运动链的各构件之要使所设计的运动链成为机构，组成运动链的各构件之 间必须具有确定的相对运动。不能产生运动或作无规则运动间必须具有确定的相对运动。不能产生运动或作无规则运动 的

16、运动链均不能成为机构。的运动链均不能成为机构。 上图表明该运动链中各构件间已无相对运动，只构成了上图表明该运动链中各构件间已无相对运动，只构成了 一个刚性桁架，因而不能成为机构。一个刚性桁架，因而不能成为机构。 刚性桁架刚性桁架 1 2 3 4 5A E B C C D D 1 4 从动件位置不确定。从动件位置不确定。 五杆机构，五杆机构，F=2F=2，只有，只有1 1个原动件，给定角度个原动件，给定角度 后，构件后，构件2 2、3 3、4 4既可在实线位置又可在虚既可在实线位置又可在虚 线位置，运动不确定。线位置，运动不确定。 原动件数原动件数=F0=F0，运动确定，运动确定 原动件数原动件

17、数FFF，机构破坏，机构破坏 2 A5 B 1 4 E 4 D C C D 3 1 1 4 1 2 3 1 4 1 3 2 结论：结论： 平面机构具有确定运动的条件：机构原动件平面机构具有确定运动的条件：机构原动件 个数应等于机构的自由度数目，个数应等于机构的自由度数目，W=F0W=F0。 原动件数自由度数，机构无确定运动原动件数自由度数，机构无确定运动 原动件数自由度数，机构在薄弱处损坏原动件数自由度数，机构在薄弱处损坏 2.2.平面运动链的自由度计算公式平面运动链的自由度计算公式 n n ：机构中活动构件数，：机构中活动构件数，n=n=总的构件数总的构件数-1; -1; P PL L ：机

18、构中低副数； ：机构中低副数； P PH H ： ：机构中高副数；机构中高副数； F F ：机构的自由度数；机构的自由度数； F = 3n - 2PF = 3n - 2PL L - P - PH H 构件间构件间 低副联接低副联接 减少减少2 2个自由度个自由度 高副联接高副联接 减少减少1 1个自由度个自由度 1 1）四杆机构）四杆机构： n=3 Pn=3 PL L=4 P=4 PH H=0=0 F=3n-2PF=3n-2PL L-P-PH H=3=33-23-24-0=1 4-0=1 2 2）五杆机构：）五杆机构： n=4 Pn=4 PL L=5 P=5 PH H=0 =0 F=3n-2P

19、F=3n-2PL L-P-PH H=3=34-24-25-0=2 5-0=2 3 3）凸轮机构：）凸轮机构： n=2 Pn=2 PL L=2 P=2 PH H=1 =1 F=3n-2PF=3n-2PL L-P-PH H=1 =1 3.3.常见机构的自由度计算常见机构的自由度计算 计算实例计算实例 n = 3, PL = 4, PH = 0 F = 3n - 2PL - PH =33 - 24 - 0 = 1 v计算实例计算实例 n =6, PL = 8, PH = 0 F = 3n 2PL PH = 36 28 0 = 2 解： 1 2 7 3 5 6 4 四、计算平面机构自由度时的注意事项四

20、、计算平面机构自由度时的注意事项 1.1.复合铰链复合铰链 两个以上构件在同一轴线处用转动副连两个以上构件在同一轴线处用转动副连 接，就形成了复合铰链。接，就形成了复合铰链。 惯性筛机构惯性筛机构 C C处为复合铰链处为复合铰链 n = 5, PL = 7, PH= 0 = 35 -27 0 = 1 F = 3n - 2PL PH 三个构件在同一轴线处，两个转动副。三个构件在同一轴线处，两个转动副。 推理推理：m m个构件时，有个构件时，有m m1 1个转动副。个转动副。 锯锯 床床 进进 给给 机机 构构 典型例子：典型例子：滚子滚子的转动自的转动自 由度并不影响整个机构的运动，由度并不影响

21、整个机构的运动， 属局部自由度。属局部自由度。 计入局部自由度时计入局部自由度时 n = 3, Pl = 3, Ph = 1 F =33 - 2- 1 = 2 与实际不符与实际不符 2.2.局部自由度局部自由度 机构中与输出构件运动无机构中与输出构件运动无 关的自由度称为局部自由度。关的自由度称为局部自由度。 凸轮机构凸轮机构 除去局部自由度，把滚子和从动件看作一个构件。除去局部自由度，把滚子和从动件看作一个构件。处理方法：处理方法： 注意：注意：实际结构上为减小摩擦采用局部自由度，实际结构上为减小摩擦采用局部自由度， “除去除去”指计算中不计入，并非实际拆除。指计算中不计入，并非实际拆除。

22、n = 2, Pl = 2, Ph = 1, F = 32 - 22 1 = 1 与实际相符与实际相符 n = 4, Pn = 4, Pl l =6, =6, P Ph h = 0 = 0 与实际不符与实际不符 F=3F=34-24-26 60=00=0 A M B N 1 O 3 O 在特殊的几何条件下，有些约束所起的限在特殊的几何条件下，有些约束所起的限 制作用是重复的，这种不起独立限制作用的约制作用是重复的，这种不起独立限制作用的约 束称为虚约束。束称为虚约束。 3.3.虚约束虚约束 虚约束常见情况及处理虚约束常见情况及处理 1 1）两构件上联接点的运动轨迹互相重合，将产生）两构件上联接

23、点的运动轨迹互相重合，将产生 虚约束。虚约束。 中图：中图： 00624323 HL PPnF （错误）（错误） 右图：右图： 00423323 HL PPnF （正确）（正确） 2 2）两构件形成多个具有相同作用的运动副。）两构件形成多个具有相同作用的运动副。 处理方法：处理方法：计算中只计入一计算中只计入一 个移动副。个移动副。 (1) (1)两构件组成多个移动副，且导路相互平行两构件组成多个移动副，且导路相互平行 或重合时，只有一个移动副起约束作用，其余为或重合时，只有一个移动副起约束作用，其余为 虚约束。虚约束。 F=3n-2PF=3n-2PL L-P-PH H=3x3-2x4=1=3

24、x3-2x4=1 移动副其导路相互平行时，只有移动副其导路相互平行时，只有 一个移动副起约束作用，其余都是虚一个移动副起约束作用，其余都是虚 约束。如图约束。如图2-20所示机构所示机构D、D之一为之一为 虚约束。虚约束。 这时：这时： 104233 23 HL PPnF F=3n-2PF=3n-2PL L-P-PH H=3x1-2x1=1=3x1-2x1=1 移动方向移动方向 一致引入一致引入 的虚约束的虚约束 (2) (2) 两构件组成多个转动副，且轴线重合，只有一两构件组成多个转动副，且轴线重合，只有一 个转动副起约束作用，其余为约束个转动副起约束作用，其余为约束。（动画演示）。（动画演

25、示） 处理方法：处理方法：计算中只计入一个转动副。计算中只计入一个转动副。 (3) (3)两构件组成多处接触点公法线重合的高副，两构件组成多处接触点公法线重合的高副， 只考虑一处高副。只考虑一处高副。 1 2 处理方法：处理方法：计算中只计入一处高副。计算中只计入一处高副。 F=3n-2PF=3n-2PL L-P-PH H=3x2-2x2-1=1=3x2-2x2-1=1 处理方法：处理方法：计算中应将对称部分除去不计。计算中应将对称部分除去不计。 3 3、机构中对运动不起独立作用的对称部分，、机构中对运动不起独立作用的对称部分， 将产生虚约束。将产生虚约束。 虚约束对机构的影响虚约束对机构的影

26、响 虚约束是在一些特定的几何条件下引入的，如虚约束是在一些特定的几何条件下引入的，如 “平行平行”、“重合重合”、“距离不变距离不变”等。如果几何等。如果几何 条件不满足，虚约束会转化为有效约束。条件不满足，虚约束会转化为有效约束。 机构中引入虚约束是为了受力均衡，增大刚机构中引入虚约束是为了受力均衡，增大刚 度等，同时也提高了对制造和装配精度的要求。度等，同时也提高了对制造和装配精度的要求。 注意：注意：机构中虚约束是实际存在的，计算机构中虚约束是实际存在的，计算 中所谓中所谓“除去不计除去不计”是从运动观点分析做的假是从运动观点分析做的假 想处理，并非实际拆除。想处理，并非实际拆除。 例题

27、：计算筛料机构的自由度例题：计算筛料机构的自由度 F=3n-2PF=3n-2PL L-P-PH H=3x7-2x9-1=2=3x7-2x9-1=2 局部自由度局部自由度 虚约束虚约束 P L=1 复合铰链复合铰链 PL=2 1 5 3 2 4 6 7 C D A B G F o EE 计算图示大筛机构的自由度。计算图示大筛机构的自由度。 位置位置C ，2个个低副低副复合铰链复合铰链: 局部自由度局部自由度 1个个 虚约束虚约束E n= 7 PL = 9 PH = 1 F=3n 2PL PH =37 29 1 =2 C D A B G F o E 椭椭 圆圆 仪仪 F=3324=1 P94页页

28、作业作业 第四题（第四题（2）（）（b）（）（C） 概念 缺点缺点：效率低；累计运动误差较大；高：效率低；累计运动误差较大；高 速运转时不平衡动载荷较大，且难于消速运转时不平衡动载荷较大，且难于消 除。除。 运动副全是转动副运动副全是转动副 机架机架 连架杆连架杆 连架杆连架杆 连杆连杆 4 4 1 1 2 2 3 3 定义定义: 全由低副（转动副、移动副）构成全由低副（转动副、移动副）构成 的平面机构称为的平面机构称为平面连杆机构平面连杆机构 特点：特点：面接触，承载能力强，耐面接触，承载能力强，耐 磨损；易于制造和获得较高的制磨损；易于制造和获得较高的制 造精度；能实现多种运动规律造精度；

29、能实现多种运动规律。 内容：内容：类型、应用及其特性，平面四杆机构的设计类型、应用及其特性，平面四杆机构的设计 在此机构中，AD固定不动， 称为机架；AB、CD两构件与 机架组成转动副，称为连架 杆；BC称为连杆。 在连架杆中，能作整周回转 的构件称为曲柄，而只能在 一定角度范围内摆动的构件 称为摇杆。 是平面四杆机构的基本型式，是平面四杆机构的基本型式，其它四杆机构都是由它演变其它四杆机构都是由它演变 得到的得到的。 构件之间都是构件之间都是转动副转动副连接的平面四杆结构称为连接的平面四杆结构称为铰链四杆机构铰链四杆机构 第二节 平面四杆机构的类型 一、平面四杆机构的组成一、平面四杆机构的组

30、成 平面四杆机构的类型平面四杆机构的类型铰链四杆机构铰链四杆机构 1 1曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 2 2双曲柄机构双曲柄机构 3 3双摇杆机构双摇杆机构 平面四杆机构的演化型式平面四杆机构的演化型式 1 1曲柄滑块机构曲柄滑块机构 2 2导杆机构导杆机构 3 3偏心轮机构偏心轮机构 运动副全是转动副运动副全是转动副 1.曲柄摇杆机构 两连架杆中一个为曲柄，两连架杆中一个为曲柄， 另一个为摇杆另一个为摇杆。 摇杆为主动件时，摇杆为主动件时， 则可以将摇杆的摆动转换为则可以将摇杆的摆动转换为 曲柄的整周回转运动曲柄的整周回转运动。 应用举例应用举例： 雷达天线调整机构雷达天线调整机构 缝纫机的踏板

31、机构缝纫机的踏板机构 二、平面四杆机构的类型二、平面四杆机构的类型 曲柄为主动件时曲柄为主动件时， 可以实现由曲柄的整周回转可以实现由曲柄的整周回转 运动到摇杆往复摆动的运动运动到摇杆往复摆动的运动 转换。转换。 搅拌器搅拌器 碎石机碎石机 连杆机构 碎石机 2.双曲柄机构 两个连架杆都能作整周回转运动两个连架杆都能作整周回转运动 两 曲 柄 不 等 长 在双曲柄机构中，如果组成四边形的对边长度分别相在双曲柄机构中，如果组成四边形的对边长度分别相 等，即，则根据曲柄相对位置的不同，可得到等，即，则根据曲柄相对位置的不同，可得到正平行四边正平行四边 形机构和反平行四边形机构。形机构和反平行四边形

32、机构。 反平行四边形机构反平行四边形机构正平行四边形机构正平行四边形机构 惯性筛惯性筛 插床机构插床机构 双曲柄机构应用实例（二） 设计：潘存云 设计：潘存云 设计：潘存云 设计：潘存云 A BC D 耕地耕地 料斗料斗 D C A B 耕地耕地 料斗料斗 D C A B 实例实例：火车轮火车轮 （）正平行四边形机构（）正平行四边形机构 AB = CD 特征：两连架杆等长且平行，特征：两连架杆等长且平行， 连杆作平动连杆作平动 BC = AD A B D C 摄影平台摄影平台 A D B C BC 天平天平 播种机料斗机构播种机料斗机构 设计：潘存云 设计：潘存云 反平行四边形机构反平行四边形

33、机构 -车门开闭机构（动画演示）车门开闭机构（动画演示） 反向反向 平行四边形机构在共线位置出现运动不确定。平行四边形机构在共线位置出现运动不确定。 3.双摇杆机构 两连架杆均为摇杆两连架杆均为摇杆 双摇杆机构应用实例（一） 港口起重机港口起重机动画展示动画展示 双摇杆机构应用实例（二） 飞机起落架飞机起落架动画展示动画展示 A C D B 风扇摇头机构风扇摇头机构 双摇杆机构应用实例（三）双摇杆机构应用实例（三） 1.曲柄滑块机构 一连架杆为曲柄，另一连架杆相对机架作往复移动而称为滑块一连架杆为曲柄，另一连架杆相对机架作往复移动而称为滑块 应用举例应用举例：内燃机、空气压缩机、冲床和缝纫机等

34、。：内燃机、空气压缩机、冲床和缝纫机等。 对心式曲柄滑块机构对心式曲柄滑块机构 偏置式曲柄滑块机构偏置式曲柄滑块机构 曲柄滑块机构 三、平面四杆机构的其他类型三、平面四杆机构的其他类型 （改变构件的形状和长度）（改变构件的形状和长度） 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)(1) 改变构件的形状和运动尺寸改变构件的形状和运动尺寸 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化 偏心曲柄滑块机构偏心曲柄滑块机构 对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构 双滑块机构双滑块机构 正弦机构正弦机构 s =l sin l

35、 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 曲柄摇杆机构 双摇杆机构 2.2.通过选用不同构件为机架而演化成的四杆机构通过选用不同构件为机架而演化成的四杆机构 铰链四杆机构中： 对心滑块机构对心滑块机构 对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构 偏心滑块机构偏心滑块机构 曲柄滑块机构应用实例（一） 自动送料机构自动送料机构 设计：潘存云 (2)(2)改变运动副的尺寸改变运动副的尺寸 偏心轮机构偏心轮机构 扩大转动副，使转动副变成移动副 曲柄摇杆机构 曲柄滑块机构 取曲柄滑块机构中的取曲柄滑块机构中的不同构件作为机架不同构件作为机架，可以，可以 得到以下四种不同的机构。得到以下四种不同的机构。 2.导杆机构 曲柄滑块机

36、构曲柄滑块机构 转动导杆机构转动导杆机构 摇块机构摇块机构 定块机构定块机构 3 1 4 A 2 B C 导杆机构导杆机构 摆动导杆机构摆动导杆机构 转动导杆机构转动导杆机构 摆动导杆机构摆动导杆机构 转动导杆机构转动导杆机构 简易刨床的主运动机构简易刨床的主运动机构 3.摇块机构摇块机构 在对心曲柄滑块机构中，将与滑块铰接的在对心曲柄滑块机构中，将与滑块铰接的 构件固定为机架，使滑块只能摇摆不能移动，构件固定为机架，使滑块只能摇摆不能移动， 摇块机构摇块机构 滑块铰链点的运动方位线不通过曲柄转动中心，偏距为偏距为e,滑滑 块动程大于两倍曲柄长度，有块动程大于两倍曲柄长度，有急回运动特性。 滑

37、块铰链点的运动方位线通过曲柄转动中心，滑块动程滑块铰链点的运动方位线通过曲柄转动中心，滑块动程等于 两倍曲柄曲柄1的长度，无的长度，无急回运动特性。主动件可以为曲柄， 也可以为滑块。 无无急回运动特性 有有急回运动特性 自卸卡车翻斗机构自卸卡车翻斗机构 曲柄摇块机构应用 设计：潘存云 应用实例应用实例 B 2 3 4 C 1 A 自卸卡车举升机构自卸卡车举升机构 应用实例应用实例 B 3 4 C 1 A 2 应用实例应用实例 4A 1 B 2 3 C 应用实例应用实例 1 3 C 4 A B 2 应用实例应用实例 A 1 C 2 3 4 B 摇块机构摇块机构 4. 定块机构定块机构 在对心曲柄

38、滑块机构中的滑块固定为机架。在对心曲柄滑块机构中的滑块固定为机架。 区别区别 应用举例应用举例 抽水装置抽水装置 手动冲床机构手动冲床机构 一、一、曲柄存在条件曲柄存在条件 二、二、急回特性和行程速比系数急回特性和行程速比系数 三、三、压力角和传动角压力角和传动角 四、死点位置死点位置 第三节 平面连杆机构的基本特性 设计：潘存云 （2）连架杆或机架之一为最短杆。连架杆或机架之一为最短杆。 1 1、铰链四杆机构中曲柄存在的条件：、铰链四杆机构中曲柄存在的条件： （1） 最长杆与最短杆的长度之和应最长杆与最短杆的长度之和应其他两杆长其他两杆长 度之和度之和 称称为杆长条件为杆长条件。 A B C

39、 D l1 l2 l3 l4 一、铰链四杆机构的类型判断一、铰链四杆机构的类型判断 双摇杆机构双摇杆机构 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 双摇杆机构双摇杆机构 双曲柄机构双曲柄机构 cbda 最短杆为连架杆最短杆为连架杆 最短杆为连杆最短杆为连杆 最短杆为机架最短杆为机架 NY dcba、 2 2、铰链四杆机构基本类型的判别准则、铰链四杆机构基本类型的判别准则 当满足杆长条件时，当选择不同的构件作为机架时，当满足杆长条件时，当选择不同的构件作为机架时， 可得不同的机构。如：可得不同的机构。如： 曲柄摇杆曲柄摇杆1 1 双曲柄双曲柄 双摇杆双摇杆 曲柄摇杆曲柄摇杆2 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机

40、构 曲柄摇杆机构 L L1 1+L+L2 2 L L3 3+L+L4 4 L L1 1+L+L2 2 L L3 3+L+L4 4 课堂练习课堂练习 1. 试判别下面二个图分别属于什么类型并说明连架杆的名称？ A B C D 15 20 18 30 B C AD 10 28 17 22 此机构属于双摇杆机构 此机构属于双曲柄机构 15+3020+18 10+2817+22 又最短杆AB固定作为机架 其中AB、CD都为摇杆 其中AB、CD都为曲柄 2.试判别下面二个图分别属于什么类型并说明连架 杆的名称？ 此机构属于曲柄摇杆机构 此机构属于双摇杆机构 B A C D 13 20 19 24 B A

41、D C 25 11 26 15 13+2420+19 又杆AD是最短杆相邻的杆件 其中AB为曲柄、CD为摇杆 11+2615+25 又杆CD是最短杆相对的杆件 其中AD、BC均为摇杆 牛头刨床机构牛头刨床机构 急回特性的应用急回特性的应用 二、铰链四杆机构的运动特性二、铰链四杆机构的运动特性 1.1.急回特性急回特性 : : 摇杆的摆角摇杆的摆角， 极位夹角极位夹角。 为描述从动摇杆的急为描述从动摇杆的急 回特性，在此引入行回特性，在此引入行 程速比系数程速比系数 K K，即：，即： K =K = 180 + 180 + 180 - 180 - K K值的大小反映了急回运动特性的显著程度。值的

42、大小反映了急回运动特性的显著程度。K K值的大值的大 小取决于极位夹角小取决于极位夹角 ， 角越大，角越大，K K值越大，急回运动值越大，急回运动 特性越明显；反之，则愈不明显。当时特性越明显；反之，则愈不明显。当时 ，K=1 K=1 ， 机构无急回特性。机构无急回特性。 0 若在设计机构时若在设计机构时 先给定先给定K K值，则值，则 : 1 1 180 K K 在生产实际中，常利用机构的急回运动来缩在生产实际中，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、短非生产时间，提高生产率，如牛头刨床、 往复式运输机等。往复式运输机等。 1.1.压力角与传动角压力角与传动角 co

43、s t FFsin n FF 压力角愈小，机构的传力效果愈好。所以，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。衡量机构传力性能，可用压力角作为标志。 C v t F n F F 压力角：从动件压力角：从动件 受力方向与受力受力方向与受力 点线速度方向之点线速度方向之 间所夹的锐角。间所夹的锐角。 传动角传动角: :压力角压力角 的余角即连杆与的余角即连杆与 从动件间所夹的从动件间所夹的 锐角。锐角。 三、铰链四杆机构的传力特性三、铰链四杆机构的传力特性 在连杆机构中，为度在连杆机构中，为度 量方便，常用压力角量方便，常用压力角 的余角即连杆与从动的余角即连杆

44、与从动 件间所夹的锐角件间所夹的锐角( (传传 动角动角) )检验机构的传检验机构的传 力性能。力性能。 min 传动角愈大，机构的传力性能愈好，反之则不利于机构传动角愈大，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。是检验其传力性能的关键位置。 C v t F n F F 设计要求：设计要求： 死点状态死点状态 0 机构传动角机构传动角 （即（即 ）的位置称为）的位置称为 死点位置。死点位置。 90 机构处于死点位置，从动件会出机构处于死点位置，从动件会出 现现卡死卡死（机构自锁）或（机构自锁）或运动方向运动方向 不确定不确定的现象。的现象。 2 2止点止点 设计：潘存云 设计：潘存云 F 死点位置死点位置 摇杆为主动件，摇杆为主动件，且连杆与曲且连杆与曲 柄两次共线柄两次共线时时，有，有： 此时此时机构不能运动机构不能运动.