精密机械基础-第6章平面连杆机构

1、6 平面连杆机构平面连杆机构 6-1 概述概述 6-2 平面四杆机构的分类平面四杆机构的分类 6-3 曲柄存在的条件和几个基本概念曲柄存在的条件和几个基本概念 6-4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 6-1 概述概述 n 平面连杆机构平面连杆机构: : 由若干刚性构件用由若干刚性构件用低副低副联接而成的一种平面机构。联接而成的一种平面机构。 n 作用：作用： 传递运动、放大位移、改变位移的性质。传递运动、放大位移、改变位移的性质。 平面连杆机构的各构件因为是低副联接，存平面连杆机构的各构件因为是低副联接，存 在间隙，传动精度低，但结构简单，易于制造，在间隙，传动精度低，但结构简单，易于制

2、造， 在精密机械中获得广泛的应用。在精密机械中获得广泛的应用。四连杆机构四连杆机构是最是最 基本的平面连杆机构。基本的平面连杆机构。 6-2 平面四杆机构的分类平面四杆机构的分类 所有运动副为转动副的平面四杆机构为铰链四杆机构所有运动副为转动副的平面四杆机构为铰链四杆机构 机架机架4 连杆连杆2 连连 架架 杆杆 1 和和 3 连架杆连架杆:与机架组成与机架组成 运动副的构件运动副的构件. 连杆连杆:不与机架组成不与机架组成 运动副的构件运动副的构件. 根据两连架杆运动形式的不同进行分类根据两连架杆运动形式的不同进行分类 五种基本类型五种基本类型 一、一、 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 ( (示例

3、示例) ) 一个连架杆能作整周回转运动一个连架杆能作整周回转运动- -曲柄曲柄。 另一连架杆仅在一定角度范围内摆动另一连架杆仅在一定角度范围内摆动- -摇杆摇杆。 曲柄原动件，摇杆从动件曲柄原动件，摇杆从动件 曲柄的连续转动曲柄的连续转动 摇杆的往复摆动摇杆的往复摆动 摇杆原动件，曲柄从动件摇杆原动件，曲柄从动件 摇杆的往复摆动摇杆的往复摆动 曲柄的整周转动曲柄的整周转动 雷达天线的俯仰机构雷达天线的俯仰机构 缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构 二、双曲柄机构二、双曲柄机构 ( (示例示例) ) 两连架杆均为曲柄，可作整周回转运动。两连架杆均为曲柄，可作整周回转运动。 平行四边形机构：相对两杆平行且

4、相等平行四边形机构：相对两杆平行且相等 两曲柄以相同的角速度同向转动，连杆两曲柄以相同的角速度同向转动，连杆 作平移运动。作平移运动。 一个曲柄作匀速转动, 另一曲柄作变速转动 惯性筛惯性筛 机车车轮联动机构机车车轮联动机构 三、双摇杆机构三、双摇杆机构 ( (示例示例) ) 两连架杆均为摇杆两连架杆均为摇杆, 只能在有限范围内径往复摆动只能在有限范围内径往复摆动. 飞机起落架机构飞机起落架机构 鹤式起重机鹤式起重机 E E点走出一近似直线轨迹点走出一近似直线轨迹 四、曲柄滑块机构四、曲柄滑块机构 由曲柄摇杆机构演化而成。由曲柄摇杆机构演化而成。 将曲柄摇杆机构中摇杆与机架的转动副转化成移动副

5、将曲柄摇杆机构中摇杆与机架的转动副转化成移动副 演化条件演化条件: 当摇杆无限长时，摇杆转化为滑块，摇当摇杆无限长时，摇杆转化为滑块，摇 杆与机架的转动副转化为移动副。杆与机架的转动副转化为移动副。 曲柄滑块机构型式曲柄滑块机构型式: : 对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构 滑块移动的导路中心线过曲柄回转中心滑块移动的导路中心线过曲柄回转中心 偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构 导路中心线不过曲柄回转中心导路中心线不过曲柄回转中心 应用实例应用实例 弹簧管压力表弹簧管压力表 五、五、导杆机构导杆机构 由曲柄滑块机构演变而来由曲柄滑块机构演变而来, ,令曲柄为机架令曲柄为机架, ,原机架转化为原机架

6、转化为 导杆导杆, ,滑块在导杆上滑动滑块在导杆上滑动 导杆导杆 类型类型 a. a. 转动导杆机构（杆转动导杆机构（杆1 1长度小于杆长度小于杆2 2） 连架杆连架杆2 2和导杆和导杆4 4均可做整周转动均可做整周转动 b. b. 摆动导杆机构（杆摆动导杆机构（杆1 1长度大于杆长度大于杆2 2） 导杆导杆4 4只能做摆动只能做摆动 应用应用 牛头刨床传动机构牛头刨床传动机构 6-3 曲柄存在条件和几个基本概念曲柄存在条件和几个基本概念 一、曲柄存在的条件曲柄存在的条件 n取决于机构各杆件的相对长度及机架的选择取决于机构各杆件的相对长度及机架的选择 设设a,b,c,d分别为四杆的分别为四杆的

7、 长度长度, 杆杆AB为曲柄为曲柄, 杆杆CD为为 摇杆摇杆, 则各杆长度应保证曲则各杆长度应保证曲 柄在转动中能顺利通过与机柄在转动中能顺利通过与机 架架AD共线的两个位置共线的两个位置AB1, AB2. 此时此时, 根据几何关系有根据几何关系有 每两式相加每两式相加, ,化简后得化简后得 l同理设同理设 d 2, 则则t1t2, 故故导杆摆动平均速导杆摆动平均速 度度 10有急回特征有急回特征 0有急回特征有急回特征 c) 为了保证加工质量，提高生产率，从动件的慢行程为了保证加工质量，提高生产率，从动件的慢行程 常安排为工作行程，从动件的快行程常做空回行程常安排为工作行程，从动件的快行程常

8、做空回行程 6-4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 平面四杆机构设计平面四杆机构设计- -根据给定的运动条件，根据给定的运动条件， 确定机构运动简图的尺寸参数。确定机构运动简图的尺寸参数。 平面四杆机构设计，主要有两类问题：平面四杆机构设计，主要有两类问题： 实现给定从动件的运动规律（位置，实现给定从动件的运动规律（位置， 速度，加速度）速度，加速度） 实现给定的运动轨迹实现给定的运动轨迹 平面四杆机构的设计方法平面四杆机构的设计方法 图解法、实验法、解析法图解法、实验法、解析法 一、按给定的行程速度变化系数设计四杆机构一、按给定的行程速度变化系数设计四杆机构 1.1.曲柄摇杆机构曲柄摇

9、杆机构 l 已知：已知：曲柄摇杆机构中摇杆曲柄摇杆机构中摇杆CD长度长度LCD和和 摆动角摆动角 max max 、行程速度变化系数 、行程速度变化系数K.K. 设计：设计：四杆机构四杆机构 l 分析分析 图示为要求设计的四杆图示为要求设计的四杆 机构的两个极限位置，机构的两个极限位置， 铰链铰链A的中心必在过的中心必在过C1、 C2 两点且圆周角等于两点且圆周角等于 的一个圆上。的一个圆上。 设计步骤设计步骤 计算极位夹角计算极位夹角180180 (K-1)/(k(K-1)/(k1)1) 按给定摇杆长度按给定摇杆长度LCD和摆角和摆角 max max选定比例尺画出 选定比例尺画出 极限位置极

10、限位置C1D和和C2D 作直角三角形求作直角三角形求C1,C2,P点的外接圆点的外接圆, 且且C1PC2 =.故曲柄故曲柄AB的回转中心的回转中心A应在圆弧应在圆弧C1PC2 上上. max 按其它条件在圆上确定铰链按其它条件在圆上确定铰链A的位置的位置. 如机架转如机架转 动副动副A,D间距离间距离, 或或C2处传动角处传动角等等. . 从图中量取从图中量取 =b=ba a， =b=ba a 曲柄长度曲柄长度 连杆长度连杆长度 1 AC 2 AC 21 2 ACAC a 21 bACaACa 2. 偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构 已知滑块行程已知滑块行程S，偏距，偏距e及行程速度变化系及行

11、程速度变化系 数数K，设计此偏置曲柄滑块机构。，设计此偏置曲柄滑块机构。 图示为要求设计的图示为要求设计的 偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构 的两个极限位置。的两个极限位置。 同前述铰链四杆同前述铰链四杆 机构的设计方法，作机构的设计方法，作 出过出过C1, C2点且圆周点且圆周 角等于角等于的圆，并由的圆，并由 偏距偏距e确定铰链确定铰链A的的 位置即可位置即可 二、按给定连杆的两个或三个位置设计四杆二、按给定连杆的两个或三个位置设计四杆 机构机构 已知：已知：连杆连杆BCBC的三个位置的三个位置 设计的实质是确定固定铰链设计的实质是确定固定铰链A A、D D的位置的位置 uB B1 1、B

12、 B2 2 、 、B B3 3所在圆的圆心即为铰链所在圆的圆心即为铰链A A位置。位置。 C C1 1、C C2 2 、C C3 3所在圆的圆心即为铰链所在圆的圆心即为铰链D D位置。位置。 若仅知道连杆若仅知道连杆BC的二个位置的二个位置,则点则点A和和D可分别在可分别在 中垂线中垂线b12, c12上任意取上任意取, 解无穷多解无穷多. 可通过再给定可通过再给定 其它辅助条件确定其它辅助条件确定A、D位置位置 三、按给定连架杆对应位置设计四杆机构三、按给定连架杆对应位置设计四杆机构 已知已知: 曲柄曲柄AB及其三个位置，机架及其三个位置，机架AD的长的长 度，构件度，构件CD上某直线上某直

13、线DE的三个位置。即的三个位置。即 已知三组对应摆角已知三组对应摆角 1, 2, 3和和 1, 2, 3,要求要求 出连杆出连杆BC,摇杆摇杆CD的长度的长度. 分析分析 本设计的实质是求活动铰链本设计的实质是求活动铰链C的第一个位置的第一个位置C1 (注注:连杆连杆BC与构件与构件CD的铰接中心是的铰接中心是C不是不是E)。 可通过连架杆可通过连架杆AB对对CD的相对运动来确定铰链的相对运动来确定铰链 C的位置，即将连架杆的位置，即将连架杆CD上某直线上某直线DE的第一个位的第一个位 置置DE1当作机架不动，连架杆当作机架不动，连架杆AB看作连杆看作连杆,采用反采用反 转法实现转法实现AB对对CD的相对运动。的相对运动。 n 步骤：步骤： 1 1、将四边形、将四边形AB2E2D, AB3E3D分别刚性地绕分别刚性地绕D点反转点反转, , 使使DE2, DE3分别与分别与DE1重重合，则得到构件合，则得到构件AB对机架对机架CD相对运动的相对运动的 三个位置三个位置B1A, B2A2, B3A3 ( (图中图中A2, A3未画出未画出) )。 作图过程：连接作图过程：连接DBDB2 2,DB,DB3 3及及B B2 2E E2 2,B,B3