北京交通大学机械原理第7讲课件

1、第四章第四章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计连杆机构及其特点连杆机构及其特点平面连杆机构的类型及应用平面连杆机构的类型及应用平面连杆机构的基本知识平面连杆机构的基本知识 1. 平面四杆机构有曲柄的条件平面四杆机构有曲柄的条件 2. 急回运动和行程速比系数急回运动和行程速比系数 3. 四杆机构得传动角和死点四杆机构得传动角和死点 4. 铰链四杆机构得运动连续性铰链四杆机构得运动连续性平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计本章教学内容本章教学内容本讲内容本讲内容本讲重点：本讲重点：铰链四杆机构铰链四杆机构的演化的演化曲柄存在条件曲柄存在条件本章教学目标本章教学目标第四章第四章 平面连杆机构

2、及其设计平面连杆机构及其设计 了解平面连杆机构的组成及其主要优缺点了解平面连杆机构的组成及其主要优缺点; 了解平面连杆机构的基本形式及其演化和应用；了解平面连杆机构的基本形式及其演化和应用； 明确四杆机构曲柄存在条件和机构急回运动及明确四杆机构曲柄存在条件和机构急回运动及行程速比系数等概念；行程速比系数等概念； 对传动角、死点、运动连续性等有明确的概念；对传动角、死点、运动连续性等有明确的概念； 了解平面四杆机构设计的基本问题，掌握根据了解平面四杆机构设计的基本问题，掌握根据具体设计条件和实际需要设计平面四杆机构的方具体设计条件和实际需要设计平面四杆机构的方法。法。本讲教学目标本讲教学目标4-

3、1 4-1 连杆机构及其传动特点连杆机构及其传动特点一、何谓连杆机构一、何谓连杆机构 连杆机构由若干个构件通过低副连接而组成，又称为低连杆机构由若干个构件通过低副连接而组成，又称为低副机构。副机构。共同特点：共同特点： 原动件的运动原动件的运动经过不与机架直接经过不与机架直接相连的中间构件传相连的中间构件传递到从动件上。递到从动件上。中间构件称为连杆。中间构件称为连杆。连杆机构根据各构件间的相对运动是平面还是空间运动分为连杆机构根据各构件间的相对运动是平面还是空间运动分为空间连杆机构空间连杆机构平面连杆机构平面连杆机构构件多呈杆状构件多呈杆状简称为杆简称为杆根据杆数命名：根据杆数命名： 四杆机

4、构四杆机构动画动画动画动画动画动画六杆机构六杆机构四杆机构四杆机构ABCD四杆机构四杆机构DEF四杆机构四杆机构应用非应用非常广泛，且是多常广泛，且是多杆机构的基础杆机构的基础着着重重讨讨论论优点：优点：连杆机构为低副机构，运动副为面接触，压强小，承载连杆机构为低副机构，运动副为面接触，压强小，承载能力大，耐冲击；能力大，耐冲击； 运动副元素的几何形状多为平面或圆柱面，便于加工运动副元素的几何形状多为平面或圆柱面，便于加工制造；制造； 在原动件运动规律不变情况下，通过改变各构件的相对在原动件运动规律不变情况下，通过改变各构件的相对长度可以使从动件得到不同的运动规律；长度可以使从动件得到不同的运

5、动规律；可以连杆曲线可以满足不同运动轨迹的设计要求；可以连杆曲线可以满足不同运动轨迹的设计要求；缺点：缺点：由于运动积累误差较大，因而影响传动精度；由于运动积累误差较大，因而影响传动精度；由于惯性力不好平衡而不适于高速传动；由于惯性力不好平衡而不适于高速传动；设计方法比较复杂。设计方法比较复杂。二、连杆机构的特点二、连杆机构的特点一、平面四杆机构的基本型式一、平面四杆机构的基本型式基本型式基本型式铰链四杆机构铰链四杆机构 ABCD连架杆连架杆连架杆连架杆连杆连杆曲柄：能作整周回转的连架杆。曲柄：能作整周回转的连架杆。摇杆：只能在一定范围内摇动的连架杆；摇杆：只能在一定范围内摇动的连架杆；周转副

6、：组成转动副的两构件能整周相周转副：组成转动副的两构件能整周相对转动；对转动；摆转副：不能作整周相对转动的转动副。摆转副：不能作整周相对转动的转动副。曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双曲柄机构双摇杆机构双摇杆机构运动副全为转动副。运动副全为转动副。动画演示动画演示曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 铰链四杆机构中，若其两个连架杆铰链四杆机构中，若其两个连架杆一为曲柄一为曲柄，一为摇杆一为摇杆，则此四杆机构称为曲柄摇杆机构。则此四杆机构称为曲柄摇杆机构。应用：应用：雷达天线俯仰机构雷达天线俯仰机构动画动画缝纫机脚踏板机构缝纫机脚踏板机构动画动画 在铰链四杆机构在铰链四杆机构中，若其两个连架中，若其两个连

7、架杆都是曲柄，则称杆都是曲柄，则称为双曲柄机构。为双曲柄机构。 双曲柄机构双曲柄机构惯性筛机构惯性筛机构平行四边形机构：平行四边形机构：指相对两杆平行且指相对两杆平行且相等的双曲柄机构。相等的双曲柄机构。平行四边形机构特性：平行四边形机构特性：两曲柄同速同向转动两曲柄同速同向转动连杆作平动连杆作平动平行四边形机构的应用实例平行四边形机构的应用实例车轮动画车轮动画机车车轮联动机构机车车轮联动机构播种机料斗机构播种机料斗机构升升降降机机构构升降机构动画升降机构动画逆平行（反平行）逆平行（反平行）四边形机构四边形机构：指两：指两相对杆长相等但不相对杆长相等但不平行的双曲柄机构平行的双曲柄机构应用实例

8、应用实例车门开闭机构车门开闭机构动画动画双摇杆机构双摇杆机构铰链四杆机构若两连架杆都是摇杆，则称其为双摇杆机构。铰链四杆机构若两连架杆都是摇杆，则称其为双摇杆机构。应用实例应用实例等腰梯形机构等腰梯形机构：指两摇杆：指两摇杆长相等的双摇杆机构。长相等的双摇杆机构。应用实例应用实例汽车前轮转向机构汽车前轮转向机构造型机翻箱机构造型机翻箱机构动画动画二、平面四杆机构的演化型式二、平面四杆机构的演化型式改变构件的形状和运动尺寸改变构件的形状和运动尺寸变摇杆变摇杆为滑块为滑块机构演化动画机构演化动画摇杆尺寸摇杆尺寸为无穷大为无穷大曲线导轨曲柄滑块机构曲线导轨曲柄滑块机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构偏置曲柄

9、滑块机构偏置曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构e=0对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构变连杆变连杆为滑块为滑块正弦机构正弦机构双滑块机构双滑块机构连杆尺寸连杆尺寸为无穷大为无穷大从动件从动件3的位移与原的位移与原动件动件1的转角成正比：的转角成正比：sinABls 移动副可认为是回移动副可认为是回转中心在无穷远处转中心在无穷远处的转动副演化而来的转动副演化而来二、平面四杆机构的演化型式二、平面四杆机构的演化型式 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曲柄滑块机构曲柄滑块机构当曲柄当曲柄AB的尺寸较小时，的尺寸较小时，由于结构需要，常将曲柄作成由于结构需要，常将曲柄作成几何

10、中心与回转中心不重合的几何中心与回转中心不重合的圆盘，称此圆盘为圆盘，称此圆盘为偏心轮偏心轮。几何中心与回转中心间的距几何中心与回转中心间的距离称为离称为偏心距，等于曲柄长。偏心距，等于曲柄长。转动副转动副B的的半径扩大超半径扩大超过曲柄长过曲柄长二、平面四杆机构的演化型式二、平面四杆机构的演化型式 通过选用不同构件为机架通过选用不同构件为机架导杆机构导杆机构导杆机构应用实例导杆机构应用实例小型刨床小型刨床牛头刨床牛头刨床二、平面四杆机构的演化型式二、平面四杆机构的演化型式回转导杆机构：指导杆能作整回转导杆机构：指导杆能作整周转动的导杆机构；周转动的导杆机构；摆动导杆机构：指导杆只能在摆动导杆

11、机构：指导杆只能在一定的角度内摆动的导杆机构。一定的角度内摆动的导杆机构。曲柄摇块机构曲柄摇块机构定块机构定块机构卡车车厢举升机构卡车车厢举升机构手摇唧筒手摇唧筒选运动链中不同构件选运动链中不同构件为机架得不同机构的为机架得不同机构的方法称为方法称为机构的倒置机构的倒置二、平面四杆机构的演化型式二、平面四杆机构的演化型式 运动副元素的逆换运动副元素的逆换 对于移动副，将运动副两元素的包容关系进行逆换，对于移动副，将运动副两元素的包容关系进行逆换，并不影响两构件之间的相对运动。并不影响两构件之间的相对运动。摆动导杆机构摆动导杆机构构件构件2包包容构件容构件3构件构件3包包容构件容构件2曲柄摇块机

12、构曲柄摇块机构二、平面四杆机构的演化型式二、平面四杆机构的演化型式一、平面四杆机构有曲柄的条件一、平面四杆机构有曲柄的条件分析：分析：构件构件AB要为曲柄，则转动要为曲柄，则转动副副A应为周转副；应为周转副；为此为此AB杆应能占据整周中杆应能占据整周中的任何位置；的任何位置；因此因此AB杆应能占据与杆应能占据与AD共共线的位置线的位置AB及及AB。由由DB C由由 DBCcbdacadb)(badc)(cdbabdcadabaca两两相加两两相加结论：结论： 转动副转动副A成为周转副的条件成为周转副的条件： 1)最短杆长度最短杆长度+最长杆长度最长杆长度其余两杆长度之和其余两杆长度之和 杆长条

13、件杆长条件 2)组成该周转副的两杆中必有一杆是最短杆。组成该周转副的两杆中必有一杆是最短杆。推论推论 当机构尺寸满足杆长条件时，最短杆两端的转动副当机构尺寸满足杆长条件时，最短杆两端的转动副均为周转副；其余转动副为摆转副。均为周转副；其余转动副为摆转副。平面四杆机构有曲柄的条件平面四杆机构有曲柄的条件 机构尺寸满足杆长条件，且最短杆为机架或连架杆。机构尺寸满足杆长条件，且最短杆为机架或连架杆。一、平面四杆机构有曲柄的条件（续）一、平面四杆机构有曲柄的条件（续）例：图示机构尺寸满足杆长条件，当取不同构件为机架时例：图示机构尺寸满足杆长条件，当取不同构件为机架时各得什么机构？各得什么机构？取最短杆

14、相取最短杆相邻的构件为邻的构件为机架得曲柄机架得曲柄摇杆机构摇杆机构最短杆为最短杆为机架得双机架得双曲柄机构曲柄机构取最短杆对取最短杆对边为机架得边为机架得双摇杆机构双摇杆机构一、平面四杆机构有曲柄的条件（续）一、平面四杆机构有曲柄的条件（续）注意：如果四杆机构不满足杆长条件，则不论取哪个构件注意：如果四杆机构不满足杆长条件，则不论取哪个构件为机架，均为双摇杆机构。为机架，均为双摇杆机构。思考题：曲柄滑块机构和导杆机构有曲柄的条件是什么？思考题：曲柄滑块机构和导杆机构有曲柄的条件是什么？风扇摇头机构风扇摇头机构满足杆长条件的双摇杆满足杆长条件的双摇杆机构的应用实例：机构的应用实例：一、平面四杆

15、机构有曲柄的条件（续）一、平面四杆机构有曲柄的条件（续）二、急回运动和行程速比系数二、急回运动和行程速比系数1. 机构极位：曲柄回转机构极位：曲柄回转一周，与连杆两次共线，一周，与连杆两次共线，此时摇杆分别处于两极此时摇杆分别处于两极限位置，称为机构极位。限位置，称为机构极位。2. 极位夹角：机构在两极位夹角：机构在两个极位时，原动件所处个极位时，原动件所处两个位置之间所夹的锐两个位置之间所夹的锐角角称为极位夹角。称为极位夹角。3. 急回运动：急回运动：动画演示动画演示180121DCDC180121DCDC121t2t 曲柄等速转动情况下，摇杆往复摆动的平均速度一快一慢，曲柄等速转动情况下，摇杆往复摆动的平均速度一快一慢，机构的这种运动性质称为急回运动。机构的这种运动性质称为急回运动。摇杆摇杆C点平均速度点平均速度2v1v00212112122112180180/tttCCtCCvvK4. 行程速比系数行程速比系数K 为表明急回运动程度，用反正行程速比系数为表明急回运动程度，用反正行程速比系数K来衡量：来衡量： 角愈大，角愈