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1、 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构机电工程系机电工程系 林林 瑾瑾 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构平面连杆机构平面连杆机构本章学习要求本章学习要求 u明确平面连杆机构的概念及特点。明确平面连杆机构的概念及特点。u明确铰链四杆机构的主要方式及其用途。明确铰链四杆机构的主要方式及其用途。u掌握铰链四杆机构根本类型的判别方法。掌握铰链四杆机构根本类型的判别方法。u明确演化机构的主要方式及特点。明确演化机构的主要方式及特点。u掌握平面四杆机构的典型运动特性及传力特征。掌握平面四杆机构的典型运动特性及传力特征。u了解

2、平面四杆机构的设计方法。了解平面四杆机构的设计方法。 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构本章大纲本章大纲 u平面连杆机构的概念及特点平面连杆机构的概念及特点u铰链四杆机构的根本类型铰链四杆机构的根本类型u铰链四杆机构根本类型的判别铰链四杆机构根本类型的判别u铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化u四杆机构的根本特征四杆机构的根本特征u平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 平面连杆机构平面连杆机构 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构1 1、连杆机构由假设干刚性构件用低副转动副、挪动副、连杆机构由假设干刚性构件用低副转动副、挪动副联接而成的机构称为连杆机构

3、。联接而成的机构称为连杆机构。一一 、 概概 述述 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构2 2、连杆机构可分为、连杆机构可分为 空间连杆机构和平面连杆机构空间连杆机构和平面连杆机构空间连杆机构空间连杆机构平面连杆机构：一切构件都在同一平面或相平面连杆机构：一切构件都在同一平面或相互平行的平面内运动的机构。互平行的平面内运动的机构。 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构3 3、铰链四杆机构平面四杆机构中的运动副都是转动副、铰链四杆机构平面四杆机构中的运动副都是转动副 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构 铰链四杆机构铰链四杆机构机架机架

4、: :固定不动的构件固定不动的构件连架杆连架杆: :与机架相连的构件与机架相连的构件连杆连杆: :不与机架相连的构件不与机架相连的构件摇杆摇杆: :假设连架杆可绕机架假设连架杆可绕机架在小于一周的范围内作往在小于一周的范围内作往复摆动，那么称为摇杆复摆动，那么称为摇杆曲柄曲柄: :假设连架杆可绕机架假设连架杆可绕机架作整周转动，那么称为曲作整周转动，那么称为曲柄柄机架连杆A1B2C3D4连架杆连架杆二、铰链四杆机构的根本方式及运用二、铰链四杆机构的根本方式及运用 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构 1 1、曲柄摇、曲柄摇杆机构杆机构铰链四杆机构：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和

5、双摇杆机构。铰链四杆机构：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。雷达天线机构雷达天线机构缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构 ABCD 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构 2 2、双曲柄机构、双曲柄机构振动筛机构振动筛机构机车车轮机车车轮 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构 双曲柄机构特例：正平行四边形机构、反平行四边形机构双曲柄机构特例：正平行四边形机构、反平行四边形机构特点：二曲柄等速运用运用1运用运用2正平行四边形机构正平行四边形机构反平行四边形机构反平行四边形机构特点：二曲柄转向相反车门开闭机构车门开闭机构 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机

6、构平面连杆机构 3 3、双摇杆机构、双摇杆机构铸造用大型外型铸造用大型外型机的翻箱机构机的翻箱机构 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构1 1、曲柄存在的条件、曲柄存在的条件aabc bcd蓝色三角构成立蓝色三角构成立bdaccdabcbda红色三角构成立红色三角构成立ba-dcca-dbcba-dda 三、铰链四杆机构根本类型的判别三、铰链四杆机构根本类型的判别 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和最短杆是连架杆或机架最短杆是连架杆或机架cbdaca-dbba-dcca

7、 ba da a a最短最短cbdacdbabdca最短杆与最长杆之和小于等最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和于其它两杆长度之和当最短杆为连架杆，那么最短杆是曲柄当最短杆为连架杆，那么最短杆是曲柄当最短杆为机架，那么两个连架杆均为曲柄。当最短杆为机架，那么两个连架杆均为曲柄。 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构2 2、铰链四杆机构根本类型的判别方法、铰链四杆机构根本类型的判别方法最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和时，最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和时，取不同构件为机架，那么得不同的机构：取不同构件为机架，那么得不同的机构： 假设取最短构件为机架假

8、设取最短构件为机架ab(ab(两个两个连架杆均为曲柄连架杆均为曲柄) )，那么该机构为双曲柄，那么该机构为双曲柄机构。机构。 假设取最短构件为连杆假设取最短构件为连杆dc(dc(不存不存在曲柄在曲柄) )，那么该机构为双摇杆机构。，那么该机构为双摇杆机构。 假设取最短构件为连架杆假设取最短构件为连架杆ad或或bc(最短杆为曲柄最短杆为曲柄)，那么该机构为曲柄，那么该机构为曲柄摇杆机构。摇杆机构。acdb 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构最短杆与最长杆之和大于其它两杆长度之和时，最短杆与最长杆之和大于其它两杆长度之和时，机构中不存在曲柄，所以该机构为双摇杆机构。机构中不存

9、在曲柄，所以该机构为双摇杆机构。acdb 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构请判别以下机构属于何类型？请判别以下机构属于何类型？练一练3012010090答：答：曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构1、70120150602、答：答：双摇杆机构双摇杆机构 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构问题讨论：以下机构的曲柄存在条件问题讨论：以下机构的曲柄存在条件a ba b+eaBbACa)aBbACeb)aBbACec)a b-ed)aCABb?想一想 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构1 1、曲柄滑块机构、曲柄滑块机构3Dr1B2C34AD铰链四

10、杆机构铰链四杆机构曲线导轨曲柄滑块机构曲线导轨曲柄滑块机构变3构件外形r e 01B24AC31B24AC3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 1B2C4A四、铰链四杆机构的演化四、铰链四杆机构的演化 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构2 2、摇块机构、摇块机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构2作机架3B2C曲柄摇块机构曲柄摇块机构 液压动作筒液压动作筒车箱举升机构车箱举升机构A41A41B2C3 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构3 3、定块机构、定块机构A41B2C3曲柄滑块机构曲柄滑块机构3定块机构定块机构1BA

11、21BA21BA2手动唧筒机构手动唧筒机构3作机架作机架运用1B24AC3 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构4 4、导杆机构、导杆机构A41B2C3作机架作机架 A41B2C3导杆机构导杆机构举例：牛头刨床刨刀驱动机构举例：牛头刨床刨刀驱动机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构1. 1. 极位夹角极位夹角CADabdBBCC：极位夹角：极位夹角动画演示动画演示：摇杆摆角：摇杆摆角五、四杆机构的根本特性五、四杆机构的根本特性当机构从动件处于两极限位置时，自动件曲柄在两相应位当机构从动件处于两极限位置时，自动件曲柄在两相应位置

12、置ABAB和和ABAB所夹的锐角所夹的锐角，称为极位夹角。，称为极位夹角。 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构2. 2. 急回特性及行程速度变化系数急回特性及行程速度变化系数12ABAB 时间：时间：2t转角：转角：2运动：运动：12DCDC 2t从动件从动件c c的平的平均角速度：均角速度：:DCDC2113t:DCDC1223t 1111180t1122-180t21tt 33 急回运动：当曲柄等速回转的情况下，通常把从动件往复急回运动：当曲柄等速回转的情况下，通常把从动件往复运动速度快慢不同的运动称为急回运动。运动速度快慢不同的运动称为急回运动。Dabd1B2B1C

13、2Cccab12A11 = C自动件自动件a a21ABAB 时间：时间：1t转角：转角：1运动：运动：从动件从动件c c21DCDC 1t 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构行程速比系数行程速比系数K K11180KK180180K33K 度从动件慢速行程平均速度从动件快速行程平均速13t23t 1111180t1122-180t 通常把从动件往复运动平均速度的比值通常把从动件往复运动平均速度的比值( (大于大于1) 1)称为称为行程速比系数，用行程速比系数，用K K表示。表示。 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构分析：K=180+180-察看察看

14、？=0=0，k=?k=?，表示？，表示？k=1k=1，无急回特性，无急回特性？00，k=?k=?，表示？，表示？K1K1，有急回特性，有急回特性？ ，k k如何变化，表示？如何变化，表示？k k ，急回特性愈显著，急回特性愈显著 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构判判 断断1. 1.曲柄摇杆机构中，摇杆两极限位置的夹角称为极位曲柄摇杆机构中，摇杆两极限位置的夹角称为极位夹角。夹角。 2.2.平面连杆机构急回特性可以缩短非消费时间，提高平面连杆机构急回特性可以缩短非消费时间，提高任务效率。任务效率。3. 3. 机构任务件的空回行程平均速度大于任务行程平均机构任务件的空回行程

15、平均速度大于任务行程平均速度的特性称为急回特性。速度的特性称为急回特性。4. 4. 曲柄摇杆机构中，以曲柄为自动件，曲柄摇杆机构中，以曲柄为自动件， 摇杆为从动件，摇杆为从动件，一定具有急回特性。一定具有急回特性。 练一练 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构选选 择择1. 1.有急回特性的平面连杆机构的行程速比系数有急回特性的平面连杆机构的行程速比系数k k为多少？为多少？2.2.图示曲柄摇图示曲柄摇杆机构，该机杆机构，该机构的行程速比构的行程速比系数系数k k为多少？为多少？A Ak=1 Bk=1 Bk1 Ck1 Ck1 Dk1 Dk1k1 k1 C Ck=0 Dk=0

16、 Dk1k1BA练一练 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构计计 算算如下图，如下图，=30=30，该机构的急回特性系数，该机构的急回特性系数k k为多少？为多少？C2B1BB2CC1AD12任务行程任务行程空回行程空回行程解：解：k=180+180-=180+30180-30=1.4练一练 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构aBbACa)aBbACeb)aBbACec)d)aCABb0a+bC2b-aC1a+bC2b-aC1C2C2问题讨论：以下机构有无急回特性，问题讨论：以下机构有无急回特性，假设有，标出极位夹角假设有，标出极位夹角。想一想 机械基

17、础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构3 3、压力角和传动角、压力角和传动角FVScosSFW压力角：力压力角：力F F的作用线与力作用点绝对速度的作用线与力作用点绝对速度V V所夹的锐角所夹的锐角称为压力角。称为压力角。传动角：压力角的余角传动角：压力角的余角称为传动角称为传动角在其它条件不变的情况下压力角在其它条件不变的情况下压力角越大，作功越大，作功WW越大越大 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构所以压力角是机构传力性能的一个重要目的，它是力的利所以压力角是机构传力性能的一个重要目的，它是力的利用率大小的衡量目的。用率大小的衡量目的。压力角越小，传动角越

18、大，机构传力性能越好。压力角越小，传动角越大，机构传力性能越好。PABCDabcdnPvPt,FtFnF在图示铰链四杆机构中，设在图示铰链四杆机构中，设ABAB杆为原动杆为原动件，如不计各构件质量和运动副中的摩件，如不计各构件质量和运动副中的摩擦，连杆擦，连杆BCBC为二力杆件，它作用于从动为二力杆件，它作用于从动件件CDCD上的力上的力F F是沿是沿BCBC方向的。方向的。FtFt为有效分力，为有效分力，FnFn为有害分力为有害分力压力角压力角越小，有效分力越越小，有效分力越大。大。 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构bccoscbBDadcosdaBD22222222

19、ABCDabcdFFtFncVminmax2bc2adcosda-cbcos222290曲柄摇杆机构的压力角曲柄摇杆机构的压力角 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构90180ABCDabcdFFtFncVminmax对普通机械对普通机械max 50o或或 min 40o对大功率机械对大功率机械max 40o或或 min 50o曲柄摇杆机构的压力角曲柄摇杆机构的压力角 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构maxminaBbACeb)aBbACa)Abb minmin问题讨论：标出以下机构在图示位置的压问题讨论：标出以下机构在图示位置的压力角力角传动传动及

20、最小传动角及最小传动角min.min.d)aCABbvP, 00; 900.e)e)vP, 00; 900.想一想 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构4 4、机构的死点位置、机构的死点位置死点位置死点位置B2C24ABCD231v=00Pv=00B1C1Pu 死点：机构运动时出现传动角 =00 的位置。BACB1C=00C2B2=00 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构曲柄摇杆机构曲柄为自动件的死点曲柄摇杆机构曲柄为自动件的死点无死点存在无死点存在DABCMBvBFCFCvC0BABMFB 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构曲柄

21、摇杆机构摇杆为自动件的死点曲柄摇杆机构摇杆为自动件的死点AB与与BC共线时共线时90B或者或者0B机构有死点存在机构有死点存在DABCMBvBFCFCv0CBCDMFC 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构曲柄滑块机构曲柄为自动件的死点曲柄滑块机构曲柄为自动件的死点eABCMBFBvCFCvABMFB0BC无死点存在无死点存在 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构eABCBFBvCFCvB0C曲柄滑块机构滑块为自动件的死点曲柄滑块机构滑块为自动件的死点有死点存在有死点存在 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构火车轮火车轮防止死点位置的

22、危害防止死点位置的危害加虚约束的平行四边形机构加虚约束的平行四边形机构 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构加虚约束的平行四边形机构加虚约束的平行四边形机构防止死点位置的危害防止死点位置的危害 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构飞机起落架机构=00折叠家具机构=00死点的利用死点的利用 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构图解法图解法:六、平面四杆机构的运动设计六、平面四杆机构的运动设计连杆机构的运动设计方法有图解法、连杆机构的运动设计方法有图解法、 实验法和解析法三种。实验法和解析法三种。 简单易行简单易行几何概念明晰几何概念明晰

23、准确程度较低准确程度较低 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构设知连杆设知连杆BCBC的长度的长度lBClBC，及三个预定位置，及三个预定位置B1C1 B1C1 、B2C2 B2C2 、B3C3B3C3，试设计，试设计此铰链四杆机构。此铰链四杆机构。1)1)选取比例尺选取比例尺l l，按预定位置画，按预定位置画出出B1C1 B1C1 、 B2C2 B2C2 、B3C3B3C32)2)活动铰链相对于活动铰链相对于固定铰链的运动轨固定铰链的运动轨迹为圆；迹为圆；3) 3) 用三点定心法确用三点定心法确定二固定铰链定二固定铰链A,DA,D。B1B2B3C2C3C14) 4) 计算

24、待求杆长计算待求杆长lAB=AB lAB=AB l m;l m;lCD=CD lCD=CD l m;l m;lAD=AD lAD=AD l m;l m;)(mmmBClBClDA1 1、按连杆的预定位置设计四杆机构、按连杆的预定位置设计四杆机构 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构想一想问题讨论问题讨论 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构u 工程要求：工程要求：u 要点：要点：111800KKu 思绪：思绪：A, C1, C2A, C1, C2三点所在圆和三点所在圆和角之关角之关系。系。900- u 问题：问题：A C1, AC2, AB, BCA C

25、1, AC2, AB, BC长度关长度关系。系。AC1=BC-ABAC1=BC-ABAC2=BC+ABAC2=BC+ABAB=(AC2-AC1)AB=(AC2-AC1)2 2根据条件，只需根据条件，只需D, C1, C2D, C1, C2确定，确定，A A点待定。如何确定点待定。如何确定A A点点?B1C11B2C24ABCD231oA2 2、按急回特性要求设计四杆机构给定摇杆长，从动件、按急回特性要求设计四杆机构给定摇杆长，从动件行程行程掌握极位夹角及其与掌握极位夹角及其与K K的关系的关系设计满足给定的行程速比系数设计满足给定的行程速比系数K K的四杆机构的四杆机构 机械基础机械基础 第五

26、章第五章 平面连杆机构平面连杆机构r=B2C2r=EF900- 按急回特性要求设计平面四杆机构按急回特性要求设计平面四杆机构 B2C2o知：知：LCD, LCD, , K, K。曲柄摇杆机构其它三杆长曲柄摇杆机构其它三杆长度度LAB, LBC, LADLAB, LBC, LAD。比例尺比例尺)(mmmCDlCDlC1DAEFBC未知杆长未知杆长lAB = AB ulmmlAB = AB ulmmlBC = BC ulmmlBC = BC ulmmlAD = AD ulmm lAD = AD ulmm u 问题讨论问题讨论 无其它条件，有无穷多解；无其它条件，有无穷多解； 有其它条件，如最小传动角要求时，要检验最小传动角。有其它条件，如最小传动角要求时，要检验最小传动角。 无穷多解为简单解析计算提供了时机。无穷多解为简单解析计算提供了时机。 如确定如确定A A点一个特殊位置，用点一个特殊位置，用 AC1C2AC1C2求解。求解。练一练 机械基础机械基础 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构900- 知：