河科大机械设计基础YKZ-CH02-Q

1、22 铰链四杆机构有整转副的条件铰链四杆机构有整转副的条件23 平面四杆机构的演化平面四杆机构的演化24 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计第第2 2章章 平面连杆机构平面连杆机构21 铰链四杆机构的基本型式和特性铰链四杆机构的基本型式和特性飞剪二、应用实例：二、应用实例：平面连杆机构一、连杆机构一、连杆机构 由若干构件用低副（转动副、移动副）联接而成的机构，也称为低副机构。契贝谢夫四足步行机 利用连杆曲线特性，当一对角足处在曲线的直线段时则着地并静止不动，而另一对角足则处在曲线段作迈足运动。平面连杆机构三、平面连杆机构的特点：三、平面连杆机构的特点：运动副为面接触、承载大、不易磨损，寿命长

2、；接触面为圆柱面或平面，易加工，容易获得较高的制造精 度，加工成本低；能实现较复杂的运动及较大的行程；构件间的接触靠几何封闭，不需弹簧等附件。较难准确实现预定的连续的运动规律，设计方法复杂；惯性力难以平衡；运动副有间隙，磨损后间隙难以补偿。 平面连杆机构机架-作为参考坐标系的构件；机架连架杆-与机架相连的杆；连架杆曲柄：能作360转动摇杆：在 360范围内摆动。21铰链四杆机构的基本型式和特性一、铰链四杆机构的基本型式一、铰链四杆机构的基本型式机架-作为参考坐标系的构件；机架连架杆-与机架相连的杆；连架杆连杆曲柄：能作360转动摇杆：在 360范围内摆动。连杆-作平面运动的构件。 （连接两个连

3、架杆）铰链四杆机构的三种型式：曲柄摇杆机构曲柄摇杆一、铰链四杆机构的基本型式一、铰链四杆机构的基本型式21铰链四杆机构的基本型式和特性机架-作为参考坐标系的构件；机架连架杆-与机架相连的杆；连架杆连杆曲柄：能作360转动摇杆：在 360范围内摆动。连杆-作平面运动的构件。 （连接两个连架杆）双曲柄机构双摇杆机构曲柄摇杆一、铰链四杆机构的基本型式一、铰链四杆机构的基本型式铰链四杆机构的三种型式：曲柄摇杆机构21铰链四杆机构的基本型式和特性ABC1243D曲柄摇杆机构的应用雷达天线俯仰机构21铰链四杆机构的基本型式和演化二、铰链四杆机构的应用二、铰链四杆机构的应用缝纫机踏板机构2143摇杆主动31

4、24曲柄摇杆机构的应用21铰链四杆机构的基本型式和演化2143摇杆主动缝纫机踏板机构3124曲柄摇杆机构的应用21铰链四杆机构的基本型式和演化抓片机构曲柄摇杆机构的应用21铰链四杆机构的基本型式和演化旋转式叶片泵双曲柄机构的应用21铰链四杆机构的基本型式和演化ABDC1234E6惯性筛机构31惯性筛双曲柄机构的应用21铰链四杆机构的基本型式和演化ABCD 火车轮双曲柄机构特例1：平行四边形机构AB = CD特征：两曲柄同向同速转动BC = ADABDC升降平台ADBCBC天平两连架杆等长且平行，连杆作平动21铰链四杆机构的基本型式和演化耕地料斗DCAB耕地料斗DCAB播种机料斗机构双曲柄机构特

5、例1：平行四边形机构21铰链四杆机构的基本型式和演化绘图仪双曲柄机构特例1：平行四边形机构21铰链四杆机构的基本型式和演化FAEDGBC平行四边形机构在共线位置出现运动不确定。ABEFDCG动画演示21铰链四杆机构的基本型式和演化双曲柄机构特例2：反向平行四边形机构车门开闭机构反向反向21铰链四杆机构的基本型式和演化鹤式起重机QABCDE21铰链四杆机构的基本型式和演化双摇杆机构的应用BCAD蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆电机电机电机电机BCAD蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆电机电机BCAD蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆电扇摇头机构双摇杆机构的应用21铰链四杆机构的基本型式和演化ABDCE汽车转向机构ABDCEABDCE双摇杆机构特例

6、：等腰梯形机构-两摇杆长度相等。21铰链四杆机构的基本型式和演化1、改变构件的形状和相对尺寸-转动副变为移动副偏心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构曲柄摇杆机构曲柄弧形滑块机构双滑块机构 s=l sin l三、平面四杆机构的演化型式三、平面四杆机构的演化型式ABABCABCABCCABCDABCDD动画演示21铰链四杆机构的基本型式和演化2、机架置换（选取不同的构件为机架）ABCDAB为曲柄，CD为摇杆1234曲柄摇杆机构21铰链四杆机构的基本型式和演化2、机架置换（选取不同的构件为机架）ABCDAB为曲柄，CD为摇杆A、B-周转副（整转副）C、D-摆转副1234曲柄摇杆机构21铰链四杆机构的基本型

7、式和演化2、机架置换（选取不同的构件为机架）ABCDAB为曲柄，CD为摇杆A、B-周转副（整转副）C、D-摆转副1234双曲柄机构曲柄摇杆机构双摇杆机构曲柄摇杆机构21铰链四杆机构的基本型式和演化曲柄滑块机构314A2BC曲柄滑块机构314A2BC导杆机构转动导杆机构摆动导杆机构定块机构314A2BC摇块机构314A2BC21铰链四杆机构的基本型式和演化摆动导杆机构转动导杆机构21铰链四杆机构的基本型式和演化牛头刨床ABDC1243C2C1ABDCE123456小型刨床导杆机构的应用21铰链四杆机构的基本型式和演化B234C1A自卸卡车举升机构ACB1234314A2BC摇块机构的应用21铰链

8、四杆机构的基本型式和演化314A2BC定块机构手摇唧筒BC3214AABC3214定块机构的应用21铰链四杆机构的基本型式和演化双移动副四杆机构1234双转块机构12341234双滑块机构1234正弦机构21铰链四杆机构的基本型式和演化1234双转块机构的应用21铰链四杆机构的基本型式和演化1234双转块机构的应用21铰链四杆机构的基本型式和演化1234双滑块机构的应用21铰链四杆机构的基本型式和演化偏心轮机构三、三、转动副扩大转动副扩大21铰链四杆机构的基本型式和演化偏心轮机构三、三、转动副扩大转动副扩大21铰链四杆机构的基本型式和演化22 铰链四杆机构有整转副的条件运动副A成为周转副的条件

9、：ABCDABDC 若若A为周转副，则为周转副，则B绕绕A可到达任意位置，不应出现可到达任意位置，不应出现B、C、D三三点共线的情况，此时，机构不能转动。点共线的情况，此时，机构不能转动。一、铰链四杆机构由B C D可得：3241llll由B C D可得：3142)(llll2143)(llll2431llll+3241llll3421llll31ll 同理，可得：21ll 41ll Cl1l2l4l3ABDCl1l2l4l3BDAAB C Dl1l2l4l33421llll运动副A成为周转副的条件：22 铰链四杆机构有整转副的条件一、铰链四杆机构运动副A A成为周转副的条件为：3241lll

10、l3421llll2431llll31ll 21ll 41ll u最短杆与最长杆的长度和小于等于其余两杆长度和杆长条件；u组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆。 同理，运动副B所铰接的两个构件有一个为最短构件，且满足杆长条件，B也为周转副。推论：四杆机构满足杆长条件时，其最短杆两端均为周转副。Cl1l2l4l3ABD22 铰链四杆机构有整转副的条件链铰四杆机构曲柄存在条件为： lmin+lmax l余1+l余2； 最短杆为机架或连架杆。Cl1l2l4l3ABD若lmin+lmax其余两杆长度和最短杆为机架双曲柄机构最短杆的邻杆为机架曲柄摇杆机构最短杆的对边为机架双摇杆机构N，无整转副Y，存在整

11、转副22 铰链四杆机构有整转副的条件 若为平行四边形机构，则不论取哪个构件为机架，均为双曲柄机构。22 铰链四杆机构有整转副的条件14lel二、导杆机构若A、 D整周转动，应满足：BClDCl14为最短杆4l14lBCDCl22 铰链四杆机构有整转副的条件CBA4lDe1l一、急回特性和行程速比系数一、急回特性和行程速比系数 当主动曲柄等速转动时，作往复运动的从动件，在工作行程有较慢的平均速度，而在回程有较快的平均速度。23 平面四杆机构的特性C1且21tt 21 12vv ABCDA2B2CD123421B1C1 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 1=C，当曲柄转动一周，曲柄与连杆共线两次，摇杆处于

12、两极限位置。曲柄摇杆工作行程回程1B12B2B1B21t2t21CC21CC 1 1一、急回特性和行程速比系数一、急回特性和行程速比系数23 平面四杆机构的特性1211tCCv 2212tCCv 摇杆处于极限位置时曲柄之间所夹锐角。 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 1=C，当曲柄转动一周，曲柄与连杆共线两次，摇杆处于两极限位置。C1且21tt ABCDA2B2CD21B1C1定义：（角）速度输出构件工作行程平均）速度输出构件回程平均（角K12vv 21tt21 180180K行程速比系数行程速比系数 K11180 KK180180 1 1123423 平面四杆机构的特性21 12vv 121221/

13、tCCtCC 极位夹角极位夹角 31K一般为锐角， 原动件等速整周转动； 输出构件往复运动； 0。K2v100K，10K，急回=0180180KA2B2CD123421B1C1 1 1机构输出构件具有急回特性的条件：A2B2CD123411B1C2 1 123 平面四杆机构的特性e1l2lABC1l2lABC偏置曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构10K，abABC1l2lA1B1C2B2CeabABCeA1B1C1l2l2B2CH曲柄滑块机构曲柄滑块机构 1 1工作行程23 平面四杆机构的特性摆动导杆机构摆动导杆机构AB1l4lD 0 K1 0 K1 23 平面四杆机构的特性FnFtF 1)压力角压

14、力角：不计摩擦时，从动件受力方向与受力点绝对速度方向之间所夹锐角。FsinFFncosFFt-径向分力，Fn，运动副摩擦-切向分力，有效分力，推动CD杆转动。tF在机构运动过程中是变化的。2)传动角传动角：受力与受力点绝对速度垂直之间所夹锐角。90设计时应满足： min 5040 在什么位置？minABCDv三、四杆机构的压力角和传动角三、四杆机构的压力角和传动角23 平面四杆机构的特性ABCDFvFvmin的位置的位置：令连杆与摇杆的夹角为，如图：时，90时，90180)2)(cos3221423221minllllll)2)(cos3221423221maxllllll若90maxminm

15、in若90max)180min(maxminmin，abcdabcdABCDABCDminAB C Dmax共线位置之一。出现在曲柄与机架两次结论：min1l2l3l4l1l2l3l4l23 平面四杆机构的特性 摇杆为主动件，且连杆与曲柄两次共线时，有：此时机构不能运动，称此位置为：定义：090，0tFFF“死点”克服的方法：安装飞轮，利用惯性克服死点（例如：内燃机、缝纫机）多个机构错位排列（例如：火车车轮）12四、死点位置四、死点位置23 平面四杆机构的特性FAEDGBCABEFDCG动画演示火车23 平面四杆机构的特性ABDC飞机起落架ABCD =0F(3)死点的利用：例如：飞机起落架、夹

16、具等。23 平面四杆机构的特性工工件ABCD1234P夹具ABCD1234工件PQ =0=023 平面四杆机构的特性 一、连杆机构设计的基本问题一、连杆机构设计的基本问题 机构选型根据给定的运动要求选择机构的类型；尺度综合确定各构件的尺度参数(长度尺寸)。 同时要满足其他辅助条件：a)结构条件（如要求有曲柄、杆长比恰当、运动副结构合理等）;b)动力条件（如min）;c)运动连续性条件等。24 平面四杆机构的设计1 1、设计的设计的内容：内容：24 平面四杆机构的设计2 2、设计问题的类型：、设计问题的类型：实现预定的运动规律 要求两连架杆的转角满足函数 y=logxABCDxy=logx24

17、平面四杆机构的设计要求满足连杆的预定位置如：造型机翻转机构24 平面四杆机构的设计搅拌机CBADE要求连杆上E点的轨迹为一条卵形曲线实现预定的运动轨迹24 平面四杆机构的设计钢材输送机ABCDE14325 6E 二、按给定的行程速比系数二、按给定的行程速比系数K设计设计1、曲柄摇杆机构、曲柄摇杆机构计算已知：摇杆CD长，摆角 及K任取一点D，作摇杆CD的两极限位置，夹角为 ；作C2PC1C2，作P C1C2的外接圆，AC1C2D步骤：11180KK90P24 平面四杆机构的设计 C2C1D A分析：K ， 关键是求满足 角的A点9021PCC作C1P使则A点必在此圆上。13有无穷多解FG注意注

18、意: : A点不能选在FG劣弧段上,否则机构将不满足运动连续性条件。E 选定A，设曲柄为l1，连杆为l2，则:或作图：以A为圆心，AC2为半径作弧交AC1于E，得： C1C2D90P122llAC121llAC2211ACACl24 平面四杆机构的设计B1 C2C1D AB22l113l1=EC1/ 2 l2 = AC1EC1/ 2 2212ACAClA一、按给定的行程速比系数一、按给定的行程速比系数K设计设计1、曲柄摇杆机构、曲柄摇杆机构已知：摇杆CD长，摆角 及K步骤：分析：K ， 关键是求满足 角的A点 C1C2D90P24 平面四杆机构的设计13作求A的辅助圆，有无穷多解。B1B2 A

19、已知机架的长度l4要求 minmin min A点选在C1G、 C2F两弧段上，则当A向G(F)靠近时，机构的最小传动角将随之减小而趋向零，故A应适当远离G(F)点较为有利。 利用其他辅助条件确定A，得到其中一解，例：2l1FG检验条件（校核条件） 分隔17一、按给定的行程速比系数一、按给定的行程速比系数K设计设计1、曲柄摇杆机构、曲柄摇杆机构已知：摇杆CD长，摆角 及K步骤：分析：K ， 关键是求满足 角的A点2、曲柄滑块机构、曲柄滑块机构已知：K，滑块行程H，偏距e。计算:作C2 C1 H 作 射 线 C2O 使C1C2O=90 , 以O为圆心，C1O为半径作圆。以A为圆心，AC2为半径作

20、弧交于E,得：作射线C1O使C2C1 O=90。 作偏距线e，交圆弧于A，即为所求。11180KK步骤：24 平面四杆机构的设计H90o902eAE211ECl 2112ECACl1B2B分析：K，关键是求满足 角的A点C2C1H 2C1CAmn = = D3、导杆机构、导杆机构分析：由于 与导杆摆角 相等，设计此 机构时，仅需要确定曲柄a。 计算 任选D作mDn ， 取A点，使得AD=l4，则 : l1=l4sin( /2)。 Al4作角平分线；已知：机架长度d，K，设计此机构。步骤：11180KK24 平面四杆机构的设计DA 若已知曲柄l1，则作mD的垂线AB=l1 ， 则 : l4= l1/sin( /2)。Bl1B3C324 平面四杆机构的设计二二、按给定连杆位置设计按给定连杆位置设计四杆机构四杆机构已知活动铰链中心的位置(由B、C（动点）求A、D（定点）B1C1B2C2分析：A点是Bi点的轨迹中心D点是Ci点的轨迹中心步骤：连接B1B2，作中垂线连接B2B3，作中垂线相交得A A点AD同理作Ci点的中垂线求得D点。方法：作垂直平分线（中垂线）？ACBD24 平面四杆机构的设计C2AD若给定连杆三个位置，有唯一解；若C1、C2、C3位于一