ch6平面连杆机构

1、第六章第六章 平面连杆机构平面连杆机构61 平面连杆平面连杆机构的类型及应用机构的类型及应用63 平面连杆机构的传力特性平面连杆机构的传力特性62 平面连杆机构的运动特性与运动分析平面连杆机构的运动特性与运动分析64 平面四杆的运动设计平面四杆的运动设计 由若干刚性构件用低副联接而成的由若干刚性构件用低副联接而成的机构机构称为连杆机构称为连杆机构6 61 1 平面连杆机构的类型及应用平面连杆机构的类型及应用连杆机构可分为连杆机构可分为 空间连杆机构空间连杆机构和和 平面连杆机构平面连杆机构空间连杆机构空间连杆机构平面连杆机构平面连杆机构一、平面四杆机构的基本型式一、平面四杆机构的基本型式平面连

2、杆机构的基本型式是平面连杆机构的基本型式是铰链四杆机构铰链四杆机构其余四杆机构均是由铰链四杆机构演化而成的其余四杆机构均是由铰链四杆机构演化而成的二二 杆杆三杆三杆, , 不可能运动不可能运动. .铰链四杆机构：铰链四杆机构：结构特点：结构特点：四个运动副均为转动副四个运动副均为转动副组成：组成：机架、连架杆、连杆、机架、连架杆、连杆、机架：机架：固定不动的构件固定不动的构件ADAD连架杆：连架杆：直接与机架相连的构直接与机架相连的构件件ABAB、CDCD连杆：连杆：不与机架相连的构件不与机架相连的构件BCBC曲柄：曲柄：能作整周转动的连架杆能作整周转动的连架杆摇杆：摇杆：不能作整周转动的连架

3、杆不能作整周转动的连架杆1B2C31B2C34AD连杆连杆连架杆连架杆连架杆连架杆机架机架1234ABCD曲柄曲柄摇杆摇杆( (摆杆摆杆) )( (周转副周转副) )( (摆转副摆转副) )曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构结构特点：结构特点：连架杆连架杆1 1为曲柄，为曲柄，3 3为摇为摇杆杆运动变换：运动变换：转动转动摇动摇动举例：举例：搅拌器机构、搅拌器机构、雷达天线机构雷达天线机构1234 铰链四杆机构铰链四杆机构机架机架连架杆连架杆曲柄曲柄连架杆连架杆摇杆摇杆连杆连杆周转副周转副周转副周转副摆转副摆转副摆转副摆转副 1 1、曲柄摇杆机构、曲柄摇杆机构二、铰链四杆机构的分类和应用实例二、铰链四杆

4、机构的分类和应用实例颚式破碎机颚式破碎机缝纫机脚踏板机构缝纫机脚踏板机构跑步机跑步机 2 2、双曲柄机构、双曲柄机构车门开闭机构车门开闭机构摄影平台升摄影平台升降机构降机构惯性筛机构惯性筛机构机车车轮驱动机构机车车轮驱动机构 双曲柄机构双曲柄机构结构特点：二连架杆均为曲柄结构特点：二连架杆均为曲柄运动变换：转动运动变换：转动转动，通常二转速不相等转动，通常二转速不相等举例：振动筛机构举例：振动筛机构特殊双曲柄机构特殊双曲柄机构平行四边形机构平行四边形机构结构特点：结构特点：二曲柄等速二曲柄等速运动不确定问题运动不确定问题车门开闭机构车门开闭机构反平行四边形机构反平行四边形机构结构特点：结构特点

5、：二曲柄转向相反二曲柄转向相反 3 3、双摇杆机构、双摇杆机构双摇杆机构双摇杆机构 结构特点：结构特点：二连架杆均二连架杆均为摇杆为摇杆运动变换：运动变换：摆动摆动摆动摆动举例举例: : 鹤式起重机鹤式起重机风扇摇头风扇摇头特殊机构特殊机构等腰梯形机构等腰梯形机构实例实例: : 汽车前轮转向机构汽车前轮转向机构三、平面连杆机构的演化所有的四杆机构都是由四杆机构的基本形式演化来得。所有的四杆机构都是由四杆机构的基本形式演化来得。1 1、改变运动副的类型、改变运动副的类型改变运动副类型改变运动副类型转动副变成移动副转动副变成移动副e改变构件改变构件相对尺寸相对尺寸改变构件相对尺寸改变构件相对尺寸e

6、0偏置曲柄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1B24AC3对心式曲柄滑块机构对心式曲柄滑块机构 变变2,32,3构件形状构件形状r 1B4A32C 正弦机构正弦机构ss=lABsin2C33C2r1B4A2 2、改变运动副的尺寸、改变运动副的尺寸对心式曲柄滑块机构对心式曲柄滑块机构1B24AC3h=2lAB偏心轮机构偏心轮机构4C231BA B B副扩大副扩大3 3、选不同构件作机架、选不同构件作机架A41A4曲柄滑块机构曲柄滑块机构1B2C32 2作机架作机架3B2C曲柄摇块机构曲柄摇块机构 液压驱动筒液压驱动筒车箱举升机构车箱举升机构1BA21BA2AA41B2C3曲

7、柄滑块机构曲柄滑块机构1B24C3移动导杆机构移动导杆机构. .C41BA21BA21BA23手动唧筒机构手动唧筒机构3 3作机架作机架应用应用C234C234A41B2C3曲柄滑块机构曲柄滑块机构作机架作机架 A41B2C3导杆机构导杆机构C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234转动导杆机构转动导杆机构l lBCBC l lABAB，导杆导杆ACAC整周转动整周转动C234C234C234C234AB123C4l lBCBC l L( L(其余两杆长度之和其余两杆长度之和) )时时 双摇杆机构双摇杆机构ABCDabcdABCDabcd例：例：a

8、=120mma=120mm，b=280mmb=280mm，c=360mmc=360mm，ADAD为机架，为机架，求求d d的取值范围。的取值范围。（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。解解（1 1）最短杆为连架杆，且满足杆长条件）最短杆为连架杆，且满足杆长条件a a）d d为最长杆，为最长杆，dc=360mm,dc=360mm, a+db+c a+db+c，db+c-a=520mm,db+c-a=520mm, 360mmd520mm 360mmd520mmb b） c c为最长杆，为最长杆，120mmd360mm120

9、mmd360mm， a+cb+da+cb+d，da+c-b=200mmda+c-b=200mm，200mmd360mm200mmd360mm机构为曲柄摇杆机构时，机构为曲柄摇杆机构时， d d的取值范围是：的取值范围是：200mmd520mm200mmd520mmABCDabcd例：例：a=120mma=120mm，b=280mmb=280mm，c=360mmc=360mm，ADAD为机架，为机架，求求d d的取值范围。的取值范围。（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。解：（解：（2 2）最短杆为机架，且满足杆长条件）

10、最短杆为机架，且满足杆长条件d120mmd120mm，d+ca+bd+ca+b，da+b-c=40mmda+b-c=40mm，机构为双曲柄机构时，机构为双曲柄机构时， d d的取值范围是：的取值范围是：0d40mm0d40mm（3 3）机构为双摇杆机构时，）机构为双摇杆机构时， d d的取值范围是：的取值范围是： 40mmd200mm 40mmd520mmd520mm。又据多边形封闭原则又据多边形封闭原则:da+b+c=760:da+b+c=760所以所以d d的取值范围是：的取值范围是： 40mmd200mm 40mmd200mm 或或 520d760mm520d t2 , v2 v1u 急

11、回急回特性特性u 行程速度变化系数行程速度变化系数 K K02122110112122/180/180vC CttKvC Ctt急回特性的应用例急回特性的应用例慢慢快快K=1, =0,K=1, =0,无急回特性无急回特性牛头刨工作要求牛头刨工作要求180180K11180KKWR摇杆工作行程平均速度摇杆空回行程平均速度K2 2、急回特性、急回特性设曲柄匀速转动设曲柄匀速转动急回特性的应用举例急回特性的应用举例aBbACa)aBbACeb)aBbACec)d)aCABb0a+bC2b-aC1a+bC2b-aC1C2C2问题讨论：下列机构有无急回特性？问题讨论：下列机构有无急回特性？若有，标出极位

12、夹角若有，标出极位夹角 。一、一、 压力角和传动角压力角和传动角FVScosSFW压力角：压力角：力力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 传动角：传动角：压力角的余角压力角的余角称为传动角称为传动角cosSFW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小，作功越小，作功W W越大越大 压力角是机构传力性能的一个重要指标，它是力的利用压力角是机构传力性能的一个重要指标，它是力的利用率大小的衡量指标。率大小的衡量指标。FcosFFtsinFFn有效分力有效分力有害分力有害分力906 63 3 平面连杆机构的传力特性平面连杆机构的传力

13、特性ABCDabcdFFtFncVminmax90曲柄摇杆机构的压力角：曲柄摇杆机构的压力角：设连杆与摇杆夹角为设连杆与摇杆夹角为9090180ABCDabcdFFtFncVminmax min min 的位置的位置： 曲柄与机架两共线位置之一曲柄与机架两共线位置之一最小传动角最小传动角位置位置对对 min min 的要求的要求： min min 40 40大功率机械：大功率机械： min 50二、机构的死点位置二、机构的死点位置 所谓死点位置就是指从动件的传动角等于零或者压力所谓死点位置就是指从动件的传动角等于零或者压力角等于角等于9090 时机构所处的位置。即从动杆与连杆重合的位时机构所处

14、的位置。即从动杆与连杆重合的位置置1. 1. 死点位置死点位置Dabd1B2B1C2CccabABC如何确定机构的如何确定机构的死点位置？死点位置？分析分析B B、C C点的压力角点的压力角死点位置的危害死点位置的危害：机构或顶死，而不能运动；机构或顶死，而不能运动； 或出现运动不确定。或出现运动不确定。u 死点：机构运动时出现传动角死点：机构运动时出现传动角 =0 =00 0 的位置。的位置。B1C1B2C24ABCD231Pv=00Pv=00B1C=00C2B2=00u 克服死点的措施克服死点的措施 利用惯性力利用惯性力 相同机构错位排列相同机构错位排列GGEFEF蒸汽机车车轮联动机构蒸汽

15、机车车轮联动机构BAC摇杆为主动件摇杆为主动件滑块为主动件滑块为主动件曲柄摇杆机构（曲柄为主动件）曲柄摇杆机构（曲柄为主动件）无死点存在无死点存在DABCMBvBFCFCvC0BABMFB因为连杆与摇杆不会重合因为连杆与摇杆不会重合曲柄摇杆机构（曲柄摇杆机构（摇杆为主动件摇杆为主动件）ABAB与与BCBC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Dabd1B2B1C2CccabABC曲柄滑块机构（曲柄滑块机构（曲柄为主动件曲柄为主动件）eABCMBFBvCFCvABMFB0BC无死点存在无死点存在曲柄滑块机构（曲柄滑块机构（滑块为主动件滑块为主动件）有死点存在有死点存在eABB

16、CC2. 2. 死点位置的应用死点位置的应用飞机起落架飞机起落架夹具夹具飞机起落架机构飞机起落架机构=00折叠家具机构折叠家具机构=00火车轮火车轮3. 3. 避免死点位置的危害避免死点位置的危害加虚约加虚约束的平束的平行四边行四边形机构形机构minaBbACeb)aBbACa)Abb minmin标出下列机构在图示位置的压力角标出下列机构在图示位置的压力角 传动传动 及最小传动角及最小传动角 minmin. .c)aCABbvP, 00; 900.ababemnmaxminmax6 64 4 平面四杆机构的运动设计平面四杆机构的运动设计一、四杆机构设计的基本问题一、四杆机构设计的基本问题)(

17、13f1301031234 1) 1) 满足预定的运动规律要求满足预定的运动规律要求: : 要求原要求原动件运动规律一定的条件下，从动件满动件运动规律一定的条件下，从动件满足预定的运动规律要求。（解析法、图足预定的运动规律要求。（解析法、图解法）解法）2) 2) 满足预定的轨迹要求满足预定的轨迹要求: : 要求连杆上某要求连杆上某些点的轨迹能符合预些点的轨迹能符合预 定的要求，称为轨迹定的要求，称为轨迹机构设计。（实验法、解析法）机构设计。（实验法、解析法）图解法思路：图解法思路：（4 4）利用其他辅助条件完成设计。）利用其他辅助条件完成设计。（3 3）利用几何关系寻找问题的关键；）利用几何关

18、系寻找问题的关键；（2 2）将运动条件转化为几何条件；）将运动条件转化为几何条件；（1 1）将已知的几何条件尽可能画出；）将已知的几何条件尽可能画出；二图解法设计四杆机构设计二图解法设计四杆机构设计IIIIII1. 1. 按给定连杆位置设计四杆机构按给定连杆位置设计四杆机构1) 1) 刚体作连杆，刚体作连杆， 选定其上二选定其上二 活动铰链，活动铰链， 即定连杆长即定连杆长 l lBCBC，定比例，定比例 尺尺 l l作图作图；2) 2) 活动铰链相活动铰链相 对于固定铰对于固定铰 链的运动轨链的运动轨 迹为圆；迹为圆；要点要点3) 3) 用三点定心用三点定心 法确定二固法确定二固 定铰链定铰

19、链D,CD,C。B1B2B3C2C3C14) 4) 计算待求杆长计算待求杆长lAB=AB l m;lCD=CD l m;lAD=AD l m;)(mmmBClBClDA问题讨论问题讨论: :u 连杆尺寸及三个位置确定后有唯一解；连杆尺寸及三个位置确定后有唯一解；u 二位置设计，无穷解。二位置设计，无穷解。可添加其它条件，可添加其它条件， 如机构尺寸传动角大小有无曲柄等。如机构尺寸传动角大小有无曲柄等。u 四个位置设计，四个位置设计，BCBC不能任意选定。但总不能任意选定。但总 可以在连杆上找到一些点。可以在连杆上找到一些点。u五个位置设计，可能有解，可能无解。五个位置设计，可能有解，可能无解。

20、BCDAC21CB12B122 2、 按急回特性要求设计四杆机构按急回特性要求设计四杆机构AeB2B1C12C慢行程121CB1B2A12u 工程要求：设计满足给定的行程速比系数工程要求：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u 要点：掌握极位夹角及其与要点：掌握极位夹角及其与K K的关系的关系111800KKu 思路：思路：A, CA, C1 1, C, C2 2三点所在圆和三点所在圆和 角之关系。角之关系。给定摇杆长，从动件行程给定摇杆长，从动件行程900- u 问题：问题：A CA C1 1, AC, AC2 2, AB, BC, AB, BC长度长度 关系。关系。AC1=

21、BC-ABAC2=BC+ABAB=(AC2-AC1)2根据条件，只有根据条件，只有D, D, C C1 1, , C C2 2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/)(12ACACallAB900- r=B2C2r=EFu 作图方法作图方法B2C2o已知：摇杆已知：摇杆l lCDCD, ,摇杆摆角摇杆摆角 , K, K。求曲柄摇杆机构其它三杆长求曲柄摇杆机构其它三杆长度度l lABAB, l, lBCBC, l, lADAD。比例尺比例尺)(mmmCDlCDlC1DAEFBC未知杆长未知杆长lAB = AB ul mmlBC =

22、 BC ul mmlAD = AD ul mm 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，要检有其它条件，如最小传动角要求时，要检验最小传动角。验最小传动角。 无穷多解为简单解析计算提供了机会。如确定无穷多解为简单解析计算提供了机会。如确定A A点一个特殊位置，用点一个特殊位置，用 ACAC1 1C C2 2求解求解。B1B2C21） 给定给定 K、 、LCD、机架长机架长LADABCD O2 2 180K- -1K+ +1 分析分析.900 - - B1ADC1C2DC1900 - - 2 2 OAEBCAC1=BC- -ABAC

23、2=BC+ +ABAB = AC2- -AC12BC = AC2+AC12曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 ABCDABCD 为所求为所求. . 设计设计以以 L =作图作图. .lAB= LAB = 、 lBC= LBC = . 1800 =K- -1K+ +1900- 已知：滑块行程已知：滑块行程H, H, 行程速比系数行程速比系数K K思路：思路：C1C2c12111800KKo从动件受力点从动件受力点二极限位置二极限位置C C1 1C C2 2与曲柄回转中心与曲柄回转中心A A所在之圆。所在之圆。作法同曲柄摇杆机构作法同曲柄摇杆机构有偏距有偏距e e要求时，解数受限。要求时，解数受限。 按急回

24、特性设计曲柄滑块机构按急回特性设计曲柄滑块机构C1C2S2 2 按给定的按给定的 K K、S S 值值, ,设计曲柄滑块机构设计曲柄滑块机构SADBCee若给定若给定 K、S、e .AB = AC2- -AC12BC = AC2+AC12思路：思路：111800KK 已知：机架长已知：机架长lAC, 行程速比系数行程速比系数KB1B2特点：特点：DA 按急回特性设计导杆机构按急回特性设计导杆机构221ADBADB小结小结: :u 曲柄存在条件曲柄存在条件 杆长条件杆长条件 最短杆条件最短杆条件u 急回特性急回特性 极位夹角极位夹角 行程速度变化系数行程速度变化系数1. 运动特性运动特性u 压力角和传动角压力角和传动角u 死点死点2. 传力特性传力