机械基础第九章平面连杆机构ppt课件

1、L/O/G/O第二部分第二部分( (第九章第九章) )平面连杆机构平面连杆机构机械基础机械基础9-1 平面连杆机构概述平面连杆机构概述 9-2 铰链四杆机构铰链四杆机构9-3 其他平面连杆机构其他平面连杆机构9-1 平面连杆机构概述平面连杆机构概述（Planar Linkage）连杆机构：各构件间均以低副转动副、移动副、连杆机构：各构件间均以低副转动副、移动副、球面副、圆柱副等相连接的机构称为连杆机构，球面副、圆柱副等相连接的机构称为连杆机构，也叫低副机构。也叫低副机构。平面机构：各构件的相对运动平面互相平行常用平面机构：各构件的相对运动平面互相平行常用的机构大多数为平面机构）。的机构大多数为

2、平面机构）。空间机构：至少有两个构件能在三维空间中相对运空间机构：至少有两个构件能在三维空间中相对运动。动。平面连杆机构分为四杆机构和多杆机构。平面连杆机构分为四杆机构和多杆机构。铰链四杆机构：铰链四杆机构： 全部用转动副相连的平面四杆机构。它是平面全部用转动副相连的平面四杆机构。它是平面四杆机构的基本型式之一，其它型式的四杆机构可四杆机构的基本型式之一，其它型式的四杆机构可看作是在它的基础上通过演化而成的。看作是在它的基础上通过演化而成的。9-2 铰链四杆机构铰链四杆机构（Four - bar linkages）机架：机构的固定构件；机架：机构的固定构件；连杆：不直接与机架连接的构件；连杆：

3、不直接与机架连接的构件；连架杆：与机架用转动副相连接的构件；连架杆：与机架用转动副相连接的构件；连架杆可分为：连架杆可分为： 曲柄：能绕机架作整周转动的连架杆；曲柄：能绕机架作整周转动的连架杆； 摇杆：只能绕机架作小于摇杆：只能绕机架作小于360的某一角度摆动的的某一角度摆动的连架杆。连架杆。DABC摇摇杆杆机架机架摇杆摇杆连杆连杆双摇杆机构双摇杆机构DABC曲柄曲柄机架机架曲柄曲柄连杆连杆双曲柄机构双曲柄机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构DABC摇杆摇杆机架机架 曲柄曲柄连杆连杆在铰链四杆机构中，按连架杆能否作整周转动，在铰链四杆机构中，按连架杆能否作整周转动，可将铰链四杆机构分为：可将铰链四杆机

4、构分为：一、曲柄摇杆机构一、曲柄摇杆机构二、双曲柄机构二、双曲柄机构三、双摇杆机构三、双摇杆机构曲柄存在的条件曲柄存在的条件1、整转副：、整转副：2、整转副存在的条件：、整转副存在的条件：两构件能相对转动两构件能相对转动360的转动副。的转动副。取决于各杆的长度。取决于各杆的长度。l1Al4l2l3CBDBC BC 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构分析：若分析：若l1能绕能绕A整周相对转动，则存在两个特殊位置。整周相对转动，则存在两个特殊位置。在在AC D中有：中有：l4 (l2 l1)l3 l3 (l2 l1)l4l1l4 l2l3 （1）l1l3 l2l4 （2）l1l2 l4l3 （3）在在AC

5、 D中有：中有：将将1）、（）、（2）、（）、（3式两两相加，得到以下关系式：式两两相加，得到以下关系式：l1 l2，l1 l3，l1 l4以上关系表明以上关系表明 l1 为最短杆。为最短杆。曲柄存在的条件：曲柄存在的条件： （1杆长之和条件：最短杆与最长杆长度之和小于或杆长之和条件：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和。等于其它两杆长度之和。（2最短杆条件：连架杆和机架中必有一杆是最短杆。最短杆条件：连架杆和机架中必有一杆是最短杆。l1l4 l2l3 （1）l1l3 l2l4 （2）l1l2 l4l3 （3）留意：铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭多留意：铰链四杆机构必须满足四

6、构件组成的封闭多边形条件：最长杆的杆长边形条件：最长杆的杆长 其余三杆长度之和。其余三杆长度之和。你会判断由不同杆作机架时四杆机构属于你会判断由不同杆作机架时四杆机构属于哪种机构么？哪种机构么？ 方法如下方法如下双摇杆机构双摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双摇杆机构双摇杆机构双曲柄机构双曲柄机构cbda 以最短杆相邻杆为机架以最短杆相邻杆为机架以与最短杆相对的杆为机架以与最短杆相对的杆为机架以最短杆为机架以最短杆为机架NY)(dcbadcba长度、一、曲柄摇杆机构一、曲柄摇杆机构 两个连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆，两个连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆，则此铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。

7、则此铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。 曲柄曲柄1为原动件，作匀速转动；摇杆为原动件，作匀速转动；摇杆3为从动件，为从动件，作变速往复摆动。作变速往复摆动。曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构DABC摇杆摇杆机架机架 曲柄曲柄连杆连杆雷达天线俯仰机构雷达天线俯仰机构可以实现由曲柄的整周回转运动到摇杆往复摆动的可以实现由曲柄的整周回转运动到摇杆往复摆动的运动转换。运动转换。 搅拌机搅拌机可以实现由曲柄的整周回转运动到摇杆往复摆动的可以实现由曲柄的整周回转运动到摇杆往复摆动的运动转换。运动转换。 汽车车窗雨刷机构汽车车窗雨刷机构缝纫机缝纫机二、双曲柄机构二、双曲柄机构两个连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构

8、。两个连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。双曲柄机构双曲柄机构DABC曲柄曲柄机架机架曲柄曲柄连杆连杆双曲柄机构双曲柄机构惯性筛工作机构惯性筛工作机构 从动曲柄从动曲柄3与主动曲柄与主动曲柄1的长度不同，故当主动曲柄的长度不同，故当主动曲柄1匀速回转一匀速回转一周时，从动曲柄周时，从动曲柄3作变速回转一周，机构利用这一特点使筛子作变速回转一周，机构利用这一特点使筛子6作作加速往复运动，提高了工作性能。加速往复运动，提高了工作性能。 1、曲柄、曲柄1为原动件，作等角速转动；从动件曲柄为原动件，作等角速转动；从动件曲柄3也以相也以相同角速度转动。同角速度转动。特例：平行双曲柄机构，其相对两

9、杆平行且相等。特例：平行双曲柄机构，其相对两杆平行且相等。2、当四个铰链中心处于同一直线上时，将出现运动不确、当四个铰链中心处于同一直线上时，将出现运动不确定状态。定状态。B2C2AB1C1D123B3C3C3 为了消除这种运动不确定状态为了消除这种运动不确定状态, ,可在主、从动曲可在主、从动曲柄上错开一定角度再安装一组平行四边形机构。柄上错开一定角度再安装一组平行四边形机构。ABCD123B1C1BCC1B1BC机车驱动轮联动机构机车驱动轮联动机构三、双摇杆机构三、双摇杆机构两个连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。两个连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。双摇杆机构双摇杆机构

10、DABC摇摇杆杆机架机架摇杆摇杆连杆连杆双摇杆机构双摇杆机构起重机吊臂结构起重机吊臂结构 ABCD构成双摇杆机构，构成双摇杆机构，AD为机架，在主动摇杆为机架，在主动摇杆AB的驱动下，的驱动下，随着机构的运动连杆随着机构的运动连杆BC的外伸端点的外伸端点E获得近似直线的水平运动获得近似直线的水平运动EE），使吊重），使吊重Q能作水平移动，大大节省了移动吊重所能作水平移动，大大节省了移动吊重所需要的功率。需要的功率。 飞机起落架机构飞机起落架机构 （1机构的急回运动特性：机构的急回运动特性：四、曲柄摇杆机构的一些主要特性：四、曲柄摇杆机构的一些主要特性：摆角摆角 C1C2DAB1B2B 1C 2

11、 1 2 , t1 t2 , 1 180 曲柄转角曲柄转角 2 180 C1C2C2C1铰链铰链C的平均速度：的平均速度：v1 v2 它表明摇杆具它表明摇杆具有急回运动特性。有急回运动特性。慢行程慢行程快行程快行程 v1= / t1C1C2v2= / t2C1C2急回运动特性可用行程速比系数或行程速度变化急回运动特性可用行程速比系数或行程速度变化系数系数K 表示：表示：曲柄摇杆机构的极位夹角曲柄摇杆机构的极位夹角 越大，越大，K 值越大，急回运值越大，急回运动的性质越显著。动的性质越显著。 =0、 K =1时，无急回特性。时，无急回特性。 极限夹角计算公式：极限夹角计算公式：式中式中 为摇杆处

12、于两极限位置时，对应的曲柄所夹为摇杆处于两极限位置时，对应的曲柄所夹的锐角，称为极位夹角（的锐角，称为极位夹角（ C2AC1） 。11180 180180212112121212tttCCtCCvv1原动件作等角速整周转动；原动件作等角速整周转动；2输出件具有正、反行程的往复运动；输出件具有正、反行程的往复运动；3极位夹角极位夹角 0。（2压力角和传动角压力角和传动角ABCD Fvca、机构压力角、机构压力角:在在不计摩擦力、惯性不计摩擦力、惯性力和重力的条件下，力和重力的条件下，机构中驱使输出件机构中驱使输出件运动的力与输出件运动的力与输出件上受力点的速度方上受力点的速度方向间所夹的锐角，向

13、间所夹的锐角，称为机构压力角，称为机构压力角，通常用通常用 表示。表示。ABCD vc FF1F2通常用通常用 表示：表示： 90 F1为有效分力；为有效分力；F1 = Fcos； ，F1 在连杆设计中，为度量方便，习惯用传动角在连杆设计中，为度量方便，习惯用传动角 来来判断机构传力性能。判断机构传力性能。 F1，机构传力性，机构传力性能越好；反之，机构传力越费劲，传动效率越低。能越好；反之，机构传力越费劲，传动效率越低。 ，连连杆和从杆和从动摇动摇杆之杆之间间所所夹夹的的锐锐角。角。 min min ； = 40 = 40 50 50 ； 为许为许用用传动传动角角曲柄曲柄摇摇杆机构的最小杆机

14、构的最小传动传动角角 minmin出出现现在曲柄与机架在曲柄与机架共共线线即曲柄即曲柄转转角角 = 0 = 0 或或 = 180 = 180 ）的位置。）的位置。 机构运转时，传动角机构运转时，传动角 是变化的，为了保证机是变化的，为了保证机构的正常工作，机构的传动角作出如下规定。构的正常工作，机构的传动角作出如下规定。（3死点位置：（主动件条件）死点位置：（主动件条件） 在不计构件的重力、惯性力和运动副中的摩擦阻在不计构件的重力、惯性力和运动副中的摩擦阻力的条件下力的条件下: 当摇杆为主动件，连杆和曲柄共线时，过铰链中当摇杆为主动件，连杆和曲柄共线时，过铰链中心心A的力，对的力，对A点不产生

15、力矩，不能使曲柄转动，机点不产生力矩，不能使曲柄转动，机构的这种位置称为死点位置构的这种位置称为死点位置 。DABCFBDACF 机构停在死点位置，不能起动。运转时，靠惯性机构停在死点位置，不能起动。运转时，靠惯性 冲过死点。冲过死点。缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构工件夹紧机构工件夹紧机构 利用死点实例利用死点实例曲柄摇杆机构是否一定具有急回特性？曲柄摇杆机构是否一定具有急回特性？是否肯定有死点位置？是否肯定有死点位置？1.曲柄为原动件，当机构有极位夹角时，就有急回特曲柄为原动件，当机构有极位夹角时，就有急回特性；性； =0、K=1时，无急回特性。时，无急回特性。2.存在死点位置的标志是：连杆与

16、从动件共线。存在死点位置的标志是：连杆与从动件共线。 摇杆为原动件，有摇杆为原动件，有2个死点位置；个死点位置； 曲柄为原动件，没有死点位置，因为此时连杆与从曲柄为原动件，没有死点位置，因为此时连杆与从动杆不会共线。动杆不会共线。【设计实例】如图示的加热炉门启闭【设计实例】如图示的加热炉门启闭机构，图中机构，图中为炉门关闭位置，使用为炉门关闭位置，使用要求在完全开启后门背朝上水平放置要求在完全开启后门背朝上水平放置并略低于炉口下沿，见图中并略低于炉口下沿，见图中位置。位置。 解：把炉门当作连杆解：把炉门当作连杆BC，已知的两个位置，已知的两个位置B1C1和和B2C2 ，B和和C已成为两个铰点，

17、分别已成为两个铰点，分别作直线段作直线段B1B2、C1C2的平分线得的平分线得b12和和c12 ，另外两铰点另外两铰点A和和D就在这两根平分线上。为确就在这两根平分线上。为确定定A、D的位置，根据实际安装需要，希望的位置，根据实际安装需要，希望A、D两铰链均安装在炉的正壁面上即图中两铰链均安装在炉的正壁面上即图中yy位置，位置，yy直线分别与直线分别与b12、c12相交点相交点A和和D即为所求。即为所求。摇杆长摇杆长转动副转动副D 直线直线 滑块滑块摇杆摇杆3 移动副移动副曲柄滑块机构曲柄滑块机构一、曲柄滑块机构：一、曲柄滑块机构： 当曲柄摇杆机构中的摇杆为无限长时，即为曲当曲柄摇杆机构中的摇

18、杆为无限长时，即为曲柄滑块机构。具有一个移动副和三个转动副。柄滑块机构。具有一个移动副和三个转动副。9-3 其它平面连杆机构其它平面连杆机构(铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化)（Other Planar Linkages）曲柄滑块机构的应用曲柄滑块机构的应用内燃机内燃机 对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构e 称为偏距称为偏距e0，偏置曲柄滑块机构，偏置曲柄滑块机构e = 0，对心曲柄滑块机构，对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构AeB2C2慢行程慢行程 1 2 1B1C1（1曲柄滑块机构的行程曲柄滑块机构的行程C1、C2：曲柄与连杆两次共线时，滑块移动的两个极：曲柄与连杆两次共线时，滑块移动的两个极限位置。曲柄滑块机构同样具有急回特性。限位置。曲柄滑