第三章 平面连杆机构

1、3-1 3-1 铰链四杆机构的基本类型铰链四杆机构的基本类型3-2 3-2 铰链四杆机构存在曲柄的条件铰链四杆机构存在曲柄的条件3-3 3-3 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化3-4 3-4 平面四杆机构的运动设计平面四杆机构的运动设计第三章第三章 平面连杆机构平面连杆机构1 1、低副存在间隙，产生运动误差、低副存在间隙，产生运动误差2 2、不易精确实现复杂运动规律、不易精确实现复杂运动规律1 1、低副压力小，制造简单，制造精度较高、低副压力小，制造简单，制造精度较高2 2、实现转动、摆动和移动等运动形式转换、实现转动、摆动和移动等运动形式转换3 3、实现多种运动规律、实现多种运动规律平面

2、连杆机构主要优点：平面连杆机构主要优点：平面连杆机构主要缺点：平面连杆机构主要缺点：平面连杆机构：若干构件通过平面连杆机构：若干构件通过低副低副连接而成的机构。连接而成的机构。AD AD 机架机架ABAB、CD CD 连架杆连架杆BC BC 连杆连杆连架杆连架杆往复摆动往复摆动摇杆摇杆能整圈回转能整圈回转曲柄曲柄一、铰链四杆机构的基本类型及性质一、铰链四杆机构的基本类型及性质 A ADDC CB B3-1 3-1 四杆机构的基本类型及性质四杆机构的基本类型及性质由四个杆状构件及四个由四个杆状构件及四个转动副转动副组成。组成。一一、曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构特点：两连架杆一个是特点：两连架杆一个是

3、曲柄曲柄（主动、匀速）；一个是（主动、匀速）；一个是摇杆摇杆（摆动）（摆动） 调节雷达天线的俯仰角调节雷达天线的俯仰角缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构 汽车玻璃窗雨刷汽车玻璃窗雨刷搅拌器搅拌器最大摆角最大摆角:摇杆往复摆过的最大角摇杆往复摆过的最大角主动件：曲柄主动件：曲柄从动件：摇杆从动件：摇杆极位夹角极位夹角 ：从动件处于两个极位时，曲柄两位置之间的夹角：从动件处于两个极位时，曲柄两位置之间的夹角极位极位：从动件的两个极限位置：从动件的两个极限位置1 1、急回急回运动特性运动特性曲柄曲柄摇杆摇杆 180 ABAB121转转角角顺顺、匀匀 DCDC21摆摆摆角摆角 , 时间时间 t1 180 A

4、BAB212转转角角顺顺、匀匀DCDC12摆摆摆角摆角 , 时间时间 t2因因 1 1 2 2且曲柄匀速，所以，且曲柄匀速，所以，t t1 1 t t2 2 , , 速度速度 v v2 2 v v1 1 ，摇杆具有急回运动的，摇杆具有急回运动的特性。即曲柄匀速转动时特性。即曲柄匀速转动时, , 通常把摇通常把摇杆往复摆动速度快慢不同的运动称为杆往复摆动速度快慢不同的运动称为急回运动急回运动。180180212112121212tttcctccvvK四杆机构从动件四杆机构从动件快行程快行程平均速度与平均速度与慢行程慢行程平均速度的比值称平均速度的比值称为为行程速比系数行程速比系数，用，用 K K

5、 表示：表示：11180 KK（2 2）当）当 0 0，k 1k 1，机构有急回作用。，机构有急回作用。因此因此 （1 1）当）当 = 0= 0，k = 1k = 1，机构无急回作用。，机构无急回作用。连杆与摇杆所夹的锐角连杆与摇杆所夹的锐角 minmin4040 通常情况通常情况 大，传力性能好大，传力性能好 minmin5050 传递较大动力时传递较大动力时2 2、传动角、传动角 有效分量：有效分量：F Ft t=Fcos=Fcos 小，传力性能好小，传力性能好-是判定机构动力性能的一个指标是判定机构动力性能的一个指标1 1、压力角、压力角 ( (是对从动件而言）是对从动件而言）压力角压力

6、角 ：传动角传动角 : :2 2、传力特征、传力特征cvtFFnF从动件从动件受力方向受力方向与受力点线与受力点线速度方向速度方向之间所夹的锐角。之间所夹的锐角。 压力角的压力角的余角余角即连杆与从动件间所夹的锐角。即连杆与从动件间所夹的锐角。 P3 3、止点特征、止点特征摇杆为主动件摇杆为主动件，从动件传从动件传动角为动角为0 0或者压力角为或者压力角为9090时，即：连杆与曲柄时，即：连杆与曲柄两次共线两次共线时时，驱动力对从，驱动力对从动件的有效分力为零，动件的有效分力为零，称称此位置为此位置为“止点止点”或或“死死点点”。P脚踏缝纫机的停止现象脚踏缝纫机的停止现象克服止点：通常在从动件

7、轴上安装飞轮，利用克服止点：通常在从动件轴上安装飞轮，利用飞轮飞轮的惯性通过的惯性通过死点位置。如内然机、缝纫机等。死点位置。如内然机、缝纫机等。 利用止点进行工作利用止点进行工作：钻夹具钻夹具利用止点进行工作：飞机起落架利用止点进行工作：飞机起落架二、双曲柄机构二、双曲柄机构特点：特点： （1 1）两连架杆均为曲柄）两连架杆均为曲柄 （2 2）主动曲柄）主动曲柄匀速匀速转动转动 从动曲柄从动曲柄变速变速转动转动双曲柄机构应用：惯性筛双曲柄机构应用：惯性筛平行双曲柄机构的运动不确定性平行双曲柄机构的运动不确定性（1 1）两曲柄等长且平行，）两曲柄等长且平行， 1 1=2 2。当两曲柄共线时，有

8、可当两曲柄共线时，有可能成为反向双曲柄机构能成为反向双曲柄机构: : （2 2）解决办法：）解决办法：a.a.利用从动曲柄本身（或附加质量）的惯性来导向。利用从动曲柄本身（或附加质量）的惯性来导向。b b.在主、从动曲柄上错开移动角度再安装一组平行四边形机构。在主、从动曲柄上错开移动角度再安装一组平行四边形机构。c.c.增加第三个平行曲柄增加第三个平行曲柄（3 3）应用：）应用：机车联动机构机车联动机构三、双摇杆机构三、双摇杆机构1 1、特点：两连架杆都是摇杆、特点：两连架杆都是摇杆2 2、应用：、应用：汽车转向机构汽车转向机构摄影台升降机构摄影台升降机构3-2 3-2 四杆机构具有曲柄的条件

9、四杆机构具有曲柄的条件1 1、最短构件与最长构件的长度之和、最短构件与最长构件的长度之和大于大于其他两构件长度之其他两构件长度之和，所有运动副均为摆动副，均为双摇杆机构。和，所有运动副均为摆动副，均为双摇杆机构。2 2、最短构件与最长构件的长度之和、最短构件与最长构件的长度之和小于等于小于等于其他两构件长其他两构件长度之和，最短构件上两个转动副均为整转副。（可能存在曲度之和，最短构件上两个转动副均为整转副。（可能存在曲柄，再细分）柄，再细分）a.a.取最短构件为机架，机构为双曲柄机构取最短构件为机架，机构为双曲柄机构b.b.取最短构件任一相邻构件为机架，机构为曲柄摇杆机构取最短构件任一相邻构件

10、为机架，机构为曲柄摇杆机构c.c.取最短构件对面的构件为机架，机构为双摇杆机构取最短构件对面的构件为机架，机构为双摇杆机构例：试判断以下铰链四杆机构分别是何机构？例：试判断以下铰链四杆机构分别是何机构？双曲柄双曲柄曲柄摇杆曲柄摇杆双摇杆双摇杆曲柄摇杆曲柄摇杆双摇杆双摇杆例例1 1：在图中已知：在图中已知 l lBCBC =100mm, l =100mm, lCD CD =70mm, l=70mm, lADAD =50mm =50mm，ADAD为固定件。为固定件。（1 1）如果该机构能成为曲柄摇杆机构，且）如果该机构能成为曲柄摇杆机构，且AB AB 为曲柄，求为曲柄，求l lABAB的值的值（2

11、 2）如果该机构能成为双曲柄机构，求）如果该机构能成为双曲柄机构，求l lABAB ；（3 3）如果该机构能成为双摇杆机构，求）如果该机构能成为双摇杆机构，求l lABAB 。解：（解：（1 1）如果能成为曲柄摇杆机构，）如果能成为曲柄摇杆机构，l lABAB 20mm 20mm（2 2）如果能成为双曲柄机构，则应满足）如果能成为双曲柄机构，则应满足“最长杆与最短杆长最长杆与最短杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和，且杆度之和小于或等于其它两杆长度之和，且杆ADAD为最短杆为最短杆”。 a.a. 若若BCBC为最长杆，为最长杆， 80mml80mmlAB AB 100mm100mm b.b.

12、若若ABAB为最长杆，为最长杆，100mml100mmlABAB 120mm 120mm 综合：综合：80mml80mmlABAB 120mm 120mm（3 3）a.a. AB AB为最短杆，为最短杆，BCBC为最长杆为最长杆 20mml20mmlABAB 50mm 50mm b.b. AD AD为最短杆，为最短杆，BCBC为最长杆，则为最长杆，则 50mm l50mm lABAB 80mm 100 100时，时，AB AB 为最长杆，为最长杆，AD AD 为最短，为最短，l lABAB 120mm 120mm另外，另外，ABAB增大时，还应考虑到，增大时，还应考虑到，BCBC与与CDCD成

13、伸直共线时，成伸直共线时，需构成三角形的边长关系，即需构成三角形的边长关系，即: :l lAB AB ( l ( lBCBC + l + lCDCD ) + l ) + lADADl lAB AB 220 mm 220 mm则则 120 mm l120 mm lABAB 220 mm 220 mm综合以上情况，可得综合以上情况，可得l lAB AB 的取值范围为：的取值范围为： 20 mm l20 mm lABAB 80 mm 80 mm 120 mm l 120 mm lABAB 220 mm 220 mm一、演化方式一、演化方式3-3 3-3 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化1 1、改

14、变构件长度，转动副转化成移动副、改变构件长度，转动副转化成移动副2 2、改变销轴半径（、改变销轴半径（偏心偏心盘）盘）在曲柄滑块在曲柄滑块/ /摇杆机构中，若摇杆机构中，若曲柄曲柄ABAB很短，可将转动副很短，可将转动副B B的销轴的销轴半径扩大到超过曲柄半径扩大到超过曲柄ABAB长度，该圆盘称为偏心盘。长度，该圆盘称为偏心盘。偏心轮机构结构简单，偏心轮轴颈的强度和刚度大，且易于安装整体式连杆，偏心轮机构结构简单，偏心轮轴颈的强度和刚度大，且易于安装整体式连杆，广泛用于曲柄长度要求较短、冲击在和较大的机械中。广泛用于曲柄长度要求较短、冲击在和较大的机械中。 颚式破碎机颚式破碎机 3 3、改变机

15、架、改变机架1 1、曲柄滑块机构、曲柄滑块机构二二、常用演化机构常用演化机构4.4.是否有急回特性是否有急回特性1.1.偏心距偏心距e e2.2.滑块最大行程滑块最大行程H H3.3.是否有止点是否有止点曲柄滑块机构中，当将曲柄滑块机构中，当将曲柄改为机架曲柄改为机架时，就演化成导杆机构。时，就演化成导杆机构。 2 2、导杆机构、导杆机构回转导杆机构回转导杆机构 摆动导杆机构摆动导杆机构L L机架机架LLL蓝色蓝色YESYES，当曲柄导杆垂直时，当曲柄导杆垂直时，=。 摆动导杆机构是否具有急回特性？摆动导杆机构是否具有急回特性？应用应用：牛头刨床机构牛头刨床机构 简易刨床简易刨床画出图中各机构

16、的压力角，图中箭头构件为原动件。画出图中各机构的压力角，图中箭头构件为原动件。 (3)(3)定块机构定块机构曲柄滑块机构中，当将曲柄滑块机构中，当将滑块改为机架滑块改为机架时，就演化成定块机构。时，就演化成定块机构。 3 3、定块机构定块机构应用应用：移动导杆机构移动导杆机构 抽水唧筒抽水唧筒曲柄滑块机构中，当将曲柄滑块机构中，当将连杆改为机架连杆改为机架时，就演化成摇块机构。时，就演化成摇块机构。 4 4、摇块机构摇块机构应用应用泵泵5 5、偏心偏心盘机构盘机构（1 1）正切机构）正切机构6 6、双滑块机构、双滑块机构具有两个移动副的四杆机构具有两个移动副的四杆机构（2 2）正弦机构）正弦机

17、构（3 3）椭圆仪）椭圆仪椭圆仪椭圆仪曲柄移动导杆机构曲柄移动导杆机构 滑块联轴器滑块联轴器3-43-4 平面连杆机构的运动设计平面连杆机构的运动设计一般可归纳为两类问题：一般可归纳为两类问题：（1 1）按照）按照给定从动件的位置给定从动件的位置设计。如要求满足给定的行程设计。如要求满足给定的行程速度变化系数以实现预期的急回特性或实现连杆的几个预期速度变化系数以实现预期的急回特性或实现连杆的几个预期的位置。的位置。（2 2）按照）按照给定点的轨迹给定点的轨迹设计。如要求连杆上的某点具有特设计。如要求连杆上的某点具有特定的运动轨迹，如起重机中吊钩的轨迹为一水平直线等。定的运动轨迹，如起重机中吊钩

18、的轨迹为一水平直线等。用作图的方法从图上用作图的方法从图上直接量取直接量取得到运动的特征尺寸。得到运动的特征尺寸。要求：作图准确，按比例，细线条，保留作图线。要求：作图准确，按比例，细线条，保留作图线。一、图解法一、图解法特点：简单、直观、但有一定的误差。特点：简单、直观、但有一定的误差。1 1、按、按连杆连杆预定的预定的3 3个位置设计四杆机构个位置设计四杆机构2 2、按、按连杆连杆预定的预定的2 2个位置设计四杆机个位置设计四杆机构构3-10 3-10 图解法设计沙箱翻转机构图解法设计沙箱翻转机构已知：托杆上铰链中心距已知：托杆上铰链中心距BC=200mmBC=200mm，起始和终了位置如图，起始和终了位置如图，要求固定铰链在轴线要求固定铰链在轴线Y-YY-Y上，画出其余两固定位置。上，画出其余两固定位置。图图3-27 3-27 设计一四杆机构作为加热炉门设计一四杆机构作为加热炉门的启闭机构，活动铰链的启闭机构，活动铰链B B和和C C的中心距的中心距为为50mm50mm，要求炉门打开后成水平，且，要求炉门打开后成水平，且热面朝下（双点划线），要求固定铰链热面朝下（双点划线），要求固定铰链A A和和DD安装在炉体的安装在炉体的Y-YY-Y竖直线上。竖直线上。3 3、按行程速比系数设计四杆机构、按行程速比系数设计四杆机构（1