河北工业大学连杆机构课件

1、61 平面连杆机构的类型、特点和应用平面连杆机构的类型、特点和应用62 平面连杆机构的运动和动力特性平面连杆机构的运动和动力特性63 平面连杆机构的综合概述和刚体位移矩阵平面连杆机构的综合概述和刚体位移矩阵64 平面刚体导引机构的综合平面刚体导引机构的综合65 平面函数生成机构的综合平面函数生成机构的综合66 平面轨迹生成机构的综合平面轨迹生成机构的综合67 按行程速比系数综合平面连杆机构按行程速比系数综合平面连杆机构第第 六六 章章 连连 杆杆 机机 构构 全部由低副全部由低副( (转动副和移动副转动副和移动副) )组成的机构组成的机构惯性力惯性力( (惯性力矩惯性力矩) )不易平衡，不适用

2、于高转速不易平衡，不适用于高转速; ;多杆机构：构件数目较多，运动积累误差大，影响传动精度。多杆机构：构件数目较多，运动积累误差大，影响传动精度。低副面接触：压强小、耐磨损、便于润滑；低副面接触：压强小、耐磨损、便于润滑； 制造简便、结构简单、工作可靠、应用广泛。制造简便、结构简单、工作可靠、应用广泛。构件间的相对运动是平面运动或平行平面运动构件间的相对运动是平面运动或平行平面运动构件间的相对运动是空间运动构件间的相对运动是空间运动第一节第一节 平面连杆机构的类型、特点和应用平面连杆机构的类型、特点和应用一一. . 连杆机构的特点连杆机构的特点分类分类: :平面连杆机构：平面连杆机构：空间连杆

3、机构：空间连杆机构：定义：定义：特点：特点：平面连杆机构平面连杆机构的特点的特点内燃机曲柄内燃机曲柄滑块机构滑块机构命名：命名： 平面连杆机构常以构件数作为命名的依据平面连杆机构常以构件数作为命名的依据 如：四杆机构、五杆机构、多杆机构等如：四杆机构、五杆机构、多杆机构等特征：特征： 有一作平面运动的构件有一作平面运动的构件称为连杆称为连杆平面四杆机构平面四杆机构应用非常广泛，而且也是组成多杆机构应用非常广泛，而且也是组成多杆机构的基础。的基础。本章将作重点介绍。本章将作重点介绍。 平面四杆机构：平面四杆机构：由四个构件组成的最简单的平面连杆机构由四个构件组成的最简单的平面连杆机构 平面四杆机

4、构平面四杆机构铰链四杆机构：铰链四杆机构：全部由转动副组成的平面四杆机构全部由转动副组成的平面四杆机构 二、平面连杆机构的类型和应用二、平面连杆机构的类型和应用1 1、平面四杆机构的基本型式和应用、平面四杆机构的基本型式和应用 几个概念：几个概念：连架杆连架杆与机架相联的构件与机架相联的构件机机 架架固定不动的构件固定不动的构件连连 杆杆连接两连架杆且作平面运动的构件连接两连架杆且作平面运动的构件曲曲 柄柄能够绕机架作整周转动的连架杆能够绕机架作整周转动的连架杆摇摇 杆杆只能作往复摆动的连架杆只能作往复摆动的连架杆 平面四杆机构在工程中应用的类型很多，但通过下面的分析可知，这些不同平面四杆机构

5、在工程中应用的类型很多，但通过下面的分析可知，这些不同类型的四杆机构，均可看作是由几种基本型式派生出来的。类型的四杆机构，均可看作是由几种基本型式派生出来的。 对于铰链四杆机构，按两连架杆运动形式不同，可分为三种基本型式：对于铰链四杆机构，按两连架杆运动形式不同，可分为三种基本型式： 双摇杆机构双摇杆机构曲柄摇杆机构、曲柄摇杆机构、 双曲柄机构双曲柄机构下面介绍这三种平面四杆机构的基本类型及应用情况下面介绍这三种平面四杆机构的基本类型及应用情况（1 1）曲柄摇杆机构）曲柄摇杆机构特征特征：作用作用：将曲柄的将曲柄的整周回转运动整周回转运动转转变为变为摇杆的摇杆的往复摆动往复摆动雷达天线俯仰机构

6、雷达天线俯仰机构（ 曲柄主动曲柄主动 ）搅拌机构搅拌机构 两个连架杆，一个为曲柄，另一个为摇杆两个连架杆，一个为曲柄，另一个为摇杆通常曲柄为原动件，作匀速转动；摇杆为从动件，作变速往复摆动。通常曲柄为原动件，作匀速转动；摇杆为从动件，作变速往复摆动。缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构（ 摇杆主动摇杆主动 ）（2 2）双曲柄机构）双曲柄机构特征特征：作用作用：将将等速回转等速回转转变为转变为等速或变速回转等速或变速回转惯性筛双曲柄机构惯性筛双曲柄机构两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构举例动画举例动画机车车轮联动机构机车车轮联动机构特例：平行四边形机构特例：平行四边形机构特征：

7、两连架杆等长且平行连杆作平动特征：两连架杆等长且平行连杆作平动AB = CDBC = AD摄影平台升降机摄影平台升降机构构天平机构天平机构反平行四边形机构反平行四边形机构平行四边形机构存在运动不确定平行四边形机构存在运动不确定位置位置可采用两组机构错开可采用两组机构错开排列的方法予以克服排列的方法予以克服（3 3）双摇杆机构）双摇杆机构特征特征：应用举例：鹤式起重机应用举例：鹤式起重机特例：等腰梯形机构特例：等腰梯形机构 汽车转向机构汽车转向机构 举例动画举例动画两连架杆均为摇杆两连架杆均为摇杆飞机起落架机构飞机起落架机构EDCBA炉门启闭机构炉门启闭机构(1) (1) 将转动副演化成移动副将

8、转动副演化成移动副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曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构正弦机构正弦机构 2 2、平面四杆机构的演化型式及其应用、平面四杆机构的演化型式及其应用 通过用移动副取代转动副、变更杆件长、变换机架、扩大转动副通过用移动副取代转动副、变更杆件长、变换机架、扩大转动副等途径，可得到铰链四杆机构的其他演化型式。等途径，可得到铰链四杆机构的其他演化型式。指出对心与偏置的概念偏距偏距S=LS=LABABsinsin(2) (2) 选取不同的构件为机架选取不同的构件为机架整转副整转副能作能作360360相对回转的运动副相对回转的运动副摆转副摆转副只能作有限角度摆

9、动的运动副只能作有限角度摆动的运动副曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双摇杆机构双摇杆机构双双曲柄曲柄机构机构 四杆机构中各个转动副是整转副还是摆转副只四杆机构中各个转动副是整转副还是摆转副只取决于取决于各构件的尺寸各构件的尺寸，与固定那个构件为机架无关。，与固定那个构件为机架无关。整转副整转副整转副整转副摆转副摆转副曲柄滑块机构曲柄滑块机构转动转动导杆机构导杆机构曲柄曲柄摇块摇块机构机构移动移动导杆导杆机构机构整转副整转副整转副整转副(3) (3) 变换构件的形态变换构件的形态 将低副两运动副元素的包容关系进行逆换，不影响两构件将低副两运动副元素的包容关系进行逆换，不影响两构件之间的相对运动。之间的相

10、对运动。摆动摆动导杆机构导杆机构曲柄曲柄摇块摇块机构机构牛头刨床牛头刨床应用实例应用实例: :小型刨床小型刨床（摆动摆动导杆机构导杆机构）（转动转动导杆机构导杆机构）(4) (4) 扩大转动副扩大转动副偏心轮机构偏心轮机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构将转动副将转动副B B加大，直至把加大，直至把转动副转动副A A包括进去，成为包括进去，成为几何中心是几何中心是B B，转动中心，转动中心为为A A的偏心圆盘。的偏心圆盘。第二节第二节 平面连杆机构的运动和动力特性平面连杆机构的运动和动力特性一、平面四杆机构存在曲柄的条件一、平面四杆机构存在曲柄的条件平面四杆机构具有平面四杆机构具有整转副整转副 则则可

11、能存在曲柄可能存在曲柄设设l1 l4，可得可得： l4 l1 , l4 l2 , l4 l3即：即： ADAD为最短杆为最短杆 2 2）连架杆之一或机架为最短杆。连架杆之一或机架为最短杆。曲柄存在的条件曲柄存在的条件: :（Grashof Grashof 定理）定理） 1 1）最长杆与最短杆的长度之和最长杆与最短杆的长度之和 其他两杆长度之和其他两杆长度之和 称为杆长条件。称为杆长条件。铰链铰链A A、B B均为整转副均为整转副当满足杆长条件时，其最短杆上当满足杆长条件时，其最短杆上的转动副都是整转副的转动副都是整转副。例题例题1: 1: 请判别下图所示连杆机构的类型请判别下图所示连杆机构的类

12、型 40+11090+7040+11090+70最短杆为机架最短杆为机架 45+120100+7045+12062+7060+10062+70不满足杆长条件不满足杆长条件50+10090+7050+100tt2 2 V V2 2 V V1 1 即该机构具有即该机构具有急回特性急回特性而且而且越大，越大，K K值越大，机构的急回性质越明显值越大，机构的急回性质越明显 只要极位夹角只要极位夹角 0 0 ， 就有就有 K1K1因此，可通过分析机构中是否存在因此，可通过分析机构中是否存在及其大小，来判断机及其大小，来判断机构是否具有急回运动，以及急回的程度。构是否具有急回运动，以及急回的程度。1118

13、0KK设计时往往先给定设计时往往先给定 K K 值，再计算值，再计算，即，即 12VVK 18018021tt121221tCCtCC 为能定量描述急回运动，将为能定量描述急回运动，将回程回程平均速度平均速度V V2 2 与与工作行程工作行程平均速度平均速度V V1 1之比定义为之比定义为行程速度变化系数行程速度变化系数 K 曲柄滑块机构的急回特性分析曲柄滑块机构的急回特性分析应用：节省回程时间，提高生产率。应用：节省回程时间，提高生产率。导杆机构的急回特性分析导杆机构的急回特性分析 分析实例分析实例：思考思考:对心曲柄滑快机构是否有急回特性？对心曲柄滑快机构是否有急回特性？特殊性特殊性五、机

14、构运动的可行域五、机构运动的可行域可行域可行域：摇杆的运动范围摇杆的运动范围不可行域不可行域：摇杆不能达到的摇杆不能达到的 区域区域以四杆机构为例以四杆机构为例各构件的长度关系及安装的初始状态，决定了曲柄整周转动各构件的长度关系及安装的初始状态，决定了曲柄整周转动时，机构运动的可行域。时，机构运动的可行域。第七节第七节 按行程速比系数综合平面连杆机构按行程速比系数综合平面连杆机构 在设计具有急回运动特性的四杆机构时，按实际需在设计具有急回运动特性的四杆机构时，按实际需要先给定行程速比系数要先给定行程速比系数K K的数值，然后根据机构在极限的数值，然后根据机构在极限位置的几何关系，结合有关辅助条

15、件来确定机构运动位置的几何关系，结合有关辅助条件来确定机构运动简图的尺寸参数。简图的尺寸参数。 分析分析： 设计的实质是确定铰链设计的实质是确定铰链中心中心A A点的位置，并确定出点的位置，并确定出其他三个杆的长度尺寸其他三个杆的长度尺寸1 1、按行程速度变化系数设计曲柄摇杆机构、按行程速度变化系数设计曲柄摇杆机构已知条件已知条件: :摇杆长度摇杆长度CDCD、摆角、摆角和行程速比系数和行程速比系数K K设计曲柄摇杆机构设计曲柄摇杆机构设计过程：设计过程：第一步：求极位夹角第一步：求极位夹角=180=180(K-1)/(K+1)(K-1)/(K+1)第二步：确定第二步：确定D D， C C1

16、1和和C C2 2的位置的位置 由摇杆长度由摇杆长度l l3 3和摆角和摆角，作，作出摇杆两个极限位置出摇杆两个极限位置C C1 1D D和和C C2 2D D。 第三步：求曲柄铰点第三步：求曲柄铰点A A的位置的位置(3)(3)作作C C1 1PCPC2 2的外接圆，在圆周上任的外接圆，在圆周上任取一点取一点A A作为曲柄的固定铰链中心作为曲柄的固定铰链中心( (1)1)连接连接C C1 1和和C C2 2，并作，并作C C1 1M M垂直于垂直于C C1 1C C2 2(2)(2)作作CCl lC C2 2N N9090-，C C2 2N N与与C C1 1M M相交于相交于P P点，由图

17、可见，点，由图可见，C C1 1PCPC2 2=连连ACAC1 1和和ACAC2 2，因同一圆弧的圆周角相，因同一圆弧的圆周角相等，故等，故 CC1 1ACAC2 2=C=C1 1PCPC2 2=第四步：求曲柄长即确定第四步：求曲柄长即确定B B的位置的位置 AC AC1 1=b-a=b-a AC AC2 2=b+a=b+a以以A A为圆心、曲柄长度为圆心、曲柄长度a a为半径作圆为半径作圆交交C C1 1A A的延线于的延线于B B1 1，交，交C C2 2A A于于B B2 2，因极限位置处曲柄与连杆共线因极限位置处曲柄与连杆共线从而得曲柄长度为从而得曲柄长度为 a=(ACa=(AC2 2

18、-AC-AC1 1)/2)/2即得：即得：B B1 1C C1 1=B=B2 2C C2 2=b=b AD AD为机架长度为机架长度 因因A A点是点是C Cl lPCPC2 2外接圆上任外接圆上任选点，所以若仅按行程速比系数选点，所以若仅按行程速比系数K K设计，可得无穷多的解。设计，可得无穷多的解。 A A点位置不同，机构传动角点位置不同，机构传动角的大小也不同。如欲获得良好的的大小也不同。如欲获得良好的传动质量，可按照最小传动角最传动质量，可按照最小传动角最优或其他辅助条件来确定优或其他辅助条件来确定A A点的点的位置。位置。2 2、按行程速比系数曲柄滑块机构、按行程速比系数曲柄滑块机构

19、已知：已知：K K，滑块行程，滑块行程H H，偏距，偏距e e设计曲柄滑快此机构设计曲柄滑快此机构 计算计算 180180(K-1)/(K+1)(K-1)/(K+1) 作作C C1 1C C2 2H H 作射线作射线C C2 2M M， 使使CC1 1C C2 2M=90M=90- 以以C C2 2P P为直径作圆为直径作圆 以以A A为圆心，为圆心，ACAC1 1为半径作弧交于为半径作弧交于E,E,得：得：作射线作射线C C1 1N N垂直于垂直于C C1 1C C2 2 作与作与C C1 1C C2 2平行且偏距为平行且偏距为e e的直线，交圆于的直线，交圆于A A或或AA，即为所求，即为

20、所求a =EC2 / 2b = A = A C2a两条射线交于两条射线交于P P点点3 3、按给定连杆在空间的位置设计四杆机构、按给定连杆在空间的位置设计四杆机构 已知已知：给定连杆能通过的三个位置，：给定连杆能通过的三个位置，设计能实现以上要求的四杆机构。设计能实现以上要求的四杆机构。分析分析：假设四杆机构已设计完成如：假设四杆机构已设计完成如右图。右图。四杆机构变为已知圆弧上的四杆机构变为已知圆弧上的点求圆心，此圆心即为所求铰链四点求圆心，此圆心即为所求铰链四杆机构的固定铰链位置。杆机构的固定铰链位置。 则则b b1212与与b b2323两直线的交点两直线的交点A A即为所即为所求固定铰链中心求固定铰链中心A A的位置；的位置； 根据给定条件，绘出连杆的三个根据给定条件，绘出连杆的三个位置位置B B1 1C C1 1 、B B2 2C C2 2和和B B3 3C C3 3第一步：第一步：第二步：第二步：第三步：第三步：同理可得另一固定铰链