第6平面连杆机构

1、第第6章章 平面连杆机构平面连杆机构 6-1 平面四杆机构的基本类型及应用 6-2 平面四杆机构的演化形式 6-3 平面四杆机构的基本特性 6-4 平面四杆机构的设计 重点：重点： 平面四杆机构的平面四杆机构的基本类型基本类型、基本特性基本特性及及其其设计方法设计方法 难点难点按行程速度变化系数设计平面四杆机构按行程速度变化系数设计平面四杆机构平面连杆机构平面连杆机构运动副全为平面低副的机构运动副全为平面低副的机构特点特点面接触，利于润滑，磨损小面接触，利于润滑，磨损小,故承载能力大，寿命长；故承载能力大，寿命长；几何形状简单，便于加工，成本低。几何形状简单，便于加工，成本低。但只能近似实现给

2、定的运动规律，且设计较复杂。当构但只能近似实现给定的运动规律，且设计较复杂。当构件数和运动副较多时，效率较低。件数和运动副较多时，效率较低。应用应用实现给定点的运动轨迹；实现给定点的运动轨迹；实现给定的运动规律。实现给定的运动规律。1 基本型式 平面连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杆二杆三杆三杆, 不可能不可能.铰链四杆机构铰链四杆机构6-1 平面四杆机构的基本类型及其应用平面四杆机构的基本类型及其应用一、铰链四杆机构一、铰链四杆机构 结构特点：结构特点：四个运动副均为转动副

3、四个运动副均为转动副 组成：组成：机架、连杆、连架杆机架、连杆、连架杆 机架：机架：固定不动的构件固定不动的构件AD连架杆：连架杆：直接与机架相连的构件直接与机架相连的构件 AB、CD连杆：连杆：不与机架相连的构件不与机架相连的构件BC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) )1 基本型式（续）4AD23作机架曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构14AD23作机架双摇杆机构4A

4、D1231作机架双曲柄机构双曲柄机构2 铰链四杆机构划分按连架杆不同运动形式分：按连架杆不同运动形式分：(1) 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构(2) 双曲柄机构双曲柄机构(3) 双摇杆机构双摇杆机构连杆连杆连架杆连架杆连架杆连架杆1234ABCD曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构4AD123(1) 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为曲柄，为曲柄，3为摇杆为摇杆 运动变换：运动变换：转动转动摇动摇动 举例：举例：1234缝纫机踏板缝纫机踏板刮雨器刮雨器翻片机构翻片机构搅拌器机构搅拌器机构雷达天线机构雷达天线机构 步进式工件传送装置步进式工件传送装置(2) 双曲柄机构双曲柄机构 结构特

5、点：结构特点：二连架杆均为曲柄二连架杆均为曲柄 运动变换：运动变换：转动转动转动，通常二转速不相等转动，通常二转速不相等 举例：举例：振动筛机构振动筛机构特殊特殊双曲柄机构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、天平天平反平行四边形机构反平行四边形机构结构特点：结构特点：二曲柄转向相反二曲柄转向相反火车驱动轮联动机构(3) 双摇杆机构双摇杆机构 结构特点：结构特点：二连架杆均为摇杆二连架杆均为摇杆 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 、飞机起落架飞机起落架、造

6、型机翻箱机构造型机翻箱机构、 炉门炉门特殊双摇杆机构特殊双摇杆机构 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铰链四杆机构铰链四杆机构1B2C34AD曲线导轨曲柄滑块机构曲线导轨曲柄滑块机构lCD e 01B24AC3偏置式曲柄滑块机构偏置式曲柄滑块机构对心式曲柄滑块机构对心式曲柄滑块机构1B24AC3e3D1B2C4A对对CD杆等效转化杆等效转化转动副变成移动副转动副变成移动副一、改变构件的形状和运动尺寸一、改变构件的形状和运动尺寸6-2 平面四杆机构的演化形式平面四杆机构的演化形式二、取不同的构件为机架二、取不同的构件为机架机构倒置机构倒置 曲柄滑块机构曲柄

7、滑块机构 导杆机构导杆机构变更机架变更机架曲柄滑块机构曲柄滑块机构导杆机构导杆机构, ,动画动画 曲柄摇块机构曲柄摇块机构 移动导杆机构移动导杆机构摇块机构摇块机构定块机构定块机构应用应用实例实例一一A41A4曲柄滑块机构曲柄滑块机构1B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C32作机架作机架A41A41A41A41A41A41A41A41A41A41A41A413B2C摇块机构摇块机构 液压作动筒液压作动筒车箱举升机构车箱举升机构2B12B12B1应用应用实例实例二二1BA21BA2A41B2C3曲

8、柄滑块机构曲柄滑块机构CA43定块定块机构机构C41BA21BA21BA23手动唧筒机构手动唧筒机构3作机架1B2应用应用实例实例三三C234A41B2C3曲柄滑块机构曲柄滑块机构作机架 A41B2C3导杆机构导杆机构C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234转动导杆机构转动导杆机构lBC lAB，导杆导杆AC整周转动整周转动C234C234C234C234AB123C423C423C423C423C423C423C423C423C423C423C423C4lBC t2 , v2 v1 行程速比系数行程速比系数K K K=1, 无急回特性无

9、急回特性 K急回特征越显著急回特征越显著1jB2C212v2v1 00212112122112180180tttCCtCCvvK/11180 KK 慢快v急回特性的应用例：急回特性的应用例：牛头刨牛头刨工作要求工作要求B1C14ABCD231二、急回特性二、急回特性描述传力性能描述传力性能1 定义定义压力角压力角-作用在从动件作用在从动件CD上的驱动力上的驱动力F与该力作用点绝对速与该力作用点绝对速度度Vc之间所夹的锐角之间所夹的锐角。传动角传动角连杆与摇杆连杆与摇杆CD之间所夹的锐角之间所夹的锐角(它是它是的余角的余角)。min位置的确定：曲柄与机架两次共线的位置位置的确定：曲柄与机架两次共

10、线的位置min值：对于一般机械，通常取值：对于一般机械，通常取min40。 三、压力角和传动角三、压力角和传动角衡量机构传动性能好坏的重要参数衡量机构传动性能好坏的重要参数CBADd作用在从动件CD上的力FFCBADdVcFFtFnF沿C点速度Vc方向的投影Ft有效分力F沿从动件DC方向的投影Fn无效分力CBADdVcFFtFnCBADdVcFFtFnFt=FCos ; , Ft Fn=FSin ; , Fn 的值可衡量机构传力性能的好坏。压力角从动件受力方向与受力点速度方向所夹的锐角。CBADdVcFFtFn压力角从动件受力方向与受力点速度方向所夹的锐角。与压力角互余的角称为传动角。传力性能

11、好。ADBCFVBADBCCD为主动件!FVBADBCCD为主动件!FVB=0o当连杆BC与从动件曲柄AB共线时，压力角=900，传动角=0，机构不能运动，此位置称为死点位置。ADBCFVB机构在死点位置时，如果发生运动，其从动件运动方向不定。ADCBADCBADCBADCBDCBADCBADCBADCBADCBAADCBADCBADCBACBDDCBADCBADCBADCBACBDDAABCDD连杆BC与从动件曲柄AB共线，压力角=900，传动角=0，机构位于两个死点位置。靠轮的惯性或手动脱离死点位置。 死点死点: :传动角为零传动角为零 =0(=0(连杆与从动件共线连杆与从动件共线),),

12、机构顶死机构顶死 M=F*LB1C1B2C24ABCD231Fv=00Fv=00=00C2B2=00BACB1C四、死点四、死点 利用构件惯性力利用构件惯性力 实例实例: :家用缝纫机家用缝纫机 采用多套机构错位排列采用多套机构错位排列 实例实例: :蒸汽机车车轮联动机构蒸汽机车车轮联动机构 蒸汽机车两侧利用错位排列的两套曲柄滑块机构使车轮联蒸汽机车两侧利用错位排列的两套曲柄滑块机构使车轮联动机构通过死点动机构通过死点克服死点的措施克服死点的措施 GGEFEF 实例实例: :夹具夹具 飞机起落架机构飞机起落架机构死点的利用死点的利用 折叠家具机构折叠家具机构=00分合闸机构搬动手柄使触头接上。

13、触头FACBD弹簧拉力死点位置的功能ABCD弹簧拉力FFQFB在力的作用下手柄不会自动松脱。工件被夹紧后，土黄色构件与分红色从动构件成一直线，即机构在工件反力的作用下处于死点，可保证在加工时，工件不会松脱。 V VC C运动特性分析运动特性分析 例例1 1：C C滑块主动滑块主动 F F曲柄滑块机构曲柄滑块机构滑块滑块主动主动有有死点位置死点位置e eVCFCmnAB1B2摆动导杆机构摆动导杆机构曲柄曲柄主动主动 急回急回摆动导杆机构摆动导杆机构摆杆主动摆杆主动有有死点位置死点位置运动特性分析运动特性分析 例例2 2：=90=90=0=0根据给定的运动条件根据给定的运动条件运动简图的尺寸参数运

14、动简图的尺寸参数 解析法解析法精确精确 作图法作图法直观直观 实验法实验法简便简便一、按照给定的行程速比系数设计四杆机构一、按照给定的行程速比系数设计四杆机构( (作图法作图法) )二、按给定连杆位置设计四杆机构二、按给定连杆位置设计四杆机构( (作图法作图法) )三、按给定两连架杆对应位置设计四杆机构三、按给定两连架杆对应位置设计四杆机构( (解析法解析法) )四、按给定点的运动轨迹设计四杆机构四、按给定点的运动轨迹设计四杆机构( (实验法实验法) )实现已知实现已知( (从动件从动件) )运动规律运动规律 ( (位置位置, ,速度速度, ,加速度加速度) )实现给定点的运动轨迹实现给定点的

15、运动轨迹6-4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计B2C21 曲柄摇杆机构 给定 K、LCDABCDO2y 180K-1K+1 分析900 - B1ADC1一、按照给定的行程速度变化系数设计四杆机构一、按照给定的行程速度变化系数设计四杆机构C2DC1y900 - 2OAEBCAC1=BC- -ABAC2=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. .解.以 mL =作图.LAB= mLAB = 、 LBC= mLBC = . 1800 =K-1K+1解解:(1):(1)任选任选D D点点, ,作摇杆两极位作摇杆

16、两极位C C1 1D D和和C C2 2D DOAB1B2C2DC1(2)(2)过过C C1 1作作C C1 1C C2 2垂线垂线C C1 1M M 作作C C1 1C C2 2N=90N=90, C C1 1M M与与C C2 2N N交于交于P P点点(3)(3)过过C C1 1、C C2 2、P P 作圆作圆 在圆上任选一点在圆上任选一点A A(4)(4)ACAC1 1=L=L2 2L L1 1, , AC AC2 2=L=L2 2+L+L1 1 L L1 1=1/2(AC=1/2(AC2 2ACAC1 1) )无数解无数解以以L L1 1为半径作圆为半径作圆, ,交交B B1 1,B

17、,B2 2点点 曲柄两位置曲柄两位置MNP已知已知: :机架长机架长L L4 4 , K, K解解: :(1)(1)任选固定铰链中心任选固定铰链中心CC 作导杆两极位作导杆两极位CmCm和和CnCn = = (2)(2)作摆角作摆角的平分的平分线线AC,AC,取取AC=LAC=L4 4 固定铰中心固定铰中心A A(3)(3)过过A A作导杆极位垂线作导杆极位垂线 ABAB1 1(AB(AB2 2)L)L1 1=AB=AB1 1唯一解唯一解11801KKmnAB1B22 摆动导杆机构 给定 KCmnAB1B2CD DB B1 1C C1 1B B2 2C C2 2A A A AB BC CD D

18、步骤步骤： 1 1、连接、连接B B1 1B B2 2, C, C1 1C C2 2 2 2、作作B B1 1B B2 2, C, C1 1C C2 2中垂线中垂线 3 3、在中垂线上取一点作、在中垂线上取一点作A, DA, D 4 4、连连ABAB1 1C C1 1D D1 已知:连杆BC长L2 及连杆两个位置B1C1,B2C2固定铰固定铰A A必在必在B B1 1B B2 2垂直平分线上垂直平分线上同定铰同定铰D D必在必在C C1 1C C2 2.分分析析(1)(1)连接连接B B1 1B B2 2,C,C1 1C C2 2并作其垂直平分线并作其垂直平分线b b1212,c,c1212(2)(2)在在b b1212线上任取一点线上任取一点A, A, 在在C C1212.任取一点任取一点D D解解: :无穷解无穷解二、按给定连杆位置设计四杆机构二、按给定连杆位置设计四杆机构给定连杆的三个位置给定连杆的三个位置铰点已给定铰点已给定 B B1 1C C1 1B B2 2C C2 2B B3 3C C3 3A AD DA AB BC CD D步骤步骤：1.1.连接连接 B B1 1B B2 2,B,B2 2B B3 3,C,C1 1C C2