第三章平面连杆机构

1、3.1 四杆机构四杆机构的的基本形式基本形式3.23.2 四杆机构四杆机构的基本特性的基本特性3.33.3 四杆机构四杆机构的演化的演化3.43.4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计3.13.1 四杆机构基本形式四杆机构基本形式结构特点：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

2、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) )四杆机构四杆机构分类分类按连架杆不同运动形式分：按连架杆不同运动形式分：(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连杆连杆连架杆连架杆连架杆连架杆1234ABCD4AD23作机架曲柄摇杆机构14AD23作机架双摇杆机构4AD1231作机架双曲柄机构曲柄摇杆机构4AD123(1) (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

3、架杆1 1为曲柄，为曲柄，3 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：搅拌器机构搅拌器机构、雷达天线机构雷达天线机构、雨刮器雨刮器1234(2) (2) 双曲柄机构双曲柄机构结构特点：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：二曲柄转向相反二曲柄转向相反(3) (3) 双摇

4、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起重机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3.2 平面平面四杆机构的工作特性四杆机构的工作特性1 1 曲柄存在条件曲柄存在条件2 2 急回特征急回特征3 3 压力角压力角4 4 死点死点连杆连杆连架杆连架杆连架杆连架杆1234ABCD1 1 曲柄存在条件曲柄存在条件曲柄存在条件：曲柄存在条件：1. 1. 最短杆与最长杆长度之和小于或等于最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和其余两杆长度之和2.

5、 2. 最短杆是连架杆或机架最短杆是连架杆或机架最短杆最短杆参与构成的转动副都是参与构成的转动副都是整周副整周副 其余均为摆转副其余均为摆转副推论推论1 1： 当当Lmax+Lmin L( (其余两杆长度之和其余两杆长度之和) )时时最短杆是连架杆之一最短杆是连架杆之一 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构最短杆是机架最短杆是机架 双曲柄机构双曲柄机构最短杆是连杆最短杆是连杆 双摇杆机构双摇杆机构推论推论2： 当当Lmax+Lmin 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ABCDabcdlmax+lmin l余1+l余2双曲柄机构双摇杆机构曲柄摇杆机构可能有曲柄机架是否最短构件的

6、对边最短构件的邻边最短构件四杆机构类型的判别四杆机构类型的判别当回程所用时间小于工作行程所用时间时，称该机构具有当回程所用时间小于工作行程所用时间时，称该机构具有急回特征急回特征极位夹角：极位夹角： 急回特性分析：急回特性分析： 1 = C 1 = 1 t1 =1800 + 2 = 1 t2 =1800 - t1 t2 , v2 v1行程速比系数行程速比系数K K 2 2 急回特征急回特征K=1, K=1, 无急回特性无急回特性qKqK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：

7、急回特性的应用例：牛头刨牛头刨工作要求工作要求B1C14ABCD231 外力作用方向外力作用方向与被推动件在力的作用点处的与被推动件在力的作用点处的绝对绝对速度方向速度方向间所夹的锐角。间所夹的锐角。传动角传动角是压力角的余角是压力角的余角ACBDvBF vcFFtFn1jABCD1234FvcAB134C12越小越小, ,传力性能越好。传力性能越好。越大越大, ,传力性能越好。传力性能越好。 cosFFt有效分力有效分力 sinFFn法向分力外力F传动角：传动角：连杆与从动件所夹的锐角连杆与从动件所夹的锐角 。 =90- 3 3 压力角压力角：最小传动角分析最小传动角分析死点死点: :传动角

8、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),),机构顶死机构顶死4 4 死点死点B1C1B2C24ABCD231Fv=00Fv=00=00C2B2=00BACB1C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: :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

9、机构=00动画动画1 1 改变构件的形状和运动尺寸改变构件的形状和运动尺寸偏心曲柄滑块机构偏心曲柄滑块机构对心曲柄滑快机构对心曲柄滑快机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构双滑块机构双滑块机构 正弦机构正弦机构s=l sin l3.3 四杆机构四杆机构的演化的演化3 3 选不同的构件为机架选不同的构件为机架偏心轮机构偏心轮机构导杆机构导杆机构摆动导杆机构摆动导杆机构转动导杆机构转动导杆机构314A2BC曲柄滑块机构曲柄滑块机构314A2BC2 2 改变运动副的尺寸改变运动副的尺寸牛头刨床牛头刨床小型刨床小型刨床应用实例应用实例: :应用实例应用实例B234C1A自卸卡车举升机构自

10、卸卡车举升机构ACB1234应用实例应用实例B34C1A2应用实例应用实例4A1B23C应用实例应用实例13C4AB2A1C234B导杆机构导杆机构314A2BC曲柄滑块机构曲柄滑块机构314A2BC摇块机构摇块机构314A2BC选不同的构件为机架选不同的构件为机架314A2BC直动滑杆机构直动滑杆机构手摇唧筒手摇唧筒这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法称为：方法称为：机构的倒置机构的倒置导杆机构导杆机构314A2BC曲柄滑块机构曲柄滑块机构314A2BC摇块机构摇块机构314A2BC选不同的构件为机架选不同的构件为机架偏心轮机构偏心轮机

11、构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构( (扩大回转副扩大回转副) )偏心轮机构偏心轮机构偏心轮机构（续）偏心轮机构（续）对心式曲柄滑块机构对心式曲柄滑块机构偏心轮机构偏心轮机构1B24AC3h=2lAB4C231BA B副扩大曲柄滑块机构曲柄滑块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CDCD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导杆机构导杆机构选不同构件作机架选不同构件作机架机构倒置机构倒置曲柄滑块机构曲柄滑块

12、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曲柄摇块机构曲柄摇块机构移动导杆机构移动导杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构移动导杆机构移动导杆机构 连杆机构设计的基本问题连杆机构设计的基本问题 机构选型机构选型根据给定的运动要求选择机构根据给定的运动要求选择机构的类型；的类型；尺度综合尺度综合确定各构件的尺度参数确定各构件的尺度参数( (长度尺寸长度尺寸) )。 同时要满足其他辅助条件：同时要满足其他辅助条件：a)结构条件（如要求有曲柄、杆长比恰当、运动副结构合理等）;b)动力条件（如min）;c)运动连续性条件等。3.4 3.4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计

13、ADCB飞机起落架飞机起落架BC（1 1）满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如）满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如: :飞机起飞机起落架、函数机构。落架、函数机构。函数机构函数机构要求两连架杆的转角要求两连架杆的转角满足函数满足函数 y=logxy=logxxy=logxABCD两类设计要求：两类设计要求：如如铸造翻箱机构铸造翻箱机构要求连杆在两个位置要求连杆在两个位置垂直地面且相差垂直地面且相差180180 CBABDC（2 2）满足预定的连杆位置要求）满足预定的连杆位置要求E 计算计算180180(K-1)/(K+1);(K-1)/(K+1);已知：已知：CDCD杆长，摆角杆长，

14、摆角及及K K， 设计此机构。步骤如下：设计此机构。步骤如下：任取一点任取一点D D，作等腰三角形，作等腰三角形 腰长为腰长为CDCD，夹角为，夹角为; ;作作C C2 2PCPC1 1C C2 2，作作C1PC1P使使作作P CP C1 1C C2 2的外接圆的外接圆，则则A A点必在此圆上。点必在此圆上。选定选定A A，设曲柄为，设曲柄为l l1 1 ，连杆为连杆为l l2 2 ，则则: :以以A A为圆心，为圆心，A C2A C2为半径作弧交于为半径作弧交于E,E,得：得： l1 =ECEC1 1/ 2 / 2 l l2 2 = A C = A C1 1ECEC1 1/ 2/ 2,A,A

15、 C2= =l2- - l1= = l1 =( A C=( A C1 1A CA C2 2)/)/ 2 C2C1P=90, ,交于交于P;P; 90-P A A C1= = l1+ +l2C1C2DA一、按给定的行程速比系数一、按给定的行程速比系数K K设计四杆机构设计四杆机构（1 1）曲柄摇杆机构）曲柄摇杆机构ADmn=D分析：分析：由于由于与导杆摆角与导杆摆角相等，设计此相等，设计此 机机构时，仅需要确定曲柄构时，仅需要确定曲柄 a a。计算计算180180(K-1)/(K+1);(K-1)/(K+1);任选任选D D作作mDnmDn，取取A A点，使得点，使得AD=d, AD=d, 则则

16、: : a=dsin(a=dsin(/2)/2)。=Ad作角分线作角分线; ;已知：机架长度已知：机架长度d d，K K，设计此机构。，设计此机构。（2 2） 导杆机构导杆机构E222aeH已知已知K K，滑块行程，滑块行程H H，偏距，偏距e e，设计此机构设计此机构 。计算计算: : 180180(K-1)/(K+1);(K-1)/(K+1);作作C1 C2 C1 C2 H H作射线作射线C1O C1O 使使C C2 2C C1 1O=90O=90, , 以以O O为圆心，为圆心，C1OC1O为半径作圆。为半径作圆。以以A A为圆心，为圆心，A C1A C1为半径作弧交于为半径作弧交于E,E,得：得：作射线作射线C2OC2O使使C C1 1C C2 2 O=90 O=90。 作偏距线作偏距线e e，交圆弧于，交圆弧于A A，即为所求。，即为所求。C1C2909