机械设计基础80868

1、书名：机械设计基础作者：王亚辉ISBN： 978-7-111-30110-3出版社：机械工业出版社第第3章章 平面连杆机构平面连杆机构机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉第第3章章 平面连杆机构平面连杆机构3.5 平面四杆机构的运动设计方法平面四杆机构的运动设计方法3.4 平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性3.3 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化3.2铰链四杆机构中曲柄存在的条件及其基本类型的判别铰链四杆机构中曲柄存在的条件及其基本类型的判别3.1 铰链四杆机构的基本形式铰链四杆机构的基本形式 本章小结本章小结机械设计基础机械设计基础978-7-111-3011

2、0-3 王亚辉第第3章章 平面连杆机构平面连杆机构平面连杆机构：构件间用低副连接而成的平面机构平面连杆机构：构件间用低副连接而成的平面机构四四 杆杆 机机 构：构：具有四个构件的低副机构具有四个构件的低副机构主主 要要 讨讨 论：论： 平面四杆机平面四杆机构的类型、特构的类型、特性及设计性及设计机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉第第3章章 平面连杆机构平面连杆机构特点特点1特点特点2特点特点3特点特点4 由于低副由于低副是面接触，压是面接触，压强低，磨损量强低，磨损量小小 制造方制造方便，容易获便，容易获得较高的精得较高的精度度 容易实容易实现常见的转现常见的转动、移动及动

3、、移动及其转换其转换 低副中存低副中存在的间隙不易在的间隙不易消除，会引起消除，会引起运动误差运动误差应用：应用： 各种机械设备、仪器仪表中各种机械设备、仪器仪表中机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉应用实例：契贝谢夫步行机器人应用实例：契贝谢夫步行机器人点击画面观看动画机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉3.1 铰链四杆机构的基本形式铰链四杆机构的基本形式铰链四杆机构：铰链四杆机构：构件间用四个转动副相连的平面四杆机构构件间用四个转动副相连的平面四杆机构组成：组成： 机架：机架：固定件（构件固定件（构件4） 连杆：不直接与机架相连的杆（构件连杆：不直接与机

4、架相连的杆（构件2） 连架杆：连架杆：与机架相连的杆（构件与机架相连的杆（构件1、3）连架杆连架杆曲柄：作整周转动的连架杆曲柄：作整周转动的连架杆摇杆：仅能在某一角度内摆动的连架杆摇杆：仅能在某一角度内摆动的连架杆1234机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉3.1 铰链四杆机构的基本形式铰链四杆机构的基本形式曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构基本类型基本类型点击画面i观看动画机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉3.1 铰链四杆机构的基本形式铰链四杆机构的基本形式3.1.1 曲柄摇杆机构：曲柄摇杆机构：两连架杆中一个是曲柄，一个是摇杆的铰链四杆机构两连架杆中一个

5、是曲柄，一个是摇杆的铰链四杆机构 摆动摆动等速转动等速转动 运动特点运动特点:机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉雷达天线仰俯角的调整机构雷达天线仰俯角的调整机构曲柄摇杆机构的应用举例曲柄摇杆机构应用举例曲柄摇杆机构应用举例1机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉搅拌器搅拌器曲柄摇杆机构的应用举例曲柄摇杆机构应用举例曲柄摇杆机构应用举例2机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉牛头刨床的进给机构牛头刨床的进给机构曲柄摇杆机构的应用举例曲柄摇杆机构的应用举例3机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉缝纫机的踏板机构缝纫机的踏板机构曲柄

6、摇杆机构应用举例曲柄摇杆机构应用举例 4机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉3.1.2 双曲柄机构：双曲柄机构：两个连架杆都是曲柄的铰链四杆机构两个连架杆都是曲柄的铰链四杆机构1.普通双曲柄机构普通双曲柄机构运动特点：主动曲柄等速转动运动特点：主动曲柄等速转动 从动曲柄变速转动从动曲柄变速转动3.1 铰链四杆机构的基本形式铰链四杆机构的基本形式机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉普通双曲柄机构应用举例普通双曲柄机构应用举例惯性筛惯性筛机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉2.平行双曲柄机构：平行双曲柄机构：连杆与机架相等双曲柄的转向相同，且长

7、度也相等连杆与机架相等双曲柄的转向相同，且长度也相等。 运动特点：两曲柄转动的角速度始终相等，运动特点：两曲柄转动的角速度始终相等， 连杆作平动，且始终平行于机架。连杆作平动，且始终平行于机架。 3.1 铰链四杆机构的基本形式铰链四杆机构的基本形式机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉天平机构平行双曲柄机构应用举例平行双曲柄机构应用举例1机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉平行夹紧机构平行双曲柄机构应用举例平行双曲柄机构应用举例2机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉平行双曲柄机构应用举例平行双曲柄机构应用举例3摄影车座斗升降机构摄影车座斗升降

8、机构 机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉3.反向双曲柄机构：反向双曲柄机构：连杆与机架相等双曲柄的转向相反，且长度也相等连杆与机架相等双曲柄的转向相反，且长度也相等。 3.1 铰链四杆机构的基本形式铰链四杆机构的基本形式机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉反向双曲柄机构应用举例反向双曲柄机构应用举例车门的启闭机构车门的启闭机构机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉3.1.3 双摇杆机构：双摇杆机构：具有两个摇杆的铰链四杆机构具有两个摇杆的铰链四杆机构运动特点：摆动运动特点：摆动 摆动（摆幅相等或不相等）摆动（摆幅相等或不相等）3.1 铰链四

9、杆机构的基本形式铰链四杆机构的基本形式机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉双摇杆机构举例双摇杆机构举例鹤式起重机鹤式起重机机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉双摇杆机构举例双摇杆机构举例飞机起落架飞机起落架机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉双摇杆机构举例双摇杆机构举例炉门启闭机构炉门启闭机构机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉双摇杆机构举例双摇杆机构举例轮式车辆转向机构轮式车辆转向机构机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉3.23.2铰链四杆机构中曲柄存在的条件及其基本类型的判别铰链四杆机构中曲柄存在的条

10、件及其基本类型的判别 设构件设构件1、2、3、4的长的长度分别为度分别为a、b、c、d 当杆长当杆长da时时，由，由BCD存在的几何条件可知，四杆的存在的几何条件可知，四杆的长度必然满足：长度必然满足： cbdacbdacbda cbda cbda 由由BCD存在的几何条件可知，四杆的长度必然满足：存在的几何条件可知，四杆的长度必然满足： ab，ac，ad )(adcbdcba即即)(adbcdbca即即各式中的各式中的等号等号表示当表示当B处在处在B点和点和B点时，点时，A、B、C、D四点共线，这时刚好也能形成四点共线，这时刚好也能形成整转副。整转副。上式两两相加得上式两两相加得：机械设计基

11、础978-7-111-30110-3 王亚辉3.23.2铰链四杆机构中曲柄存在的条件及其基本类型的判别铰链四杆机构中曲柄存在的条件及其基本类型的判别cbdacbdacbda cbda )(adcbdcba )(adbcdbca ab，ac，ad 即即即即对于杆长对于杆长da的情况的情况 ，同理得，同理得出：出：da，db，dc 铰链四杆机构中联接两构件的运动副成为整转副的条件是：铰链四杆机构中联接两构件的运动副成为整转副的条件是： （）最短构件与最长构件长度之和小于或等于其余两构件长度（）最短构件与最长构件长度之和小于或等于其余两构件长度之和之和条件（构件长度之和条件）条件（构件长度之和条件）

12、（）被该运动副联接的两构件中必有一构件是四杆中长度最短（）被该运动副联接的两构件中必有一构件是四杆中长度最短的构件的构件条件（最短构件条件）条件（最短构件条件）机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉铰链四杆机构基本类型的判别（满足条件铰链四杆机构基本类型的判别（满足条件1）曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双曲柄机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双摇杆机构双摇杆机构机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉无论以哪个构件为机架，都是双摇杆机构。无论以哪个构件为机架，都是双摇杆机构。铰链四杆机构基本类型的判别（不满足条件铰链四杆机构基本类型的判别（不满足条件1）机械设计基础

13、978-7-111-30110-3 王亚辉判别铰链四杆机构基本类型的方法可用下面框图判别铰链四杆机构基本类型的方法可用下面框图铰链四杆机构铰链四杆机构条件条件1曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双曲柄机构可能有曲柄可能有曲柄考察机架考察机架双摇杆机构双摇杆机构无曲柄无曲柄以最短杆邻边为机架以最短杆为机架以最短杆对边为机架无论取哪个杆为机架否否是是机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉课堂练习课堂练习1曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉课堂练习课堂练习2双摇杆机构双摇杆机构机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉课堂练习课

14、堂练习3双曲柄机构双曲柄机构机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉课堂练习课堂练习4双摇杆机构双摇杆机构机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉3.3 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化3.3.1 将转动副转化为移动副将转动副转化为移动副 转化为含有一个转化为含有一个移动副的四杆机构移动副的四杆机构动画演示机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉3.3.2 取不同构件作机架取不同构件作机架 构件构件1 构件构件2构件构件3（滑块）；构件（滑块）；构件4（导杆）（导杆）3.3 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化1.低副的运动可逆性低副的运动可逆性：

15、 用低副联接的两构用低副联接的两构件之间的相对运动关系，件之间的相对运动关系，不因选取哪个构件为相不因选取哪个构件为相对固定的构件而改变，对固定的构件而改变，这种特性称为低副的运这种特性称为低副的运动可逆性动可逆性。 机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉取构件取构件4 4作机架作机架曲柄滑块机构曲柄滑块机构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3.3 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化2.选取不同的构件为机架选取不同的构件为机架机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉取构件取构件2 2作机架作机架曲柄摇块机构曲柄摇块机构3.3 铰链四

16、杆机构的演化铰链四杆机构的演化机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉3.3.定块机构（取构件定块机构（取构件3 3作机架）作机架）3.3 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化取构件取构件3 3作机架作机架定块机构定块机构机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉取构件取构件1 1作机架作机架, ,（L L1 1L L2 2）转动导杆机构转动导杆机构3.3 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉取构件取构件1 1作机架作机架, ,（ L L2 2L L1 1 ）摆动导杆机构摆动导杆机构3.3 铰链四杆机构的演化铰链四

17、杆机构的演化取构件取构件1 1作机架作机架, ,（L L2 2L L1 1）摆动导杆机构摆动导杆机构机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉3.3 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化曲柄滑块机构摇块机构定块机构转动导杆机构摆动导杆机构机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉3.3 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化3.2.3 扩大转动副尺寸扩大转动副尺寸 当曲柄的尺寸很小时，由于结构和强度的需要，当曲柄的尺寸很小时，由于结构和强度的需要，常通过扩大转动副尺寸常通过扩大转动副尺寸 ，将曲柄改作成为一个几何，将曲柄改作成为一个几何中心与回转中心不重合的圆盘。中心与回

18、转中心不重合的圆盘。 机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉3.4 平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性 图示曲柄摇杆机构中，图示曲柄摇杆机构中，摇杆所处的摇杆所处的C1D、C2D两两位置称位置称为摇杆的为摇杆的两极限位置两极限位置 从动件在两极限位置时，从动件在两极限位置时，原动件原动件AB在对应两位置间所夹在对应两位置间所夹的的 锐角锐角称为称为极位夹角极位夹角 当曲柄以等角速度当曲柄以等角速度转动时，因转动时，因 1 2、固有固有t 1 t2、则则2 1，即摇杆的摆回平均速度大于摆出的平均速度，这种性质即摇杆的摆回平均速度大于摆出的平均速度，这种性质称为称为急回特

19、性。急回特性。3.4.1 急回特性急回特性运动特性运动特性一般情况：摆出一般情况：摆出工作行程工作行程摆回摆回非工作行程非工作行程机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉3.4 平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性观察一下急回特性观察一下急回特性机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉00180180K111800kk002121112212180180/tttCCtCCK= 为了表明机构急回运动的程度，可用摆杆摆回平均速度为了表明机构急回运动的程度，可用摆杆摆回平均速度与摆出平均速度的比值来衡量，该比值称为与摆出平均速度的比值来衡量，该比值称为行程速比因数

20、。行程速比因数。用用K表示。即表示。即 K1机构具有急回特性。若机构具有急回特性。若K1，0,越大，机构的急回特性越显著。越大，机构的急回特性越显著。=0,机构无急回特性。机构无急回特性。212CVV3.4 平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉3.4 平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性平面四杆机构具有急回特性的条件是：平面四杆机构具有急回特性的条件是：1）原动件等角速整周转动，）原动件等角速整周转动，即曲柄为原动件；即曲柄为原动件；2）输出件作往复运动；）输出件作往复运动；3）极位夹角满足）极位夹角满足0。对于对心式曲柄滑

21、对于对心式曲柄滑块机构，因其块机构，因其0，故，故无急回特性无急回特性 机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉3.4 平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性对于偏置曲柄滑块机构，对于偏置曲柄滑块机构，因其因其0，就有急回特性，就有急回特性，机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉= 0 机构具有急回特性机构具有急回特性3.4 平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉3.4.2 压力角与传动角压力角与传动角传力性能传力性能压力角压力角 ：从动件上某点所受作：从动件上某点所受作用力方向用力方向 与其速度方

22、与其速度方向间所夹的锐角向间所夹的锐角传动角传动角 ：压力角的余角：压力角的余角 即即+=90压力角压力角越小，机构的传力性能越好，理想的压力角越小，机构的传力性能越好，理想的压力角=0传动角传动角越大，机构的传力性能越好，理想的传动角越大，机构的传力性能越好，理想的传动角=90F Fn=Fsin 有害分力有害分力Ft=Fcos 有效分力有效分力所以要控制最小传动角所以要控制最小传动角min 40503.4 平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉分析：最小传动角出现的位置分析：最小传动角出现的位置1.曲柄摇杆机构（曲柄为主动件）曲柄摇

23、杆机构（曲柄为主动件）最小传动角出现在曲柄与机架共线的位置最小传动角出现在曲柄与机架共线的位置3.4平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉分析：最小传动角出现的位置分析：最小传动角出现的位置2.曲柄滑块机构（曲柄为主动件）曲柄滑块机构（曲柄为主动件）最小传动角出现在曲柄与滑块移动方向线垂直的位置最小传动角出现在曲柄与滑块移动方向线垂直的位置3.4平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉分析：最小传动角出现的位置分析：最小传动角出现的位置3.摆动导杆机构（曲柄为主动件）摆动导杆机

24、构（曲柄为主动件） 在任何情况下在任何情况下 =0=903.4平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉机构的死机构的死 点：当机构处于压力角等点：当机构处于压力角等 于于90（传动角等于（传动角等于 0）位置时）位置时 无论驱无论驱 动力多大，均不能使动力多大，均不能使 从动件运动的位置从动件运动的位置。死点位置举例死点位置举例1：曲柄摇杆机构（摇杆为主动件）：曲柄摇杆机构（摇杆为主动件）死点出现在曲柄与连杆共线的位置死点出现在曲柄与连杆共线的位置3.4.3 死点位置死点位置3.4平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性机械设计基础

25、978-7-111-30110-3 王亚辉死点位置举例死点位置举例2：曲柄滑块机构（滑块为主动件）曲柄滑块机构（滑块为主动件）死点出现在曲柄与连杆共线的位置死点出现在曲柄与连杆共线的位置3.4平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉 死点位置举例死点位置举例3：摆动导杆机构（以导杆为主动件）摆动导杆机构（以导杆为主动件）死点出现在曲柄与导杆垂直的位置死点出现在曲柄与导杆垂直的位置3.4平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉利用和克服死点利用和克服死点死点死点不利的一面不利的一面

26、克服死点克服死点用惯性力用惯性力有利的一面有利的一面利用死点利用死点3.4平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉克服死点克服死点（机构的错位排列）机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉克服死点克服死点（加大飞轮）机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉克服死点克服死点（加大飞轮）机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉利用死点利用死点（飞机起落架）机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉利用死点利用死点（夹紧工件）（夹紧工件）机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚

27、辉3.5 3.5 平面四杆机构的设计方法平面四杆机构的设计方法3.5.1 平面连杆机构设计的基本问题平面连杆机构设计的基本问题 主要任务：主要任务：根据机构的工作要求、运动特性和设计条件选定根据机构的工作要求、运动特性和设计条件选定 机构形式，并确定出各构件的尺寸参数。机构形式，并确定出各构件的尺寸参数。连杆机构设计两类问题连杆机构设计两类问题：（1）实现给定从动件的运动规律）实现给定从动件的运动规律（2）实现给定的运动轨迹）实现给定的运动轨迹1图解法图解法2解析法解析法3 实验法实验法平面四杆机构的设计方法平面四杆机构的设计方法机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉1.设计曲

28、柄摇杆机构设计曲柄摇杆机构已知已知 曲柄机构摇杆曲柄机构摇杆L3的长度及摇杆的长度及摇杆 摆角摆角和行程速比因数和行程速比因数K。点击点击D点演示设计过程点演示设计过程3.5 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计方法方法3.5.2 按给定的行程速比因数设计按给定的行程速比因数设计机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉1. 按连杆的两个给定位置设计按连杆的两个给定位置设计 3.5 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计方法方法3.5.3 按给定连杆位置设计按给定连杆位置设计 机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉点击B点演示设计过程3.5 平面四杆机构的设计平面四杆

29、机构的设计方法方法3.5.3 按给定连杆位置设计按给定连杆位置设计 2. 按连杆的三个给定位置设计按连杆的三个给定位置设计 机械设计基础978-7-111-30110-3 王亚辉举例：设计一振实造型机的反转机构，举例：设计一振实造型机的反转机构，要求反转台位于位置要求反转台位于位置（实线位置）（实线位置）时，在砂箱内填砂造型振实，反转台时，在砂箱内填砂造型振实，反转台转至位置转至位置（虚线线位置）时起模，（虚线线位置）时起模，已知连杆已知连杆BC长长0.5m和两个位置和两个位置B1C1、B2C2.。要求固定铰链中心。要求固定铰链中心A、D在同在同一水平线上并且一水平线上并且AD=BC。自己可以自己可以试着在纸上按比例作出图形，再求试着在纸上按比例作出图形，再求出各杆长度。出各杆长度。点击点击B点演示设计过程点演示设计过程设计举例设计举例3.5 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计方法方法机械设计基础978-7-111-3