第八章平面连杆机构及其设计

1、第第8 8章章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计一一 连杆机构传动特点及其应用连杆机构传动特点及其应用二二 平面四杆机构的类型和应用平面四杆机构的类型和应用三三 平面四杆机构的基本知识平面四杆机构的基本知识四四 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计1.1.连杆机构的特点连杆机构的特点契贝谢夫四足步行机构（契贝谢夫四足步行机构（图片图片、动画动画）曲柄滑块机构曲柄滑块机构摆动摆动导杆机构导杆机构 铰链四杆机构铰链四杆机构一一 连杆机构传动特点连杆机构传动特点及其应用及其应用构件多呈现杆的形状；构件多呈现杆的形状；可实现多种运动变换和运动规律；可实现多种运动变换和运动规律；连杆曲线连杆曲线

2、形状丰富，可满足各种轨迹要求。形状丰富，可满足各种轨迹要求。缺点：缺点：运动链长，累积误差大，效率低；运动链长，累积误差大，效率低；惯性力难以平衡，动载荷大，不宜用于惯性力难以平衡，动载荷大，不宜用于 高速运动；高速运动；一般只能近似满足运动规律要求。一般只能近似满足运动规律要求。运动副一般为低副；运动副一般为低副；优点：优点：1） 实现有轨迹、位置或运动规律要求的运动实现有轨迹、位置或运动规律要求的运动 2） 实现从动件运动形式及运动特性的改变实现从动件运动形式及运动特性的改变 3） 实现较远距离的传动实现较远距离的传动 4）调节、扩大从动件行程）调节、扩大从动件行程 5） 获得较大的机械增

3、益获得较大的机械增益 http:/ 平面连杆机构构件运动形式和连杆曲线多种多样，因而被平面连杆机构构件运动形式和连杆曲线多种多样，因而被广泛地应用于工程实际中。广泛地应用于工程实际中。 2.2.平面连杆机构的应用平面连杆机构的应用a.a.实现有轨迹、位置或运动规律要求的运动实现有轨迹、位置或运动规律要求的运动（圆轨迹复制机构圆轨迹复制机构 图片图片） b. b. 实现从动件运动形式及运动特性的改变实现从动件运动形式及运动特性的改变（单侧停歇曲线槽导杆机构单侧停歇曲线槽导杆机构 图片图片） c. c. 实现较远距离的传动（实现较远距离的传动（自行车的手闸自行车的手闸 ） d. d. 调节、扩大从

4、动件行程调节、扩大从动件行程（可变行程滑块机构可变行程滑块机构 图片图片） e. e. 获得较大的机械增益获得较大的机械增益 （杠杆机构杠杆机构 ）平面连杆机构分为平面连杆机构分为四杆机构和多杆机构四杆机构和多杆机构2类类四杆机构四杆机构六杆机构六杆机构平面四杆机构按所含移动副数目分为：平面四杆机构按所含移动副数目分为： 铰链四杆机构铰链四杆机构（基本型式（基本型式）； 含一个移动副的四杆机构；含一个移动副的四杆机构； 含两个移动副的四杆机构。含两个移动副的四杆机构。二二 平面四杆机构的类型和应用平面四杆机构的类型和应用1 平面四杆机构的基本型式平面四杆机构的基本型式铰链四杆机构铰链四杆机构术

5、语术语连架杆连架杆整转副整转副摆转副摆转副连杆连杆曲柄曲柄摇杆摇杆铰链四杆机构分类及应用铰链四杆机构分类及应用铰链四杆机构按两个连架杆的运动型式分类：铰链四杆机构按两个连架杆的运动型式分类：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摇头风扇摇头风扇飞剪飞剪雷达雷达鹤式起重机鹤式起重机缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构震动筛震动筛汽车转向机构汽车转向机构连杆步进输送机构连杆步进输送机构2. 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的铰链四杆机构的3种型式、铰链四杆机构与其种型式、铰链四杆机构与其它四杆机构之间都可通过下列演化途经相互转换。它四杆机构之间都可通过

6、下列演化途经相互转换。途径途径2: 改换机架（改变机构类型）改换机架（改变机构类型）途径途径1: 转动副转化成移动副（改变机构类型）转动副转化成移动副（改变机构类型）途径途径4: 扩大运动副尺寸（不改变机构类型）扩大运动副尺寸（不改变机构类型）途径途径3: 改换轨迹的包容关系（不改变机构类型）改换轨迹的包容关系（不改变机构类型）曲柄滑块机构曲柄滑块机构定块机构定块机构摇块机构摇块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叽桶叽桶自卸车机构自卸车机构开门机构开门机构牛头刨床牛头刨床含一个移动副的四杆机构含一个移动副的四杆机构小型刨床小型刨床正弦机构正弦机构正切机构正切机构双移动滑块机构

7、双移动滑块机构含两个移动副的四杆机构含两个移动副的四杆机构 tanLs L三三 平面四杆机构的基本知识平面四杆机构的基本知识（重点）（重点） 本节要掌握本节要掌握3种典型机构（曲柄摇杆、曲柄滑种典型机构（曲柄摇杆、曲柄滑块、摆动导杆机构）的块、摆动导杆机构）的4个问题（曲柄存在条件、个问题（曲柄存在条件、急回特性、压力角急回特性、压力角/传动角和死点位置）。传动角和死点位置）。1. 铰链四杆机构具有整转副的条件铰链四杆机构具有整转副的条件（一）（一） 运动特性运动特性铰链四杆运动链具有整转副的条件铰链四杆运动链具有整转副的条件 若最长杆与最短杆的长度之和若最长杆与最短杆的长度之和 其余两杆长度

8、其余两杆长度之和之和( (称为杆长条件称为杆长条件) )，则所有最短杆两边的转动副，则所有最短杆两边的转动副为整转副。其余为摆转副。为整转副。其余为摆转副。铰链四杆运动链铰链四杆运动链铰链四杆机构曲柄存在条件铰链四杆机构曲柄存在条件满足杆长条件满足杆长条件；最短杆为连架杆，得到曲柄摇杆机构；最短杆为连架杆，得到曲柄摇杆机构；最短杆为机架，得到双曲柄机构；最短杆为机架，得到双曲柄机构；最短杆为连杆，得到双摇杆机构；最短杆为连杆，得到双摇杆机构；不满足杆长条件不满足杆长条件，永远无曲柄。，永远无曲柄。曲柄滑块机构曲柄存在的条件曲柄滑块机构曲柄存在的条件123L1L2对心式：对心式：L1 L2123

9、L1L2e偏心式：偏心式：L1 +e 0，K 1，有急回特性。有急回特性。摆动导杆机构摆动导杆机构0，K 1，有急回特性。有急回特性。特殊性：极为夹角特殊性：极为夹角=最大摆角最大摆角 。 3. 运动的运动的连续性连续性（了解）（了解）压力角和传动角的定义压力角和传动角的定义( (熟知熟知) )设计有要求设计有要求: : min 含义：含义：表征机构传力性能的指标。表征机构传力性能的指标。压力角：压力角：输出构件受力方向与受力点速度方向之输出构件受力方向与受力点速度方向之间所夹锐角。间所夹锐角。 传动角：传动角：压力角的余角压力角的余角。 1.压力角与传动角压力角与传动角（二）（二） 传力特性

10、传力特性（1）画机构压力角和传动角）画机构压力角和传动角当连杆与输出构件夹角大于当连杆与输出构件夹角大于9090时，时， 为其补角。为其补角。 铰链四杆机构的压力角与传动角铰链四杆机构的压力角与传动角（2） min出现的位置出现的位置曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构: min出现在曲柄与机架共线的两个出现在曲柄与机架共线的两个位置之一。位置之一。 1min 2min曲柄滑块机构压力角与传动角曲柄滑块机构压力角与传动角（1 1）画法）画法 （2 2） min min 出现的位置出现的位置 minmin出现在曲柄与导路垂直的两个位置之一。出现在曲柄与导路垂直的两个位置之一。对心式对心式偏心式偏心式导杆机构

11、压力角与传动角导杆机构压力角与传动角 0 0 9 90 00 0摆动导杆机构摆动导杆机构力方向力方向速度方向速度方向三种机构三种机构 min出现的位置出现的位置(熟知熟知)曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构: min 出现在曲柄与机架共线的两个位置之一。出现在曲柄与机架共线的两个位置之一。曲柄滑块机构曲柄滑块机构: min 出现在曲柄与机架垂直的两个位置之一。出现在曲柄与机架垂直的两个位置之一。导杆机构导杆机构: 为定值。为定值。 =02. 机构的死点位置机构的死点位置出现死点位置的条件出现死点位置的条件往复运动构件为主动件，曲柄为输出构件。往复运动构件为主动件，曲柄为输出构件。死点的位置特征：死点的位

12、置特征： =0或连杆与曲柄共线。或连杆与曲柄共线。曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构曲柄导杆机构曲柄导杆机构以曲柄为主动件以曲柄为主动件的极限位置。的极限位置。克服死点位置的措施克服死点位置的措施惯性：例如惯性：例如缝纫机缝纫机错位安装：错位安装：例如例如火车火车利用死点位置利用死点位置例如：例如：飞机起落架飞机起落架，夹具夹具1. 按行程速比系数设计按行程速比系数设计给定：给定： 、K、摇杆长度。摇杆长度。 要求：图解法设计曲柄摇杆机构。要求：图解法设计曲柄摇杆机构。四四 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计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90- P C1C

13、2DADC1C2 1 1K K1 1K K1 18 80 0o o A2/121）（CClLA AA A 2/122）（CClLA AA A L长度比例尺长度比例尺( (单位：单位：m/mm)m/mm)90- PC1C21 1K K1 1K K1 18 80 0o o A2/121）（CClLA AA A 2/122）（CClLA AA A L长度比例尺长度比例尺( (单位：单位：m/mm)m/mm)给定：给定：K、滑块行程滑块行程H， 要求：图解法设计曲柄滑块机构。要求：图解法设计曲柄滑块机构。He按行程速比系数设计按行程速比系数设计2 .按给定连杆位置设计铰链四杆机构按给定连杆位置设计铰链四杆机构给定连杆长度和给定连杆长度和3个位置个位置4. 按连杆曲线图谱法进行再现给定点运动轨迹的按连杆曲线图谱法进行再现给定点运动