东北石油大学机械设计基础第2章 平面连杆机构

1、机械科学与工程学院机械科学与工程学院平面连杆机构及其传动特点平面连杆机构及其传动特点 平面连杆机构：各构件都是用平面低副（回转副和移动平面连杆机构：各构件都是用平面低副（回转副和移动副）联接起来的机构。又称平面低副机构。副）联接起来的机构。又称平面低副机构。 优点：优点：1.1.面接触，压强小面接触，压强小, ,承受大载荷，制造、承受大载荷，制造、润滑容易。润滑容易。2.2.通过改变各构件相对长度可使从动件通过改变各构件相对长度可使从动件获得不同的运动规律，实现不同的轨迹获得不同的运动规律，实现不同的轨迹。 缺点：缺点：1.1.运动链长，产生积累误差，效率低。运动链长，产生积累误差，效率低。2

2、.2.存在动载荷，不宜高速传动存在动载荷，不宜高速传动组成：组成：构件构件1 1，3 -3 -构件构件 2 -2 -构件构件 4 - 4 - 2-1 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与机架组成整转副的连架杆。与机架组成整转副的连架杆。与机架组成摆动副的连架杆与机架组成摆动副的连架杆. .组成转动副的两构件能作整周相对转动。组成转动副的两构件能作整周相对转动。不能做整周转动的回转副称为摆转副。不能做整周转动的回转副称为摆转副。一、一、铰链四杆机构铰链四杆机构1432O1ABO2铰链四杆机构：全部用转动副相连的铰链四杆机构：全部用转动副相连的平面四杆机构平面四杆机构。2

3、-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铰链四杆机构可分为三种基本形式：铰链四杆机构可分为三种基本形式： 曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构1、曲柄摇杆机构、曲柄摇杆机构两个连架杆中，一个为曲柄，一个为摇杆两个连架杆中，一个为曲柄，一个为摇杆2-1 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2、双曲柄机构、双曲柄机构传动特点：传动特点：原动件曲柄匀速转动时从动件曲柄为非匀速转动原动件曲柄匀速转动时从动件曲柄为非匀速转动2-1 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2、双曲柄机构、双曲柄机构惯

4、性筛惯性筛平行四边形机构：双曲柄机构中，相平行四边形机构：双曲柄机构中，相对的两杆平行且相等。对的两杆平行且相等。天平应用传动特点传动特点：主动曲柄和从动曲柄均以相：主动曲柄和从动曲柄均以相同角速度转动。同角速度转动。平行四边形机构的位置不确定性及解决平行四边形机构的位置不确定性及解决2-1 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2、双曲柄机构、双曲柄机构平行四边形机构的位置不确定性及解决平行四边形机构的位置不确定性及解决解快方法：解快方法： （1）加惯性轮）加惯性轮 利用惯性维持从利用惯性维持从动曲柄转向不变。动曲柄转向不变。 （2）加虚约束）加虚约束 通过虚约束保持通

5、过虚约束保持平行四边形，如机车车轮联动的平行平行四边形，如机车车轮联动的平行四边形机构。四边形机构。2-1 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2、双曲柄机构、双曲柄机构反平行四边形机构：反平行四边形机构：铰链四杆机构中两连架杆的长度相等但不铰链四杆机构中两连架杆的长度相等但不平行。平行。汽车车门开闭机构汽车车门开闭机构2-1 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3、双摇杆机构、双摇杆机构双摇杆机构：双摇杆机构：铰链四杆机构中，两连架杆均为摇杆。铰链四杆机构中，两连架杆均为摇杆。鹤式起重机鹤式起重机传动特点：传动特点：两摇杆不能整周回转，但是连杆

6、却能整周回转。两摇杆不能整周回转，但是连杆却能整周回转。 如果将连杆作为机架，则双摇杆机构变为双曲柄机构。如果将连杆作为机架，则双摇杆机构变为双曲柄机构。2-1 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三种铰链四杆机构的对比三种铰链四杆机构的对比双摇杆机构双摇杆机构三个机构实际上是一种机构，只是三个机构实际上是一种机构，只是选择了不同的构件作机架选择了不同的构件作机架。在三种机构形式中，四个运动副的在三种机构形式中，四个运动副的性质都没有变化（整转副、摆动副）性质都没有变化（整转副、摆动副）曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双曲柄机构2-1 平面四杆机构的基本类型及其应用平

7、面四杆机构的基本类型及其应用二、含一个移动副的四杆机构二、含一个移动副的四杆机构摇杆尺寸趋于无穷大摇杆尺寸趋于无穷大1 1、曲柄滑块机构、曲柄滑块机构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2-1 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二、含一个移动副的四杆机构二、含一个移动副的四杆机构2、导杆机构、导杆机构(曲柄滑块机构演化曲柄滑块机构演化)a)a)曲柄滑块机构曲柄滑块机构b)b)转动导杆机构转动导杆机构摆动导杆机构摆动导杆机构，1 1为原动件为原动件c)c)摇块机构摇块机构d)d)定块机构定块机构当当l l11 B B2 2 转过转过 而摇杆而

8、摇杆 C C1 1 C C2 21回程时：回程时： 曲柄曲柄: B: B2 2 B B1 1 转过转过 而摇杆而摇杆 C C2 2 C C1 12极回运动的极回程度用行程速比系数极回运动的极回程度用行程速比系数 k k 衡量衡量度从动件工作行程平均速从动件空行程平均速度12vvk2-2 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性二、急回特性二、急回特性极回运动的大小可以根据极位夹角的大小来判断，极回运动的大小可以根据极位夹角的大小来判断，极位夹角越大，急回特性越明显。极位夹角越大，急回特性越明显。试判断对心曲柄滑块机构的急回运动试判断对心曲柄滑块机构的急回运动 180180212112122

9、112tttCCtCCvvk弧弧弧弧11180 kk 2-2 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性二、二、急回特性急回特性作者：潘存云教授偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构的急回特性的急回特性作者：潘存云教授180180180180-导杆机构导杆机构的急回特性的急回特性 180180180180-思考题：思考题： 对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构的急回特性如何？的急回特性如何？2-2 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性三、压力角和传动角三、压力角和传动角压力角压力角：从动件所受到的作用力的方从动件所受到的作用力的方向与力作用点速度方向所夹的锐角向与力作用点速度方向所夹的锐角FC

10、OSFt有效分力：有效分力：传动角传动角:压力角的余角为传动角。压力角的余角为传动角。传动角越大、压力角越小，机构传动角越大、压力角越小，机构的传动性能越好。通常要求：的传动性能越好。通常要求：40min 高速、大功率传动要求高速、大功率传动要求：50min 机构中最小传动角的计算机构中最小传动角的计算：机构中机构中最小传动角最小传动角的位置一定在曲柄转到与机架重叠共线或拉直共的位置一定在曲柄转到与机架重叠共线或拉直共线两种情况之一。线两种情况之一。2-2 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性四、死点位置四、死点位置死点：死点：曲柄摇杆机构中，如曲柄摇杆机构中，如果以摇杆为原动件，在曲

11、柄果以摇杆为原动件，在曲柄与连杆共线的两个位置，由与连杆共线的两个位置，由于传动角为于传动角为0 0，使机构处于，使机构处于静止状态的位置为静止状态的位置为死点死点。机构正常运转时应设法避开死点机构正常运转时应设法避开死点，如缝纫机靠飞轮通过死点。如缝纫机靠飞轮通过死点。有些机构靠死点来工作有些机构靠死点来工作，如飞机的起落架。，如飞机的起落架。2-2 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性四、死点位置四、死点位置避免措施：避免措施： 两组机构错开排列，如两组机构错开排列，如火车轮机构火车轮机构; ;靠靠飞轮的惯性飞轮的惯性（如内燃机、缝纫机等）。（如内燃机、缝纫机等）。FAEDGBCA

12、BEFDCG2-2 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性四、死点位置四、死点位置作者：潘存云教授作者：潘存云教授工件工件ABCD1234PABCD1234工件工件P钻孔夹具钻孔夹具=0=0TABDC飞机起落架飞机起落架ABCD=0=0F也可以利用死点进行工作：也可以利用死点进行工作：飞机起落架、钻夹具飞机起落架、钻夹具等。等。一、平面四杆机构设计的基本问题一、平面四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根据给定的运动要求选择 机构的类型；机构的类型；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( (长长 度尺寸度尺寸) )。 同时要满足其他辅助条件：同

13、时要满足其他辅助条件：a)a)结构条件（如要求有曲柄、杆长比恰当、结构条件（如要求有曲柄、杆长比恰当、 运动副结构合理等）运动副结构合理等）; ;b)b)动力条件（如动力条件（如 minmin）; ;c)c)运动连续性条件等。运动连续性条件等。2-3 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计三类设计要求三类设计要求作者：潘存云教授作者：潘存云教授ADCB飞机起落架飞机起落架BC1)1)实现给定的运动规律实现给定的运动规律 飞机起落架、函数机构。飞机起落架、函数机构。函数机构函数机构要求两连架杆的转角对应要求两连架杆的转角对应的弧长满足的弧长满足 y=logxy=logxxy=logxABCD2-3

14、 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计三类设计要求三类设计要求2)2)满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构。满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构。要求连杆在两个位置垂直地面要求连杆在两个位置垂直地面BCABDC3) 3) 实现预定的轨迹，如搅拌机。实现预定的轨迹，如搅拌机。2-3 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计给定的设计条件：给定的设计条件：1)1)几何条件几何条件（给定连架杆或连杆的位置）（给定连架杆或连杆的位置）2)2)运动条件运动条件（给定（给定K K）3)3)动力条件动力条件（给定（给定 minmin）设计方法：设计方法：图解法、解析法、实验法图解法、解析法、实验法思路：思路

15、：首先建立包含机构的各尺度参数和运动变量在内的解析关系首先建立包含机构的各尺度参数和运动变量在内的解析关系式，然后根据已知的运动变量求解所需的机构尺度参数。式，然后根据已知的运动变量求解所需的机构尺度参数。用解析法设计四杆机构用解析法设计四杆机构2-3 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计二、图解法设计四杆机构二、图解法设计四杆机构a)给定连杆两组位置给定连杆两组位置有唯一解。有唯一解。B2C2AD将铰链将铰链A、D分别选在分别选在B1B2，C1C2连连线的垂直平分线上任意位置都能满足线的垂直平分线上任意位置都能满足设计要求。设计要求。b)给定连杆上铰链给定连杆上铰链BC的三组位置的三组位置有

16、无穷多组解。有无穷多组解。ADB2C2B3C3DB1C1AB1C11 要求实现连杆的预定位置要求实现连杆的预定位置2-3 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计二、图解法设计四杆机构二、图解法设计四杆机构 2 2、要求实现两连架杆转角的对应关系、要求实现两连架杆转角的对应关系123123O1O2A1A2A3B1B2B3A2B1A3已知已知O O1 1、 O O2 2的位置、的位置、O O1 1A A1 1的长度和两连的长度和两连架杆的三个对应位架杆的三个对应位置，设计该四杆机置，设计该四杆机构。构。2-3 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计二、图解法设计四杆机构二、图解法设计四杆机构3 要求实现预定的行程速比系数要求实现预定的行程速比系数作者：潘存云教授E (1) 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构计算计算180(K-1)/(K+1);已知已知：CD杆长，摆角杆长，摆角及及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C2PC1C2，作，