第3章平面连杆机构

1、低副低副3.13.1 平面连杆机构的类型及应用平面连杆机构的类型及应用3.2 3.2 平面四杆机构的运动特性平面四杆机构的运动特性 3.3 3.3 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 平面连杆机构平面连杆机构：若干构件若干构件由低副（转动副、移动由低副（转动副、移动副）连接组成的平面机构。副）连接组成的平面机构。平面连杆机构平面连杆机构平面机构平面机构折叠伞、内燃机中的曲柄滑块机构、装载机、手动冲床、机械手爪、折叠伞、内燃机中的曲柄滑块机构、装载机、手动冲床、机械手爪、公共汽车开关门机构、窗户拉杆等。公共汽车开关门机构、窗户拉杆等。应用实例：应用实例： 结构简单，易于制造；结构简单，易于制造

2、； 可实现多种运动变换（转动摆动的变换、可实现多种运动变换（转动摆动的变换、转动移动的变换等）和运动规律；转动移动的变换等）和运动规律； 运动副为低副，构件间为面接触，磨损小；运动副为低副，构件间为面接触，磨损小；优点：例：例：四足机器人四足机器人缺点： 运动副中有间隙，构件和运动副多时累积误差大；运动副中有间隙，构件和运动副多时累积误差大； 效率低，动载荷大，不宜用于高速运动；效率低，动载荷大，不宜用于高速运动； 不容易精确的实现复杂运动规律。不容易精确的实现复杂运动规律。l平面四杆机构平面四杆机构是构件最少、最基本的平面连杆机构，是构件最少、最基本的平面连杆机构，也是组成多杆机构的基础。也

3、是组成多杆机构的基础。全部由全部由转动副转动副连接的平面四杆机构称为连接的平面四杆机构称为铰链四杆机构，铰链四杆机构，是平面四杆机构的基本形式。是平面四杆机构的基本形式。其它四杆机构都是由它演变得到的。其它四杆机构都是由它演变得到的。低副低副平面四杆机构平面四杆机构平面连杆机构平面连杆机构平面机构平面机构铰链四杆机构铰链四杆机构最少最少构件构件转动副转动副（最基本的（最基本的四杆机构）四杆机构）曲柄曲柄连杆连杆摇杆摇杆不能作整周回转的连架杆；不能作整周回转的连架杆；能作能作360360整周回转的连架杆；整周回转的连架杆；名词解释：名词解释：不与机架直接相连的构件。不与机架直接相连的构件。 3.

4、1 3.1 平面四杆机构的类型及应用平面四杆机构的类型及应用与机架相连的构件；与机架相连的构件；连杆作平面复杂运动，既有连杆作平面复杂运动，既有转动，又有平动，各点的轨转动，又有平动，各点的轨迹都是形状不同的曲线迹都是形状不同的曲线. .铰链四铰链四杆机构杆机构等腰梯形机构等腰梯形机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双曲柄机构双摇杆机构双摇杆机构平行四边形机构平行四边形机构逆平行四边形机构逆平行四边形机构3.1 3.1 平面四杆机构的类型及应用平面四杆机构的类型及应用（曲柄数目）（曲柄数目）应用应用实例：实例：天平机构天平机构 机车车轮联动机构机车车轮联动机构周转运动和往复摆动的相互转化周转

5、运动和往复摆动的相互转化据下图所示的曲柄摇杆，反推出机构中各杆相对长度之间的关系据下图所示的曲柄摇杆，反推出机构中各杆相对长度之间的关系 l3(l2 l1)+ l4在在ACAC2 2D D中，由三角形任意两边之和大于第三边可得：中，由三角形任意两边之和大于第三边可得：则由则由ACAC1 1D D可得：可得：l1+ l2 l3 + l4l4(l2 l1)+ l3 l1+ l3 l2 + l4将以上三式两两相加得：将以上三式两两相加得： l1+ l4 l2 + l3最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和和杆长条件杆长条件。3.1 3.1 平面

6、四杆机构的类型及应用平面四杆机构的类型及应用 l1 l2, l1 l3, l1 l4 存在曲柄的必要条件存在曲柄的必要条件机构均为机构均为双摇杆机构双摇杆机构。则机构为则机构为双曲柄机构双曲柄机构；1 1）当最短杆相邻杆为机架时，）当最短杆相邻杆为机架时，如果各杆长度如果各杆长度不满足杆长条件不满足杆长条件，则机构为则机构为曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构；3 3） 2 2）当最短杆为机架时，）当最短杆为机架时，机构为机构为双摇杆机构双摇杆机构。结论：结论：如果如果铰链四杆机构铰链四杆机构各杆各杆满足杆长条件满足杆长条件：平行四边形平行四边形不论以哪个杆做机架总是不论以哪个杆做机架总是双曲柄机构双曲柄

7、机构；3.1 3.1 平面四杆机构的类型及应用平面四杆机构的类型及应用动画动画动画动画动画动画改变构件尺寸改变构件尺寸动画3.1 3.1 平面四杆机构的类型及应用平面四杆机构的类型及应用作用：实现周转作用：实现周转运动和往复移动运动和往复移动之间的转化之间的转化应用应用1 1、曲柄滑块机构、曲柄滑块机构 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构摇杆无限长摇杆无限长 2 2、导杆机构、导杆机构 曲柄滑块机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构曲柄摇块机构曲柄摇块机构曲柄转动导杆机构曲柄转动导杆机构曲柄摆动导杆机构曲柄摆动导杆机构取不同的构件为机架取不同的构件为机架定块机构定块机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构选用不同

8、的构件为机架（演化型式四杆机构的应用）3.1 3.1 平面四杆机构的类型及应用平面四杆机构的类型及应用固定滑块相对的杆固定滑块相对的杆导杆机构导杆机构 3 3、曲柄摇块机构、曲柄摇块机构 曲柄滑块机构曲柄滑块机构固定滑块相邻的杆固定滑块相邻的杆 4 4、定块机构、定块机构 曲柄滑块机构曲柄滑块机构固定滑块固定滑块5 5、偏心轮机构、偏心轮机构 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构动画3.1 3.1 平面四杆机构的类型及应用平面四杆机构的类型及应用扩大转动副扩大转动副自卸卡车翻斗用自卸卡车翻斗用摇块机构摇块机构抽水唧筒用抽水唧筒用定块机构定块机构3.1 3.1 平面四杆机构的类型及应用平面四杆机构的类型及应

9、用对于曲柄摇杆机构，当主动件对于曲柄摇杆机构，当主动件曲柄作匀速转动时，从动件摇曲柄作匀速转动时，从动件摇杆空回行程的的平均速度大于杆空回行程的的平均速度大于工作行程，这种特性称为工作行程，这种特性称为急回急回运动运动。 曲柄摇杆机构的急回运动曲柄摇杆机构的急回运动 、急回运动、急回运动3.2 3.2 平面四杆机构的运动特性平面四杆机构的运动特性1 1）摇杆的极限位置确定）摇杆的极限位置确定3 3）极位夹角）极位夹角 2 2）摇杆的摆角）摇杆的摆角 ：摇杆两极限位置的夹角：摇杆两极限位置的夹角：摇杆两极限位置时，曲：摇杆两极限位置时，曲柄对应位置所夹的锐角柄对应位置所夹的锐角由由C C1 1D

10、 D摆到摆到C C2 2D D工作行程，工作行程，v v1 1由由C C2 2D D摆回摆回C C1 1D D空回行程，空回行程，v v2 2：曲柄与连杆共线的两位置：曲柄与连杆共线的两位置12vv 用用 表示急回的程度。表示急回的程度。结论：结论：1)1) 当极位夹角当极位夹角 00时，机构便具有急回运动特性；时，机构便具有急回运动特性；越大，急回越显著。越大，急回越显著。满足要求的满足要求的K K值的极位夹角为：值的极位夹角为：2) 2) 利用机构的急回特性可缩短非生产时间，提高生产率。利用机构的急回特性可缩短非生产时间，提高生产率。11801KK1801802112ttvvK3.2 3.

11、2 平面四杆机构的运动特性平面四杆机构的运动特性2.2.压力角与传动角压力角与传动角costFFsinnFF压力角愈小，机构的传力效果愈好。所压力角愈小，机构的传力效果愈好。所以，压力角可以衡量机构传力性能。以，压力角可以衡量机构传力性能。 CvtFnFF压力角压力角 ：从动件上所受驱动从动件上所受驱动力方向（不计重力、摩擦力和力方向（不计重力、摩擦力和惯性力）与该力作用点速度方惯性力）与该力作用点速度方向之间所夹的锐角向之间所夹的锐角。 传动角传动角 压力角的余角，压力角的余角，即即 =90=90 - - 一般传动角就是连杆与摇杆所夹的锐角，直观，用来代替一般传动角就是连杆与摇杆所夹的锐角，

12、直观，用来代替 3.2 3.2 平面四杆机构的运动特性平面四杆机构的运动特性最小传动角的确定最小传动角的确定： 曲柄摇杆机构的曲柄摇杆机构的 minmin出现在主动件出现在主动件曲柄与机架共线曲柄与机架共线的两位置之一。的两位置之一。2.2.压力角与传动角压力角与传动角压力角压力角 ：从动件的受力与速从动件的受力与速度方向之间所夹的锐角度方向之间所夹的锐角。 传动角传动角 压力角的余角，压力角的余角，即即 =90=90 - - 当当BCD90BCD90时，时， BCDBCD， 180180- BCD- BCD当当BCD90BCD90时，时，为了保证机构传力性能良好，为了保证机构传力性能良好，

13、应使 min40 50一般传动角就是连杆与摇杆所夹的锐角，直观，用来代替一般传动角就是连杆与摇杆所夹的锐角，直观，用来代替 3.2 3.2 平面四杆机构的运动特性平面四杆机构的运动特性避免措施：避免措施： 施加外力施加外力; ; 靠惯性力等。靠惯性力等。3 3、 死（止）点位置死（止）点位置曲柄摇杆机构，曲柄摇杆机构，以摇杆以摇杆CDCD为主动件，当连杆与从动件曲柄共线时，为主动件，当连杆与从动件曲柄共线时，机构的传动角机构的传动角0 0， 这时主动件这时主动件CD CD 通过连杆作用于从动通过连杆作用于从动件件ABAB上的力恰好通过其回转中心，不论用多大的力推动从动件上的力恰好通过其回转中心

14、，不论用多大的力推动从动件曲柄，机构都不动，曲柄，机构都不动， 机构的这种位置称为机构的这种位置称为 “ “死点位置死点位置” 缝纫机的踏板机构缝纫机的踏板机构 3.2 3.2 平面四杆机构的运动特性平面四杆机构的运动特性曲柄摇杆机曲柄摇杆机构，构，以曲柄以曲柄为主动件，为主动件，无死点位置无死点位置ABDC飞机起落架飞机起落架工件工件PABCD1234工件工件ABCD1234工件工件P钻孔夹具钻孔夹具 T 0ABCDF 0 T事物都是一分为二的也可以利用死点进行工作：飞机起落架、钻床夹具等。事物都是一分为二的也可以利用死点进行工作：飞机起落架、钻床夹具等。3.2 3.2 平面四杆机构的运动特

15、性平面四杆机构的运动特性、急回运动、急回运动对心对心曲柄滑块机构的极位夹曲柄滑块机构的极位夹角角=0=0，无急回无急回运动特性。运动特性。偏置偏置曲柄滑块机构的极位夹曲柄滑块机构的极位夹角角=0=0，有急回有急回运动特性。运动特性。3.2 3.2 平面四杆机构的运动特性平面四杆机构的运动特性2 2、传动角、传动角对心对心曲柄滑块机构出现曲柄滑块机构出现两次两次最小传动角。最小传动角。偏置偏置曲柄滑块机构一次最小曲柄滑块机构一次最小传动角，出现在曲柄与其转传动角，出现在曲柄与其转动位于导路动位于导路同一侧同一侧的那个垂的那个垂直位置上。直位置上。minmin出现在出现在曲柄垂直于滑块导路的曲柄垂

16、直于滑块导路的两位置上。两位置上。3.2 3.2 平面四杆机构的运动特性平面四杆机构的运动特性3 3、止点位置、止点位置滑块为原动件滑块为原动件，当滑块移动到，当滑块移动到两极限位置时，两极限位置时，连杆与曲柄共连杆与曲柄共线线，两位置均为止点位置。，两位置均为止点位置。、急回运动、急回运动曲柄摆到导杆机构的极位夹角曲柄摆到导杆机构的极位夹角等于导杆的摆角等于导杆的摆角，显然，显然，=0=0，有急回有急回运动特性。运动特性。3.2 3.2 平面四杆机构的运动特性平面四杆机构的运动特性2 2、传动角、传动角滑块作用给导杆的力始终和速滑块作用给导杆的力始终和速度方向相同，故压力角始终为度方向相同，

17、故压力角始终为0 0，传动角始终为传动角始终为9090。有很。有很好的传动性能。好的传动性能。3 3、止点位置、止点位置一般曲柄为原动件，无止点位置。一般曲柄为原动件，无止点位置。小小 结结平面连杆机构是由若干构件用低副联接而成的平面机构。平面连杆机构是由若干构件用低副联接而成的平面机构。三种基本形式：曲柄摇杆，双曲柄，双摇杆三种基本形式：曲柄摇杆，双曲柄，双摇杆演化途径：改变构件的形状或尺寸，取不同的构件为机架演化途径：改变构件的形状或尺寸，取不同的构件为机架, , 扩大转动副等扩大转动副等小小 结结12.4 12.4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计连杆机构设计的基本问题例例：牛头刨床

18、机构牛头刨床机构（2）满足预定的连杆位置要求）满足预定的连杆位置要求 是根据给定的要求选定机构的型式，确定各构件的尺寸，同是根据给定的要求选定机构的型式，确定各构件的尺寸，同时还要满足结构条件、动力条件和运动连续条件等。时还要满足结构条件、动力条件和运动连续条件等。（1）满足预定的运动规律的要求即要求连杆能占据一系列预定位置即要求连杆能占据一系列预定位置例例：1. 小型电炉炉门的开闭机构小型电炉炉门的开闭机构 2. 图图12-27 造型机翻转机构造型机翻转机构满足给定行程速比系数满足给定行程速比系数K的要求。的要求。（3）满足预定的轨迹要求）满足预定的轨迹要求 例例：鹤式起重机鹤式起重机搅拌机

19、构搅拌机构设计方法：设计方法：图解法、解析法和实验法。图解法、解析法和实验法。各自特点：各自特点： 一般来说，图解法比较直观、易懂，尺寸精一般来说，图解法比较直观、易懂，尺寸精度较差；解析法计算繁琐，但精确较高；实验法形象直观，度较差；解析法计算繁琐，但精确较高；实验法形象直观，但过程复杂。但过程复杂。主要讲图解法，个别实例介绍一下解析法和实验法。主要讲图解法，个别实例介绍一下解析法和实验法。平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计一、一、 按连杆预定的位置设计四杆机构按连杆预定的位置设计四杆机构已知活动铰链中心的位置已知活动铰链中心的位置当给定连杆的三个位置时，有唯一解；当给定连杆的三个位置时，有唯一解；当给定连杆的两个位置时，有无穷多解。当给定连杆的两个位置时，有无穷多解。二、按给定