第2章平面连杆机构修改稿1009.

1、武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 第二章第二章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计21 平面四杆机构的基本型式和应用平面四杆机构的基本型式和应用22 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性23 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 第第2章章 平面连杆机构平面连杆机构主要内容：主要内容： 1。铰链四杆机构的基本形式及特性。铰链四杆机构的基本形式及特性 2。曲柄存在条件。曲柄存在条件重点及难点：重点及难点： 1。铰链四杆机构的基本形式及特性。铰链四杆机构的基本形式及特性 2。曲柄存在条件及铰链四杆机构的类型判定。曲柄存在条件及铰链四杆机构的类型

2、判定武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 应用实例：应用实例：特征：特征：有一作平面运动的构件，称为连杆。有一作平面运动的构件，称为连杆。特点：特点：采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损 形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。连杆曲线丰富。可满足不同要求。连杆曲线丰富。可满足不同要求。定义：定义：由低副（转动、移动）连接组成的平面机构。由低副（转动、移动）连接组成的平面机构。第二章第二章 平面连杆机构平面连杆机构内燃机内燃

3、机、鹤式吊鹤式吊、火车轮火车轮、手动冲床手动冲床、牛头刨床牛头刨床、椭椭圆仪圆仪、机械手爪机械手爪、开窗户支撑、公共汽车开关门、折、开窗户支撑、公共汽车开关门、折叠伞、折叠床、叠伞、折叠床、 单车制动操作机构等。单车制动操作机构等。武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 缺点：缺点：构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低。产生动载荷（惯性力），不适合高速。产生动载荷（惯性力），不适合高速。设计复杂，难以实现精确的轨迹。设计复杂，难以实现精确的轨迹。分类分类:本章重点内容是介绍本章重点内容是介绍四杆机构。四杆机构。平面连杆机构平面连杆机构空间连

4、杆机构空间连杆机构常以构件数命名：常以构件数命名：四杆机构四杆机构、多杆机构多杆机构。武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 1 1、基本型式、基本型式铰链四杆机构铰链四杆机构，其它四杆机构都是由，其它四杆机构都是由它演变得到的。它演变得到的。名词解释：名词解释：曲柄曲柄作整周定轴回转的构件；作整周定轴回转的构件；共有三种基本型式：连杆连杆作平面运动的构件；作平面运动的构件；连架杆连架杆与机架相联的构件；与机架相联的构件；摇杆摇杆作定轴摆动的构件；作定轴摆动的构件；周转副周转副能作能作360360相对回转的运动副；相对回转的运动副；摆转副摆转副只能作有限角度摆动的运动副。只能作有限角度摆动的运动

5、副。曲柄曲柄连杆连杆摇杆摇杆21 平面四杆机构的基本型式和应用平面四杆机构的基本型式和应用一、一、平面四杆机构的基本型式平面四杆机构的基本型式武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构特征：特征：曲柄摇杆曲柄摇杆作用：作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。 如雷达天线。如雷达天线。铰链四杆机构的基本型式铰链四杆机构的基本型式 双曲柄机构双曲柄机构 双摇杆机构双摇杆机构1 1、曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 作者：潘存云教授作者：潘存云教授ABC1243DABDC1243雷达天线俯仰机构雷达天线俯仰机构

6、曲柄主动曲柄主动缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构2143摇杆主动摇杆主动3124武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 作者：潘存云教授作者：潘存云教授2 2、双曲柄机构双曲柄机构特征特征：两个曲柄：两个曲柄作用：作用：将等速回转转变为将等速回转转变为等速等速或或变速变速回转。回转。应用实例：应用实例：如如叶片泵、惯性筛叶片泵、惯性筛等。等。武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 作者：潘存云教授A AD DC CB B1 12 23 34 4旋转式叶片泵旋转式叶片泵作者：潘存云教授A AD DC CB B1 12 23 3ABDC1234E6惯性筛机构惯性筛机构31武汉科技大学专用 作者： 潘存云教

7、授 作者：潘存云教授ABCD耕地耕地料斗料斗DCAB作者：潘存云教授耕地耕地料斗料斗DCAB实例：实例：火车轮火车轮特例：特例：平行四边形机构平行四边形机构AB = CD特征：特征：两连架杆等长且平行，两连架杆等长且平行， 连杆作平动连杆作平动BC = ADABDC摄影平台摄影平台作者：潘存云教授ADBC作者：潘存云教授BC天平天平播种机料斗机构播种机料斗机构武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授反平行四边形机构反平行四边形机构-车门开闭机构车门开闭机构反向反向FAEDGBCABEFDCG平行四边形机构在共线位置出现运平行四边形机构在共线位置出现

8、运动不确定。动不确定。采用两组机构错开排列。采用两组机构错开排列。火车轮火车轮武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授ABDCE3 3、双摇杆机构双摇杆机构特征：特征：两个摇杆两个摇杆应用举例：铸造翻箱机构应用举例：铸造翻箱机构特例：特例：等腰梯形机构汽车转向机构等腰梯形机构汽车转向机构、风扇摇头机构、风扇摇头机构BCABDC风扇座风扇座蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆电机电机ABDCEABDCE电机电机ABDC风扇座风扇座蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆电机电机ABDC风扇座风扇座蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆ABDC武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 作者：潘存云教授(1) (1) 改变

9、构件的形状和运动尺寸（回转副变移动副）改变构件的形状和运动尺寸（回转副变移动副）偏心曲柄滑块机构偏心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块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 l2-1-2 2-1-2 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 作者：潘存云教授(2)(2)改变运动副的尺寸（扩大回转副）改变运动副的尺寸（扩大回转副）(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（l1tt2 2 V V2 2

10、V V1 1摇杆的这种特性称为摇杆的这种特性称为急回运动急回运动。用以下比值表示急回程度称称K为为行程速比系数行程速比系数。12VVK 18018021tt且且越大，越大，K值越大，急回性质越明显。值越大，急回性质越明显。 只要只要 0 ， 就有就有 KK1所以可通过分析机构中是否存在以及的大小来判断机构是否有急回运动或运动的程度。11180KK设计新机械时，往往先给定设计新机械时，往往先给定K值，于是值，于是: 2212tCCV)180/(21CC121221tCCtCC武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 作者：潘存云教授FF F”当当BCD90BCD90时，时， BCDBCD三、三、压力

11、角和传动角压力角和传动角压力角压力角：从动件驱动力从动件驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹锐角。与力作用点绝对速度之间所夹锐角。设计时要求设计时要求: : minmin5050minmin出现的位置：出现的位置：当当BCD90BCD90时，时， 180180- BCD- BCD切向分力切向分力: : F= FcosF= Fcos法向分力法向分力: : F”= FcosF”= Fcos FF 对传动有利对传动有利。=Fsin=Fsin称称为为传动角传动角。此位置一定是：此位置一定是：主动件与机架共线两处之一。主动件与机架共线两处之一。为了保证机构良好的传力性能ABCDCDBAFF”F可用可用的大

12、小来表示机构传动力性能的好坏的大小来表示机构传动力性能的好坏, ,当当BCDBCD最小或最大时，都有可能出现最小或最大时，都有可能出现minmin武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 作者：潘存云教授车门车门C1B1abcdDA由余弦定律有：由余弦定律有： BB1 1C C1 1D Darccosbarccosb2 2+c+c2 2-(d-a)-(d-a)2 2/2bc/2bc BB2 2C C2 2D Darccosbarccosb2 2+c+c2 2-(d+a)-(d+a)2 2/2bc/2bc若若BB1 1C C1 1D90D90, ,则则若若BB2 2C C2 2D90D90, , 则

13、则1 1BB1 1C C1 1D D2 2180180-B-B2 2C C2 2D D机构的传动角一般在运动链机构的传动角一般在运动链最终一个从动件上度量。最终一个从动件上度量。v1 1minminBB1 1C C1 1D, 180D, 180-B-B2 2C C2 2DDminminC2B22 2F F武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 作者：潘存云教授F四、四、机构的死点位置机构的死点位置摇杆为主动件，摇杆为主动件，且连杆且连杆与曲柄两次共线与曲柄两次共线时时，有：，有：此时此时机构不能运动机构不能运动. .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

14、构; ;称此位置为：称此位置为： “死点死点”0 0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）。FAEDGBCABEFDCG0 0F0 0武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 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。武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 23 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 1.连杆机构设计的基本问题连杆机构设计的基本问题2. 用解析法设计四

15、杆机构用解析法设计四杆机构3.用作图法设计四杆机构用作图法设计四杆机构3.2按两连架杆三组对应位置设计四杆机构按两连架杆三组对应位置设计四杆机构3.1按预定连杆位置设计四杆机构按预定连杆位置设计四杆机构3.3按连杆上任意标志线的三组对应位置设计四杆机构按连杆上任意标志线的三组对应位置设计四杆机构3.4按给定的行程速比系数按给定的行程速比系数K设计四杆机构设计四杆机构武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 2 24 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 一、一、 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根据给定的运动要求选择机 构的类型；构的类型；尺度

16、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(长度长度 尺寸尺寸)。 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、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)动力条件（如动力条件（如minmin）;c)运动连续性条件等。运动连续性条件等。武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 1.按预定连杆位置设计四杆机构按预定连杆位置设计四杆机构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连线的垂直平分线上任意连线的垂直平分线上任意位置都能满足设计

17、要求。位置都能满足设计要求。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无穷多组解。有无穷多组解。ADB2C2B3C3DB1C1二、二、 用作图法设计四杆机构用作图法设计四杆机构AB1C1武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 作者：潘存云教授E 2.按给定的行程速比系数按给定的行程速比系数K设计四杆机构设计四杆机构(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，作C1P使使作作P P C1C2的外接圆，则的外接圆，则A A点必在此圆上。点必在此圆上。 C2C1P=90, ,交于交于P;P; 90-PDAC1C2选定选定A A，设曲柄为，设曲柄为a ，连杆为，连杆为b ，则，则: :以以A A为圆心，为圆心，A A C2为半径作弧交于为半径作弧交于E,E,得：得： a =EC1/ 2 b = A = A C1EC1/ 2,A,A C2= =b- - a= = a =( A A C1A A C2)/ 2 A A C1= = a+ +b武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 作者：潘存云教授作者：潘存云教授3.按预定的运动轨迹设计四杆机构按预