第2章平面连杆机构(基础5).

1、 第二章第二章 2-1 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2-2 2-2 平面四杆机构的平面四杆机构的基本基本特性特性2-3 2-3 平面平面四杆机构的设计四杆机构的设计2-12-1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 最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的，称为平面四杆最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的，称为平面四杆机构。它的应用非常广泛，而且是组成多杆机构的基础。机构。它的应用非常广泛，而且是组成多杆机构的基础。 全部由低副全部由低副( (转动副和移动副转动副和移动副) )组成的平面机构。组成的平面机构。接触表面是圆柱面和平面，

2、制造简便，易于获得较接触表面是圆柱面和平面，制造简便，易于获得较高的制造精度。高的制造精度。低副中存在间隙，数目较多的低副会引起运动低副中存在间隙，数目较多的低副会引起运动积累误差；而且它的设计比较复杂，不易精确积累误差；而且它的设计比较复杂，不易精确地实现复杂的运动规律。地实现复杂的运动规律。平面连杆机构平面连杆机构: :连杆机构优点连杆机构优点: : 低副是面接触，耐磨损；低副是面接触，耐磨损；连杆机构的缺点：连杆机构的缺点：本章着重介绍平面四杆机构的基本类型、特性及其常用的设计方法。本章着重介绍平面四杆机构的基本类型、特性及其常用的设计方法。 对于铰链四杆机构，按两连架杆运动形式不同，分

3、为三种基本型对于铰链四杆机构，按两连架杆运动形式不同，分为三种基本型式：式：全部用转动副相连的平面四杆机构。全部用转动副相连的平面四杆机构。摇杆：摇杆：仅能在小于仅能在小于360360的某一角度内摆动的的某一角度内摆动的连架杆连架杆。机架：机架：机构中固定不动的构件；机构中固定不动的构件；基本术语：基本术语：连架杆：连架杆：与机架用转动副相连接的杆；与机架用转动副相连接的杆；连杆：连杆：作平面运动的构件；作平面运动的构件；曲柄：曲柄：能作整周转动的能作整周转动的连架杆连架杆；一、铰链四杆机构：一、铰链四杆机构：和双摇杆机构。和双摇杆机构。 曲柄摇杆机构、曲柄摇杆机构、双曲柄机构双曲柄机构2-1

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 摇杆摇杆3 3为从动件，作变速往复摆动。为从动件，作变速往复摆动。1 1、曲柄摇杆机构、曲柄摇杆机构两个连架杆，一为曲柄，另一个为摇杆的机构。两个连架杆，一为曲柄，另一个为摇杆的机构。下面观看曲柄摇杆机构的一些主要应用。下面观看曲柄摇杆机构的一些主要应用。通常曲柄通常曲柄1 1为原动件，并作匀速转动；为原动件，并作匀速转动；2-12-1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 曲柄摇杆机构应用实例曲柄摇杆机构应用实例传送机构传送机构雷雷达达调调整整机机构构缝缝纫纫机机踏踏板板机机构构 特殊型式：平行四边形特

5、殊型式：平行四边形 两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构。两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构。 2 2、双曲柄机构、双曲柄机构2-12-1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 双曲柄机构应用实例双曲柄机构应用实例旋旋转转式式水水泵泵天平机构天平机构机车驱动轮联动机构机车驱动轮联动机构 型式型式1 1：连杆：连杆BCBC能整周回转能整周回转 两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。 三、双摇杆机构三、双摇杆机构型式型式2 2：连杆：连杆BCBC不能整周回转不能整周回转 2-12-1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

6、型及其应用 双摇杆机构应用实例双摇杆机构应用实例炉炉门门启启闭闭机机构构鹤鹤式式起起重重机机飞机起落架飞机起落架 2-12-1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 通过用移动副取代转动副、变更杆件长度、变更机架和扩大转通过用移动副取代转动副、变更杆件长度、变更机架和扩大转动副等途径，还可以得到铰链四杆机构的其他演化型式。动副等途径，还可以得到铰链四杆机构的其他演化型式。1 1、曲柄滑块机构、曲柄滑块机构 曲柄摇杆机构，铰链中心曲柄摇杆机构，铰链中心C C的轨迹为以的轨迹为以D D为圆心和为圆心和CDCD为半径的圆弧为半径的圆弧。转动副演化为移动副转动副演化为移动副二、含

7、一个移动副的四杆机构 2-12-1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 1 1、曲柄滑块机构、曲柄滑块机构 e=0e=0，称对心曲柄滑块机构，称对心曲柄滑块机构若若CDCD，C C点轨迹点轨迹直线直线, ,摇杆摇杆3 3演化为直线运动的滑块，演化为直线运动的滑块， 转动副转动副D D演化为移动副，机构演化为曲柄滑块机构。演化为移动副，机构演化为曲柄滑块机构。e0e0，称偏置曲柄滑块机构，称偏置曲柄滑块机构 2-12-1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 2、导杆机构、导杆机构 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 导杆机构可看成是改变曲柄滑块机构中的固

8、定构件演化而来的。导杆机构可看成是改变曲柄滑块机构中的固定构件演化而来的。 取不同构件为机架取不同构件为机架摆动导杆机构摆动导杆机构l1l2定块机构定块机构转动导杆机构转动导杆机构l l1 1l 工作行程时的平工作行程时的平均速度均速度V V1 1(3)(3)极位夹角极位夹角: :1 12 2 tt1 1tt2 2摇杆的这一运动特性称为机构摇杆的这一运动特性称为机构急回运动特性急回运动特性。2-2 2-2 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性 (5)(5)行程速比系数行程速比系数K K急回运动特性可用行程速度变化系数急回运动特性可用行程速度变化系数( (或称行程速比系数或称行程速比系数

9、)K)K表示，表示，180180/212112122112tttCCtCCVVK11180KK 设计新机械时，总是根据该机械的急回要求先给出设计新机械时，总是根据该机械的急回要求先给出K K值，然后值，然后由上式算出极位夹角由上式算出极位夹角，再确定各构件的尺寸。，再确定各构件的尺寸。 极位夹角极位夹角KK值值，急回运动的性质也越显著。，急回运动的性质也越显著。整理上式，可得极位夹角的计算公式：整理上式，可得极位夹角的计算公式：即即: :上式表明：上式表明： 三、压力角和传动角三、压力角和传动角 在生产中，不仅要求连杆机构能实现预定的运动规律，且希望在生产中，不仅要求连杆机构能实现预定的运动规

10、律，且希望运转轻便，效率较高。运转轻便，效率较高。不计摩擦时不计摩擦时, ,作用在从动件上的驱动力作用在从动件上的驱动力F F与该力作用点绝对速度与该力作用点绝对速度VcVc之间所夹的锐角之间所夹的锐角称为称为压力角压力角。1.1.压力角压力角故压力角可作为判断机构传动性故压力角可作为判断机构传动性能的标志。能的标志。 2-2 2-2 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性 有效分力有效分力: : F Ft tFcosFcos即压力角即压力角有效分力有效分力F Ftt 1.1.压力角压力角2-2 2-2 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性 压力角的余角压力角的余角( (即连杆和

11、从动摇杆之间所夹的锐角即连杆和从动摇杆之间所夹的锐角) )。2.2.传动角传动角 反之，反之，机构传力越费劲，机构传力越费劲，转动效率越低。转动效率越低。对于颚式破碎机、冲床等大功率机械，可取对于颚式破碎机、冲床等大功率机械，可取minmin5050；2-2 2-2 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性 因因9090-，所以，所以 机构传力性能越好；机构传力性能越好； 机构运转时，传动角机构运转时，传动角是变化的，为了保证机构正常工作，是变化的，为了保证机构正常工作，必须规定最小传动角必须规定最小传动角minmin的下限。的下限。一般机械：一般机械：minmin4040；对于小功率的控

12、制机构和仪表，对于小功率的控制机构和仪表，minmin可略小于可略小于4040 2.2.传动角传动角 minmin= min= min1 1，2 2 出现最小传动角出现最小传动角minmin的位置的位置2-2 2-2 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性 铰链四杆机构中，曲柄与机架拉铰链四杆机构中，曲柄与机架拉直共线和重叠共线的两位置处出直共线和重叠共线的两位置处出现的传动角中，必有一处为最小现的传动角中，必有一处为最小传动角。传动角。2-2 2-2 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性 若不计各杆的质量，则连杆加给曲柄若不计各杆的质量，则连杆加给曲柄的力将过铰链中心的力将过铰

13、链中心A A。此力对。此力对A A点不产点不产生力矩，不能使曲柄转动。生力矩，不能使曲柄转动。四四. .死点位置死点位置 对曲柄摇杆机构，以摇杆对曲柄摇杆机构，以摇杆3 3为原动件，为原动件，曲柄曲柄1 1为从动件，则摇杆摆到极限位置为从动件，则摇杆摆到极限位置C C1 1D D和和C C2 2D D时，连杆时，连杆2 2与曲柄与曲柄1 1共线。共线。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。 2-3 2-3 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 一、按照给定的行程速度变化系数设计四杆机构一、按照给定的行程速度变化系数设计四杆机构 四杆机构设计，是根据给定的运动条件，确定机构运动简

14、四杆机构设计，是根据给定的运动条件，确定机构运动简图的尺寸参数。图的尺寸参数。 生产实践中的要求是多种多样的，给定的条件也各不相同，归生产实践中的要求是多种多样的，给定的条件也各不相同，归纳起来，主要有下面两类问题：纳起来，主要有下面两类问题： 在设计具有急回运动特性的四杆机构时，按实际需要先给在设计具有急回运动特性的四杆机构时，按实际需要先给定行程速比系数定行程速比系数K K的数值，然后根据机构在极限位置的几何关系，的数值，然后根据机构在极限位置的几何关系，结合有关辅助条件来确定机构运动简图的尺寸参数。结合有关辅助条件来确定机构运动简图的尺寸参数。 (1)(1)按照给定从动件的运动规律设计四

15、杆机构。按照给定从动件的运动规律设计四杆机构。(2)(2)按照给定点的运动轨迹设计四杆机构。按照给定点的运动轨迹设计四杆机构。 2-3 2-3 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 一、按照给定的行程速比系数设计四杆机构一、按照给定的行程速比系数设计四杆机构 设计的实质是确定铰链中心设计的实质是确定铰链中心A A点的位置，定出其他三杆的尺寸点的位置，定出其他三杆的尺寸l l1 1、l l2 2和和l l4 4。曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构已知条件已知条件: : 摇杆长度摇杆长度l l3 3，摆角，摆角和行程速度变化系数和行程速度变化系数K K。 2-3 2-3 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计

16、 一、按照给定的行程速比系数一、按照给定的行程速比系数K K设计四杆机构设计四杆机构 设计过程：设计过程：第一步：求极位夹角第一步：求极位夹角=180=180(K-1)/(K+1)(K-1)/(K+1)第二步：确定第二步：确定D D， C C1 1和和C C2 2的位置的位置 由摇杆长度由摇杆长度l l3 3和摆角和摆角，作出，作出摇杆两个极限位置摇杆两个极限位置C C1 1D D和和C C2 2D D。 2-3 2-3 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 一、按照给定的行程速度变化系数设计四杆机构一、按照给定的行程速度变化系数设计四杆机构 第三步：求曲柄转轴第三步：求曲柄转轴A A的位置的

17、位置(3)(3)作作PCPC1 1C C2 2的外接圆，在此圆周的外接圆，在此圆周(C(C1 1C C2 2和和GFGF除外除外) )上任取一点上任取一点A A作作为曲柄的固定铰链中心。为曲柄的固定铰链中心。( (1)1)连接连接C C1 1和和C C2 2，并作，并作C C1 1M M垂直于垂直于C C1 1C C2 2。(2)(2)作作C Cl lC C2 2N N9090-，C C2 2N N与与C C1 1M M相交于相交于P P点，由图可见，点，由图可见，C C1 1PCPC2 2=。连连ACAC1 1和和ACAC2 2，因同一圆弧的圆周角相等，故，因同一圆弧的圆周角相等，故 C C

18、1 1ACAC2 2=C=C1 1PCPC2 2=。 2-3 2-3 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 一、按照给定的行程速度变化系数设计四杆机构一、按照给定的行程速度变化系数设计四杆机构 第四步：求曲柄长即确定第四步：求曲柄长即确定B B的位置的位置 AC AC1 1=l=l2 2-l-l1 1 AC AC2 2=l=l2 2+l+l1 1以以A A为圆心和为圆心和l l1 1为半径作圆，交为半径作圆，交C C1 1A A的延线于的延线于B B1 1，交，交C C2 2A A于于B B2 2，因极限位置处曲柄与连杆共线，故因极限位置处曲柄与连杆共线，故从而得曲柄长度：从而得曲柄长度： l

19、 l1 1=(AC=(AC2 2-AC-AC1 1)/2)/2即得：即得： B B1 1C C1 1=B=B2 2C C2 2=l=l2 2 AD=l AD=l4 4 2-3 2-3 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 一、按照给定的行程速度变化系数设计四杆机构一、按照给定的行程速度变化系数设计四杆机构 因因A A点是点是C Cl lPCPC2 2外接圆上任外接圆上任选点，所以若仅按行程速度变化选点，所以若仅按行程速度变化系数系数K K设计，可得无穷多的解。设计，可得无穷多的解。 A A点位置不同，机构传动角点位置不同，机构传动角的大小也不同。如欲获得良好的的大小也不同。如欲获得良好的传动质

20、量，可按照最小传动角最传动质量，可按照最小传动角最优或其他辅助条件来确定优或其他辅助条件来确定A A点的点的位置。位置。 2-3 2-3 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 二、按给定连杆位置设计四杆机构二、按给定连杆位置设计四杆机构 已知：给定连杆能通过的三个位置，已知：给定连杆能通过的三个位置， 四杆机构变为已知圆弧上的点四杆机构变为已知圆弧上的点求圆心，此圆心即为所求铰链四杆求圆心，此圆心即为所求铰链四杆机构的固定铰链位置机构的固定铰链位置设计能实现以上要求的四杆机构。设计能实现以上要求的四杆机构。假设四杆机构已设计完成如右图：假设四杆机构已设计完成如右图： 2-3 2-3 平面四杆机

21、构的设计平面四杆机构的设计 二、按给定连杆位置设计四杆机构二、按给定连杆位置设计四杆机构 则则b b1212与与b b2323两直线的交点两直线的交点A A即为所求固即为所求固定铰链中心定铰链中心A A的位置；的位置； 根据给定条件，绘出连杆的三根据给定条件，绘出连杆的三个位置个位置B B1 1C C1 1 、B B2 2C C2 2和和B B3 3C C3 3第一步：第一步：第二步：第二步：第三步：第三步：同理，可得另一固定铰链中心同理，可得另一固定铰链中心D D的位置；的位置； 分别连接分别连接B B1 1和和B B2 2、B B2 2和和B B3 3，并，并作作B B1 1B B2 2、

22、B B2 2B B3 3的垂直平分线的垂直平分线b b1212、b b2323 2-3 2-3 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 二、按给定连杆位置设计四杆机构二、按给定连杆位置设计四杆机构 连接连接ABAB1 1C C1 1D D即为所求铰链四杆机构。即为所求铰链四杆机构。若若第四步：第四步：总结总结 给定连杆超过三个位置时，给定连杆超过三个位置时，用该方法可能无解。用该方法可能无解。 给定连杆三个位置，设计给定连杆三个位置，设计四杆机构，其解是唯一的；四杆机构，其解是唯一的； 若给定连杆两个位置，所若给定连杆两个位置，所设计四杆机构的解将有无穷多；设计四杆机构的解将有无穷多；2-3 2

23、-3 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 三三 按照给定两连架杆对应位置设计四杆机构按照给定两连架杆对应位置设计四杆机构 只讲几何实验法只讲几何实验法 已知：两连架杆已知：两连架杆1 1和和3 3之间之间的四对对应转角为的四对对应转角为1212、 2323、3434、4545和和1212、2323、3434、4545。 求：近似实现这一要求的求：近似实现这一要求的四杆机构四杆机构 2-3 2-3 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计(1)(1)（如图（如图a a所示）在图纸上选取一点所示）在图纸上选取一点作为连架杆作为连架杆1 1的转动中心的转动中心A A，并任选，并任选ABAB1 1作为连

24、架杆作为连架杆1 1的长度的长度l l1 1，根据给，根据给定定1212、2323、3434、4545作出作出ABAB2 2、ABAB3 3、ABAB4 4、ABAB5 5。(2) (2) 选取连杆选取连杆2 2的适当长度的适当长度l l2 2，以，以B B1 1、B B2 2、B B3 3、B B4 4、B B5 5各点为圆心，各点为圆心，l l2 2为为半径，作圆弧半径，作圆弧k k1 1、k k2 2、k k3 3、k k4 4、k k5 5。(3)(3)(如图如图b b所示所示) )在透明纸上选取一点在透明纸上选取一点作为连架杆作为连架杆3 3的转动中心的转动中心D D，并任选，并任选

25、DdDd1 1作为连架杆作为连架杆3 3的第一位置，根据的第一位置，根据给定的给定的1212、2323、3434、4545作出作出DdDd2 2、DdDd3 3、DdDd4 4、DdDd5 5，再以，再以D D为圆心、为圆心、用连架杆用连架杆3 3可能的不同长度为半径可能的不同长度为半径作许多同心圆弧作许多同心圆弧(4) 将画在透明纸上的图覆盖在上一将画在透明纸上的图覆盖在上一图上进行试凑，使圆弧图上进行试凑，使圆弧k1、k2、k3、k4、k5 分别与连架杆的对应位分别与连架杆的对应位置置Dd1、Dd2、Dd3、Dd4、Dd5的的交点交点c、c、c、c、c均落在均落在以以D为圆心的同一圆弧上，

26、则图形为圆心的同一圆弧上，则图形AB1C1D即为所要求的四杆机构。即为所要求的四杆机构。 2-3 2-3 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 如果不能使交点如果不能使交点c c、c c、c c、c c、c c落落在同一圆弧上，那就需要改变连秆在同一圆弧上，那就需要改变连秆2 2的长度，的长度，然后重复以上步骤，直到这些交点正好落在或然后重复以上步骤，直到这些交点正好落在或近似落在透明纸的同一圆弧上为止。近似落在透明纸的同一圆弧上为止。 应当指出，由上法求出的图形应当指出，由上法求出的图形ABAB1 1C C1 1D D只表只表达所求机构各杆的相对长度。各杆的实际尺寸达所求机构各杆的相对长度。

27、各杆的实际尺寸只要与只要与ABAB1 1C C1 1D D保持同样比例，都能满足设计要保持同样比例，都能满足设计要求。求。 2-3 2-3 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计四、按照给定点的运动轨迹设计四杆机构四、按照给定点的运动轨迹设计四杆机构 1 1 连杆曲线连杆曲线 四杆机构运动时，其连杆作平面复杂运动，四杆机构运动时，其连杆作平面复杂运动，连杆上每一点都描出一条封闭曲线连杆上每一点都描出一条封闭曲线, ,即连杆曲即连杆曲线。连杆曲线的形状随点在连杆上的位置和各线。连杆曲线的形状随点在连杆上的位置和各杆相对尺寸的不同而变化。连杆曲线可以描绘杆相对尺寸的不同而变化。连杆曲线可以描绘出复杂

28、的轨迹。出复杂的轨迹。 2-3 2-3 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 见图为自动线上的步进式传送机构。它包含两个相同的见图为自动线上的步进式传送机构。它包含两个相同的铰链四杆机构。当曲柄整周转动时，连杆上的点沿虚铰链四杆机构。当曲柄整周转动时，连杆上的点沿虚线所示卵形曲线运动。若在和线所示卵形曲线运动。若在和上铰接推杆上铰接推杆5 5，则当两，则当两个曲柄同步转动时，推杆也按此卵形轨迹平动。当个曲柄同步转动时，推杆也按此卵形轨迹平动。当( () )点行经卵形曲线上部时，推杆作近似水平直线运动，推动工点行经卵形曲线上部时，推杆作近似水平直线运动，推动工件件6 6前移。当前移。当( ()

29、)点行经卵形曲线的其他部分时，推杆点行经卵形曲线的其他部分时，推杆脱离工件沿左面轨迹下降、返回和沿右面轨迹上升至原位置。脱离工件沿左面轨迹下降、返回和沿右面轨迹上升至原位置。曲柄每转一周，工件就前进一步。曲柄每转一周，工件就前进一步。2-3 2-3 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计运用连杆曲线图谱设计四扦机构：运用连杆曲线图谱设计四扦机构： 为了便于设计，工程上常常利用事先编好的连杆曲为了便于设计，工程上常常利用事先编好的连杆曲线图谱。从图谱中找出所需的曲线，便可直接查出该线图谱。从图谱中找出所需的曲线，便可直接查出该四杆机构的各尺寸参数。这种方法称为图谱法。四杆机构的各尺寸参数。这种方法称为图谱法