第三章 平面连杆机构

1、第三章 平面连杆机构 平面连杆机构的定义n连杆机构：连杆机构： n平面连杆机构：平面连杆机构： 平面刨床实物演示 电视天线俯仰机构 连杆机构的优缺点n优点：优点：（1）承受载荷大，便于润滑，故磨损小；（2）制造方便，易获得较高的精度；（3）较好实现多种运动规律和轨迹要求。n缺点：缺点： 3.1 平面连杆机构的基本知识n3.1.1.3.1.1.铰链四杆机构的基本形式铰链四杆机构的基本形式 全部用转动副相连的平面四杆机构称为平面铰链四杆机构，简称铰链四杆机构 名词概念n机架机架：n连架杆：连架杆：n连杆：连杆：n曲柄：曲柄：n摇杆：摇杆： 铰链四杆机构的基本形式 一、曲柄摇杆机构n定义：定义： 在

2、铰链四杆机构中，若两个连架杆，一为曲柄，另一个为摇杆，则此铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。 牛头刨床横向自动进给机构 二、双曲柄机构n双曲柄机构：双曲柄机构： 是两连架杆都可以相对于机架作整周转动的铰链四杆机构。n1、不等双曲柄机构：、不等双曲柄机构： 两个连架杆的长度不相等。如惯性筛机构。 特点：特点： 主动曲柄以等角速度连续旋转时，从动曲柄则以变角速度连续转动。 惯性筛机构不等双曲柄机构不等双曲柄机构2、平行双曲柄机构（平行四边形机构）n特点：特点： 机构中相对的两杆平行且相等，两曲柄同向、同角速度回转，连杆平动。一周过两次转折点。 过转折点常用方法（1）在机构中安装一个大质量的飞轮，利用其

3、 惯性闯过转折点；（2）利用多组机构来消除运动不确定现象。 3、反向双曲柄机构n定义：定义：相对两杆长度相等，但彼此不平行。n特点：特点：两曲柄转向相反，且角速度不相等。 应用实例n双折车门启闭机构双折车门启闭机构 三、双摇杆机构n定义：定义：是两连架杆都为摇杆的四杆机构。 应用实例1飞机起落架机构 应用实例2汽车前轮的转向机构 3.1.2 平面四杆机构的演化n1、 改变构件杆长的演变n2 、改变不同杆做机架的演变n3 、变运动副尺寸的演变曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构正弦机构正弦机构 1、改变构件杆长的演变n由曲柄摇杆机构向曲柄滑块机构的演变 曲柄滑块机构e0对心曲柄滑块机

4、构e不等于零偏置曲柄滑块机构 曲柄滑块机构应用实例 螺纹搓丝机构螺纹搓丝机构自动送料机构自动送料机构 2、改变不同杆做机架的演变由曲柄滑块机构向其他机构的演变：由曲柄滑块机构向其他机构的演变：曲柄滑块机构曲柄滑块机构（1）曲柄摇块机构（杆2为机架时）自卸卡车翻斗机构自卸卡车翻斗机构（2）移动导杆机构（滑块3作为机架时）手摇唧筒机构手摇唧筒机构（3）转动导杆机构（短杆1为机架时） 回转柱塞泵回转柱塞泵（4）摆动导杆机构（长杆1作机架时） 3、变运动副尺寸的演变由铰链四杆机构向其他机构的演变：由铰链四杆机构向其他机构的演变：n（1）双移动副正弦机构（杆4作机架） 跳针机构（2）双滑块机构（杆3作机

5、架） 椭圆仪机构椭圆仪机构 椭圆仪机构 （3）偏心轮机构 3.1.3 铰链四杆机构的曲柄存在条件n整转副：整转副： 在铰链四杆机构中，如果组成转动副的两构件能作整周相对转动，该转动副称为整转副。n摆转副：摆转副： 不能做整周相对转动的转动副称为摆转副。、21ll 31ll 41ll 4123)(llll3124)(llll4231llll3241llll4321llll4231llll3241lllln1）最短杆长度+最长杆长度其他两杆 长度之和。（此条件称为杆长条件）。n2）组成整转副的两杆中必有一个杆为四 杆中的最短杆，且最短杆为连架杆或机 架。 曲柄存在条件n取最短杆的邻边为机架时，机架

6、上只有一个整转副，故得曲柄摇杆机构。 变换机架获得不同机构的形式n取最短杆为机架时，机架上有两个整转副，故得双曲柄机构。 n取最短杆的对边为机架时，机架上没有整转副，故得双摇杆机构。例1: 如图，已知：lBC=100mm, lCD=70mm, lAD=50mm, AD为固定构件。1）如果该机构能成为曲柄摇杆机构，且AB为曲柄，求 lAB 的值；2) 如果该机构能成为双曲柄机构，求 lAB的值；3）如果该机构能成为双摇杆机构，求lAB的值；n解：解： （1）如果能成为曲柄摇杆机构，则机构必须满足 “最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和，且AB应为最短杆”有：代入各杆长度，得：ADCD

7、BCABllllmmlAB20n（2） 如果能成为双曲柄机构，则应满足 “最长杆与最短杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和，且机架AD应为最短杆”。则：n1）若BC为最长杆即：BCMAX=100mm， 则：100ABlmm8 08 01 0 0B CA DA BC DA BA Blllllm mm mlm m，n2） 若AB为最长杆即：n综合以上两种情况：mmlAB100mmlmmmmlllllABABCDBCADAB120100120mmlmmAB12080n（3）若能成为双摇杆机构，则应分两种情况分析：n第一种情况，机构各杆件长度满足“杆长之和条件”，但以最短杆的对边为机架；n第二种情况，

8、机构各杆件长度不满足“杆长之和条件”。n本题只存在第二种情况，因为BC不是最短杆。n1）当 ，AB为最短杆，BC为最长杆 n2）当：mmlAB50mmlmmmmlllllABABCDADBCAB502020100707050ABABllAD为最短杆，BC为最长杆，则n3）当 ，AB为最长杆，AD为最短杆805080ADBCABCDABABlllllmmmmlmmmmlAB100120ADABBCCDABlllllmmmmlmmmmlllllABABADBCCDAB220120220)(mmlmmmmlmmABAB2201208020 另外，AB增大时，还应考虑到，BC与CD成伸直共线时，需构成

9、三角形的边长关系，即综合，可得 除以上分析外，机构成为双摇杆机构时， 的取值范围亦可用以下方法获得：对于以上给定的杆长，若能构成一个铰链四杆机构，则它只有三种类型：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。故分析出机构为曲柄摇杆机构、双曲柄机构时 的取值范围后，在0220mm之内的其余值即为双摇杆机构时 的取值范围。ABlABlABl 铰链四杆机构的几个基本概念n1、急回运动和行程速比系数n2、压力角与传动角n3、机构的死点位置摇杆的摆角摇杆的摆角， 极位夹角极位夹角。 1、急回运动和行程速比系数2122112112/180 180CCtKCCttt11180KK行程速比系数行程速比系数K K。c

10、ostFFsinnFF压力角愈小，机构的传力效果愈好。所以，衡压力角愈小，机构的传力效果愈好。所以，衡量机构传力性能，可用压力角作为标志。量机构传力性能，可用压力角作为标志。 CvtFnFF压力角：从动件受压力角：从动件受力方向与受力点线力方向与受力点线速度方向之间所夹速度方向之间所夹的锐角。的锐角。 传动角传动角: :压力角的压力角的余角即连杆与从动余角即连杆与从动件间所夹的锐角。件间所夹的锐角。 2、曲柄摇杆机构中压力角与传动角在连杆机构中，为度在连杆机构中，为度量方便，常用压力角量方便，常用压力角的余角即连杆与从动的余角即连杆与从动件间所夹的锐角件间所夹的锐角( (传动传动角角) )检验

11、机构的传力性检验机构的传力性能。能。 min传动角愈大，机构的传力性能愈好，反之则不利于机构中力传动角愈大，机构的传力性能愈好，反之则不利于机构中力的传递。机构运转过程中，传动角是变化的，机构出现最小的传递。机构运转过程中，传动角是变化的，机构出现最小传动角的位置正好是传力效果最差的位置，也是检验其传力传动角的位置正好是传力效果最差的位置，也是检验其传力性能的关键位置。性能的关键位置。 CvtFnFF设计要求：设计要求：机构传动角机构传动角 =0=0（即（即=90=90）的位置称为死点位置。）的位置称为死点位置。 机构处于死点位置，从动件机构处于死点位置，从动件会出现会出现卡死卡死（机构自锁）

12、或（机构自锁）或运动方向不确定运动方向不确定的现象。的现象。 3、 死点位置 3、 死点位置n所谓死点位置就是指从动件的传动角等于0时机构所处的位置。曲柄摇杆机构和曲柄滑块机构中的死点位置摇杆为原动件，曲柄为从动件摇杆为原动件，曲柄为从动件滑块为原动件滑块为原动件 机构死点特性的应用n开关的分合闸机构 飞机起落架机构中死点的应用 3.2 平面连杆机构的设计n1.按给定从动件的位置设计四杆机构n2.按给定行程速比系数K设计四杆机构n3.按给定两连架杆间对应位置设计四杆机构n常用方法及特点： 几何作图法：直观 解析法：精确 实验法：简便11221122)()(lllllllHACAC121)53(

13、2llHl1.按给定从动件的位置设计四杆机构n(1)已知滑块的两个极限位置（即行程H），设计对心曲柄滑块机构。2/ )(2/ )(122121ACACACACllllll(2)已知摇杆的长度 及其两个极限位置（即摆角），设计曲柄摇杆机构n考虑结构确定A点，然后量出 和 ；2ACl212AClll121AClll同时需要检验杆长条件和传动角要求。同时需要检验杆长条件和传动角要求。1ACl3l(3)(3)已知连杆长度及其两个位置，设计铰链四杆机构已知连杆长度及其两个位置，设计铰链四杆机构2.按给定行程速比系数K设计四杆机构n已知：已知：摇杆CD的长度 、摆角和行程速比系数K（极位夹角）。设计曲柄摇

14、杆机构。3l3.按给定两连架杆间对应位置设计四杆机构n已知连架杆AB和CD的三对对应角位置,1,2 ,3,设计该机构。sinsinsincoscoscos32342lllll)cos(cos21cos4334222324lllllll233130322212022111101)cos(coscos)cos(coscos)cos(coscos2223432031244(1): ,2lllllll 令11:l 取得210)cos(coscos234,lll3.3 速度瞬心在平面机构速度分析中的应用n1、速度瞬心n2、机构中瞬心的数目n3、机构中瞬心位置的确定n4、瞬心在速度分析中的应用 1、速度瞬

15、心n定义：定义：互相作平面相对运动的两构件上在任一瞬时其相对速度为零的重合点。n在互相平行平面内运动的两个构件，在任一瞬时，都能够找到一点，在这一点上，两个构件的绝对速度相等，相对速度为零。n绝对瞬心：绝对瞬心：绝对速度为零的重 合点。n相对瞬心：相对瞬心：绝对速度不为零的重 合点。 2、机构中瞬心的数目n(n-1)N=2 3、机构中瞬心位置的确定n1 1）通过运动副直接相联的）通过运动副直接相联的两构件的瞬心两构件的瞬心n以转动副联接的两构件的瞬心: 则转动副中心即为其瞬心n以移动副联接的两构件的瞬心： 瞬心位于移动副导路方向之垂线上无穷远处。n以平面高副联接的两以平面高副联接的两构件的瞬心构件的瞬心 如果高副两元素之间为纯滚动，则两元素的接触点即为两构件的瞬心；如果高副两元素之间既作相对滚动，又有相对滑动，两构件的瞬心位于高副两元素在接触处的公法线上。n2）不直接相联的两构件的瞬心 可应用三心定理三心定理来求。 三心定理及其证明n三心定理：三心定理：作平面运动的三个构件共有三个瞬心，它们位于同一直线上。 4、瞬心在速度分析中的