第8章 平面连杆机构及其设计ppt课件

1、第第8章章 平面连杆机构平面连杆机构及其设计及其设计8-1 连杆机构及其传动特点连杆机构及其传动特点 一、连杆机构一、连杆机构(Linkage)的组成和分类的组成和分类 由若干个杆件通过低副连接而组成的机构称由若干个杆件通过低副连接而组成的机构称为连杆机构，又称为低副机构。为连杆机构，又称为低副机构。 原动件原动件连杆连杆(中间构件中间构件) 从动件从动件 几个例子几个例子:1 假肢膝关节p252 收放式折叠收放式折叠支架支架 p273 引擎油门控引擎油门控制装置制装置4 飞剪机飞剪机 p46 分类分类: 平面连杆机构：所有构件均在同一平面或在相平面连杆机构：所有构件均在同一平面或在相互平行的

2、平面内运动的连杆机构。互平行的平面内运动的连杆机构。 空间连杆机构：所有构件不全在相互平行的平空间连杆机构：所有构件不全在相互平行的平面内运动的连杆机构。如并联机构。面内运动的连杆机构。如并联机构。 根据所含杆数分根据所含杆数分 四杆机构，六杆机构等四杆机构，六杆机构等 二、连杆机构的特点二、连杆机构的特点 (1)低副机构，运动副为面接触，压强小，承载能力大，低副机构，运动副为面接触，压强小，承载能力大，耐冲击，磨损小。耐冲击，磨损小。 (2)其运动副元素多为平面或圆柱面，制造比较容易，结其运动副元素多为平面或圆柱面，制造比较容易，结构简单构简单,工作可靠。工作可靠。 (3)可以实现不同的运动

3、规律和特定轨迹要求。可以实现不同的运动规律和特定轨迹要求。 改变构件的相对长度改变构件的相对长度 连杆上的不同点连杆上的不同点 三三. 连杆机构的缺点：连杆机构的缺点： 1由于连杆机构的运动必须经过中间构件进行传递，因而由于连杆机构的运动必须经过中间构件进行传递，因而传递路线较长，易产生较大的误差积累，同时也使机械效率传递路线较长，易产生较大的误差积累，同时也使机械效率降低。降低。 2连杆和滑块的质心做变速运动，所以连杆机构所产生的连杆和滑块的质心做变速运动，所以连杆机构所产生的惯性力难于用一般平衡方法加以消除，因而会增加机构的动惯性力难于用一般平衡方法加以消除，因而会增加机构的动载荷，所以连

4、杆机构不宜用于高速运动。载荷，所以连杆机构不宜用于高速运动。 四四. 运用运用 连杆机构常用于以下场合：连杆机构常用于以下场合： 1)用于受力较大的挖掘机。用于受力较大的挖掘机。 (破碎机破碎机) 2)用于实现各种不同的运动规律要求。用于实现各种不同的运动规律要求。(惯性筛惯性筛) 3)可以实现给定轨迹要求。可以实现给定轨迹要求。(搅拌机搅拌机) 平面四杆机构的应用广泛，而且是研究多杆机构的基础。平面四杆机构的应用广泛，而且是研究多杆机构的基础。 本章重点讨论平面四杆机构的有关基本知识和设计问题。本章重点讨论平面四杆机构的有关基本知识和设计问题。应用实例：应用实例：内燃机、鹤式吊、火车轮、手动

5、冲床、牛头刨床、椭圆内燃机、鹤式吊、火车轮、手动冲床、牛头刨床、椭圆仪、机械仪、机械 手爪、开窗户支撑、开关门机构、折叠伞、手爪、开窗户支撑、开关门机构、折叠伞、折叠床、折叠床、 制动操作机构等。制动操作机构等。特征：有一作平面运动的构件，称为连杆。特征：有一作平面运动的构件，称为连杆。定义：由低副转动、挪动连接组成的平面机构。定义：由低副转动、挪动连接组成的平面机构。8 82 2 铰链四杆机构的类型和应用铰链四杆机构的类型和应用 一、平面四杆机构的基本类型及应用一、平面四杆机构的基本类型及应用 基本型式铰链四杆机构：全部运动副为转动副的基本型式铰链四杆机构：全部运动副为转动副的四杆机构称为铰

6、链四杆机构。四杆机构称为铰链四杆机构。 其他四杆机构都是其演化型式。其他四杆机构都是其演化型式。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；三种基本型式：三种基本型式：（1 1曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构特征：曲柄摇杆特征：曲柄摇杆作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。作用：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, ,雨刷。雨刷。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度相对回转的运动副；度相对回转的运动副；摆转副摆

7、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副。曲柄曲柄连杆连杆摇杆摇杆设计：潘存云设计：潘存云ABC1243DABDC1243（2 2双曲柄机构双曲柄机构特征：两个曲柄特征：两个曲柄作用：将等速回转转变为等速或变速回转。作用：将等速回转转变为等速或变速回转。雷达天线俯仰机构雷达天线俯仰机构曲柄主动曲柄主动缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构应用实例：如惯性筛、磨碎机等。应用实例：如惯性筛、磨碎机等。2143摇杆主动摇杆主动3124设计：潘存云设计：潘存云ABDC1234E6惯性筛机构惯性筛机构31设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云ABCD耕地耕地料斗料斗DCAB耕地耕地料斗

8、料斗DCAB实例：火车轮实例：火车轮特例特例1 1：平行四边形机构：平行四边形机构AB = CD特征：两连架杆等长且平行特征：两连架杆等长且平行 两曲柄同速同方向两曲柄同速同方向转动转动 连杆作平动连杆作平动BC = ADABDC摄影平台摄影平台ADBCBC天平天平播种机料斗机构播种机料斗机构设计：潘存云设计：潘存云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。 特例特例2：反平行四边形机构：反平行四边形机构: 两对相对杆长度相等但不平行两对相对杆长度相等但不平行 特点：长边为机架，两曲柄

9、转向相反特点：长边为机架，两曲柄转向相反 短边为机架，两曲柄转向相同短边为机架，两曲柄转向相同设计：潘存云设计：潘存云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设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云ABDCE（3 3双摇杆机构双摇杆机构特征：两个摇杆特征：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：等腰梯形机构特例：等腰梯形机构( (两摇杆长度相等两摇杆长度相等) ) 汽车转向汽车转向机构机构、风扇摇头机构、起重吊车、风扇摇头机构、起重吊车、钻床夹具钻床夹具CBABDC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

10、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梯形转向机构梯形转向机构转向条件转向条件: 所有车轮形成一个转动中心所有车轮形成一个转动中心.BL二、平面四杆机构的演化型式二、平面四杆机构的演化型式 由平面四杆机构的基本形式演化而来由平面四杆机构的基本形式演化而来 满足运动要求满足运动要求 改善受力改善受力 满足结构设计满足结构设计 演化方法有四种：演化方法有四种：设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云1、改变构件形状和运动尺寸、改变构件形状和运动尺寸偏心曲柄偏心曲柄 滑块机构滑块机构对心曲柄对心曲柄 滑块机构滑块机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄

11、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 l举例举例2、改变运动副尺寸、改变运动副尺寸 当曲柄的实际尺寸很短并传递较大的动力时，可当曲柄的实际尺寸很短并传递较大的动力时，可将曲柄做成几何中心与回转中心距离等于曲柄长将曲柄做成几何中心与回转中心距离等于曲柄长度的圆盘，即改变运动副尺寸度的圆盘，即改变运动副尺寸,形成偏心轮机构。形成偏心轮机构。设计：潘存云偏心轮机构偏心轮机构偏心轮机构实质举例：真空泵3 3 选不同的构件为机架选不同的构件为机架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314A2BC曲柄滑块机构曲柄滑块机构314A2BC设计：潘

12、存云设计：潘存云牛头刨床牛头刨床应用实例应用实例:ABDC1243C2C1小型刨床小型刨床ABDCE1234563 3 选不同的构件为机架选不同的构件为机架ACB1234导杆机构导杆机构314A2BC曲柄滑块机构曲柄滑块机构314A2BC摇块机构摇块机构314A2BC摇块摇块 机构机构设计：潘存云应用实例应用实例B234C1A自卸卡车举升机构自卸卡车举升机构应用实例应用实例B34C1A2应用实例应用实例4A1B23C应用实例应用实例13C4AB2应用实例应用实例 A1C234B设计：潘存云3 3 选不同的构件为机架选不同的构件为机架314A2BC直动滑杆机构直动滑杆机构手摇唧筒手摇唧筒这种通过

13、选择不同构件作为机架以获得不同机构的这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法称为：方法称为：机构的倒置机构的倒置BC3214A导杆机构导杆机构314A2BC曲柄滑块机构曲柄滑块机构314A2BC摇块机构摇块机构314A2BCABC3214 (a)曲柄滑块机构曲柄滑块机构; (b)转动导杆机构转动导杆机构; (c)摆动滑杆摇块机构摆动滑杆摇块机构; (d)移动滑杆定块机构。移动滑杆定块机构。其他机构演化：选不同的构件为机架其他机构演化：选不同的构件为机架双转块机构双转块机构应用应用 4、运动副元素的逆换、运动副元素的逆换 将运动副两元素的包容关系进行逆换，并不影响两将运动副两元素的包容关

14、系进行逆换，并不影响两构件之间的相对移动，但却能演化成不同的机构。构件之间的相对移动，但却能演化成不同的机构。 如摆动导杆机构和曲柄摇块机构。这两种机构的运如摆动导杆机构和曲柄摇块机构。这两种机构的运动特性是相同的。动特性是相同的。 将将2,3的包容关系逆换的包容关系逆换:曲柄摇块摆动导杆机构四杆机构的型式虽然多种多样，但根据演化的四杆机构的型式虽然多种多样，但根据演化的概念，可为我们归类研究这些四杆机构提供方便；概念，可为我们归类研究这些四杆机构提供方便；我们也可根据演化的概念，设计出型式各异的我们也可根据演化的概念，设计出型式各异的四杆机构。四杆机构。83 平面四杆机构的基本知识平面四杆机

15、构的基本知识设计：潘存云l1l2l4l3CBAD平面四杆机构具有整转副平面四杆机构具有整转副可能存在曲柄。可能存在曲柄。杆杆1 1为曲柄，作整周回转，必有两次与机架共线为曲柄，作整周回转，必有两次与机架共线l2(l4 l1)+ l3则由则由BCDBCD可得：三角形任意两边之和大于第三边可得：三角形任意两边之和大于第三边则由则由BCDBCD可得：可得：l1+ l4 l2 + l3l3(l4 l1)+ l2AB为最短杆为最短杆最长杆与最短杆的长度之和其他两杆长度之和一、铰链四杆机构有曲柄的条件一、铰链四杆机构有曲柄的条件 l1+ l2 l3 + l4Cl1l2l4l3ADl4- l1将以上三式两两

16、相加得：将以上三式两两相加得： l1 l2, l1 l3, l1 l2, l1 l3, l1 l4 l1 l4 l1+ l3 l2 + l4设计：潘存云2. 组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆。组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆。可知：当满足杆长条件时，其最短杆参与构成的转动可知：当满足杆长条件时，其最短杆参与构成的转动副都是周转副。而其余的转动副则是摆转副。副都是周转副。而其余的转动副则是摆转副。曲柄存在的条件：曲柄存在的条件：1. 最长杆与最短杆的长度之和应最长杆与最短杆的长度之和应其他两杆长度之和其他两杆长度之和此时，铰链此时，铰链A A为周转副。为周转副。若取若取BCBC为机架，则

17、结论相同，可知铰链为机架，则结论相同，可知铰链B B也是周转副。也是周转副。 称为杆长条件。称为杆长条件。ABCDl1l2l3l4即：即：A,B为周转副为周转副C,D为摆转副为摆转副潘存云教授当满足杆长条件时，说明存在整转副，当选择不同的构当满足杆长条件时，说明存在整转副，当选择不同的构件作为机架时，可得不同的机构。如：件作为机架时，可得不同的机构。如： 曲柄摇杆曲柄摇杆1 1 、曲柄摇杆、曲柄摇杆2 2 、双曲柄、双曲柄、 双摇杆机构。双摇杆机构。 因此，四杆机构有曲柄的条件是：各杆的长度应满足因此，四杆机构有曲柄的条件是：各杆的长度应满足杆长条件前提），且最短杆为连架杆或机架。杆长条件前提

18、），且最短杆为连架杆或机架。 当最短杆为连架杆时，机构为曲柄摇杆机构。当最短杆为连架杆时，机构为曲柄摇杆机构。 当最短杆为机架时则为双曲柄机构。当最短杆为机架时则为双曲柄机构。 满足杆长条件的四杆机构中，当最短杆为连杆时，为满足杆长条件的四杆机构中，当最短杆为连杆时，为双摇杆机构。双摇杆机构。 如果铰链四杆机构各杆的长度不满足杆长条件，则无如果铰链四杆机构各杆的长度不满足杆长条件，则无周转副，此时无论以何杆为机架，均为双摇杆机构。周转副，此时无论以何杆为机架，均为双摇杆机构。例等腰梯形机构例等腰梯形机构Y双摇杆机构双摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双摇杆机构双摇杆机构双曲柄机构双曲柄机构cbd

19、a 以最短杆相邻杆为机架以最短杆相邻杆为机架以与最短杆相对的杆为机架以与最短杆相对的杆为机架以最短杆为机架以最短杆为机架Ndcba、如果四杆机构两相邻杆两两相等，则为泛菱形机构如果四杆机构两相邻杆两两相等，则为泛菱形机构p117泛菱形机构有三个周转副，一个摆转副泛菱形机构有三个周转副，一个摆转副 泛菱形机构当以短杆为机架时，为双曲柄机构泛菱形机构当以短杆为机架时，为双曲柄机构 泛菱形机构当以长杆为机架时，为曲柄摇杆机构泛菱形机构当以长杆为机架时，为曲柄摇杆机构 泛菱形机构当相邻两杆重合时，为二杆机构泛菱形机构当相邻两杆重合时，为二杆机构 例：折叠架例：折叠架 设计：潘存云ABCDB1C1AD二

20、、急回运动和行程速度变化系数二、急回运动和行程速度变化系数在曲柄摇杆机构中，当曲柄与连杆两次共线时，摇杆在曲柄摇杆机构中，当曲柄与连杆两次共线时，摇杆位于两个极限位置，简称极位。位于两个极限位置，简称极位。当曲柄以当曲柄以逆时针转过逆时针转过180180+时，摇杆从时，摇杆从C1DC1D位置位置摆到摆到C2DC2D。 所花时间为所花时间为t1 , t1 , 平均速度为平均速度为V1,V1,那么有：那么有：/ )180(1t1211tCCV 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 3D3D此两处曲柄之间的夹角此两处曲柄之间的夹角 称为极位夹角。称为极位夹角。180180C2B2)180/(21CC设计：潘存云

21、B1C1ADC2当曲柄以当曲柄以继续转过继续转过180180-时，摇杆从时，摇杆从C2DC2D位置摆到位置摆到C1DC1D，所花时间为，所花时间为t2 ,t2 ,平均速度为平均速度为V2 ,V2 ,那么有：那么有： 180180-/)180(2t因曲柄转角不同，故摇杆来回摆动的时间不一样，平均速度也不等。显然：显然：t1 t2 V2 V1t1 t2 V2 V1摇杆的这种特性称为急回运动。用以下比值表摇杆的这种特性称为急回运动。用以下比值表示急回程度示急回程度称称K为行程速度变化系为行程速度变化系数。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

22、明显。 只需只需 0 0 ， 就有就有 K1K1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 在曲柄摇杆机构中，当曲柄等速回转情况下，通在曲柄摇杆机构中，当曲柄等速回转情况下，通常把摇杆往复摆动速度快慢不同的运动称为急回常把摇杆往复摆动速度快慢不同的运动称为急回运动。运动。 曲柄摇杆机构的急回运动程度可以用从动件空回曲柄摇杆机构的急回运动程度可以用从动件空回行程平均速度行程平均速度v2和工作行程平均速度和工作行程平均速度

23、v1的比值的比值K来衡量，称为行程速度变化系数。来衡量，称为行程速度变化系数。 K 1 K= v2 /v1 =(180+) /(180-) 急回可减少空行程时间，提高劳动生产率急回可减少空行程时间，提高劳动生产率11180oKKoo180180K摆动导杆机构有无急回特性？偏置曲柄滑块机构有无急回特性？ 行程速度变化系数行程速度变化系数 K 与与极位夹角极位夹角间的关系为：间的关系为： 越大越大,K越大越大,急回性质急回性质越显著越显著 对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构: =0,K=1,无急回特性无急回特性 偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构: 0, K1有急回特性有急回特性 摆动导杆机构摆动导杆

24、机构: 0，有，有急回特性急回特性, 摆角摆角=极位夹极位夹角角对心曲柄滑块机构有无急回特性？行程速度变化系数在工程上的应用：行程速度变化系数在工程上的应用：p118 双曲柄机构的行程速度变化系数双曲柄机构的行程速度变化系数K：p118 设计：潘存云FF F”当当BCD90BCD90时，时， BCDBCD三、压力角与传动角和死点位置三、压力角与传动角和死点位置压力角：若不考虑机构中各运动副的摩擦力及构件的重力压力角：若不考虑机构中各运动副的摩擦力及构件的重力和惯性力的影响，和惯性力的影响，从动件驱动力从动件驱动力F 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。ABCD设计

25、时要求设计时要求: min50: min50minmin出现的位置：出现的位置：当当BCD90BCD90时，时， 180- BCD切向分力切向分力: F= Fcos: F= Fcos法 向 分 力法 向 分 力 : F = : F = FcosFcos F F对传动有利。对传动有利。=Fsin=Fsin称称为传动角。为传动角。此位置一定是：主动件与机架共线两处之一。此位置一定是：主动件与机架共线两处之一。CDBAF可用可用的大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, ,F”F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为了保证机构良好的

26、传力性能设计：潘存云C1B1l1l2l3l4DA由余弦定律有：由余弦定律有： B1C1DB1C1Darccosl22 + l32-(l4 - arccosl22 + l32-(l4 - l1)2/2l2 l3l1)2/2l2 l3 B2C2Darccosl22 + l32-(l4 + l1)2/2l2 l3假设假设B1C1D90B1C1D90, ,那么那么假设假设B2C2D90B2C2D90, , 那么那么11B1C1DB1C1D22180180-B2C2D-B2C2D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。v11 m i n m i n B

27、 1 C 1 D , 1 8 0 B 1 C 1 D , 1 8 0 - -B2C2DminB2C2Dmin22F F车门车门C2B2曲柄滑块机构曲柄滑块机构,主动曲柄处在主动曲柄处在与滑块移动方向两次垂直位与滑块移动方向两次垂直位置之一时置之一时,出现最小传动角。出现最小传动角。曲柄为主动件，曲柄滑块曲柄为主动件，曲柄滑块机构最小传动角在哪？机构最小传动角在哪？滑块为主动件，曲柄滑块滑块为主动件，曲柄滑块机构最小传动角在哪？机构最小传动角在哪？ 对于导杆机构，曲柄为主动件时传对于导杆机构，曲柄为主动件时传动角为（动角为（ ） 滑块对导杆的作用力方向始终垂直滑块对导杆的作用力方向始终垂直于导杆

28、，其传动角恒为于导杆，其传动角恒为90度。度。设计：潘存云设计：潘存云F机构的死点位置机构的死点位置摇杆为主动件，且连杆摇杆为主动件，且连杆与曲柄两次共线时，有：与曲柄两次共线时，有：此时机构不能运动此时机构不能运动. .避免措施：避免措施： 两组机构错开排列，如火车轮机构两组机构错开排列，如火车轮机构; ;称此位置为：称此位置为： “死点死点”0 0靠飞轮的惯性如内燃机、缝纫机等）。靠飞轮的惯性如内燃机、缝纫机等）。FAEDGBCABEFDCG0 0F0 0设计：潘存云设计：潘存云工件工件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ABC

29、D=0=0F也可以利用死点进行工作：飞机起落架、钻夹具等。也可以利用死点进行工作：飞机起落架、钻夹具等。摆动导杆机构死点位置？偏置曲柄滑块机构死点位置？对心曲柄滑块机构死点位置？ 对心曲柄滑块机构，滑对心曲柄滑块机构，滑块为主动件时，死点位块为主动件时，死点位于曲柄与连杆两次共线于曲柄与连杆两次共线位置位置 偏置曲柄滑块机构，滑偏置曲柄滑块机构，滑块为主动件时，死点位块为主动件时，死点位于曲柄与连杆两次共线于曲柄与连杆两次共线位置位置 摆动导杆机构，导杆为摆动导杆机构，导杆为主动件时，死点位于导主动件时，死点位于导杆与曲柄两次垂直位置杆与曲柄两次垂直位置极位与死点是机构的同一位置，原动件不同。

30、极位与死点是机构的同一位置，原动件不同。 死点位置指从动件的传动角等于零，死点位置指从动件的传动角等于零，压力角等于压力角等于90度时机构所处的位置。度时机构所处的位置。 机构处于死点位置，驱动从动件的有机构处于死点位置，驱动从动件的有效回转力矩为零，此时机构不能运动效回转力矩为零，此时机构不能运动 在曲柄摇杆机构中，当摇杆为主动件，在曲柄摇杆机构中，当摇杆为主动件，曲柄与连杆两次共线时，从动件曲柄曲柄与连杆两次共线时，从动件曲柄的传动角为零，机构此时处于死点位的传动角为零，机构此时处于死点位置。置。 在曲柄摇杆机构中，若以曲柄在曲柄摇杆机构中，若以曲柄AB为主为主动件，曲柄与连杆两次共线时，

31、摇杆动件，曲柄与连杆两次共线时，摇杆处于两极限位置称返回位置。处于两极限位置称返回位置。 极位与死点是机构的同一位置，原动极位与死点是机构的同一位置，原动件不同。件不同。 在曲柄摇杆机构中，若以曲柄在曲柄摇杆机构中，若以曲柄AB为主为主动件，曲柄与机架两次共线位置时，动件，曲柄与机架两次共线位置时，出现最小传动角。出现最小传动角。机构处于极位位置，由于从动件速度接近零，机构处于极位位置，由于从动件速度接近零，所以可以获得较大的增力效果。所以可以获得较大的增力效果。例：例：p121拉铆机拉铆机四、铰链四杆机构的连杆曲线四、铰链四杆机构的连杆曲线设计：潘存云ABCDNEM运用：运用： 摄影机抓片机

32、构摄影机抓片机构连杆曲线尖点处连杆曲线尖点处瞬时速度为零瞬时速度为零运用：运用：步行机器人腿部机构步行机器人腿部机构有的连杆曲线有的连杆曲线具有对称性具有对称性对称连杆曲线具有一段对称连杆曲线具有一段非常近似圆弧或直线的线段非常近似圆弧或直线的线段双摇杆机构的连杆曲线常应用于双摇杆机构的连杆曲线常应用于生成近似直线生成近似直线运用：运用：p123五、铰链四杆机构的运动连续性五、铰链四杆机构的运动连续性 铰链四杆机构的运动连续性是指连杆机构在运动过铰链四杆机构的运动连续性是指连杆机构在运动过程中，能否连续实现给定的各个位置的问题。程中，能否连续实现给定的各个位置的问题。 可行域、不可行域、可行域

33、、不可行域、 错位不连续错位不连续:从动件不能在两个不连通的可行域内连从动件不能在两个不连通的可行域内连续运动。续运动。 错序不连续错序不连续:原动件按同一方向转动时，连杆不能按原动件按同一方向转动时，连杆不能按顺序通过给定的各个位置。顺序通过给定的各个位置。 在设计四杆机构时，必须检查所设计机构是否满足在设计四杆机构时，必须检查所设计机构是否满足运动连续性要求。运动连续性要求。例例8.1 p1248 84 4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 一、连杆机构设计的基本问题一、连杆机构设计的基本问题 机构选型根据给定的运动要求选择机机构选型根据给定的运动要求选择机 构的类型；构的类型；尺度综

34、合确定各构件的尺度参数尺度综合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min）;c)运动连续性条件等。运动连续性条件等。设计：潘存云三种设计要求：三种设计要求：1)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要求连杆在两个位置垂直地面且相差垂直地面且相差180 CBABDC设计：潘存云设计：潘存云ADCB飞机起落架飞机起落架BC三种设计要求：三种设计要求

35、：2)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如: 飞机起落架、函数机构、仪表。飞机起落架、函数机构、仪表。函数机构函数机构要求两连架杆的转角要求两连架杆的转角满足函数满足函数 y=logxxy=logxABCD设计：潘存云QABCDE设计：潘存云鹤式起重机鹤式起重机搅拌机构搅拌机构要求连杆上要求连杆上E点的轨点的轨迹为一条卵形曲线迹为一条卵形曲线要求连杆上要求连杆上E点的轨点的轨迹为一条水平直线迹为一条水平直线QCBADE三种设计要求：三种设计要求：3)满足预定的轨迹要求，如满足预定的轨迹要求，如: 鹤式起重机、搅拌机等。鹤式起重机、搅拌机等。给定的设计

36、条件：给定的设计条件：1)几何条件给定连架杆或连杆的位置）几何条件给定连架杆或连杆的位置）2)运动条件给定运动条件给定K）3)动力条件给定动力条件给定min）设计方法：图解法、解析法、实验法设计方法：图解法、解析法、实验法二、作图法设计四杆机构二、作图法设计四杆机构1、按连杆预定位置设计四杆机构、按连杆预定位置设计四杆机构1已知活动铰链中心的位置已知活动铰链中心的位置2已知固定铰链中心的位置已知固定铰链中心的位置例例8.2 p127设计：潘存云1、按连杆预定位置设计四杆机构、按连杆预定位置设计四杆机构1已知活动铰链中心的位置已知活动铰链中心的位置(a)给定连杆两组位置给定连杆两组位置有唯一解。

37、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。ADB2C2B3C3ADB1C1B1C1在给定连杆的两个位置要求设计四杆机在给定连杆的两个位置要求设计四杆机构时，可得无穷多组解。一般还应该考构时，可得无穷多组解。一般还应该考虑其它辅助条件，例如，满足合理的结虑其它辅助条件，例如，满足合理的结构要求，使机械在运转中的最小传动角构要求，使机械在运转中的最小传动角最大，等等。最大，等等。 2已知固定铰链

38、中心的位置已知固定铰链中心的位置 设计活动铰链位置设计活动铰链位置 机构倒置机构倒置: 设改取四杆机构的连杆为机架，则设改取四杆机构的连杆为机架，则原机构中的固定铰链原机构中的固定铰链A、D将变为活动铰链，将变为活动铰链，而活动铰链而活动铰链B、C将变为固定铰链。将变为固定铰链。 这样，就将已知固定铰链中心的位置设计四杆这样，就将已知固定铰链中心的位置设计四杆机构的问题转化成了已知活动铰链中心的位置机构的问题转化成了已知活动铰链中心的位置设计四杆机构的问题。设计四杆机构的问题。(a). 已知两个连杆位置，找活动铰链位置已知两个连杆位置，找活动铰链位置(b). 已知三个连杆位置，找活动铰链位已知

39、三个连杆位置，找活动铰链位置置AD知知:固定铰链中心固定铰链中心A、D的的位置，及在运动过程中连位置，及在运动过程中连杆杆BC占据的两个位置占据的两个位置确定：两活动铰链中心确定：两活动铰链中心BC的位置。的位置。知知:固定铰链中心固定铰链中心A、D的位置，及在运动的位置，及在运动过程中连杆过程中连杆BC占据占据的三个位置的三个位置确定：两活动铰链确定：两活动铰链中心中心BC的位置。的位置。p127图图8-48AD例例8.2二、作图法设计四杆机构二、作图法设计四杆机构1、按连杆预定位置设计四杆机构、按连杆预定位置设计四杆机构1已知活动铰链中心的位置已知活动铰链中心的位置2已知固定铰链中心的位置

40、已知固定铰链中心的位置2、按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构、按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构3)、按两连架杆多对对应角位移设计、按两连架杆多对对应角位移设计2)、按两连架杆三对对应角位移设计、按两连架杆三对对应角位移设计1)、按两连架杆两对对应角位移设计、按两连架杆两对对应角位移设计2、按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构、按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构 知：四杆机构机架长度知：四杆机构机架长度d d ，原动件和从动件沿某方，原动件和从动件沿某方向依次转过对应的角度向依次转过对应的角度 设计此四杆机构。设计此四杆机构。 方法：方法： 机构倒置：若改取连架杆机构倒置：若改取连架杆C

41、DCD为机架，则构件为机架，则构件ABAB变为变为连杆，在此情况下，只要找出新连杆连杆，在此情况下，只要找出新连杆ABAB相对新机架相对新机架CDCD运动时的活动铰链运动时的活动铰链A A、B B的位置，应用已知连杆的的位置，应用已知连杆的预定位置设计四杆机构的方法求解即可。预定位置设计四杆机构的方法求解即可。1). 按连架杆两预定的对应位置设计按连架杆两预定的对应位置设计 2).2).按两连架杆三个对应位置设计四杆机构按两连架杆三个对应位置设计四杆机构例例: :下图所示铰链四杆机构，下图所示铰链四杆机构，已知机架长度已知机架长度d d，该四杆机构的两连架杆应满足的三组，该四杆机构的两连架杆应

42、满足的三组对应位置为对应位置为12121313 机构倒置方法机构倒置方法:取取CD为机架为机架,则则AB为连杆为连杆,找出活动铰找出活动铰链链B的位置的位置,则应用则应用“由活动铰链位置求固定铰链位由活动铰链位置求固定铰链位置的方法。置的方法。P221图图8-48 选取固定铰链中心选取固定铰链中心A、D的位置的位置 适当选取原动件适当选取原动件AB的长度，任取第一位置的长度，任取第一位置AB1，再取再取AB2 、AB3 机构倒置方法机构倒置方法:取取C1D为机架。为机架。 连接连接B2D、B3D，且绕，且绕D转转 、 ，得到，得到B2、B3 做做B2B3 、B1B2垂直平分线，交点垂直平分线，

43、交点C1 则则AB1C1D为所求四杆机构为所求四杆机构12133)、按两连架杆多对对应位置设计、按两连架杆多对对应位置设计设计：潘存云设计：潘存云3、按预定的运动轨迹设计四杆机构、按预定的运动轨迹设计四杆机构ABCDE14325 传送机构传送机构搅拌机构搅拌机构CBADE6步进式步进式设计：潘存云ABCDNEM连杆作平面运动连杆作平面运动,其上各点的轨迹均不相同。其上各点的轨迹均不相同。B, C点的轨迹为圆弧点的轨迹为圆弧; 其余各点的轨迹为一其余各点的轨迹为一条条 封闭曲线。封闭曲线。设计目标设计目标: 就是要确定一就是要确定一组杆长参数组杆长参数, 使连杆上某使连杆上某点的轨迹满足设计要求

44、。点的轨迹满足设计要求。按预定的运动轨迹设计四杆机构按预定的运动轨迹设计四杆机构设计：潘存云连杆曲线生成器ABCD连杆曲线图谱连杆曲线图谱4、按给定的急回要求设计四杆机构、按给定的急回要求设计四杆机构1) 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构C1C2O2A C2= l2- A C2= l2- l1l1 A C1= l1 + A C1= l1 + l2l2设计：潘存云E 1) 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构计算计算180(K-1)/(K+1);知：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，作等腰三角，作等腰三角形形 腰长为腰长为CD，夹角为，夹角为;作作C2PC1C2，作，作C1P使使作作P C1C2的外接圆，则的外接圆，则A点必在此圆上。点必在此圆上。选定选定A，设曲柄为，设曲柄为l1 ，连杆为，连杆为l2 ，那么，那么:以以A为圆心，为圆心，A C2为半径作弧交于为半径作弧交于E,得：得： l1 =EC1/ 2 l2 = A C1EC1/ 2,A C2=l2- ,A C2=l2- l1l1= l1 =( A C1= l1 =( A C1A A C2)/ 2C2)/ 2 C2C1P=90,交于交于P; 90-P A C1= A C1= l1+l2l1+l2C1C2DA 讨论：由于讨论：由