四杆机构ppt课件

1、第八章第八章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计 本章要求本章要求 1. 1.了解平面连杆机构的组成、特点及运用了解平面连杆机构的组成、特点及运用; ; 2. 2.掌握平面四杆机构的根本型式、演化型式掌握平面四杆机构的根本型式、演化型式; ; 3. 3.掌握四杆机构曲柄存在条件，压力角、传动角、死点、急回运动及行程速掌握四杆机构曲柄存在条件，压力角、传动角、死点、急回运动及行程速比系数等根本概念比系数等根本概念; ; 4. 4.掌握平面四杆机构的主要设计方法图解法。掌握平面四杆机构的主要设计方法图解法。一、连杆机构的构成一、连杆机构的构成 由假设干个构件经过低副衔接而组成的机构,又称为低

2、副机构。 连架杆连架杆机架机架连架杆连架杆连杆连杆8-1 8-1 平面连杆机构组成以及特点平面连杆机构组成以及特点 原动件1的运动经过中间构件2传动到从动件3。 1，连杆机构运动，连杆机构运动1.1.连架杆连架杆4.4.机架机架3.3.连架杆连架杆2.2.连杆连杆缝纫机中的连杆机构缝纫机中的连杆机构2，连杆机构运用，连杆机构运用雷达中的连杆机构雷达中的连杆机构动画演示动画演示3 3，最常见的连杆机构型式，最常见的连杆机构型式铰链四杆机构铰链四杆机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构导杆机构导杆机构二、连杆机构的分类二、连杆机构的分类 一切构件均在相互平行的平面内运动的一切构件均在相互平行的平面内运动的连

3、杆机构，称为平面连杆机构重点讨连杆机构，称为平面连杆机构重点讨论。论。1 1、平面连杆机构、平面连杆机构 一切构件不全在相互平行的平面内运动的连杆机构，称为空间连杆机构。2 2、空间连杆机构不涉及、空间连杆机构不涉及三、平面连杆机构的优缺陷三、平面连杆机构的优缺陷1 1、低副机构，承载才干较大，耐冲击，便于光、低副机构，承载才干较大，耐冲击，便于光滑，磨损小；滑，磨损小；2 2、圆柱面制造比较容易，构造简单，任务可靠；、圆柱面制造比较容易，构造简单，任务可靠； 3 3、可以实现不同的运动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。用于受力较大的发掘机，破碎机用于受力较大的发掘机

4、，破碎机用于实现各种不同的运动规律和轨迹要求，用于实现各种不同的运动规律和轨迹要求，连杆曲线图谱连杆曲线图谱书书121121页页动画演示动画演示4 4、当机构复杂时累计误差较大，影响其传、当机构复杂时累计误差较大，影响其传动精度，并且效率较低。动精度，并且效率较低。5 5、惯性力不容易平衡，不适宜于高速传动。、惯性力不容易平衡，不适宜于高速传动。6 6、不易准确地满足各种运动规律和运动轨、不易准确地满足各种运动规律和运动轨迹的要求。迹的要求。8-2 8-2 平面四杆机构的类型和运用平面四杆机构的类型和运用一、根本类型及运用一、根本类型及运用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

5、构双摇杆机构根本类型根本类型1 1、曲柄摇杆机构、曲柄摇杆机构 假设在铰链四杆机构的两连架杆中，一假设在铰链四杆机构的两连架杆中，一个为曲柄整周回转，另一为摇杆不能个为曲柄整周回转，另一为摇杆不能整周回转，那么此四杆机构称为曲柄摇杆整周回转，那么此四杆机构称为曲柄摇杆机构。机构。雷达天线安装雷达天线安装曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构2 2、双曲柄机构、双曲柄机构 铰链四杆机构中的两连架杆均为铰链四杆机构中的两连架杆均为曲柄，那么此四杆机构称为双曲柄曲柄，那么此四杆机构称为双曲柄机构。机构。动画演示动画演示 在双曲柄机构中，假设相对两杆的长度相在双曲柄机构中，假设相对两杆的长度相等且平行，两曲柄的转向

6、一样，称为平行四等且平行，两曲柄的转向一样，称为平行四边形机构。边形机构。典型的双曲柄机构典型的双曲柄机构- -平行四边形机构平行四边形机构运用运用蒸汽机车驱动安装蒸汽机车驱动安装摄影升降机构摄影升降机构动画演示动画演示 在双曲柄机构在双曲柄机构中，假设相对两中，假设相对两杆的长度相等，杆的长度相等，但不平行但不平行(BC(BC与与AD)AD)，两曲柄转向，两曲柄转向相反相反ABAB与与CDCD，称为反平行四边称为反平行四边形机构。形机构。反平行四边形机构反平行四边形机构车车门门开开闭闭机机构构双曲柄机构的运用双曲柄机构的运用惯性筛机构惯性筛机构3 3、双摇杆机构、双摇杆机构 假设铰链四杆机构

7、的两连架假设铰链四杆机构的两连架杆均为摇杆，那么此四杆机构杆均为摇杆，那么此四杆机构称为双摇杆机构。称为双摇杆机构。 双摇杆机构的运用双摇杆机构的运用鹤式起重机鹤式起重机动画动画汽车前轮转向机构汽车前轮转向机构在双摇杆机构中假设两摇杆长度相等，在双摇杆机构中假设两摇杆长度相等，那么称为等腰梯形机构。那么称为等腰梯形机构。二、平面四杆机构的演化二、平面四杆机构的演化1 1、改动构件外形与尺寸、改动构件外形与尺寸 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构, ,当当3 3杆长为杆长为无穷大时无穷大时 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 当当3杆长为无穷大时杆长为无穷大时对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构偏置曲柄

8、滑块机构 2 2、选用不同构件为机架、选用不同构件为机架1 1曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构(0360(0360) )(0360(0360) )(360(360) )1 12 23 34 4A AB BC CD D周转副周转副构件构件4 4为机架为机架摆动副摆动副双曲柄机构双曲柄机构(0360)(0360)1234ABDC双摇杆机构双摇杆机构(360)1234ABCD(360)构件构件1(1(曲柄曲柄为机架为机架构件构件3 3连连杆为机架杆为机架选用不同构件为机架选用不同构件为机架双曲柄机构双曲柄机构双摇杆机构双摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构导杆机构导杆机构曲柄摇块机构曲柄

9、摇块机构2 2曲柄滑块机构曲柄滑块机构定块机构定块机构挪动导杆机构挪动导杆机构曲柄摇块机构运用曲柄摇块机构运用偏心轮机构偏心轮机构3 3，变化运动副尺寸，变化运动副尺寸4 4，运动副元素的逆换知道即可，运动副元素的逆换知道即可曲柄滑块机构曲柄滑块机构BA1234C曲柄摇块机构曲柄摇块机构2，3 换成挪动换成挪动副，副，3，4换成换成转动副转动副三、机构运用实例有些新的机构三、机构运用实例有些新的机构1 1，挪动导杆机构，挪动导杆机构2 2，双滑块机构正弦机构，双滑块机构正弦机构 3 3，双转块机构，双转块机构偏心轮机构偏心轮机构搅拌机搅拌机铰链四杆机构铰链四杆机构抽水机抽水机挪动导杆机构直动滑

10、杆机构挪动导杆机构直动滑杆机构车门开闭安装反平行四边形机构车门开闭安装反平行四边形机构卡车车厢曲柄摇块机构卡车车厢曲柄摇块机构汽车前轮转向等腰梯形机构汽车前轮转向等腰梯形机构鹤式起重机双摇杆机构鹤式起重机双摇杆机构升降机平行四边形机构升降机平行四边形机构8-3 8-3 平面四杆机构的根本知识平面四杆机构的根本知识* * *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；二、压力角和传动角；二、压力角和传动角；三、急回运动和行程速比系数；三、急回运动和行程速比系数；四、机构的死点位置。四、机构的死点位置。构件构件ABAB要为曲柄，那么转动副要为曲柄，那么转动副A A应为周转副；应为周

11、转副；因此因此ABAB杆应能占据与杆应能占据与ADAD共线的位置共线的位置ABAB及及ABAB。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推导过程推导过程略略结论：铰链四杆机构有曲柄的条件结论：铰链四杆机构有曲柄的条件1 1、最短杆和最长杆长度之和小于或等于其它两杆、最短杆和最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和长度之和杆长条件；杆长条件；2 2、最短杆是连架杆或机架、最短杆是连架杆或机架最短杆位置条件。最短杆位置条件。 * *假设不满足杆长条件，那么没有曲柄，即永远是双假设不满足杆长条件，那么没有曲柄，即永远是双摇杆机构；摇杆机构； * *假设满足杆长条件，那么有曲柄存在的能

12、够，能否假设满足杆长条件，那么有曲柄存在的能够，能否有还要看最短杆的位置有还要看最短杆的位置( (或说：看哪个杆为机架。或说：看哪个杆为机架。满足杆长条件：满足杆长条件：1 1假设取最短杆为连架杆：曲柄摇杆机构假设取最短杆为连架杆：曲柄摇杆机构 2 2个个2 2假设取最短杆为机架：双曲柄机构假设取最短杆为机架：双曲柄机构 3 3假设取最短杆为连杆：双摇假设取最短杆为连杆：双摇杆机构杆机构不满足杆长条件不满足杆长条件无论哪个杆做机架，永远是双摇杆机构。无论哪个杆做机架，永远是双摇杆机构。归纳：铰链四杆机构的类型与尺寸的关系：归纳：铰链四杆机构的类型与尺寸的关系：2 2以最短杆为机架，那么双曲柄机

13、构；以最短杆为机架，那么双曲柄机构；以最短杆为连架杆，那么曲柄摇杆机构以最短杆为连架杆，那么曲柄摇杆机构2 2个；个； 1 13 3以最短杆为连杆，那么双摇杆机构。以最短杆为连杆，那么双摇杆机构。1 1假设最短杆与最长杆的长度之和小于或等于假设最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其它两杆长度之和其它两杆长度之和. .2 2假设不满足杆长条件，那么不论选哪个构件假设不满足杆长条件，那么不论选哪个构件为机架，都为双摇杆机构。为机架，都为双摇杆机构。书上练习，书上练习，144144页，页，8-68-6曲柄滑块机构有曲柄的条件自学曲柄滑块机构有曲柄的条件自学CDbCDea)(AB1234eCabDbea

14、有曲柄的条件有曲柄的条件二、压力角和传动角二、压力角和传动角1 1、压力角、压力角 从动件的受力方向从动件的受力方向F F与速度与速度V V方向所夹的方向所夹的锐角。锐角。vcF1ABCD1234从动件从动件CDCD受力受力F F的作的作用线与用线与C C点的绝对速点的绝对速度度vc vc 所夹锐角，称所夹锐角，称为此位置的压力角。为此位置的压力角。vcFF1F21ABCD1234力力F2 F2 只能使铰链只能使铰链C C、D D产生压轴力，希望它越小越好。产生压轴力，希望它越小越好。力力F1 F1 越大推进机构的有效分力就越大，传力效果就越好；越大推进机构的有效分力就越大，传力效果就越好；结

15、论：结论： 越小越好。越小越好。分析压力角大小影响分析压力角大小影响因此，对连杆机构中的压力角提出了限制，因此，对连杆机构中的压力角提出了限制，最大不能超越最大不能超越 40 405050，即：即： t2t1t2v2v1v2v1 在曲柄等速回转的情况下在曲柄等速回转的情况下 ，摇杆往复摆，摇杆往复摆动速度不同动速度不同, ,即回程速度大于任务行程速度，即回程速度大于任务行程速度，称为急回运动。称为急回运动。v2v1v2v1急回运动急回运动:3 3、行程速比系数、行程速比系数k k 为衡量摇杆急回运动的程度，把摇杆为衡量摇杆急回运动的程度，把摇杆往复摆动平均速度的比值大于往复摆动平均速度的比值大

16、于1 1称称为行程速比系数，即：为行程速比系数，即：由1k1k18018018021121133k 平均速度慢速行程（工作行程）速度快速行程(回程）平均k 留意：留意： 1 1四杆机构有无急回运动，四杆机构有无急回运动，取决于曲柄与连杆共线位置的夹角取决于曲柄与连杆共线位置的夹角； 2 2只需机构在运转过程中具只需机构在运转过程中具有极位夹角有极位夹角，那么该机构就具有，那么该机构就具有急回作用；急回作用； 3 3极为夹角极为夹角=0=0，那么，那么K=1K=1，无急回运动；无急回运动； 4 4角越大，那么角越大，那么K K值越大，值越大，阐明急回运动的性质也越显著。阐明急回运动的性质也越显著

17、。曲柄滑块机构中，原动件曲柄滑块机构中，原动件ABAB以以等速转动等速转动1C1B1B2HC2偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构2AB134eCab12222)()(eabebaH0,有急回特性。有急回特性。曲柄摆动导杆机构曲柄摆动导杆机构21B2B1有急回特性。有急回特性。1AB四、机构的死点位置四、机构的死点位置 指从动件的传动角 =0(或=90)时机构所处的位置有效分力=0的位置。注：不思索构件的重力、惯性力和运动副中的摩擦力的影响1 1、死点位置、死点位置 曲柄摇杆机构，摇杆为自动件，研讨曲柄摇杆机构，摇杆为自动件，研讨B点压点压力角或传动角。力角或传动角。 当曲柄与连杆共线时：当曲柄与

18、连杆共线时： 如图示当摇杆如图示当摇杆1 1为自动件，曲柄与连杆共线时的位置。为自动件，曲柄与连杆共线时的位置。 对从动曲柄对从动曲柄3 3的有效能矩为零，故不能推进曲柄转动的有效能矩为零，故不能推进曲柄转动, , 机机构的这种位置称为死点位置。构的这种位置称为死点位置。此时传动角此时传动角 =0 =0或或=90=90B2C2vB踏板踏板脚脚AB1C1DFB 缝纫机主运动机构缝纫机主运动机构存在死点位置，因此有时产生跳线断线景象。存在死点位置，因此有时产生跳线断线景象。曲柄滑块机构，当以滑块曲柄滑块机构，当以滑块3 3为自动件时有为自动件时有死点位置死点位置本人分析。本人分析。2.2.死点位置

19、的抑制方法死点位置的抑制方法例：缝纫机借助例：缝纫机借助于带轮的惯性于带轮的惯性经过死点。经过死点。1 1利用构件惯性利用构件惯性 机车车轮联动机构，左右车轮两组曲柄滑机车车轮联动机构，左右车轮两组曲柄滑块机构中，曲柄块机构中，曲柄ABAB与与A AB B位置错开位置错开9090。2 2利用机构错位陈列利用机构错位陈列3 3、死点位置在机构中的作用、死点位置在机构中的作用钻床工件夹紧机构钻床工件夹紧机构飞机起落架机构飞机起落架机构8-48-4平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计一、四杆机构设计的根本问题一、四杆机构设计的根本问题二、图解法机构设计二、图解法机构设计三、解析法机构设计三、解析法机

20、构设计一一 、四杆机构设计的根本问题、四杆机构设计的根本问题1 1实现给定位置的设计导引机构设计实现给定位置的设计导引机构设计2 2实现预定运动规律的设计函数机构设计实现预定运动规律的设计函数机构设计3 3实现预定轨迹的设计轨迹机构设计实现预定轨迹的设计轨迹机构设计1.1.实现给定位置的设计实现给定位置的设计 要求所设计的机构能引导连杆顺序经过一系列给定的位置。即要求连杆能依次占据一系列给定的位置。例如：满足预定的连杆位置要求例如：满足预定的连杆位置要求 飞机起落架机构飞机起落架机构要求机构能引导连杆按一定方位经过预要求机构能引导连杆按一定方位经过预定位置，所以称为导引机构设计。定位置，所以称

21、为导引机构设计。铸造砂型机的翻箱机构铸造砂型机的翻箱机构满足预定的连杆位置要求例满足预定的连杆位置要求例2.2.实现预定运动规律的设计实现预定运动规律的设计 要求所设计的机构的主、从动连架杆之间的运动规律具有给定的函数关系。 这类设计统称为函数机构设计。对数计算机构对数计算机构3.3.实现预定轨迹的设计实现预定轨迹的设计 要求所设计的机构连杆上一点的轨迹能与给定的曲线相一致机构中某点可以实现预期的运动轨迹。 称为轨迹机构设计。鹤式起重机 搅拌机连杆实现预定轨迹的例题实现预定轨迹的例题 1 1平面四杆机构中，能否存在死点取决于平面四杆机构中，能否存在死点取决于 能否与能否与连杆共线。连杆共线。

22、A A 、自动件、自动件 B B、 从动件从动件 C C、 机架机架 D D、 摇杆摇杆 2 2、在设计铰链四杆机构时，应使最小传动角、在设计铰链四杆机构时，应使最小传动角 。 A A、 尽能够小一些尽能够小一些 B B 、为、为0 0 C C、 尽能够大一些尽能够大一些 D D、 为为9090 3. 3.一对心曲柄滑块机构中，假设将曲柄改为机架，那么将一对心曲柄滑块机构中，假设将曲柄改为机架，那么将演化为演化为 机构。机构。 4 4下面简图所示的铰链四杆机构，图下面简图所示的铰链四杆机构，图 是双曲柄机构。是双曲柄机构。A Aa a； B Bb b； C Cc c； D Dd d。(a)(b

23、)(c)(d)二、平面连杆机构设计二、平面连杆机构设计图解法图解法解析法解析法实验法实验法一图解法一图解法 简单、直观、易了解知识点、误差大。 知连杆长度，连杆的2个或3，4。个任务位置B1C1与B2C2。设计此四杆机构。1 1给定连杆的两个位置设计四杆机构给定连杆的两个位置设计四杆机构1.1.给定连杆的位置要求设计四杆机构给定连杆的位置要求设计四杆机构解解 ：B B、C C铰链位置知，如今关键找出铰链位置知，如今关键找出A A，D D两铰链位置。两铰链位置。设计步骤：设计步骤：1)1)选定比例画出选定比例画出B1C1 B1C1 和和 B2C2 B2C2；2 2分别过分别过B1B2B1B2和和

24、C1C2 C1C2 作垂直平分线；作垂直平分线；3)3)分别在垂直平分线上分别在垂直平分线上取点取点A A和和D D，得四杆机构：，得四杆机构：A B1C1 DA B1C1 D无数组解；无数组解；4)4)给出各杆长度给出各杆长度( (按比按比例量完后算出例量完后算出) )。假设给定连杆的三个位置设计四杆机假设给定连杆的三个位置设计四杆机构构A AD DB1B2B3C1C2C3设计步骤：设计步骤：1)1)选定比例画出选定比例画出B1C1 , B2C2, B3C3 B1C1 , B2C2, B3C3 ；2 2分别过分别过B1B2B1B2，B2B3,C1C2,C2C3B2B3,C1C2,C2C3作垂

25、直平分线作垂直平分线, ,得得交点交点ADAD；3)3)衔接衔接AB1C1DAB1C1D得四杆机构独一解；得四杆机构独一解；3)3)给出各杆长度给出各杆长度( (按比例量出按比例量出) )2 2、知行程速比系数、知行程速比系数K K设计四杆机构设计四杆机构* * *铰链四杆机构的设计铰链四杆机构的设计1 1K K1 1K K1 18 80 0知知K K以及其他条件通常：从动件两个极限位置，即摇以及其他条件通常：从动件两个极限位置，即摇杆长度与摆角，设计四杆机构。杆长度与摆角，设计四杆机构。问题的关键：找到问题的关键：找到A A点点C1C1c2c2A ADP90-90-B21 1K K1 1K

26、K1 18 80 0原理原理: : 同弧所对圆周角相等同弧所对圆周角相等设计步骤：设计步骤：1 ,1 ,确定确定D D、C1C1、C2C2点，计算极为夹角；点，计算极为夹角； 2 ,找找 P ，A点；点；3 3 ，找，找B B点。点。练习：练习：1 1知摇杆的长度知摇杆的长度lCDlCD，摇杆的摆角，摇杆的摆角，行程速比系，行程速比系数数K K，设计此曲柄，设计此曲柄摇杆机构。摇杆机构。解解: :1)1)计算极位夹角计算极位夹角1 1k k1 1k k1 18 80 0 2作出摇杆的两极限位置3 3确定确定A A点的位置无其他条件，点的位置无其他条件，那么无穷组解那么无穷组解904 4求出曲柄

27、、连杆的长度求出曲柄、连杆的长度a ab bA AC C1 1a ab bA AC C2 2a a2 2A AC Ca a1 1A AC Cb b2 22 2A AC C1 1A AC Ca a2 2 曲柄滑块机构曲柄滑块机构知曲柄滑块机构中滑块的行程速比系数知曲柄滑块机构中滑块的行程速比系数K K，滑块滑块的行程的行程H H，偏距，偏距e e，设计此机构。，设计此机构。曲柄滑块机构曲柄滑块机构v解解:1):1)计算极位夹角计算极位夹角2 2确定确定A A点的位置点的位置903 3求出曲柄、连杆的长度求出曲柄、连杆的长度baAC1abAC2aACaACbaACAC21221HO90eAc1c2BAB=(AC1-AC2)/2BC=AC1-ABBClABllBClAB设计原理设计原理: :刚体反转法刚体反转法转化为：按连杆预转化为：按连杆预定位置设计四杆机构问题。定位置设计四杆机构问题。问题：只是知道两个连架杆位置，铰链问题：只是知道两个连架杆位置，铰链B B，C C位置未知，即：位置未知，即：连架杆长度未知。连架杆长度未知。 刚化反转法刚化反转法 黑色实线为机构第黑色实线为机构第一个位置；黑色虚线一个位置；黑色