平面连杆机构及其设计

1、第第2 2章章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计21 铰链四杆机构的基本形式和特性 22 铰链四杆机构的曲柄存在条件23 铰链四杆机构的演化24 平面四杆机构的设计本章教学内容本章教学内容第第2 2章章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计了解平面连杆机构的组成及其主要优缺点;了解铰链四杆机构的基本形式及其演化；明确四杆机构曲柄存在条件和机构急回运动及行程速比系数等概念；对传动角、死点等有明确的概念；了解平面四杆机构设计的基本问题，掌握根据具体设计条件和实际需要设计平面四杆机构的方法。本章教学目的本章教学目的2 21 1 铰链四杆机构的基本形式和特性铰链四杆机构的基本形式和特性 由

2、若干个构件通过低副连接而组成。优点：运动副为面接触，压强小，承载能力大，耐冲击 运动副元素的几何形状为平面或圆柱面，便于加 工制造. 原动件运动规律不变情况下，通过改变各构件相 对长度可使从动件得到不同的运动规律 连杆曲线可以满足不同运动轨迹的设计要求缺点：运动积累误差较大，影响传动精度 惯性力不好平衡而不适于高速传动 设计方法比较复杂连杆机构定义连杆机构定义连杆机构的特点连杆机构的特点2 21 1 铰链四杆机构的基本形式和特性铰链四杆机构的基本形式和特性平面四杆机构平面四杆机构的基本型式的基本型式基本型式基本型式铰链四杆机构铰链四杆机构 连杆连杆连架杆连架杆连架杆连架杆曲柄：能作整周回转的连

3、架杆。摇杆：只能在一定范围内摇动的连架杆；整转副：组成转动副的两构件能整周相对转动；摆转副：不能作整周相对转动的转动副。全部用转动副相连的平面四杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构铰链四杆机构中，若其两个连架杆一为曲柄，一为摇杆，则此四杆机构称为曲柄摇杆机构。应用：雷达调整机构缝纫机踏板机构双曲柄机构双曲柄机构在铰链四杆机构中，若其两个连架杆都是曲柄，则称为双曲柄机构。平行四边形机构：平行四边形机构：指相对两杆平行且相等的双曲柄机构。惯性筛机构平行四边形机构特性：两曲柄同速同向转动连杆作平动平行四边形机构的应用实例平行四边形机构的应用实例摄影平台升降机构逆平行（反平行）逆平行（反平行）四边形机构：四

4、边形机构：指两相对杆长相等但不平行的双曲柄机构车门开闭机构应用实例双摇杆机构双摇杆机构铰链四杆机构若两连架杆都是摇杆，则称其为双摇杆机构。应用实例等腰梯形机构：指两摇杆长相等的双摇杆机构。应用实例造型机翻转机构急回运动急回运动急回运动急回运动1.机构极位：曲柄回转一周，与连杆两次共线，此时摇杆分别处于两极限位置。2.极位夹角：机构在两个极位时，原动件所处两个位置之间所夹的锐角 3.急回运动：180121DCDC180212DCDC121t2t2v1v曲柄等速转动情况下，摇杆往复摆动的平均速度一快一慢，机构的这种运动性质称为急回运动。4.4.行程速比系数行程速比系数K K为表明急回运动程度，用反

5、正行程速比系数K来衡量：00212112122112180180/tttCCtCCvvKq角愈大，K值愈大，急回运动性质愈显著。对心曲柄滑块机构=0，没有急回运动偏置曲柄滑块机构0，有急回运动摆动导杆机构的急回运动机构急回的作用：节省空回时间，提高工作效率。注意：急回具有方向性注意：急回具有方向性四杆机构的压力角和传动角四杆机构的压力角和传动角机构压力角：从动件上作用点的力与该点的速度方向之间所夹的锐角传动角：机构压力角的余角称为机构在此位置的传动角 g 90常用传动角大小及变化来衡量机构传力性能的好坏。5040min最小传动角的位置：最小传动角的位置：曲柄摇杆机构：gmin出现在曲柄与机架共

6、线的两位置之一。bcadcb2)(arccos2221)90(2)(arccos222222DCBbcadcb)90(2)(arccos180222222DCBbcadcb或),min(21min死点位置死点位置 曲柄摇杆机构：若以摇杆CD为主动件，则当连杆与曲柄共线时，机构传动角为零，这时CD通过连杆作用于从动件AB上的力恰好通过其回转中心，出现不能使构件AB转动而“顶死”的现象，机构的这种位置称为死点位置。传动机构中使机构通过死点的措施：传动机构中使机构通过死点的措施：措施一：将两组以上组合而使各组机构死点错位排列缝纫机脚踏板机构措施二：加装飞轮利用惯性使机构通过死点位置利用死点实现特定工

7、作要求的机构示例：利用死点实现特定工作要求的机构示例：工件夹紧机构2 22 2 铰链四杆机构有整转副的条件铰链四杆机构有整转副的条件平面四杆机构有整转副条件平面四杆机构有整转副条件分析：构件AB为曲柄，则A应为整转副；为此AB杆应能占据整周中的任何位置；因此AB杆能占据与AD共线的位置AB及AB。由 DBCcbda由DB Ccadb)(badc)(cdbabdca两两相加dabaca平面四杆机构有整转副的条件平面四杆机构有整转副的条件结论： 转动副A成为整转副的条件： 1)最短杆长度+最长杆长度其余两杆长度之和 杆长条件 2)整转副是由最短杆与其邻边组成的。推论： 当机构尺寸满足杆长条件时，最

8、短杆两端的转动副均 为整转副；其余转动副为摆转副。平面四杆机构有曲柄的条件 机构尺寸满足杆长条件，且最短杆为机架或连架杆。平面四杆机构有曲柄的条件平面四杆机构有曲柄的条件( (续续) )例：图示机构尺寸满足杆长条件，当取不同构件为机架时各得什么机构？2 23 3 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化改变构件的形状和运动尺寸改变构件的形状和运动尺寸变摇杆为滑块摇杆尺寸为无穷大e=0曲柄存在条件：对心曲柄滑块机构：L1L2 行程S=2L1偏置曲柄滑块机构：L1+eL2 平面四杆机构的演化型式平面四杆机构的演化型式( (续续) )变连杆为滑块连杆尺寸为无穷大从动件3的位移与原动件1的转角成正比：si

9、nABls 移动副可认为是回转中心在无穷远处的转动副演化而来双滑块机构双滑块机构改变运动副的尺寸改变运动副的尺寸曲柄AB尺寸较小时，由于结构需要，将曲柄作成几何中心与回转中心不重合的圆盘，称为偏心轮。几何中心与回转中心间距离称为偏心距，等于曲柄长。转动副B的半径扩大超过曲柄长在曲柄滑块机构（曲柄摇杆机构）中，若曲柄很短，可将转动副B的尺寸扩大到超过曲柄长度，则曲柄AB就演化成几何中心B不与转动中心A重合的圆盘，该圆盘称为偏心轮，含有偏心轮的机构称为偏心轮机构。 偏心轮机构结构简单，偏心轮轴颈的强度和刚度大，且易于安装整体式连杆，广泛用于曲柄长度要求较短、冲击在和较大的机械中。 选不同的构件为机

10、架选不同的构件为机架导杆机构简易刨床牛头刨床机构牛头刨床机构 应用实例应用实例曲柄摇块机构定块机构选运动链中不同构件为机架得不同机构的方法称为机构的倒置手摇唧筒曲柄滑块机构中，当将连杆改为机架时，就演化成摇块机构。 应用应用2 24 4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计平面连杆设计的基本问题平面连杆设计的基本问题机构选型根据给定的运动要求选择机构的类型；尺度综合确定各构件的尺度参数(长度尺寸)。同时要满足其他辅助条件（结构条件动力条件等）平面连杆机构设计的三大类基本命题平面连杆机构设计的三大类基本命题1)满足预定的运动规律2)满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构。3)满足预定的轨迹要求，

11、如鹤式起重机、搅拌机等。给定的设计条件：给定的设计条件：1)几何条件（给定连架杆或连杆的位置）2)运动条件（给定K）3)动力条件（给定min）设计方法：解析法、图解法图解法设计四杆机构1.按预定的连杆位置设计四杆机构设计分析：已知连杆长度及两预定位置B1C1、B2C2，设计该四杆机构。铰链和轨迹为圆弧，其圆心分别为点和。和分别在B1B和C1C的垂直平分线上。设计步骤：B1C1C2B2C12b12AD已知连杆长度，要求机构在运动过程中占据图示B1C1、 B2C2、B3C3三个位置，试设计该四杆机构。设计步骤：2、按给定的行程速比系数K设计四杆机构 例：偏置曲柄滑块机构，s=30mm,e=12mm

12、,K=1.5,设计此机构。按给定的行程速比系数K设计四杆机构（续）导杆机构 已知：机架长度d，K，设计此机构。按两连架杆的预定位置设计四杆机构给定连架杆对应位置：即构件3和构件1满足以下位置关系：3if (1i ) i=1,2,3n设计此四杆机构。建立坐标系,设构件长度为a b c d,13,的起始角为0、0 a+b=c+d在x,y轴上投影可得：acoc(1i+0 )+bcos2i = d+ccos(3i+0 )asin(1i+0 )+bsin2i = csin(3i+0 )令： a/a=1 b/a=m c/a=n d/a=l消去2i整理得：cos(1i+0)ncos(3i+0 )-(n/l)

13、 cos(3i+0-1i -0 )+(l2+n2+1-m2)/(2l)按两连架杆的预定位置设计四杆机构按两连架杆的预定位置设计四杆机构令 p0=n, p1= -n/l, p2=(l2+n2+1-m2)/(2l)则上式简化为：coc(1i+0 )P0cos(3i+0 ) p1 cos(3i+0 -1i -0 )+ p2式中包含有p0，p1，p2，0，0五个待定参数,故四杆机构最多可按两连架杆的五组对应未知精确求解。当i5时，一般不能求得精确解。用实验法设计四杆机构用实验法设计四杆机构1.1.按两连架杆对应角位移设计四杆机构按两连架杆对应角位移设计四杆机构设计要求： 原动件角位移（顺时针）和从动件角位移（逆时针）对应关系如表所示1-21-21-21-21-21-2位置ii1515151515152 .195 .178 .152 .145 .128 .10设计步骤：D1D2D3D4D5D6D7K7K6K1K2K3K5K4DCA49OA3A2B1B7B6B5B4B3B2A1A7A6AD按预定的运