第8章平面连杆机构及其设计

1、本章教学内容本章教学内容8.1.18.1.1连杆机构连杆机构原动件的运动经过不与机架直接相连的原动件的运动经过不与机架直接相连的中间构件传递到从动件上的机构。中间构件传递到从动件上的机构。 连杆机构根据各构件间的相对运动可以分为连杆机构根据各构件间的相对运动可以分为平面连杆机平面连杆机构构和和空间连杆机构。空间连杆机构。平面连杆机构分为平面连杆机构分为四杆机构四杆机构和和多杆机构多杆机构四杆机构四杆机构六杆机构六杆机构优点：优点：连杆机构为低副机构，运动副为面接触，压强小，承载能连杆机构为低副机构，运动副为面接触，压强小，承载能力大，耐冲击；力大，耐冲击；运动副元素的几何形状多为平面或圆柱面，

2、便于加工制造；运动副元素的几何形状多为平面或圆柱面，便于加工制造； 在原动件运动规律不变情况下，通过改变各构件的相对尺在原动件运动规律不变情况下，通过改变各构件的相对尺寸使从动件得到不同的运动规律；寸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，以实现特殊连杆曲线可以满足不同运动轨迹的设计要求，以实现特殊的运动需求；的运动需求；可实现远距离的运动和动力的传递。可实现远距离的运动和动力的传递。可方便改变运动的传递方向、扩大行程和实现增力效果。可方便改变运动的传递方向、扩大行程和实现增力效果。8.1.28.1.2连杆机构的传动特点连杆机构的传动特点缺点：缺点：由于运动积累误差

3、较大，因而影响传动精度；由于运动积累误差较大，因而影响传动精度；由于惯性力不好平衡而不适于高速传动；由于惯性力不好平衡而不适于高速传动；8.2.18.2.1平面四杆机构的基本型式平面四杆机构的基本型式铰链四杆机构铰链四杆机构术语术语连架杆连架杆整转副整转副摆转副摆转副连杆连杆曲柄曲柄摇杆摇杆8.2 8.2 平面四杆机构的类型和应用平面四杆机构的类型和应用铰链四杆机构分类铰链四杆机构分类铰链四杆机构按两个连架杆的运动型式分类：铰链四杆机构按两个连架杆的运动型式分类：1.曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构2.双曲柄机构双曲柄机构3.双摇杆机构双摇杆机构摇头风扇摇头风扇飞剪飞剪雷达雷达鹤式起重机鹤式起重机缝纫

4、机踏板机构缝纫机踏板机构震动筛震动筛汽车转向机构汽车转向机构连杆步进输送机构连杆步进输送机构8.2.2 平面四杆机构的演化平面四杆机构的演化铰链四杆机构的铰链四杆机构的3种型式、铰链四杆机构与其它四杆种型式、铰链四杆机构与其它四杆机构之间都可通过下列演化途经相互转换。机构之间都可通过下列演化途经相互转换。途径途径2:扩大运动副尺寸（扩大运动副尺寸（不改变机构类型）不改变机构类型）途径途径1: 改变构件的形状和运动尺寸改变构件的形状和运动尺寸（改变机构类型）（改变机构类型）途径途径4:改换轨迹的包容关系改换轨迹的包容关系（不改变机构类型）（不改变机构类型）途径途径3:改换机架改换机架（改变机构类

5、型）（改变机构类型）曲柄滑块机构曲柄滑块机构定块机构定块机构摇块机构摇块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手摇抽水机手摇抽水机自卸车机构自卸车机构开门机构开门机构牛头刨床牛头刨床没找到没找到 本节要掌握本节要掌握3种典型机构（曲柄摇杆、曲柄滑块、摆种典型机构（曲柄摇杆、曲柄滑块、摆动导杆机构）的动导杆机构）的4个问题（曲柄存在条件、急回特性、压个问题（曲柄存在条件、急回特性、压力角力角/传动角和死点位置）。传动角和死点位置）。abcabcd8.3.18.3.1平面四杆机构有曲柄的条件平面四杆机构有曲柄的条件机构具有周转副的条件机构具有周转副的条件蓝色三角形成立蓝色三角形成立b

6、daccdabcbda红色三角形成立红色三角形成立ba-dcca-dbcba-dbdcacbdacdbaca ba da 最短杆与最长杆之和小最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之于等于其它两杆长度之和和a a为最短杆为最短杆最短杆与最长杆之和小于等于其它两最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和。（杆长度之和。（杆长条件杆长条件）周转副所连接的构件中有一个属于最周转副所连接的构件中有一个属于最短杆件。短杆件。最短杆是连架杆或机架。最短杆是连架杆或机架。铰链四杆机构有曲柄的条件铰链四杆机构有曲柄的条件最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和。最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和。（

7、杆长条件）（杆长条件）eabmabn滑块机构有曲柄的条件滑块机构有曲柄的条件构件构件a能通过能通过m点的条件是：点的条件是：bea构件构件a能通过能通过n点的条件是：点的条件是：bea滑块机构有曲柄的条件滑块机构有曲柄的条件bea导杆机构有曲柄的条件导杆机构有曲柄的条件dadadada有曲柄，该有曲柄，该机构是摆动机构是摆动导杆机构导杆机构。da有曲柄，该有曲柄，该机构是转动机构是转动导杆机构。导杆机构。da有曲柄，该有曲柄，该机构是转导机构是转导杆机构。杆机构。结论：导杆机构结论：导杆机构无条件有曲柄。无条件有曲柄。BCBC1 1 极限位置、极位夹角、行程角（行程）极限位置、极位夹角、行程角

8、（行程）ADdcBCab8.3.28.3.2平面四杆机构的平面四杆机构的急回运动急回运动和行程速比系数和行程速比系数eABBCC曲柄滑块机构的极位夹角曲柄滑块机构的极位夹角dABBD摆动导杆机构的极位夹角摆动导杆机构的极位夹角思考思考对心式曲柄滑块机构对心式曲柄滑块机构的极位夹角的极位夹角B2C2 B1C1AD 工作行程工作行程( (慢行程慢行程) )曲柄转过曲柄转过180180 ，摇杆摆角，摇杆摆角 ，耗时，耗时t t1 1，平均角速度平均角速度 m1m1 t t1 1 180 180 返回行程返回行程( (快行程快行程) )曲柄转过曲柄转过180180 ，摇杆摆角，摇杆摆角 ，耗时，耗时t

9、 t2 2，平均角速度平均角速度 m2m2 t t2 22.2.急回运动和行程速比系数急回运动和行程速比系数急回运动：急回运动：当曲柄等速回转的情况下，当曲柄等速回转的情况下，通常把从动件往复运动速度快慢不同的通常把从动件往复运动速度快慢不同的运动称为急回运动。运动称为急回运动。 180180180180/121m2mttK行程速比系数行程速比系数K K：急急回运动的相对程度。回运动的相对程度。18011 KK 设计有急回要求的机构时，设计有急回要求的机构时，应先确定应先确定K K值，再计算值，再计算 。v vc c FABDC2 2、四杆机构的传动角与死点、四杆机构的传动角与死点（1）压力角

10、和传动角压力角和传动角( (熟知熟知) ) 有效分力有效分力 F t Fcos Fsin 径向压力径向压力 F n Fsin = =Fcos (有害分力有害分力) 角越大角越大， F t越大越大， F n越小，对机构的传动越有利。越小，对机构的传动越有利。连杆机构中，常用传动角的大小及变化情况来衡量机构连杆机构中，常用传动角的大小及变化情况来衡量机构传力性能的优劣。传力性能的优劣。 Ft F n压力角压力角 作用在从动作用在从动件上的力的方向与着力件上的力的方向与着力点速度方向所夹锐角。点速度方向所夹锐角。传动角传动角 压力角的余压力角的余角。角。设计有要求设计有要求: : min =40 5

11、0含义：含义：表征机构传力性能的指标。表征机构传力性能的指标。bcadcb2)(arccos2221)90(2)(arccos222222DCBbcadcb)90(2)(arccos180222222DCBbcadcb),min(21min2种机构种机构 min出现的位置出现的位置(熟知、会做图求解熟知、会做图求解)曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构: min 出现在曲柄与机架共线的两个位置之一。出现在曲柄与机架共线的两个位置之一。曲柄滑块机构曲柄滑块机构: min 出现在曲柄与机架垂直的两个位置之一。出现在曲柄与机架垂直的两个位置之一。 =0（2） 机构的死点位置机构的死点位置出现死点位置的条件出现死

12、点位置的条件往复、摇摆运动构件为主动件，曲柄为输出构件。往复、摇摆运动构件为主动件，曲柄为输出构件。死点的位置特征：死点的位置特征： =0或连杆与曲柄共线。或连杆与曲柄共线。曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构曲柄导杆机构曲柄导杆机构克服死点位置的措施克服死点位置的措施惯性：例如惯性：例如缝纫机缝纫机错位安装：错位安装：例如例如火车火车利用死点位置利用死点位置例如：例如：飞机起落架飞机起落架，夹具夹具8.3.38.3.3铰链四杆机构的运动连续性铰链四杆机构的运动连续性（了解）（了解）1.1.连杆机构的运动连续性：连杆机构的运动连续性：指连杆机构在运动过程中，能否指连杆机构在运动过程

13、中，能否连续实现给定的各个位置的运动。连续实现给定的各个位置的运动。2.2.可行域与不可行域：可行域与不可行域：3.3.错位不连续错位不连续4.4.错序不连续错序不连续8.4.18.4.1平面连杆设计的基本问题平面连杆设计的基本问题8.4.18.4.1平面连杆机构设计的基本任务平面连杆机构设计的基本任务 第一：根据给定的设计要求选定机构型式；第一：根据给定的设计要求选定机构型式； 第二：确定各构件尺寸，并要满足结构条件、动力条件和第二：确定各构件尺寸，并要满足结构条件、动力条件和运动连续条件等。运动连续条件等。8.4.28.4.2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 1.1.满足预定运动的规律