平面四杆机构

1、2022-6-241第4章 平面连杆机构Planar Linkage Mechanisms 44连杆机构及其传动特点连杆机构及其传动特点4.4.1铰链铰链四杆机构的基本型式及其四杆机构的基本型式及其应用应用4.4.2平面四杆机构的演化平面四杆机构的演化4.5 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性2022-6-242定义：连杆机构由若干个构件通过低副连接而组成，定义：连杆机构由若干个构件通过低副连接而组成，又称为低副机构。又称为低副机构。共同特点：共同特点： 原动件原动件1的运动经过不与机架直接相连的的运动经过不与机架直接相连的中间构件中间构件2传递到从动件传递到从动件3上。中间构件称为

2、连杆。上。中间构件称为连杆。构件多呈杆构件多呈杆状状简称简称为杆为杆bar根据杆数根据杆数命名，例命名，例如：四杆如：四杆机构机构 4 44 4 连杆机构及其传动特点连杆机构及其传动特点 2022-6-243连杆机构根据各构件间的相对运动是平面还是空间连杆机构根据各构件间的相对运动是平面还是空间运动分为：运动分为：空间连杆机构空间连杆机构平面连杆机构平面连杆机构2022-6-244连杆机构的优点连杆机构的优点u承受载荷大，便于润滑承受载荷大，便于润滑u制造方便，易获得较高的精度制造方便，易获得较高的精度u两构件之间的接触靠几何封闭实现两构件之间的接触靠几何封闭实现u实现多种运动规律和轨迹要求实

3、现多种运动规律和轨迹要求2022-6-245连杆机构的缺点连杆机构的缺点运动必须经过中间构件进行传递，因而传递路线较长，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，也使机械效率降低；易产生较大的误差积累，同时，也使机械效率降低；在连杆机构运动过程中，连杆及滑块的质心都在作变速在连杆机构运动过程中，连杆及滑块的质心都在作变速运动，所产生的惯性力难于用一般平衡方法加以消除，因而运动，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载荷，所以连杆机构不宜用于高速；会增加机构的动载荷，所以连杆机构不宜用于高速；不能精确实现复杂的不能精确实现复杂的运动规律运动

4、规律,设计计算较复杂设计计算较复杂2022-6-246六杆机构六杆机构四杆机构四杆机构ABCD四杆机构四杆机构DEF四杆机构四杆机构应用非应用非常广泛，且是多常广泛，且是多杆机构的基础杆机构的基础着重着重讨论讨论2022-6-2474.4.14.4.1四杆机构的基本型式四杆机构的基本型式基本型式：基本型式：平面连杆机构的基本型式是平面连杆机构的基本型式是铰链四杆机构铰链四杆机构其余四杆机构均是由铰链四杆机构演化而成的其余四杆机构均是由铰链四杆机构演化而成的二杆二杆三杆三杆, 不可能不可能.一一.铰链四杆机构铰链四杆机构Revolute Four-bar Mechanism四杆机构四杆机构202

5、2-6-2481234ABCD连杆连杆连架杆连架杆连架杆连架杆机架机架曲柄曲柄摇杆摇杆( (摆杆摆杆) )( (整转整转) )( (摆转摆转) )机架机架frame、连杆、连杆coupler、连架杆、连架杆side link机架参考系（固定件）机架参考系（固定件）连架杆与机架相联连架杆与机架相联连杆不与机架相联连杆不与机架相联基本构件基本构件曲柄曲柄crank：可回转：可回转360360的连架杆的连架杆摇杆摇杆rocker：摆角小于：摆角小于360360的连架杆的连架杆滑块滑块slider：作往复移动的连架杆：作往复移动的连架杆连架杆连架杆全由全由转动副转动副相联的平面四杆机构相联的平面四杆机

6、构一一.铰链四杆机构铰链四杆机构2022-6-249一一.铰链四杆机构基本型式铰链四杆机构基本型式 （按连架杆类型）铰链四杆机构铰链四杆机构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构双摇杆机构2022-6-2410结构特点：连架杆结构特点：连架杆1为曲柄，为曲柄，3为摇杆。为摇杆。运动变换：转动运动变换：转动摇动摇动1. 1.曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构Crank-rocker MechanismA1B2C3D4雷达天线机构特例：ABCD缝纫机踏扳机构 2022-6-2411其它应用颚式破碎机颚式破碎机和面机和面机压力机压力机2022-6-2412结构特点：二连架杆均为曲柄结构特点：二

7、连架杆均为曲柄运动变换：转动运动变换：转动转动转动通常二转速不相等通常二转速不相等2.2.双曲柄机构双曲柄机构Double-crank mechanism 应用实例：应用实例：振动筛机构振动筛机构2022-6-2413特例:平行四边形机构平行四边形机构平行四边形机构平行四边形机构运动不确定问题运动不确定问题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特点：二曲柄等速特点：二曲柄等速特点：二曲柄转向相反特点：二曲柄转向相反应用1应用2Solution:在从动曲柄在从动曲柄上加飞轮。上加飞轮。 错位排列错位排列 2022-6-2414结构特点：二连架杆均为摇杆结构特点：二连架杆均为摇杆

8、运动变换：摆动运动变换：摆动摆动摆动3.3.双摇杆机构双摇杆机构 double rocker mechanism应用实例：应用实例：铸造用大型造型机的翻箱机构铸造用大型造型机的翻箱机构 2022-6-2415其它应用起重机起重机2022-6-2416特例特例等腰梯形机构等腰梯形机构汽车前轮转向机构汽车前轮转向机构应用实例：应用实例：基本型基本型铰链四杆机构：铰链四杆机构： 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 双曲柄机构双曲柄机构 平行四边形机构平行四边形机构 反平行四边形机构反平行四边形机构 双摇杆机构双摇杆机构 等腰梯形机构等腰梯形机构2022-6-2417abllR左右f汽车转向2022-6-241

9、84.4.2 4.4.2 平面四杆机构的演化平面四杆机构的演化Variation3D3Dr1B2C34AD1B2C4A铰链四杆机构铰链四杆机构曲线导轨曲柄滑块机构曲线导轨曲柄滑块机构变3构件形状r e 01B24AC31B24AC3e对心式曲柄滑块机构对心式曲柄滑块机构 slider-crank mechanism偏置式曲柄滑块机构偏置式曲柄滑块机构 offset S-C1. 改变构件形状和运动尺寸改变构件形状和运动尺寸应用2022-6-24192022-6-2420f1B24AC3对心式曲柄滑块机构对心式曲柄滑块机构 变2,3构件形状r 1B4A32C 正弦机构正弦机构 sine gener

10、ator / scotch yokess=lABsinf2C33C2r1B4A应用应用2022-6-24212.2.改变运动副的尺寸改变运动副的尺寸Enlarging a revolute pair对心式曲柄滑块机构对心式曲柄滑块机构1B24AC3h=2lAB偏心轮机构偏心轮机构 eccentric mechanism4C231BA B副扩大2022-6-24223.3.选不同构件作机架选不同构件作机架机构倒置机构倒置inversionA41A4曲柄滑块机构曲柄滑块机构1B2C32作机架3B2C曲柄摇块机构曲柄摇块机构 液压作动筒液压作动筒车箱举升机构车箱举升机构2022-6-24231BA2

11、1BA2AA41B2C3曲柄滑块机构曲柄滑块机构1B24C3直动滑杆机构直动滑杆机构 translating Sliding-rod mech.C41BA21BA21BA23手动唧筒机构手动唧筒机构3作机架应用2022-6-2424C234A41B2C3曲柄滑块机构曲柄滑块机构作机架 A41B2C3导杆机构导杆机构C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234回转导杆机构回转导杆机构 rotating guide-bar mech.lBC lAB，导杆导杆AC整周转动整周转动C234C234C234C234AB123C4lBC t2 , v2

12、v1u 急回特性急回特性u 行程速比系数行程速比系数K advance-to return-time ratio02122110112122/180/180vC CttKvC Ctt111800KK急回特性的应用例。急回特性的应用例。慢慢快快K=1, 无急回特性无急回特性牛头刨牛头刨工作要求工作要求急回特性急回特性 quick-return characteristics 动画2022-6-2438B1C11fB2C24ABCD23112v2v1u 极位夹角极位夹角 crank angle between extreme positions 1 = C 1 = 1 t1 =1800 + 2 =

13、 1 t2 =1800 - t1 t2 , v2 v1u 急回特性急回特性u 行程速比系数行程速比系数K advance-to return-time ratio02122110112122/180/180vC CttKvC Ctt111800KK急回特性的应用例。急回特性的应用例。慢慢快快K=1, 无急回特性无急回特性牛头刨牛头刨工作要求工作要求2. 2. 急回特性急回特性 quick-return characteristics 动画2022-6-2439aBbACa)aBbACeb)aBbACec)d)aCABb0a+bC2b-aC1a+bC2b-aC1C2C2问题讨论：下列机构有无急回

14、特性，若有，标出极问题讨论：下列机构有无急回特性，若有，标出极位夹角位夹角 。2022-6-24401. 压力角和传动角压力角和传动角FVScosSFW压力角压力角pressure angle：力力F F的作用线与力作用的作用线与力作用点绝对速度点绝对速度V V所夹的锐角所夹的锐角称为压力角。称为压力角。传动角传动角transmission angle：压力角的余角压力角的余角称为传动角称为传动角二二. . 传力特性传力特性在其它条件不变的情况下压力角在其它条件不变的情况下压力角越小，作功越小，作功W W越大越大压力角是机构传力性能的一个重要指标，它是力的压力角是机构传力性能的一个重要指标，它

15、是力的利用率大小的衡量指标。利用率大小的衡量指标。2022-6-2441”2. 2. 曲柄摇杆机构的压力角和传动角曲柄摇杆机构的压力角和传动角 pressure transmission angleCBC”B”ABCDabcd不计惯性力、重力、摩擦力，不计惯性力、重力、摩擦力，作用在从动件作用在从动件CD上受力点上受力点C的力为的力为P。P正交分解为正交分解为Pt 和和Pn，Pt =Pcos = Psin Pn =Psin = Pcos 压力角压力角 ： 从动件受力点受力方向从动件受力点受力方向 与速度方向所夹之锐角与速度方向所夹之锐角。传动角传动角 900 - 传力要求传力要求 min 40

16、0 500 。出现位置：出现位置： 曲柄与机架共线曲柄与机架共线collinear。重叠重叠overlapping共线时：共线时：bcadcbDCB2)(arccos222 拉直拉直extended共线时：共线时：bcadcbDCB2)(arccos222 或bcadcb2)(arccos1802220 PnPvPt,2022-6-2442maxminaBbACeb)aBbACa)Abb minmin问题讨论：标出下列机构在图示位置的压力角问题讨论：标出下列机构在图示位置的压力角 传传动动 及最小传动角及最小传动角 minmin. .d)aCABbvP, 00; 900.e)e)vP, 00;

17、 900.2022-6-2443u 死点：机构运动时出现传动角死点：机构运动时出现传动角 =00 的位置。的位置。B1C1B2C24ABCD231Pv=00Pv=00BACB1C=00C2B2=003. 3. 死点位置死点位置( (止点位置止点位置) ) dead point死点位置是不管在主动件上作用多大驱动力死点位置是不管在主动件上作用多大驱动力, 都不都不能在从动件上产生有效分力的机构位置能在从动件上产生有效分力的机构位置u 危害危害: 从动件卡死或运动不确定从动件卡死或运动不确定2022-6-2444u 避免死点位置的危害避免死点位置的危害加虚约束的平行四边加虚约束的平行四边形机构形机构(相同机构错位相同机构错位排列排列)GGEFEF蒸汽机车车轮联动机构蒸汽机车车轮联动机构2022-6-2445u 避免死点位置的危害避免死点位置的危害( (续续) )对从动曲柄施加外力或利用飞轮或构件自身的惯对从动曲柄施加外力或利用飞轮或构件自身的惯性作用性作用, 使机构通过死点使机构通过死点2022-6-2446u 死点位置的应用死点位置的应用飞机起落架飞机起落架夹具夹具2022-6-