第三章平面连杆机构及其设计

1、给定位置设计给定位置设计炉门炉门翻型机翻型机返回返回 移动导杆机构移动导杆机构油泵机构4123曲柄摇块机构曲柄摇块机构油泵机构油泵机构转动导杆机构转动导杆机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构第三章 平面连杆机构及其设计本章重点：本章重点： 平面四杆机构的类型、平面四杆机构的类型、 基本知识和设计。基本知识和设计。本章难点：本章难点： 平面四杆机构的设计。平面四杆机构的设计。3-1 平面连杆机构的特点及其设计的基本问题平面连杆机构的特点及其设计的基本问题 用低副连接而成的平面机构用低副连接而成的平面机构 只用于速度较低的场合只用于速度较低的场合 一、平面连杆机构的特点一、平面连杆机构的特点 1、能实现多

2、种运动形式。如：转动，摆动，移动，平面运动、能实现多种运动形式。如：转动，摆动，移动，平面运动 2、运动副为低副、运动副为低副 面接触，面接触， 承载能力大承载能力大 ，便于润滑，寿命长，便于润滑，寿命长几何形状简单几何形状简单便于加工，成本低便于加工，成本低 3、缺点、缺点 只能近似实现给定的运动规律只能近似实现给定的运动规律 设计较复杂设计较复杂 三三、平面连杆机构的运动设计方法、平面连杆机构的运动设计方法 二、平面连杆机构设计的基本问题二、平面连杆机构设计的基本问题 选型选型 运动尺寸设计运动尺寸设计 确定连杆机构的结构组成，构件数目，运动副类型、数目确定连杆机构的结构组成，构件数目，运

3、动副类型、数目 确定各构件尺寸，运动副位置，描述曲线点的位置确定各构件尺寸，运动副位置，描述曲线点的位置1、实现构件给定位置、实现构件给定位置 2、实现已知运动规律、实现已知运动规律 3、实现已知运动轨迹、实现已知运动轨迹 1、图解法、图解法 2、解析法、解析法 3、图谱法、图谱法 4实验法实验法 所有运动副均为转动副的平面四杆机构3-2 平面四杆机构的基本型式平面四杆机构的基本型式 一、铰链四杆机构：1A423CBD铰链四杆机构的基本形式：铰链四杆机构的基本形式：整转副：整转副： A、 B 摆动副：摆动副： C、 D 曲柄：曲柄： AB 摇杆：摇杆： CD 1）曲柄摇杆机构）曲柄摇杆机构 2

4、）双曲柄机构）双曲柄机构 3）双摇杆机构）双摇杆机构 连架杆连架杆 机架机架 连架杆连架杆 连杆连杆 曲柄摇杆机构的应用曲柄摇杆机构的应用 当以曲柄为原动件时，曲柄作整周转动，摇杆作往复摆动；用作当以曲柄为原动件时，曲柄作整周转动，摇杆作往复摆动；用作雷达天线俯仰机构等。雷达天线俯仰机构等。曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构当以摇杆为原动件时，摇杆作往复摆动，曲柄作整周当以摇杆为原动件时，摇杆作往复摆动，曲柄作整周转动。例如：缝纫机机构转动。例如：缝纫机机构 双曲柄机构的应用双曲柄机构的应用 正平行四边形机构：两两对杆长度不仅相等，而且平行，两曲柄正平行四边形机构：两两对杆长度不仅相等，而且平行，两曲柄

5、同向同速转动，连杆作平动。有广泛应用同向同速转动，连杆作平动。有广泛应用 摄影平台升降机构摄影平台升降机构 机车联动机构机车联动机构 播种料斗机构播种料斗机构 反平行四边形机构：两两对杆长度相等，但不平行。反平行四边形机构：两两对杆长度相等，但不平行。当以长边为机架时，两曲柄等速反向转动。用于车门开当以长边为机架时，两曲柄等速反向转动。用于车门开闭机构，如图所示。闭机构，如图所示。车门开闭机构动画车门开闭机构动画两连架杆都是摇杆。用于翻箱机构和鹤式起重机机构等。两连架杆都是摇杆。用于翻箱机构和鹤式起重机机构等。等腰梯形机构，转向机构：等腰梯形机构，转向机构：车辆的前轮转向。车辆的前轮转向。二、

6、铰链四杆机构的演化二、铰链四杆机构的演化 偏心轮，偏心距，偏心轮，偏心距，偏心轮机构偏心轮机构应用：多用于曲柄销承受较大冲击、曲柄较短、应用：多用于曲柄销承受较大冲击、曲柄较短、需安装在直轴中部的机器。需安装在直轴中部的机器。A44A1B21D3BC42D3AC1BD32C1 1、扩大转动副、扩大转动副DABCDBA12341234CKcKcB1A324CB241ACe3DABCDBA12341234CKcKcB1A324CB241ACe3DABCDBA12341234CKcKcB1A324CB241ACe3DABCDBA12341234CKcKcB1A324CB241ACe32、转动副转化成

7、移动副：、转动副转化成移动副： (1)含有一个移动副含有一个移动副第一种：第一种：曲柄滑块机构（偏距曲柄滑块机构（偏距e）e0，偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构 e=0， 对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构 第二种：第二种： 导杆机构导杆机构导杆整周转动导杆整周转动 转动导杆机构转动导杆机构导杆只作摆动导杆只作摆动 摆动导杆机构摆动导杆机构导杆导杆 3 作用：对滑块起导路作用作用：对滑块起导路作用牛头刨床牛头刨床、插床等、插床等DABCDBA12341234CKcKcB1A324CB241ACe3第三种第三种 摇块机构摇块机构自卸卡车车厢自卸卡车车厢的举升机构等的举升机构等摇块摇块 3 绕绕C点

8、摇摆点摇摆DABCDBA12341234CKcKcB1A324CB241ACe3第四种第四种 定块机构（又名移动导杆机构）定块机构（又名移动导杆机构）手摇唧筒机构手摇唧筒机构等等定块定块 3 固定不动固定不动DABCDBA12341234CKcKcB1A324CB241ACe3(2)(2)含有两个移动副含有两个移动副曲柄移动导杆机构曲柄移动导杆机构sinABlS 第一种：正弦机构第一种：正弦机构缝纫机的刺布机构缝纫机的刺布机构 第三种第三种 双转块机构双转块机构 (十字滑块联轴节十字滑块联轴节)第二种第二种 正切机构正切机构tan3 lSB变为移动副变为移动副第四种第四种 双滑块机构双滑块机构

9、 （椭圆仪椭圆仪）连杆连杆BC连线上的任一点轨迹为以连线上的任一点轨迹为以A为中心的椭圆。为中心的椭圆。其中，中点其中，中点D的轨迹是以的轨迹是以A为圆心的圆。为圆心的圆。3.3.取不同的构件为机架取不同的构件为机架, ,可得到不同的机构可得到不同的机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构移动导杆机构移动导杆机构曲柄摇块机构曲柄摇块机构转动导杆机构转动导杆机构A31B4CA3C4A3C421B21B2A3C41B2A31B4CA3C4A3C421B21B2A3C41B2教材教材P39的表的表31所示不同形式的四杆机构所示不同形式的四杆机构四杆机构含有四杆机构含有1个移动副个移动副曲柄滑块、导杆曲柄滑块、导

10、杆摇块、定块摇块、定块四杆机构含有四杆机构含有2个移动副个移动副正弦、正切正弦、正切双转块、双滑块双转块、双滑块四杆机构含有四杆机构含有0个移动副个移动副曲柄摇杆、双曲柄曲柄摇杆、双曲柄 (曲柄主动曲柄主动)曲柄摇杆、双摇杆曲柄摇杆、双摇杆 (摇杆主动摇杆主动)更换机架更换机架更换机架更换机架更换机架更换机架转动副变移动副转动副变移动副33 平面四杆机构有曲柄的条件和几个基本概念平面四杆机构有曲柄的条件和几个基本概念 一、平面四杆机构有曲柄的条件一、平面四杆机构有曲柄的条件 （整转副存在的条件整转副存在的条件） a+bc+d (1)1.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 dc

11、+b-a a+dc+b (2)ce即曲柄存在的条件即曲柄存在的条件: ba+e 偏置偏置 ba 对心对心直角直角 AC2E： a+becosPPtsinPPn90二、压力角和传动角二、压力角和传动角1、压力角、压力角从动件上某点的受力方从动件上某点的受力方向与从动件上该点速度向与从动件上该点速度方向的所夹的锐角方向的所夹的锐角 2、传动角、传动角压力角余角压力角余角平面连杆机构经常用平面连杆机构经常用衡量机构的传动质量（易于测量）衡量机构的传动质量（易于测量）有效分力有效分力有害分力有害分力越小，越小，Pt越大，对机构传递越有利（效率高，不易自锁）越大，对机构传递越有利（效率高，不易自锁）越大

12、，对机构传递越有利越大，对机构传递越有利 4、传动角的计算、传动角的计算 40min,90180,903、许用传动角、许用传动角一般一般：。高速机构：高速机构：50 min B2BAvcminB1D2Cmax1CPCntPP原动件作匀速转动，从动件相对机架作往复运动的原动件作匀速转动，从动件相对机架作往复运动的机构，从动件正行程和反行程的平均速度不相等。机构，从动件正行程和反行程的平均速度不相等。三、行程速度变化系数三、行程速度变化系数 1、机构的急回运动特性、机构的急回运动特性 主动件主动件ABAB曲柄匀速转动，曲柄匀速转动，从动件从动件CDCD摇杆来回摆动摇杆来回摆动 工作行程：工作行程：

13、曲柄曲柄ABAB1 1ABAB2 2 180180+摇杆摇杆C C1 1DCDC2 2D D 返回行程：返回行程：曲柄曲柄ABAB2 2ABAB1 1 180 180-摇杆摇杆C C2 2DCDC1 1D D 18018021211233ttttK11180KK越大越大急回特性越显著急回特性越显著 为极位夹角为极位夹角 1从动件慢行程平均速度从动件快行程平均速度K2、行程速度变化系数、行程速度变化系数 1 1）偏置曲柄滑块机构：）偏置曲柄滑块机构： B12eB1CA11C22慢行程3.其他具有急回特性的机构其他具有急回特性的机构 对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构0无急回特性无急回特性CAB12

14、1B22 2）摆动导杆机构：）摆动导杆机构： 往复式运动机械中，为提高劳动生产率，要求工作行程慢，往复式运动机械中，为提高劳动生产率，要求工作行程慢，非工作行程快。非工作行程快。如：牛头刨床机构，刨时的速度回刀的速度如：牛头刨床机构，刨时的速度回刀的速度 4.急回机构的应用急回机构的应用 四、死点位置：四、死点位置： 90, 01、死点位置、死点位置2C1CDP2BAB1B2C2vB踏板踏板缝纫机主运动机构缝纫机主运动机构脚脚AB1C1DFB 摇杆主动，曲柄从动时，摇杆主动，曲柄从动时，2.死点的不利影响死点的不利影响 1）运动不确定。）运动不确定。 2）机构被卡死。）机构被卡死。 1）避免在

15、死点位）避免在死点位置起动。置起动。 2）运转时，靠惯）运转时，靠惯性冲过死点。性冲过死点。 3.克服死点的方法：克服死点的方法： 工 件Q41A3CD2BP4、利用死点实例、利用死点实例 工件夹紧机构工件夹紧机构飞机起落架机构飞机起落架机构 3-4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 连杆机构的设计要解决的问题连杆机构的设计要解决的问题 1）实现预定的运动规律）实现预定的运动规律 2）实现已知轨迹问题）实现已知轨迹问题 设计方法设计方法1）实验法）实验法 2）作图法）作图法 3）解析法）解析法 一、图解法一、图解法1、已知连杆的三个或二个、已知连杆的三个或二个位置设计位置设计四杆机构四杆机

16、构BAC1D3B12BC2C33C2CB21B3D1CAB B点绕点绕A点点、C点绕点绕D点定轴转动点定轴转动 连接连接B1B2、B2B3； 作作B1B2、B2B3垂直平分线交于垂直平分线交于A点；点； 连接连接C1C2、C2C3； 作作C1C2、C2C3垂直平分线交于垂直平分线交于D点。点。给出给出B、C三个位置，三个位置，A、D位置唯一位置唯一给出给出B、C二个位置，二个位置，A、D位置无穷位置无穷 （需加其他条件方可获得唯一解）（需加其他条件方可获得唯一解）目的：求解出铰链目的：求解出铰链A和和D。BAC1D3B12BC2C32、按给定两连架杆的位置设计四杆机构、按给定两连架杆的位置设计

17、四杆机构 目的：求解出铰链目的：求解出铰链C。 引入转换机架的思想，采用旋转法求得。引入转换机架的思想，采用旋转法求得。 作作DE1B2 DE2B2，得，得B2； 作作DE1B3 DE3B3，得，得B3； 作作B1B2、B2B3的垂直平分线，的垂直平分线， 交点就是所求交点就是所求C1。 连杆长度：连杆长度： b=ul B1C1 摇杆长度：摇杆长度： c=ul D1C13、按、按K设计四杆机构设计四杆机构已知：曲柄摇杆机构，摇杆已知：曲柄摇杆机构，摇杆CD长度，摆角，长度，摆角，K设计此机构（确定设计此机构（确定A,A,曲柄和连杆长）曲柄和连杆长） 90aB1A12DB2Ocb1C902C曲柄

18、滑块机构曲柄滑块机构 90aB1A12DB2Ocb1C902C3、按给定的行程速比系数、按给定的行程速比系数K设计四杆机构设计四杆机构已知：摇杆已知：摇杆CD长度、摆角长度、摆角 、行程速比系数、行程速比系数K；目的：确定铰链目的：确定铰链A,曲柄长曲柄长a和连杆长和连杆长b。 由由(1)式算出极位夹角式算出极位夹角； 任选任选D的位置，按已知条件作出的位置，按已知条件作出 摇杆极限位置摇杆极限位置DC1和和DC2; 作作C2C1OC1C2O90 得得C1O与与C2O交点交点O; 以以O为圆心，为圆心，OC1为半径作辅助圆，为半径作辅助圆， A点在圆弧上任选。点在圆弧上任选。11180KK （

19、1）baablablACAC,21CDABCMC三、实验法三、实验法实现给定点的运动轨迹实现给定点的运动轨迹设计时确定设计时确定: 1、各杆的长度比例。、各杆的长度比例。2、描绘连杆曲线的点的位置、描绘连杆曲线的点的位置图谱法图谱法二、解析法（略）二、解析法（略）本本 章章 重重 点点v1、铰链四杆机构的基本类型及其、铰链四杆机构的基本类型及其 演化方法。演化方法。v2、曲柄存在条件、曲柄存在条件v3、急回特性及行程速度变化系数、极位夹角、急回特性及行程速度变化系数、极位夹角v4、压力角和传动角，死点位置、压力角和传动角，死点位置v5、按照行程速度变化系数设计平面连杆机构、按照行程速度变化系数设计平面连杆机构第三章第三章结结 束束复习思考题复习思考题1、如何依照各杆长度判别铰链四杆机构的型式？、如何依照各杆长度判别铰链四杆机构的型式？2、平面四连杆机构最基本形态是什么？由它演化为其它平、平面四连杆机构最基本形态是什么？由它演化为其它平面四杆机构，有哪些具体途径？面四杆机构，有哪些具体途径？3、图示摆动导杆机构中，、图示摆动导杆机构中，AB杆