机械设计 2章

1、铰链四杆机构的基本型式铰链四杆机构的基本型式铰链铰链四杆机构有整转副的四杆机构有整转副的条件条件铰链四杆机构的演变铰链四杆机构的演变 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计第二章第二章 平面连杆机构平面连杆机构最常用平面四杆机构（ 四个构件四根杆)平面连杆机构若干构件用低副连接组成的平面结构平面连杆机构若干构件用低副连接组成的平面结构铰链四杆机构铰链四杆机构（全由转动副相联） 含一个移动副的四杆机构含一个移动副的四杆机构含两个移动副的四杆机构含两个移动副的四杆机构基本类型基本类型2-1铰链四杆机构的基本型式 p.20 1234ABCD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( (

2、摆杆摆杆) )( (整转整转) )( (摆动摆动) )机架、连杆、连架杆机架、连杆、连架杆、 铰链四杆机构机架参考系（固定件）连架杆与机架相联连杆不与机架相联基本构件基本构件曲柄：可回转360的连架杆摇杆：摆角小于360的连架杆连架杆连架杆全由转动副相联转动副相联的平面四杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构铰链四杆机构（一）铰链四杆机构基本类型（一）铰链四杆机构基本类型 （按连架杆类型）一曲一摇二曲二摇(天线摇杆)调整天线 俯仰角的大小 雷达调整机构 1.曲柄摇杆机构：曲柄摇杆机构：连架杆连架杆 曲柄曲柄(一般)原动件匀速转动 摇杆摇杆(一般)从动件变速往复摆动 缝纫机脚踏机构 ADBC21

3、432 . 双曲柄机构双曲柄机构： 连架杆均为曲柄连架杆均为曲柄 主动曲柄: 匀速转动 从动曲柄: 变速转动 例: 惯性筛中的铰链四杆机构从动曲柄3变速转动 使筛子6产生加速度 使不同材料因惯性不同而筛分ADBC21432 . 双曲柄机构双曲柄机构机构的相对两杆平行且相等时，则成为平行四边形机构，注意：注意：平行四边形机构平行四边形机构在运动过程中，当两曲在运动过程中，当两曲柄与机架共线时，在原柄与机架共线时，在原动件转向不变、转速恒动件转向不变、转速恒定的条件下，从动曲柄会出现运动不确定的条件下，从动曲柄会出现运动不确定现象。定现象。可以在机构中添加飞轮或使用两组相同机构错位排列。 平行四边

4、形机构3.双摇杆机构双摇杆机构连架杆均为摇杆连架杆均为摇杆 例: 门式起重机的变速机构: CD(杆3)为原动件, 悬挂重物的E 点在连杆上保持E点运动轨迹在近似水平线上。（平移货物平稳、减小能量消耗）DCBA1234二二.死点位置死点位置 三三.压力角和传动角压力角和传动角2-2 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性(运动特性和传力特性运动特性和传力特性)一一.急回运动急回运动: 工作行程工作行程: 空回行程空回行程:B2B1 ( 2 =180 -) C2C1 () 1 2 , 而不变B1B2 (1=180 +) 摇杆C1C2 () 工作行程时间空回行程时间工作行程时间空回行程时间 曲

5、柄(主)匀速转动(顺)摇杆(从)变速往复摆动图2-4曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构12极限位置极限位置: 曲柄与连杆共线(B1、B2)摇杆极位C1、C2当曲柄匀速转动时，摇杆往复摆动的快慢不同，具有急回运动特性其运动特性行程速度变化系数行程速度变化系数(行程速比系数)K极位夹角极位夹角(摇杆处于两极位时，对应曲柄所夹锐角)K 急回运动性质11180KK180180/212112122112tttCCtCCvvK 缩短非生产时间缩短非生产时间, 提高生产率提高生产率例：牛头刨床、往复式输送机二、压力角和传动角二、压力角和传动角1.压力角压力角2.传动角传动角 BC是二力杆,驱动 力F 沿BC方向 作用

6、在从动件上的驱动力F与该力作用 点绝对速度VC之间所夹的锐角锐角。 连杆与从动杆所夹锐角 有效力Fsin 40有效力Fcos （方便）传动角 = 90 (的余角)压力角VC沿导轨(CD)FVCABCD 分析：分析：压力角压力角（ ）：）：从动件受力作用点的速度方位线与力从动件受力作用点的速度方位线与力 的作用线所的作用线所 夹的锐角。夹的锐角。传动角传动角 ： =90 压力角越小压力角越小(即传动角越大即传动角越大)，有用的分力越大。，有用的分力越大。 所以传动角是衡量机构受力大小的一个重要参数。所以传动角是衡量机构受力大小的一个重要参数。三三. 死点位置死点位置 从动件与连杆共线从动件与连杆

7、共线卡死卡死 当摇杆为主动件, 而曲柄与连杆共线时(摇杆CD处于极位) CD(主)通过连杆加于曲柄的驱动力F正好通过曲柄的转动中心A 不能产生使曲柄转动的力矩。曲柄摇杆机构图2-5 机构运动卡死 机构运动不确定存在死点条件存在死点条件：有极限位置（从动件与连杆共线）措施措施曲柄摇杆机构摇杆主动死点死点死点 飞轮 自身惯性二二. .曲柄存在条件曲柄存在条件： 取决于机构各杆的相对长度和机架的选择ADBBB”CCC”三式相加 l1l2 l1l3 l1l4当杆当杆1处于处于AB ”位置位置 AC ”D l1l2l3l4 (2-3)(l2l1) l3 l4 l1l4l2l3 (2-1) (l2l1)

8、l4 l3 l1l3l2l4 (2-2)当杆当杆1处于处于AB 位置位置 AC D (曲柄l1,连杆l2,摇杆l3,机架l4)当AB能摆至与连杆共线的极位AB及AB”时 能顺利通过整转副。l1最短1.分析分析:四四. 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 1243存在整转副的条件 （1）最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆长度之和。 （2）整转副是由最短杆与其邻边组成的。2. 2.曲柄存在条件曲柄存在条件：（转动副为整转副） 曲柄存在条件:推论: （1 1）最短杆与最长杆之和小于或等于其余最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆长度之和。两杆长度之和。(2)(2)最短的构件在连架杆

9、或机架上最短的构件在连架杆或机架上(满足条件1) (1)最短短杆在机架机架上 (2)最短短杆在机架邻边机架邻边 (3)最短短杆在机架对边机架对边双曲柄双曲柄机构曲柄摇杆曲柄摇杆机构双摇杆双摇杆机构若最短杆与最长杆之和大于其余两杆长度之和不存在整转副，只能是双摇杆机构构1、曲柄滑块机构、曲柄滑块机构摇杆摇杆3的运动轨迹为圆弧的运动轨迹为圆弧(半径半径l3) 将将l3无穷大无穷大滑块滑块C(直线直线)曲柄滑块机构曲柄滑块机构曲柄摇杆机构曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构(e0）对心曲柄滑块机构五、铰链四杆机构的演变 2、导杆机构、导杆机构曲柄滑块机构(曲柄机架) 导杆机构双曲柄双曲柄转动转动导杆机构导杆

10、机构一个曲柄曲柄摆动摆动导杆机构导杆机构 =0CABCAB曲柄滑块机构曲柄滑块机构转动导杆机构转动导杆机构机架曲柄机架曲柄机架曲柄机架曲柄摆动导杆机构摆动导杆机构摇块机构摇块机构 滑块摆动摆动 滑块为固定固定件 滑块移动摆动移动摆动 滑块移动移动 3、摇块、定块机构、摇块、定块机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构CABCABCABCAB曲柄滑块机构曲柄滑块机构 导杆机构导杆机构摇块机构摇块机构定块机构定块机构导杆机构导杆机构定块机构定块机构摇块机构摇块机构定块机构定块机构(铰链四杆、曲柄滑块)(曲柄很短时偏心轮机构)偏心距=曲柄长铰链四杆、曲柄滑块机构(扩大回转副) 偏心轮机构 4、偏心轮机构、偏心轮

11、机构ABC偏心轮机构偏心轮机构回转副B (半径) 曲柄长AB曲柄曲柄ABCe1.手动冲床：手动冲床： 两个四杆机构组成两个四杆机构组成（双摇杆双摇杆+摇杆滑摇杆滑块机构块机构）2.筛料机构：筛料机构：六杆机构六杆机构两个四杆两个四杆机构组成（机构组成（双曲柄双曲柄 +曲柄滑块曲柄滑块）应用应用:2-3 平面四杆机构的设计根据给定的运动条件运动简图的尺寸参数 解析法精确 作图法直观 实验法简便一一. .按照给定的行程速比系数设计四杆机构按照给定的行程速比系数设计四杆机构( (作图法作图法) )二二. .按给定连杆位置设计四杆机构按给定连杆位置设计四杆机构( (作图法作图法) )三三. .按给定两

12、连架杆对应位置设计四杆机构按给定两连架杆对应位置设计四杆机构( (解析法解析法) )四四. .按给定点的运动轨迹设计四杆机构按给定点的运动轨迹设计四杆机构( (实验法实验法) )实现已知(从动件)运动规律 (位置,速度,加速度)实现给定点的运动轨迹一.按照给定的行程速比 系数设计四杆机构:1.曲柄摇杆机构: C1PC2=11180KK(1)可求出极位夹角分析分析:(2) C1AC2=如果三点位于 同一圆上,是C1C2弧上 的圆周角如何作此圆如何作此圆 (未知A点)连OC2交圆 于P点 C2C1P=90 C1C2P=90P点可作PO已知: 摇杆长度L3, 行程速比系数K, 摆角C2ADB1B2C

13、1解解:(1)任选D点,作摇杆两极位C1D和C2DOAB1B2C2DC1(2)过C1作C1C2垂线C1M(3)过C1、C2、 P 作圆(4)AC1=L2L1, AC2=L2+L1 L1=1/2(AC2AC1)无数解以以L1为半径作圆为半径作圆,交交B1,B2点点 曲柄两位置曲柄两位置MN在圆上任选一点AC1M与C2N交于P点作C1C2N=90,P2.导杆机构: P.31已知已知:机架长L4 , K解解:(1)任选固定铰链中心C 作导杆两极位Cm和Cn = (2)作摆角的平分线AC,取AC=L4 固定铰中心A(3)过A作导杆极位垂线 AB1(AB2)L1=AB1唯一解唯一解11180KKCmnA

14、B1B2CmnAB1B2 DB1C1B2C2无穷多个解无穷多个解A ABCD步骤步骤： 1、连接、连接B1B2, C1C2 2、作、作B1B2, C1C2中垂线中垂线 3、在中垂线上取一点作、在中垂线上取一点作A, D 4、连、连AB1C1D二.按给定连杆位置设计四杆机构1.已知已知:连杆BC长L2 及连杆两个位置B1C1,B2C2固定铰A必在B1B2垂直平分线上同定铰D必在C1C2.分析(1)连接B1B2,C1C2并作其垂直平分线b12,c12(2)在b12线上任取一点A, 在C12.任取一点D解:连杆给定的三个位置连杆给定的三个位置 铰点已给定铰点已给定B1C1B2C2B3C3ADABCD步骤步骤：1.连接连接 B1B2 ,B2B3 ,C1C2,C2C3 2.作各连线中垂线作各连线中垂线 3.B1B2, B2B3中垂线中垂线 之交点即为点之交点即为点A 4.C1C2,C2C3中垂线中垂线 之交点即为点之交点即为点D 5.连接连接AB1C1D即为即为 所求所求2.已知已知:连杆BC长L2及连杆三个位置B1C1,B2C2,B3C3(选