机械原理课件第八章

第八章平面连杆机构及其设计§8-1连杆机构及其传动特点§8-2平面四杆机构的类型和应用§8-3平面四杆机构的基本知识§8-4平面四杆机构的设计§8-1连杆机构及其传动特点

1.连杆机构定义：连杆——连接原动件和从动件的中间构件（不与机架相连的杆）。铰链四杆机构1234曲柄滑块机构ABCD3214ABC此类机构的共同特点：

1）机构的原动件1和从动件3的运动都需要经过连杆2来连接————统称连杆机构。2）连杆机构运动副一般为低副———低副机构2.传动特点运动副一般为低副；构件多呈现杆的形状；可实现多种运动变换和运动规律；优点：连杆曲线形状丰富，可满足各种轨迹要求。缺点：运动链长，累积误差大，效率低；惯性力难以平衡，动载荷大，不宜用于高速运动；一般只能近似满足运动规律要求。§8-2平面四杆机构的类型和应用1.四杆机构的类型铰链四杆机构采用教具123ABCD4用1、2、3、4表示杆，用A、B、C、D表示转动副中心。名词解释：曲柄—作整周定轴回转的构件；曲柄摇杆机构特征：曲柄＋摇杆连杆—作平面运动的构件；连架杆—与机架相联的构件；摇杆—作定轴摆动的构件；周转副—能作360°相对回转的运动副；摆转副—只能作有限角度摆动的运动副。曲柄连杆摇杆铰链四杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构平行四边形机构反平行四边形机构等腰梯形机构采用教具2.平面四杆机构的演化型式

其他型式的四杆机构可以认为是由基本型式的四杆机构演化而来的，其演化方式：（1）改变构件的形状和运动尺寸（2）改变运动副尺寸(3)选不同的构件为机架铰链四杆机构曲柄滑块机构偏心曲柄滑块机构曲柄摇杆机构曲柄滑块机构↓∞

3214ABC（1）改变构件的形状和运动尺寸(2)改变运动副的尺寸(3)选不同的构件为机架

低副机构具有运动可逆性，即无论哪一个构件为机架，机构各构件间的相对运动不变。但选取不同构件为机架时，却可得到不同型式的机构。这种采用不同构件为机架的演变方式称为机构的倒置。1212曲柄摇杆机构有两个周转副和两个摆转副选择最短杆的邻边选择最短杆选择最短杆的对边机构？机构？机构？设计：潘存云应用实例B234C1A自卸卡车举升机构(3)选不同的构件为机架ACB1234应用实例B34C1A2应用实例4A1B23C应用实例13C4AB2应用实例A1C234Bφ曲柄滑块机构314A2BCA导杆机构3142BC314A2BC直动滑杆机构摇块机构314A2BC§8-3平面四杆机构的基本知识1.铰链四杆机构有曲柄的条件1）周转副的条件BACDabcdB'AC'D平面四杆机构具有整转副→可能存在曲柄。杆1为曲柄，作整周回转，必有两次与机架共线则由△B’C’D可得：a+d≤b+cAC"DB"则由△B”C”D可得：b≤d-a+cc≤d-a+b结论最短杆长度＋最长杆长度≤其余两杆长度之和；

组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆。杆长条件2）铰链四杆机构有曲柄的条件各杆长度应满足杆长条件；最短杆为连架杆或机架。思考题：满足杆长条件最短杆为连架杆？机构；最短杆为机架？机构。不满足杆长条件？机构。AB为最短杆将以上三式两两相加得：

a≤d,a≤b,a≤c课堂练习已知铰链四杆机构lBC=50mm，lDC

=35mm，lAD=30mm，AD为机架。试问：（1）若此机构为曲柄摇杆机构，且AB杆为曲柄，lAB最大值为多少？（2）若此机构为双曲柄机构，且BC杆为最长杆，lAB最小值为多少？（3）若此机构为双摇杆机构，lAB的数值范围？

答案：15、45、15<lAB<45、

lAB>55例：偏置式曲柄滑块机构例：对心式曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构有曲柄的条件：连架杆长度＋偏距≤连杆的长度；连架杆为最短杆。偏距为零、其他同上2.急回运动和行程速比系数关键词极位、极位夹角、急回运动、行程速比系数CDBAC1DB1AB2C2φθ1）急回运动当主动件曲柄等速转动时，从动件摇杆摆回的平均速度大于摆出的平均速度，摇杆的这种运动特性称为急回运动。曲柄转过α1t1，摇杆C点转过的弧长为C1C2曲柄转过α2t2，摇杆C点转过的弧长为C1C2α1=t1×ω12）行程速比系数v2v1K=180＋θ°180－θ°=θK机构的急回性质也越显著θ=30°K=？当曲柄转过180°+θ时，摇杆从C1D位置摆到C2D。所花时间为t1,平均速度为V1,那么有：当曲柄以ω继续转过180°-θ时，摇杆从C2D,置摆到C1D，所花时间为t2,平均速度为V2,那么有：

显然：t1>t2V2>V1称K为行程速比系数C1DAC2φθ用作图法求曲柄和连杆的长度，各杆长用a、b、c、d表示对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构K=？K=？导杆机构的极位θ=?φ3.四杆机构的传动角压力角：从动件驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹锐角。法向分力:

F”=Fcosγγ↑→F’↑→对传动有利。切向分力:

F’=Fcosα=Fsinγ可用γ的大小来表示机构传动力性能的好坏连杆BC与从动件CD之间所夹的锐角γ称为四杆机构在此位置的传动角。且γ＝90°－α≤90°αFγF’F”ABCD设计时要求:γmin≥50°γmin出现的位置：γ1＝∠B‘C‘Dγ2＝180°-∠B"

C"

Dγmin＝[∠B1C1D,180°-∠B2C2D]minB'C'DAB"C"γ1γ2曲柄滑块机构314A2BCγmin出现的位置：4.死点

对于曲柄摇杆机构，以摇杆CD为主动件，则当连杆与从动件曲柄共线时，机构的传动角γ＝0°，这时主动件CD通过连杆作用于从动件AB上的力恰好通过其回转中心，出现了不能使构件AB转动的“顶死”现象，机构的这种位置称为“死点”。曲柄摇杆机构曲柄滑块机构C1DB1AB2C2φθ（1）克服死点的方法1）利用安装飞轮加大惯性的方法，借惯性作用使机构闯过死点。2）采用将两组以上的同样机构组合使用，且使各组机构的死点位置相互错开排列的方法。（2）死点的应用例：飞机起落架收放机构ABCD折叠桌的折叠机构（3）按给定的急回要求设计四杆机构设计铰链四杆机构，设已知摇杆CD的长度LCD=75mm,行程速比系数K=1.5，机架AD的长度LAD=100mm，摇杆的一个极限位置与机架间的夹角为φ=45º，试求曲柄LAB和连杆的长度LBC。计算θC1C2’C2”90°-θPθEθADφC1C2一、按给定的行程速比系数K设计四杆机构1)曲柄摇杆机构已知：CD杆长，摆角φ及K，设计此机构。步骤如下：①计算θ②任取一点D，作等腰三角形腰长为CD，夹角为φ;③作△PC1C2的外接圆，则A点必在此圆上。④如果已知机架(d)的长度，在外接圆，截取A点。④如果不知机架(d)的长度，在外接圆找3个A点，并且需验证最小传动角γmin≥50

。⑤选定A，设曲柄为a，连杆为b，则:AC1=a+b,AC2=b-a=>a=(AC1－AC2)/22)曲柄滑块机构已知：滑块的行程H、偏距e和K，设计此机构。§8-4

平面四杆机构的设计1.连杆机构设计的基本问题连杆机构设计的基本问题是根据给定的要求选定机构的型式确定各构件的尺寸，同时还要满足结构条件、动力条件和运动连续条件等。（1）满足预定的运动规律的要求即满足两连架杆预定的对应位置要求，满足给定行程速比系数K的要求等。（2）满足预定的连杆位置要求即要求连杆能占据一系列预定位置（3）满足预定的轨迹要求

即要求在机构的运动过程中，连杆上某些点的轨迹能满足预定的轨迹要求。2.用解析法设计四杆机构3.用作图法设计四杆机构3.1图解设计的基本原理图解设计问题——作图求解各铰链中心的位置问题。铰链之间的关系：固定铰链A、D：圆心活动铰链B、C：圆、圆弧（1）按连杆预定的位置设计1）已知活动铰链中心位置3.2图解设计的具体方法a)给定连杆两组位置

将铰链A、D分别选在B1B2，C1C2连线的垂直平分线上任意位置都能满足设计要求。有无穷多组解。C1B1B2C2ADA‘D’B1C1B2C2AD（1）按连杆预定的位置设计3.2图解设计的具体方法3.2图解设计的具体方法（1）按连杆预定的位置设计思考：已知固定铰链中心位置求铰链B和C

为了求活动铰链的位置，可将待求活动铰链所在的杆视作新机架，而将其相对的杆视为新连杆。机构的倒置原理

将原机构的各位置的构型均视为刚体，并向某一选定位置相对移动，使新机架的各杆位置重合，便可得新连杆相对于新机架的各个位置，即实现了机构的倒置。

将E2F2所在的四边形刚化，转至E1F1，得新的A‘D’，将E3F3所在的四边形刚化，转至E1F1，得新的A"D"。BC将求活动铰链的位置问题转化为求固定铰链的位置问题了。这种方法又称为反转法。连接ABCD为四杆机构，开展连杆包括EF。ABCDE1F1（1）按连杆预定的位置设计2）已知固定铰链中心位置（2）按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构1）按两连架杆三个预定的对应位置设计四杆机构3.2图解设计的具体方法思考：已知连架杆的预定位置的设计求铰链CB'A'C设计一四杆机构满足连架杆三组对应位置：设计一四杆机构满足连架杆三组对应位置：B2'B3'