第2章平面连杆机构

§2-2平面四杆机构的类型和应用§2-3平面四杆机构的基本知识§2-4平面四杆机构的设计§2-1概述

第2章平面连杆机构§2-1概述机架——固定不动的构件。平面连杆机构——各构件由低副连接组成的平面机构。常见的是平面四杆机构，如：123４连杆——不与机架直接连接的构件。连架杆——与机架相连的构件。曲柄：能绕机架整周回转摇杆：只能在一定范围摆动§2-1概述

连杆机构的特点：优点：1）低副，面接触承载能力大、磨损小、利于润滑；2）运动副几何形状简单，便于加工；3）连杆上各点的轨迹曲线和从动件运动规律多样；4）可实现增力、扩大行程和远距离传动等目的。缺点：1）低副中存在间隙，构件数多运动累积误差、效率降低；2）构件作变速运动惯性力，动载荷不宜用于高速；3）不易准确实现复杂的运动规律。铰链四杆机构——四个运动副都是转动副的平面四杆机构。§2-2平面四杆机构的类型和应用一.铰链四杆机构的基本型式三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。§2-2平面四杆机构的类型和应用曲柄摇杆机构——两连架杆，一为曲柄，一为摇杆。缝纫机踏板机构油田抽油机§2-2平面四杆机构的类型和应用雷达调整机构物料运输机构拉胶片机构搅拌机机构§2-2平面四杆机构的类型和应用双曲柄机构——两连架杆均为曲柄惯性筛机构——主动曲柄匀速，从动曲柄变速。§2-2平面四杆机构的类型和应用特例：平行四边形机构运动特征：1）连杆作平移；2）主、从动曲柄转速相同。摄影平台升降机构车轮联动机构ABCDAB=CDBC=ADB’C’§2-2平面四杆机构的类型和应用注意：平行四边形机构的运动不确定性反平行四边形机构措施：1）利用从动曲柄本身的惯性（或加飞轮）；2）多组相同机构彼此错开（或加虚约束）。GG’EFE’F’设计：潘存云§2-2平面四杆机构的类型和应用反平行四边形机构的应用：车门开闭机构两曲柄转向相反§2-2平面四杆机构的类型和应用双摇杆机构——两连架杆均为摇杆飞机起落架机构鹤式起重机§2-2平面四杆机构的类型和应用汽车前轮转向机构等腰梯形机构§2-2平面四杆机构的类型和应用二.铰链四杆机构的演化型式1.改变构件的形状和运动尺寸四杆机构的演化，不仅是为了满足运动方面的要求，还往往是为了改善受力状况以及满足结构设计上的需要等。2.改变运动副的尺寸3.选用不同构件为机架（机构倒置）§2-2平面四杆机构的类型和应用改变构件的形状和运动尺寸1B2C34AD铰链四杆机构曲线导轨曲柄滑块机构变3构件形状3Dr1B2C4Ar

e=01B24AC3偏置曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构1B24AC3e①§2-2平面四杆机构的类型和应用对心曲柄滑块机构1B24AC3

变2,3构件形状s=lABsin正弦机构1B4A32Csr3C2r1B4A②§2-2平面四杆机构的类型和应用改变运动副的尺寸对心曲柄滑块机构1B24AC3h=2lAB偏心轮机构

B副扩大4C231BA§2-2平面四杆机构的类型和应用选用不同构件为机架（机构倒置）曲柄摇杆机构4AD1231作机架4AD123双曲柄机构２作机架曲柄摇杆机构4AD23双摇杆机构14AD233作机架①§2-2平面四杆机构的类型和应用②A41B2C3１作机架A41B2C3§2-2平面四杆机构的类型和应用②牛头刨床§2-2平面四杆机构的类型和应用②A413B2CA41B2C32作机架§2-2平面四杆机构的类型和应用②3作机架§2-2平面四杆机构的类型和应用

变3,4构件形状③§2-2平面四杆机构的类型和应用③动画§2-3平面四杆机构的基本知识

①铰链四杆机构有周转副的条件1.曲柄存在条件不同的四杆机构，具有不同的运动特性和动力特性；一．运动特性周转副——两构件能相对整周转动的转动副。BCDAabcd若要转动副A为周转副不出现如下情况BCDAabcdBCDAabcdb、c不能共线，即ΔBCD始终存在同一种四杆机构，不同的运动尺寸，具有不同的运动和动力特性。§2-3平面四杆机构的基本知识

BCDAabcd若fC’B’C”B”将上式分别两两相加同理，若则：即a为最短杆即最短杆+最长杆≤其余两杆之和且：BDAabcdC§2-3平面四杆机构的基本知识结论：存在周转副的条件是：1）最短杆+最长杆≤其余两杆之和；（杆长条件）推论：BCDAabcd满足杆长条件时，有最短杆参与的转动副都是周转副。即：2）该周转副的两杆中必有一杆是最短杆。（最短杆条件）1）若a为最短杆，则A、B为周转副，C、D为摆转副；2）若d为最短杆，则A、D为周转副，B、C是摆转副。§2-3平面四杆机构的基本知识②铰链四杆机构有曲柄的条件固定最短杆能作整周转动的连架杆存在曲柄的充要条件是：1）机架和连架杆中必有一杆是最短杆；2）最短杆+最长杆≤其余两杆之和。推论：最短杆+最长杆≤其余两杆之和固定最短杆的邻杆固定最短杆的对杆双曲柄机构曲柄摇杆机构双摇杆机构最短杆+最长杆>其余两杆之和双摇杆机构特例：平行四边形机构在任何情况下均为双曲柄机构BCDAabcd§2-3平面四杆机构的基本知识双曲柄机构曲柄摇杆机构双摇杆机构§2-3平面四杆机构的基本知识③其它四杆机构有曲柄的条件对于含移动副的四杆机构，根据机构演化原理，可以认为是转动中心在无穷远处的转动副，而将机构转化为铰链四杆机构。讨论：下列机构曲柄存在的条件？aBbAC①aBbAC∞∞DDab§2-3平面四杆机构的基本知识aBbACeabe②③aBbACe总之，曲柄滑块机构存在曲柄的条件：a≤b-eBabACe∞-eD∞D§2-3平面四杆机构的基本知识④aCABd任何情况下都存在曲柄a<d时，摆动导杆机构a≥d时，转动导杆机构⑤aCABdea<d时，∞e+∞a≥d时，摆动导杆机构转动导杆机构§2-3平面四杆机构的基本知识

例：2.急回特性极位牛头刨工作要求慢快极位夹角θ——机构处于两个极位时，对应曲柄的一个位置与另一个位置的反向所夹的角度。0⁰<θ<180⁰摆角ψ——摇杆两极限位置之间的夹角。极位夹角>90§2-3平面四杆机构的基本知识§2-3平面四杆机构的基本知识

若ω1=常数行程速比系数KC1B1C2B2BDACφ2φ11v2v1反之：注意：1）θ在主动件上；2）ω1的转向；3）若K=1，θ=0，无急回特性。§2-3平面四杆机构的基本知识讨论：下列机构有无急回特性？若有，标出极位夹角。§2-3平面四杆机构的基本知识二．动力特性压力角α——机构在不计摩擦力、重力和惯性力时，从动件所受的驱动力与力作用处从动件的速度方向之间所夹的锐角。1.压力角和传动角ABCD机构传力性能有效分力无用分力传动角一般要求：γmin？v§2-3平面四杆机构的基本知识最小传动角出现在曲柄与机架共线时。重叠共线时：拉直共线时：§2-3平面四杆机构的基本知识§2-3平面四杆机构的基本知识克服死点的措施：1）利用从动件和飞轮的惯性；缝纫机2）错位排列；机车车轮联动机构3）对从动件施加额外的力。死点位置——机构传动角

γ=00时的位置。2.死点§2-3平面四杆机构的基本知识克服死点的措施：1）利用从动件和飞轮的惯性；如缝纫机2）错位排列；如联动机构3）对从动件施加额外的力。§2-3平面四杆机构的基本知识死点的利用：1）飞机起落架机构2）夹具机构3）折叠家具机构=00注意：1）α与γ的分析都在从动件上；2）死点发生在以有极限位置的构件为主动件时γ=00的位置。作业一作业一作业一：P35Homework2－1、2－3§2-4平面四杆机构的设计一.连杆机构设计的基本问题实现预定的从动件运动规律（再现函数）1.设计任务根据给定的运动要求，选定机构的类型；确定各构件的尺度参数；检验是否满足结构、运动和动力条件。如：运动副结构、曲柄存在条件、最小传动角、运动连续性等。2.一般设计类型实现预定的连杆位置（刚体导引）实现预定的轨迹要求（再现轨迹）3.设计方法作图法实验法解析法§2-4平面四杆机构的设计实现预定的连杆位置飞机起落架机构要求实现机轮放下和收起两个位置。铸造翻砂机构要求实现两个翻转位置。§2-4平面四杆机构的设计实现预定的从动件运动规律（位置、速度或加速度）车门开闭机构要求实现车门两组对应位置，及转向相反。要求实现一定的急回特性。牛头刨慢快§2-4平面四杆机构的设计实现预定的轨迹要求鹤式起重机搅拌器机构要求连杆上某点能生成近似直线轨迹要求连杆按某种轨迹搅拌材料§2-4平面四杆机构的设计二.平面四杆机构的设计1.按给定连杆位置设计（作图法）设计步骤：①选定连杆上两活动铰链的位置。②用三点定心法确定两固定铰链A、D。B1B2B3C2C3C1DA若已知连杆的三位置：§2-4平面四杆机构的设计注意：1）若连杆长度给定，已知三位置，有唯一解；2）若已知两位置，有无穷多解；3）若已知四位置，BC不能任意选定。但总可以在连杆上找到一些点，其四个位置在同一圆上，涉及布尔梅斯特尔理论。4）若已知五位置，可能有解，也可能无解。ψC2C1D§2-4平面四杆机构的设计2.按急回特性要求设计（作图法）1）曲柄摇杆机构已知：摇杆长CD、摆角ψ和行程速比系数K设计思路？r=EF900-圆心oFB1AC1B1C2B2BDACψθ900-设计步骤：②作出摇杆两极限位置；③作圆O；①求极位夹角④定A；⑤EB2讨论：1）无其它条件，有无穷多解；2）有其它条件，如最小传动角要求时，要检验最小传动角。§2-4平面四杆机构的设计2）曲柄滑块机构已知：滑块行程H，行程速比系数K设计步骤：②作出滑块两极限位置；③作圆O；①求极位夹角④定A；⑤C2C1r=EF900-圆心oFB1A900-EB2H讨论：1）无其它条件，有无穷多解；2）有其它条件，如偏距e时，解数受限。ψ§2-4平面四杆机构的设计3）导杆机构已知：机架长AC，行程速比系数K设计步骤：②作出导杆两极限位置③作圆A①求极位夹角B1B2B1B2ψCA设计思路？CA§2-4平面四杆机构的设计3.按给定两连架杆对应位置设计1）作图法倒置ABCDABCDψ3ψ2ψ1φ3φ2φ1E1E2E3C1C2C3DB1B2B3A-ψ12-ψ13设计思路？关键：反转法作图。已知：机架长AD，两连架杆对应位置§2-4平面四杆机构的设计B1B2B3ADB２’B３’C1作图步骤：②采用反转法作图。①选定连架杆AB长度；§2-4平面四杆机构