第5章平面连杆机构及其设计

第5章平面连杆机构设计§5-1平面连接机构的特点与基本型式§5-2平面连杆机构的工作特性§5-3平面连杆机构的设计

主要内容

各构件的运动平面重合或相互平行的连杆机构四杆机构1.平面连杆机构的定义结构最简单应用最广泛五杆机构六杆机构2.连杆机构的特点1)结构简单、易于制造、成本低廉。2)是低副连接的机构，故承载能力大。3)连杆机构可实现运动规律与运动轨迹的多样化。4)可进行远距离的传动。5)连杆机构不宜应用在高速运转场合。用于受力较大的场合挖掘机连杆机构应用十分广泛，但不适用于高速传动。用于受力较大的场合挖掘机破碎机连杆机构应用十分广泛，但不适用于高速传动。用于实现各种不同的运动规律要求惯性筛用以实现给定轨迹要求搅拌机抓片机3.平面四杆机构的基本型式基本型式－铰链四杆机构，其它四杆机构都是由它演变得到的名词解释：曲柄—作整周定轴回转的构件；连杆—不与机架相连的构件；连架杆—与机架相联的构件；摇杆—作定轴摆动的构件；周转副—可360度相对回转的运动副；摆转副—只能作有限角度摆动的运动副。连杆机架曲柄摇杆湘潭大学专用三种基本型式：（1）曲柄摇杆机构特征：曲柄＋摇杆作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。如雷达天线。ABDC12432143124雷达天线俯仰机构缝纫机踏板机构(1)曲柄摇杆机构的应用抓片机抽油机(1)曲柄摇杆机构的应用搅拌机送料机构(1)曲柄摇杆机构的应用玩具乌龟刮雨刷(1)曲柄摇杆机构的应用湘潭大学专用（2）双曲柄机构特征：两个曲柄作用：将等速回转转变为等速或变速回转。如惯性筛等。湘潭大学专用ABDC1234E6耕地料斗DCAB实例：火车轮惯性筛机构特例：平行四边形机构AB=CD特征：两连架杆等长且平行，连杆作平动香皂成型机。BC=ADABCD31B’C’ABDC耕地料斗DCAB、摄影平台ADBC、天平、播种机料斗机构反平行四边形机构--车门开闭机构反向(2)双曲柄机构的应用惯性筛插床机构

平行四边形机构的应用摄影机升降台天平机构汽车车门开闭机构

反平行四边形机构的应用汽车车门开闭机构

反平行四边形机构的应用湘潭大学专用ABDCE（3）双摇杆机构特征：两个摇杆应用举例：铸造翻箱机构特例：等腰梯形机构－汽车转向机构、风扇摇头机构ABDCB’C’ABDC风扇座蜗轮蜗杆电机电机ABDC风扇座蜗轮蜗杆电机ABDC风扇座蜗轮蜗杆ABDCEABDCE鹤式起重机(3)双摇杆机构的应用炉门启闭机构大型翻型机

双摇杆机构的特例若两摇杆长度相等等腰梯形机构汽车前轮转向机构4.平面四杆机构的演化型式(1)改变构件的形状和运动尺寸偏心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构曲柄摇杆机构曲柄滑块机构双滑块机构

正弦机构φss=lsin

φ曲柄滑块机构的应用汽车车门开闭机构内燃机机构(2)改变运动副的尺寸(3)选不同的构件为机架偏心轮机构导杆机构314A2BC314A2BC曲柄滑块机构摆动导杆机构转动导杆机构小型刨床牛头刨床应用实例ABDCE123456ABDC1243C2C1(3)选不同的构件为机架摇块机构314A2BC导杆机构314A2BC314A2BC曲柄滑块机构ACB1234应用实例B234C1A自卸卡车举升机构应用实例B34C1A2应用实例4A1B23C应用实例13C4AB2φ应用实例A1C234Bφ(3)选不同的构件为机架摇块机构314A2BC导杆机构314A2BC314A2BC曲柄滑块机构ACB1234应用实例B234C1A自卸卡车举升机构应用实例B34C1A2应用实例4A1B23C应用实例13C4AB2φ应用实例A1C234Bφ(3)选不同的构件为机架摇块机构314A2BC导杆机构314A2BC314A2BC曲柄滑块机构314A2BC直动滑杆机构手摇唧筒这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法称为：----机构的倒置BC3214AABC3214(4)运动副元素的逆换将低副两运动副元素的包容关系进行逆换，不影响两构件之间的相对运动。椭圆仪机构例：选择双滑块机构中的不同构件作为机架可得不同的机构导杆机构摇块机构正弦机构3214123443213214转动导杆机构导杆机构的分类摆动导杆机构机架长>曲柄长机架长<曲柄长摆动导杆机构的应用摆动导杆机构的应用牛头刨床主运动机构小型刨床转动导杆机构的应用摇块机构的应用卸料定块机构/移动导杆机构的应用(3)转动副的销钉扩大平面四杆机构铰链四杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构单滑块机构曲柄滑块机构导杆机构曲柄摇块机构移动导杆机构对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构摆动导杆机构转动导杆机构双滑块机构双滑块机构正弦机构双转块机构正切机构椭圆仪十字滑块联轴器平行四边形机构反平行四边形机构等腰梯形机构5.2平面四杆机构的工作特性铰链四杆机构1.曲柄存在条件周转副摆转副aabcbcd蓝色三角形成立红色三角形成立◆最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和周转副存在的条件:GrashofCriterion◆构成周转副的构件之一必为最短杆Grashoflinkagemechanism1）最短杆与最长杆之和小于等于其余两杆长度之和曲柄存在条件:2）最短杆作连架杆或机架杆长条件满足杆长条件最短杆作连架杆曲柄摇杆机构最短杆作机架双曲柄机构最短杆作连杆双摇杆机构不满足杆长条件双摇杆机构（最短杆的邻边作机架）（最短杆的对边作机架）满足周转副存在条件的双摇杆机构不满足周转副存在条件的双摇杆机构例1：若要以AD为机架得到双摇杆机构，试求CD杆长的范围。解：1.机构存在周转副,即Lmin+Lmax≤Li+Lj,

且以最短杆的对边为机架）：2）40≤LCD≤

80

：70≤LCD≤902.机构不存在周转副（即Lmin+Lmax>Li+Lj），且能形成封闭形：1）0<LCD<

40

：2）40≤LCD≤

80

：3)80<LCD<170：10<LCD<7090<LCD<170综合：当10<LCD<170时，得到双摇杆机构。不可能∵不满足题意40+80≤50+LCD40+LCD≤80+50LCD+80>40+5040+80>50+LCD40+LCD>80+50∴70≤

LCD≤

80∴80<LCD≤90∴10<LCD<40∴40≤LCD<70∴90<LCD<1703)80<LCD<170：1）0<LCD<

40

：2.急回特性(Quick-returnMotion)ABCDB2C2B1C1AD极限位置1连杆与曲柄拉伸共线极限位置2连杆与曲柄重叠共线极位夹角(Crankanglebetweentwolimitpositions)

—从动件处于两极限位置时，原动件在对应位置所夹的锐角。

工作行程(慢行程)曲柄转过180º，摇杆摆角，耗时t1180º180º返回行程(快行程)曲柄转过180º，摇杆摆角，耗时t2

设计具有急回要求的机构时，应先确定K值，再计算。B2C2B1C1AD180º-180º+行程速度变化系数(Coefficientoftravelspeedvariation)对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构曲柄滑块机构的极位夹角

有急回

无急回摆动导杆机构的极位夹角

注意：具有特定尺寸的曲柄摇杆机构可能无急回运动，即：θ=0°、K=1，C1C2=2AB。曲柄摇杆机构一定有急回吗?

压力角越小，传动角越大，对机构的传动越有利。

连杆机构中，常用传动角的大小及变化情况来衡量机构传力性能的优劣。FF

F3.压力角和传动角ABDC传动角

—压力角的余角。压力角—作用在从动件上的力的方向与着力点速度方向所夹锐角。通常min40º对于高速和大功率传动机械min50ºv

IfBCD<90o

then=BCD

IfBCD>90othen=180o-BCD

机构中，最小传动角在哪里?

最小传动角出现在曲柄与机架两次共线位置之一。传动角出现极小值的计算C1B1abcdDA12

min=min{1,2}B2C2曲柄滑块机构的最小传动角在何处？如何计算？abem曲柄滑块机构的最小传动角在何处？如何计算？4.死点位置F

=0

连杆与曲柄在两个共线位置时，主动件摇杆通过连杆作用于从动件曲柄上的力F

通过其回转中心，

0，曲柄不能转动。

F

=0

不管在主动件上作用多大的驱动力，都不能在从动件上产生有效分力的机构位置，称为机构的死点位置。(Deadpoint)主动件的两个极限位置1）曲柄摇杆机构：出现在以摇杆为原动件，连杆与从动曲柄共线的两位置；2）曲柄滑块机构：出现在以滑块为原动件，连杆与从动曲柄共线的两位置；3）摆动导杆机构：出现在以导杆为原动件，导杆与从动曲柄垂直的两位置。死点出现的位置：死点可能出现的现象运动卡死机构运动不确定死点可能出现的现象运动卡死机构运动不确定1)加虚约束克服反转克服死点的措施2)加飞轮依靠习惯性顺利通过死点3)相同机构错位排列火车联动机构ABDC死点位置的利用自锁夹具ABCDFF

0飞机起落架死点位置的利用之三5.3平面连杆机构的设计

到目前为止，平面连杆机构设计只考虑了机构的运动尺寸，还未考虑构件的材料、结构、强度等一系列因素。因此这种设计通常叫做综合。

综合的要求可归纳为二大类2）实现给定的运动曲线1）实现给定的运动规律1.概述SynthesisDesign

方法2）解析法1）图解法简单易懂、精度低、费时精度高，需借助计算机MotiongenerationPathgeneration1)已知连杆的预定位置设计铰链四杆机构2.图解法设计四杆机构Graph