机械设计基础 第二章平面连杆机构

05二月2023第2章平面连杆机构1第2章平面连杆机构（Planarlink）

§2-1平面四杆机构及其传动特点§2-3平面四杆机构的基本特性§2-4平面四杆机构的设计§2-2平面四杆机构的基本类型和应用05二月2023第2章平面连杆机构2

平面连杆机构：构件用低副（转动副和移动副）连接组成的平面机构。

§2-1平面四杆机构及其传动特点05二月2023第2章平面连杆机构3•

面接触，耐磨损连杆机构的优点•

制造方便，易获得较高的制造精度05二月2023第2章平面连杆机构4•

实现多种运动规律和轨迹要求05二月2023第2章平面连杆机构5连杆机构的缺点低副中存在间隙，如构件与运动副数目较多时，运动传递的累积误差大；连杆的惯性力不好平衡，动载荷大，不适合用于高速；设计较复杂，不易精确实现复杂运动规律等。

最简单的平面连杆机构是由四个构件组成，即平面四杆机构。注：由N个构件组成的平面连杆机构称为平面N杆机构，如平面四杆机构、平面六杆机构等等。05二月2023第2章平面连杆机构7◆铰链四杆机构◆含一个移动副的四杆机构◆含两个移动副的四杆机构◆其他演化型式§2-1平面四杆机构的基本类型和应用平面四杆机构的类型05二月2023第2章平面连杆机构8一、铰链四杆机构铰链四杆机构：全部由转动副相连的平面四杆机构。机架连架杆连杆连架杆曲柄摇杆铰链四杆机构基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。05二月2023第2章平面连杆机构9整转副(Fullyrotatingpair)—联接的两构件能相对作整周转动的运动副。整转副摆转副整转副摆转副摆转副(Partiallyrotatingpair)—联接的两构件不能相对作整周转动的运动副。

05二月2023第2章平面连杆机构10曲柄摇杆机构(Crank-rocker)双摇杆机构(Double-rocker)机架曲柄机架摇杆摇杆摇杆铰链四杆机构的基本型式：05二月2023第2章平面连杆机构11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逆平行四边形机构等腰梯形机构双曲柄机构(Double-crank)曲柄曲柄05二月2023第2章平面连杆机构121、曲柄摇杆机构应用实例一雷达天线俯仰角调整机构

05二月2023第2章平面连杆机构13实例二搅拌机构05二月2023第2章平面连杆机构14缝纫机踏板机构脚踏砂轮机构实例三、四05二月2023第2章平面连杆机构15应用实例一：2、双曲柄机构惯性筛机构

05二月2023第2章平面连杆机构16平行四边形机构05二月2023第2章平面连杆机构17逆(反)平行四边形机构05二月2023第2章平面连杆机构18应用实例二火车车轮的联动机构

销控机构05二月2023第2章平面连杆机构20摄影升降机构应用实例双曲柄插床

05二月2023第2章平面连杆机构22应用实例一3、双摇杆机构鹤式起重机05二月2023第2章平面连杆机构231、曲柄滑块机构ABCDABCD∞ABCABC二、含一个移动副的四杆机构e偏置曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构05二月2023第2章平面连杆机构242、导杆机构ABC取曲柄AB作机架若lBC≥lAB，转动导杆机构若lBC<lAB，摆动导杆机构应用：牛头刨床、插床、回转式水泵05二月2023第2章平面连杆机构253、摇块机构和定块机构ABC取连杆BC作机架，摇块机构取滑块作机架，定块机构05二月2023第2章平面连杆机构26改变运动副类型转动副变成移动副改变构件相对尺寸∞双滑块机构（正弦）三、含两个移动副的四杆机构（双滑块机构）05二月2023第2章平面连杆机构271、正弦机构φφ305二月2023第2章平面连杆机构282、正切机构φφ05二月2023第2章平面连杆机构293、滑块联轴器05二月2023第2章平面连杆机构304、椭圆仪05二月2023第2章平面连杆机构311、偏心轮机构四、其他演化型式05二月2023第2章平面连杆机构322、天平机构05二月2023第2章平面连杆机构333、牛头刨床机构05二月2023第2章平面连杆机构3405二月2023第2章平面连杆机构35§2-2平面四杆机构的基本特性◆急回特性◆压力角和传动角◆死点位置◆铰链四杆机构有整转副的条件05二月2023第2章平面连杆机构36一、急回特性ψθC2C1B2B1φ2φ1摇杆摆角ψ：摇杆在两极限位置时的夹角极位夹角θ：摇杆在两极限位置时主动曲柄之间所夹的锐角ABCD1234曲柄运动夹角φ1和φ2φ2<φ105二月2023第2章平面连杆机构37行程速度变化系数K：极位夹角θ：结论当机构存在极位夹角θ时，机构便具有急回运动特性。且θ角越大，K值越大，机构的急回性质也越显著。05二月2023第2章平面连杆机构38

讨论:(1)若极位夹角θ=0º，则行程速比系数K=1,机构无急回运动。(2)若θ>0，则K>1，θ角越大，K值也越大，机构的急回运动性质越明显。(3)急回作用具有方向性,当原动件的回转方向改变时,急回的行程也跟着变。(4)偏置曲柄滑块机构也有急回运动特性，其极位夹角θ如图。

(5)摆动导杆机构也有急回运动特性，其极位夹角θ如图所示。

05二月2023第2章平面连杆机构39ABCD1234二、压力角α和传动角γ作用在从动件上的驱动力F与该力作用点绝对速度vC之间所夹的锐角称为压力角，压力角的余角称为传动角γ。vCFγαF′F″结论：1.压力角α越小，传动角γ越大，机构传力性能越好；2.压力角越大，传动角越小，机构传力性能越差，效率低。05二月2023第2章平面连杆机构40

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°最小传动角的确定：对于曲柄摇杆机构，

γmin出现在主动件曲柄与机架共线的两位置之一。传动角大，传力性能好

即当∠BCD为锐角时，γmin=∠BCDmin当∠BCD为钝角时，γmin=180º-∠BCDmax对于一般机械，对于大功率机械，05二月2023第2章平面连杆机构41

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”三、死点位置05二月2023第2章平面连杆机构42曲柄摇杆机构（曲柄为主动件）的死点无死点存在DA练习：05二月2023第2章平面连杆机构43（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，而使各组机构的死点位置相互错开排列的方法。05二月2023第2章平面连杆机构44例1飞机起落架收放机构（2）死点的应用ABDC

0FABCDF05二月2023第2章平面连杆机构45例2

工件夹紧机构

05二月2023第2章平面连杆机构46ψC2B2C1B1四、铰链四杆机构有整转副的条件整转副：两构件能相对转动3600的转动副。φABCDl2l3l4l1βγ结论：1、铰链四杆机构有整转副的条件是：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和；2、整转副由最短杆与其邻边组成。05二月2023第2章平面连杆机构47结论：1、铰链四杆机构有整转副的条件是：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和；2、整转副由最短杆与其邻边组成。05二月2023第2章平面连杆机构48具有整转副的铰链四杆机构型式最短杆的邻边为机架：最短杆为机架：最短杆为连杆：曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构整转副存在条件：1）四杆长度满足杆长条件：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆之和。2）构成整转副的构件中必有一个是最短杆。①满足杆长条件时，最短杆两端分别是两个整转副。②此时，若以最短杆或其相邻杆作机架，机构都存在曲柄。否则，为双摇杆机构。③不满足杆长条件则没有整转副，获得双摇杆机构。小结：05二月2023第2章平面连杆机构50作业：P372－1、2－305二月2023第2章平面连杆机构51设计的基本问题：根据给定的平面四杆机构的运动（结构、动力）要求，选择机构的类型、确定各构件的尺寸1、满足预定的运动规律要求§2-3平面四杆机构的设计例1、牛头刨床机构2、满足预定的构杆位置要求例2、小型电炉炉门的开闭机构3、满足预定的轨迹要求例3、搅拌机构例4、鹤式起重机三类设计问题：05二月2023第2章平面连杆机构52设计方法：图解法、解析法、实验法、图谱法学习方法：掌握最基本的铰链四杆机构的设计方法和理论，然后推广到演化形式。图解法的关键：确定四个铰链中心的位置05二月2023第2章平面连杆机构53一、按照给定的行程速度变化系数K设计四杆机构例一、曲柄摇杆机构已知条件：摇杆长度l3，摆角ψ和行程速度变化系数K。核心问题：确定铰链中心A点的位置，定出l1、l2、l4杆长。ψθC1C2B1B2ABCD123405二月2023第2章平面连杆机构54θψθDC1C2l3AMN取比例尺μl=xmm/mm90°-θ解：2.计算极位夹角θ

3.按比例作图，求出A的位置，用尺子量取AC1,AC2.4.计算B1B2BeAN90°-θHC1C2例二、偏置曲柄滑块机构对于给定行程速比系数K、滑块行程H和偏距e时,可以用同样方法设计出曲柄滑块机构.

05二月2023第2章平面连杆机构56B2B1m例三、摆动导杆机构已知条件：机架长度l4，行程速度变化系数K。CAψθ核心问题：确定l1长度。取比例尺μl=xmm/mmCAψn05二月2023第2章平面连杆机构57二、按给定连杆位置设计四杆机构B1C1B2C2DAB3C3B2C2B1C1DA取比例尺μl=xmm/mm05二月2023第2章平面连杆机构58三、按给定两连架杆位置设计四杆机构已知：两连架杆的三对对应位置；求：确定各杆的长度。方法一、解析法方法二、几何试验法11φ1ψ1φ2φ3ψ2ψ3xy121314ABCD05二月2023第2章平面连杆机构59解析法:11φ1ψ1φ2φ3ψ2ψ3xy121314ABCDδ消去δ，整理得P2P0P1D实验法当给定连架杆位置超过三对时，一般不可能有精确解。只能用优化或试凑的方法获得近似解。1)首先在一张纸上取固定轴A的位置，作原动件角位移φi位置φiψi位置φiψi1→215∘10.8∘4→515∘15.8∘2→315∘12.5∘5→615∘17.5∘3→415∘14.2∘6→715∘19.2∘2)任意取原动件长度AB3)任意取连杆长度BC，作一系列圆弧;4)在一张透明纸上取固定轴D，作角位移ψiDk15)

取一系列从动件长度作同心圆弧。6)

两图叠加，移动透明纸，使ki落在同一圆弧上。

φiψiAC1B1ABCD四、按给定点的运动轨迹设计四杆机构NEM连杆作平面运动,其上各点的轨迹均不相同。B、C点的轨迹为圆弧;其余各点的轨迹为一条封