机械设计基础第四章连杆机构课件

4-1概述（1）由若干刚性构件用低副联接而成的机构称为连杆机构

连杆机构又称为低副机构一、定义与分类2/6/20231课件（2）连杆机构可分为空间连杆机构和平面连杆机构空间连杆机构平面连杆机构2/6/20232课件二、连杆机构的优点•承受载荷大，便于润滑•制造方便，易获得较高的精度•两构件之间的接触靠几何封闭实现•实现多种运动规律和轨迹要求2/6/20233课件4-2平面连杆机构的基本类型及其演化一、平面四杆机构的基本类型及应用

曲柄摇杆机构基本类型：四杆机构连杆曲线2/6/20235课件

双曲柄机构2/6/20236课件

双摇杆机构2/6/20237课件二、平面连杆机构的演化人们认为所有的四杆机构都是由四杆机构的基本形式演化来得。1、曲柄摇杆机构的演化改变运动副类型转动副变成移动副e∞改变构件相对尺寸改变构件相对尺寸e＝02/6/20239课件2、双曲柄机构的演化改变运动副类型转动副变成移动副转动导杆机构改变运动副类型转动副变成移动副双转块杆机构改变构件相对尺寸0改变构件相对尺寸2/6/202310课件3、双摇杆机构的演化改变运动副类型转动副变成移动副移动导杆机构改变运动副类型转动副变成移动副双滑块机构0改变构件相对尺寸00改变构件相对尺寸2/6/202311课件平面四杆机构的演化方式(2)改变相对杆长(3)选不同构件作机架

改变运动副类型

转动副移动副

2/6/202313课件4-3平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念一、平面四杆机构有曲柄的条件1、铰链四杆机构有曲柄的条件aabcbcd蓝色三角形成立红色三角形成立2/6/202314课件比较a最短abcd该机构中构件a最短，构件a能否整周回转？2/6/202315课件讨论◆最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和这是铰链四杆运动链有周转副的几何条件abcd当最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和即该式表明铰链四杆运动链有两个周转动副,并且这两个周转副在最短杆的两端。2/6/202317课件◆最短杆是连架杆或机架abcd周转副周转副摆转副摆转副最短杆a是机架时，连架杆b,d都是曲柄最短杆a是连架杆时，b或者d是机架，a是曲柄c是机架时，无曲柄双曲柄机构曲柄摇杆机构双摇杆机构2/6/202318课件2、曲柄滑块机构有曲柄的条件ababemn构件a能通过m点的条件是：构件a能通过n点的条件是：曲柄滑块机构有曲柄的条件2/6/202319课件4、偏置导杆机构有曲柄的条件有曲柄，该机构是摆动导杆机构。有曲柄，该机构是摆动导杆机构。2/6/202321课件没有曲柄。有曲柄，该机构是转动导杆机构。结论偏置导杆机构有曲柄的条件是2/6/202322课件二、压力角和传动角压力角：力F的作用线与力作用点绝对速度V所夹的锐角α称为压力角。传动角：压力角的余角γ称为传动角2/6/202323课件ABCDabcdFFtFn曲柄摇杆机构的压力角2/6/202325课件ABCDabcdFFtFn2/6/202326课件e曲柄滑块机构的极位夹角摆动导杆机构的极位夹角2/6/202329课件2.急回运动

当曲柄等速回转的情况下，通常把从动件往复运动速度快慢不同的运动称为急回运动。DabdccabA主动件a时间：转角：运动：从动件c时间：转角：运动：从动件c的平均角速度：2/6/202330课件通常把从动件往复运动平均速度的比值(大于1)称为行程速比系数，用K表示。3.行程速比系数K2/6/202331课件四、机构的死点位置所谓死点位置就是指从动件的传动角等于零或者压力角等于90∘时机构所处的位置。1.死点位置DabdccabA如何确定机构的死点位置？分析B、C点的压力角2/6/202332课件曲柄摇杆机构（曲柄为主动件）的死点无死点存在DA2/6/202333课件曲柄摇杆机构（摇杆为主动件）的死点AB与BC共线时或者机构有死点存在DA2/6/202334课件曲柄滑块机构（曲柄为主动件）的死点ee无死点存在曲柄滑块机构（滑块为主动件）的死点有死点存在2/6/202335课件2.死点位置的应用飞机起落架夹具2/6/202336课件火车轮2.避免死点位置的危害加虚约束的平行四边形机构2/6/202337课件加虚约束的平行四边形机构2/6/202338课件4-4平面连杆机构的运动分析一、研究机构运动分析的目的和方法位移分析可以：◆进行干涉校验◆确定从动件行程◆考查构件或构件上某点能否实现预定位置变化的要求。速度、加速度分析可以：◆确定速度变化是否满足要求◆确定机构的惯性力、振动等

1.目的2/6/202339课件◆图解法◆解析法◆实验法

2.运动分析的基本方法2/6/202340课件二、用速度瞬心法对平面机构作速度分析作平面运动的两个构件上瞬时相对速度等于零的点或绝对速度相等的点(等速重合点)，称为速度瞬心。速度瞬心的个数：1.什么是速度瞬心？设有m个构件1，2，3，4，．．．，m2/6/202341课件2.瞬心位置的确定

(1)通过运动副直接连接的两个构件12P1221P12∞转动副连接的两个构件移动副连接的两个构件12MP12高副连接的两个构件（纯滚动）nnt12M高副连接的两个构件（存在滚动和滑动）2/6/202342课件(2)不直接连接的两个构件三心定理：三个作平面平行运动的构件的三个瞬心必在同一条直线上。123K(K1,K2)vk2vk1P23P132/6/202343课件3.用速度瞬心对平面机构作速度分析2/6/202344课件三、用解析法对平面连杆机构作速度和加速度分析1.基本方法解析法有很多种不同的方法,本教材采用杆组法分解基本杆组建立基本杆组数学模型按照基本杆组构成机构的顺序对机构进行运动分析2/6/202345课件2.杆组法运动分析的数学模型(1)同一构件上点的运动分析xyO已知：位置：数学模型速度：加速度：2/6/202346课件(2)RRRII级杆组的运动分析xyO已知：数学模型位置：速度：加速度：2/6/202347课件(3)RRPII级杆组的运动分析xyOBCDKs2/6/202348课件例(1)用I级杆数学模型计算B点的运动(2)用RRR杆组数学模型计算C点的运动(3)用I级杆数学模型计算E点的运动(4)用RRP杆组数学模型计算F点的运动O4xyHKABDEF12356I级杆RRR杆组I级杆RRP杆组C2/6/202349课件4-5平面连杆机构的力分析机械效率一、力分析的基本知识作用在机械上的力：◆驱动力驱使机械运动的力，其特征:力与作用点速度方向的夹角为锐角◆阻力阻碍机械运动的力，其特征:力与作用点速度方向的夹角为钝角通常认为摩擦力是阻力，但是，有时候摩擦力也可以是驱动力2/6/202350课件汽车前进方向摩擦力是驱动力的实例2/6/202351课件三、运动副的摩擦力及摩擦时机构的力分析1.移动副的摩擦和自锁ij自锁ij摩擦角（锥）2/6/202352课件结论：(1)当驱动力作用在摩擦角之外时,滑块不能被推动的原因是驱动力不够大，而不是自锁。

(2)当驱动力作用于摩擦角之内时,将产生自锁。移动副自锁条件：驱动力作用于摩擦角之内2/6/202353课件2.转动轴颈的摩擦和自锁ijij轴颈均速转动2/6/202354课件ij轴颈减速转动ij轴颈加速转动2/6/202355课件结论：(1)当时，M=Mf,轴颈匀速转动或静止不动；(2)当时，M>Mf，轴颈加速转动(3)当时，M<Mf，无论驱动力G增加到多大，轴颈都不会转动，这种现象称为自锁。转动副自锁条件：2/6/202356课件如何计算摩擦圆半径和摩擦力矩？如何计算当量摩擦系数？该公式不能使用！2/6/202357课件ij应用ij2/6/202358课件应用举例2/6/202359课件四、机械效率什么是机械效率?机械系统输入功输出功损耗功机械效率的定义式2/6/202360课件机械系统输入功率输出功率损耗功率机械系统输入功率输出功率损耗功率或2/6/202361课件机械系统输入功率输出功率损耗功率理想情况下(没有摩擦)2/6/202362课件机械系统输入功率输出功率损耗功率理想情况下(没有摩擦)结论：2/6/202363课件思考这几个效率计算式含义相同吗？??2/6/202364课件五、机械自锁从效率的观点讨论自锁，则自锁的条件为：机械效率小于等于0，即2/6/202365课件4-6平面四杆机构设计一、四杆机构设计的基本问题1、函数机构设计2、轨迹机构设计四杆机构连杆曲线2/6/202366课件3、导引机构设计2/6/202367课件二、函数机构设计在这个方程中要求的未知数有哪些,已知的数有哪些?2/6/202368课件已知：未知：2/6/202369课件函数机构设计的特例按从动件的急回运动特性设计四杆机构设已知行程速比系数K，摇杆长度Lc，机架长度LAD，摇杆摆角ψ，试求曲柄摇杆机构的尺寸。解：（1）求出极位夹角2/6/202370课件2/6/202371课件三、轨迹机构设计f(xA,yA,η,a,b,

c,

d,

e,α，x，y)=0轨迹方程：2/6/202372课件f(