第5章 平面连杆机构的运动分析和设计1

第5章

平面连杆机构运动和设计5.1平面连杆机构及其应用1、概述连杆机构是由若干构件通过低副联接而构成的。若个构件均在相互平行的平面内运动，就成为平面连杆机构。机构拆装

2、连杆机构的特点优点

连杆机构为低副机构，运动副为面接触，压强小，承载能力大，耐冲击；

运动副元素的几何形状多为平面或圆柱面，便于加工制造；

在原动件运动规律不变情况下，通过改变各构件的相对长度可以使从动件得到不同的运动规律；

连杆曲线可以满足不同运动轨迹的设计要求；缺点由于运动积累误差较大，因而影响传动精度；由于惯性力不好平衡而不适于高速传动；设计方法比较复杂。

3、平面连杆机构的三大功能在运动学方面，可以实现以下三大功能：刚体导引轨迹生成函数发生

轨迹生成：就是用连杆机构产生一个设计要求的连杆曲线。

刚体导引：用连杆机构引导刚体实现一系列设计要求的平面位置。(既要绕参考点转动、又要随参考点平动的平面运动）。通常用连杆来实现设计要求的刚体位置。函数发生：就是实现机构的输入运动变量和输出运动变量之间的某种函数关系。

刚体导引实例1炉门机构动画链接刚体导引实例2挖掘机机构示意铲斗作平面一般运动，有三个自由度。三个输入运动分别是三个液压油缸提供动画链接刚体导引实例3铸造用大型造型机翻箱机构补充：连杆曲线动画链接轨迹生成实例1连杆轨迹生成就是用连杆机构产生一个设计要求的连杆曲线。动画链接轨迹生成实例2鹤式起重机动画链接轨迹生成实例3动画链接传送装置函数发生实例1函数发生就是实现机构的输入运动变量和输出运动变量之间的某种函数关系

余弦机构动画链接函数发生实例2....ABC仪表机构示意5.2平面连杆机构的基本特征ABCD连架杆连架杆连杆曲柄摇杆周转副摆转副5.2.1曲柄存在的条件1.铰链四杆机构曲柄存在的条件构件AB要为曲柄，则转动副A应为周转副；为此AB杆应能占据整周中的任何位置；因此AB杆应能占据与AD共线的位置AB'及AB''。由△DB''C''由△DB'C'两两相加

a最短最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和动画演示补充：Grashof曲柄存在条件Lmin

+Lmax≤P＋Q则最短杆两端的转动副均为周转副；其余转动副为摆转副。其中Lmin

：最短杆长度Lmax

：最长杆长度P，Q：

其余两杆的长度Grashof机构：满足条件Lmin

+Lmax

≤P＋Q的机构。平面四杆机构存在曲柄的条件

Lmin

+Lmax

≤P＋Q

最短杆为机架或连架杆四杆机构变换动画链接1动画链接2示例：曲柄摇杆机构

运动演示运动演示示例：双曲柄机构惯性筛机构

示例：双摇杆机构动画演示特殊机构——不定点机构动画链接1动画链接2克服运动不确定性的措施双曲柄四杆机构最短杆为机架曲柄摇杆四杆机构最短杆为连架杆双摇杆四杆机构最短杆为连杆Grashof机构

Lmin

+Lmax

<P＋Q不定点机构任意杆为机架Grashof机构

Lmin

+Lmax

＝P＋Q非Grashof机构

Lmin

+Lmax

>P＋Q四杆机构双摇杆四杆机构任意杆为机架四杆机构小节

2.铰链五杆机构曲柄存在的条件将机构各构件的杆长从小到大进行排列为为最短杆长；为次短杆长；为最长杆长。

铰链五杆机构曲柄存在条件：

①

②最短杆或次短杆为机架或连架杆。

5.2.2摇杆的极限位置和机构的

急回运动特征1.摇杆的极限位置及其摆角动画链接讨论：机构的初始装配状态与可行域在机构的运动过程中是不会发生变化的原因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：急回运动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。行程速比系数K牛头刨床曲柄滑块机构分析对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构平面连杆机构有无急回作用取决于有无极位夹角θ。若θ≠0，该机构必定有急回特征若θ＝0，该机构必定无急回特征关于K和θ的讨论思考一下将两个不具有急回特征的机构组合在一起，组合起来的机构会具有急回特征么？转动导杆5.3连杆机构的演化

铰链四杆机构是单自由度连杆机构的最基本形式；各种单自由度多杆机构通常是在四杆机构的基础上加若干个基本杆组而得到的；而四杆机构的其他形式，如带有一个移动副的四杆机构和带有两个移动副的四杆机构，是由铰链四杆机构通过一些演化方法得到的。1.改变构件的形状和运动尺寸变摇杆为滑块摇杆尺寸为无穷大曲线导轨曲柄滑块机构曲柄摇杆机构偏置曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构e=0动画链接

2.取不同的构件为机架BA1234C(a)曲柄滑块机构(b)曲柄转动导杆机构BA1234C(c)曲柄摇块机构A1234CB(d)曲柄摆动导杆机构3A124CB(e)定块机构A234CB1说明：组成移动副的两活动构件，画成杆状的构件称为导杆，画成块状的构件称为导块。动画链接1、2、3、4

3.扩大转动副

当一个构件上两个转动副之间的距离比较小的时候，人们通常会采用扩大转动副的方法，以增大构件的强度和刚度。动画链接1、2

4.运动副元素的逆换

对于移动副，将运动副两元素的包容关系进行逆换，并不影响两构件之间的相对运动。摆动导杆机构构件2包容构件3构件3包容构件2曲柄摇块机构改变形成运动副元素的包容关系的演化方法，称为运动副元素的逆换。

动画小结铰链四杆机构可以通过改变构件的形状和长度，扩大转动副，选取不同的构件作为机架等途径，演变成为其它类型的四杆机构，以满足各种工作需要。移动副与转动副之间