04-平面四杆机构课件

第4章平面连杆机构

PlanarLinkageMechanisms4－4连杆机构及其传动特点4.4.1铰链四杆机构的基本型式及其应用4.4.2平面四杆机构的演化4.5平面四杆机构的基本特性2023/10/51定义：连杆机构由若干个构件通过低副连接而组成，又称为低副机构。共同特点：原动件1的运动经过不与机架直接相连的中间构件2传递到从动件3上。中间构件称为连杆。构件多呈杆状——简称为杆bar根据杆数命名，例如：四杆机构§4－4连杆机构及其传动特点

2023/10/52连杆机构根据各构件间的相对运动是平面还是空间运动分为：◆空间连杆机构◆平面连杆机构2023/10/53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2023/10/54连杆机构的缺点◆

运动必须经过中间构件进行传递，因而传递路线较长，易产生较大的误差积累，同时，也使机械效率降低；◆在连杆机构运动过程中，连杆及滑块的质心都在作变速运动，所产生的惯性力难于用一般平衡方法加以消除，因而会增加机构的动载荷，所以连杆机构不宜用于高速；◆不能精确实现复杂的运动规律,设计计算较复杂2023/10/55六杆机构四杆机构ABCD四杆机构DEF四杆机构应用非常广泛，且是多杆机构的基础着重讨论2023/10/56§4.4.1四杆机构的基本型式基本型式：平面连杆机构的基本型式是铰链四杆机构其余四杆机构均是由铰链四杆机构演化而成的二杆三杆,不可能.一.铰链四杆机构RevoluteFour-barMechanism四杆机构2023/10/571234ABCD连杆连架杆连架杆机架曲柄摇杆(摆杆)(整转)(摆转)机架frame、连杆coupler、连架杆sidelink机架－参考系（固定件）连架杆－与机架相联连杆－不与机架相联基本构件曲柄crank：可回转360°的连架杆摇杆rocker：摆角小于360°的连架杆滑块slider：作往复移动的连架杆连架杆－全由转动副相联的平面四杆机构一.铰链四杆机构2023/10/58一.铰链四杆机构基本型式

（按连架杆类型）铰链四杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构2023/10/59◆结构特点：连架杆1为曲柄，3为摇杆。◆运动变换：转动

摇动1.曲柄摇杆机构Crank-rockerMechanismA1B2C3D4雷达天线机构特例：缝纫机踏扳机构

2023/10/510其它应用颚式破碎机和面机压力机2023/10/511◆结构特点：二连架杆均为曲柄◆运动变换：转动

转动通常二转速不相等2.双曲柄机构Double-crankmechanism应用实例：振动筛机构2023/10/512特例:平行四边形机构平行四边形机构运动不确定问题反平行四边形机构车门开闭机构特点：二曲柄等速特点：二曲柄转向相反应用1应用2Solution:在从动曲柄上加飞轮。

错位排列

2023/10/513◆结构特点：二连架杆均为摇杆◆运动变换：摆动

摆动3.双摇杆机构doublerockermechanism应用实例：铸造用大型造型机的翻箱机构

2023/10/514其它应用起重机2023/10/515特例等腰梯形机构汽车前轮转向机构应用实例：基本型——铰链四杆机构：曲柄摇杆机构双曲柄机构平行四边形机构反平行四边形机构双摇杆机构等腰梯形机构2023/10/516abllR左右f汽车转向2023/10/517§4.4.2平面四杆机构的演化Variation3D3Dr1B2C34AD1B2C4A铰链四杆机构曲线导轨曲柄滑块机构变3构件形状r

e01B24AC31B24AC3e对心式曲柄滑块机构

slider-crankmechanism偏置式曲柄滑块机构

offsetS-C1.

改变构件形状和运动尺寸应用2023/10/5182023/10/519

1B24AC3对心式曲柄滑块机构

变2,3构件形状r

1B4A32C

正弦机构

sinegenerator/scotchyokess=lABsin

2C33C2r

1B4A应用2023/10/5202.改变运动副的尺寸Enlargingarevolutepair对心式曲柄滑块机构1B24AC3h=2lAB偏心轮机构

eccentricmechanism4C231BAB副扩大2023/10/5213.选不同构件作机架——机构倒置inversionA41A4曲柄滑块机构1B2C32作机架3B2C曲柄摇块机构

液压作动筒车箱举升机构2023/10/5221BA21BA2AA41B2C3曲柄滑块机构1B24C3直动滑杆机构translatingSliding-rodmech.C41BA21BA21BA23手动唧筒机构3作机架应用2023/10/523C234A41B2C3曲柄滑块机构１作机架A41B2C3导杆机构C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234回转导杆机构rotatingguide-barmech.lBC>lAB，导杆AC整周转动C234C234C234C234AB123C4lBC<lAB，导杆AC摆动摆动导杆机构

oscillatingAB1应用2023/10/5244AB324AB324AB324AB324AB324AB324AB324AB324AB324AB324AB324AB324AB321B321B4A32正弦机构4A1B321B321B321B321B321B321B321B321B321B321B321B321

作机架1双转块机构doubleslidermech.十字滑块联轴器半联轴器4十字滑块3半联轴器22023/10/52514AD23３作机架双摇杆机构34A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B２4A1B24A1B24A1B24A1B24A1B２4A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B32正弦机构3作机架双滑块机构曲柄摇杆机构4AD1234AD1231作机架双曲柄机构4AD23２作机架曲柄摇杆机构2023/10/526４.运动副元素的逆换23C4AB123C4AB1

3,4包容关系互换摆动导杆机构曲柄摇块机构四杆机构的演化：

1

.改变构件形状和运动尺寸；

2.改变运动副的尺寸；

3

.

选不同构件作机架；

4.运动副元素逆换。

不同类型的四杆机构，其传递和变换运动的特点不同，传递和变换力的特性不同。正确选择平面四杆机构的类型，可以达到不同的运动和力的传递和变换的要求。2023/10/527§4.5平面四杆机构的基本特性characteristic

－取决于机构各杆的相对长度一.运动特性1.转动副为整转副的条件GrashofCriterion以曲柄摇杆机构为例讨论◆分析：构件AB要为曲柄，则转动副A应为整转副；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''。动画2023/10/528由△DB''C''由△DB'C'两两相加◆结论：

转动副A成为整转副的条件：

1)最短杆长度+最长杆长度≤其余两杆长度之和

——杆长条件

2)组成该整转副的两杆中必有一杆是最短杆。2023/10/529◆推论

当机构尺寸满足杆长条件时，最短杆两端的转动副均为整转副fullyrotatingrevolute；其余转动副为摆转副partiallyrotataingrevolute。◆平面四杆机构有曲柄的条件

机构尺寸满足杆长条件，且最短杆为机架或连架杆。2023/10/530实例分析:AB＝70,BC＝90,CD＝110,AD＝40(满足杆长条件)(1)最短杆在机架上

(2)最短杆在机架邻边

(3)最短杆在机架对边→双曲柄机构→曲柄摇杆机构→双摇杆机构∵AD＋CD＝40＋110＝150＜AB＋BC＝160当：①AD为机架②AB或DC为机架③BC为机架→双曲柄机构→曲柄摇杆机构→双摇杆机构ABCD平面四杆机构有曲柄的条件讨论:9070401102023/10/531注意：如果四杆机构不满足杆长条件，则不论取哪个构件为机架，均为双摇杆机构。思考：曲柄滑块机构和导杆机构有曲柄的条件是什么？风扇摇头机构满足满足杆长条件的双摇杆机构的应用实例：2023/10/532问题讨论:

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2023/10/533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，该机构是转动导杆机构。有曲柄，该机构是转导杆机构。结论导杆机构总是有曲柄的2023/10/534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。2023/10/535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2023/10/536B1C1

1

B2C24ABCD231

1

2v2v1

极位夹角

crankanglebetweenextremepositions

1=C

1=1t1=1800+

2=1t2=1800-t1>t2,v2>v1

急回特性

行程速比系数Kadvance-toreturn-timeratio急回特性的应用例。慢快K=1,无急回特性牛头刨工作要求急回特性quick-returncharacteristics

动画2023/10/537B1C1

1

B2C24ABCD231

1

2v2v1

极位夹角

crankanglebetweenextremepositions

1=C

1=1t1=1800+

2=1t2=1800-t1>t2,v2>v1

急回特性

行程速比系数Kadvance-toreturn-timeratio急回特性的应用例。慢快K=1,无急回特性牛头刨工作要求2.急回特性quick-returncharacteristics

动画2023/10/538aBbACa)aBbACeb)aBbACec)d)aCABb＝0a+bC2b-aC1

a+bC2b-aC1

C2C2

问题讨论：下列机构有无急回特性，若有，标出极位夹角。2023/10/5391.压力角和传动角压力角pressureangle：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transmissionangle：压力角的余角γ称为传动角二.传力特性在其它条件不变的情况下压力角α越小，作功W越大压力角是机构传力性能的一个重要指标，它是力的利用率大小的衡量指标。2023/10/540

””2.曲柄摇杆机构的压力角和传动角

pressuretransmissionangleC’B’C”B”ABCDabcd

不计惯性力、重力、摩擦力，作用在从动件CD上受力点C的力为P。P正交分解为Pt

和Pn，Pt=Pcos=PsinPn=Psin=Pcos

压力角：

从动件受力点受力方向与速度方向所夹之锐角。传动角＝900-传力要求

min400~500。出现位置：曲柄与机架共线collinear。重叠overlapping共线时：拉直extended共线时：或2023/10/541

max

minaBbACeb)aBbACa)Ab

b

min

min问题讨论：标出下列机构在图示位置的压力角．