第2章平面连杆机构修改稿1009

第二章平面连杆机构及其设计§2－1

平面四杆机构的基本型式和应用§2－2

平面四杆机构的基本特性§2－3平面四杆机构的设计武汉科技大学专用作者：潘存云教授第2章平面连杆机构主要内容：

1。铰链四杆机构的基本形式及特性

2。曲柄存在条件重点及难点：

1。铰链四杆机构的基本形式及特性

2。曲柄存在条件及铰链四杆机构的类型判定武汉科技大学专用作者：潘存云教授应用实例：特征：有一作平面运动的构件，称为连杆。特点：▲采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。▲改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。▲连杆曲线丰富。可满足不同要求。定义：由低副（转动、移动）连接组成的平面机构。第二章

平面连杆机构内燃机、鹤式吊、火车轮、手动冲床、牛头刨床、椭圆仪、机械手爪、开窗户支撑、公共汽车开关门、折叠伞、折叠床、单车制动操作机构等。武汉科技大学专用作者：潘存云教授缺点：▲构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低。▲产生动载荷（惯性力），不适合高速。▲设计复杂，难以实现精确的轨迹。分类:本章重点内容是介绍四杆机构。平面连杆机构空间连杆机构常以构件数命名：四杆机构、多杆机构。武汉科技大学专用作者：潘存云教授1、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；共有三种基本型式：连杆—作平面运动的构件；连架杆—与机架相联的构件；摇杆—作定轴摆动的构件；周转副—能作360˚相对回转的运动副；摆转副—只能作有限角度摆动的运动副。曲柄连杆摇杆§2－1平面四杆机构的基本型式和应用一、平面四杆机构的基本型式武汉科技大学专用作者：潘存云教授

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。铰链四杆机构的基本型式

双曲柄机构

双摇杆机构1、曲柄摇杆机构武汉科技大学专用作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授ABC1243DABDC1243雷达天线俯仰机构曲柄主动缝纫机踏板机构2143摇杆主动3124武汉科技大学专用作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授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。应用实例：如叶片泵、惯性筛等。武汉科技大学专用作者：潘存云教授作者：潘存云教授ADCB1234旋转式叶片泵作者：潘存云教授ADCB123ABDC1234E6惯性筛机构31武汉科技大学专用作者：潘存云教授作者：潘存云教授ABCD耕地料斗DCAB作者：潘存云教授耕地料斗DCAB实例：火车轮特例：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BC=ADABDC摄影平台作者：潘存云教授ADBC作者：潘存云教授B’C’天平播种机料斗机构武汉科技大学专用作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授反平行四边形机构--车门开闭机构反向F’A’E’D’G'B’C’ABEFDCG平行四边形机构在共线位置出现运动不确定。采用两组机构错开排列。火车轮武汉科技大学专用作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授ABDCE3、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B’C’ABDC风扇座蜗轮蜗杆电机ABDCEABDCE电机ABDC风扇座蜗轮蜗杆电机ABDC风扇座蜗轮蜗杆ABDC武汉科技大学专用作者：潘存云教授作者：潘存云教授(1)改变构件的形状和运动尺寸（回转副变移动副）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s=lsinφ↓∞

→∞φl2-1-2铰链四杆机构的演化武汉科技大学专用作者：潘存云教授作者：潘存云教授(2)改变运动副的尺寸（扩大回转副）(3)选不同的构件为机架偏心轮机构导杆机构摆动导杆机构转动导杆机构（l1<l2）

314A2BC曲柄滑块机构314A2BC武汉科技大学专用作者：潘存云教授牛头刨床应用实例:作者：潘存云教授ABDC1243C2C1小型刨床作者：潘存云教授ABDCE123456武汉科技大学专用作者：潘存云教授作者：潘存云教授应用实例B234C1A自卸卡车举升机构(3)选不同的构件为机架ACB1234应用实例B34C1A2应用实例4A1B23C应用实例13C4AB2应用实例A1C234Bφ314A2BC曲柄滑块机构导杆机构314A2BC摇块机构314A2BC2为机架1为机架武汉科技大学专用作者：潘存云教授(3)选不同的构件为机架314A2BC直动滑杆机构手摇唧筒BC3214A导杆机构314A2BC曲柄滑块机构314A2BC摇块机构314A2BCABC3214武汉科技大学专用作者：潘存云教授

2-2-1铰链四杆机构有整转副的条件一.整转副：两构件能相对转动360°的转动副。二.研究整转副之目的：具有整转副的铰链四杆机构才可能存在曲柄。三.具有整转副的条件:取决于各杆的相对 长度。四.获得铰链四杆机构三种基本型式的方法 图2－13。武汉科技大学专用作者：潘存云教授图2-21具有整转副的条件武汉科技大学专用作者：潘存云教授武汉科技大学专用作者：潘存云教授武汉科技大学专用作者：潘存云教授武汉科技大学专用作者：潘存云教授武汉科技大学专用作者：潘存云教授武汉科技大学专用作者：潘存云教授武汉科技大学专用作者：潘存云教授武汉科技大学专用作者：潘存云教授武汉科技大学专用作者：潘存云教授武汉科技大学专用作者：潘存云教授武汉科技大学专用作者：潘存云教授武汉科技大学专用作者：潘存云教授武汉科技大学专用作者：潘存云教授武汉科技大学专用作者：潘存云教授武汉科技大学专用作者：潘存云教授曲柄——整周转动的连架杆摇（摆）杆——往复摆动的连架杆武汉科技大学专用作者：潘存云教授注意观察运动链各构件间的运动关系。武汉科技大学专用作者：潘存云教授武汉科技大学专用作者：潘存云教授武汉科技大学专用作者：潘存云教授武汉科技大学专用作者：潘存云教授武汉科技大学专用作者：潘存云教授武汉科技大学专用作者：潘存云教授武汉科技大学专用作者：潘存云教授武汉科技大学专用作者：潘存云教授ACDB该机构具有两个整转副A,B(能整周转动的转动副）两个摆动副C,D(只能作摆动的转动副）武汉科技大学专用作者：潘存云教授ACDB具有两个整转副的条件?adcb设：各杆长a,b,c,d.武汉科技大学专用作者：潘存云教授ACDBadcba+b

c+d曲柄与连杆拉直共线武汉科技大学专用作者：潘存云教授ACDBadcba+bc+dc

d+b-adc+b-ac+a

d+b；d+ac+b曲柄与连杆重叠共线武汉科技大学专用作者：潘存云教授ACDBadcbc+a

d+b；d+a

c+bACDBadcba+b

c+d以上各式两两相加得：

a

b

；a

c

；a

d。武汉科技大学专用作者：潘存云教授ACDBadcbb+a

c+dc+a

d+b；d+a

c+bACDBadcba

b；a

c；a

d。1，具有两个整转副的构件为机构中的最短杆；2，最短杆与最长杆之和小于或等于其它两杆之和。武汉科技大学专用作者：潘存云教授ACDBadcbACDBadcb1，最短杆与最长杆之和小于或等于其它两杆之和(称为杆长之和条件）。2，具有两个整转副的构件为机构中的最短杆；（即整转副在最短杆上，且成对出现）机构具有两个整转副的条件武汉科技大学专用作者：潘存云教授获得铰链四杆机构三种基本型式的方法武汉科技大学专用作者：潘存云教授1，有整转副存在2，最短杆为连架杆或机架曲柄存在条件武汉科技大学专用作者：潘存云教授ADCB

若以BC构件为机架，观察各转动副的运动性质已知：最短杆与最长杆之和小于或等于其它两杆之和武汉科技大学专用作者：潘存云教授武汉科技大学专用作者：潘存云教授武汉科技大学专用作者：潘存云教授武汉科技大学专用作者：潘存云教授武汉科技大学专用作者：潘存云教授武汉科技大学专用作者：潘存云教授武汉科技大学专用作者：潘存云教授武汉科技大学专用作者：潘存云教授A,B仍为整转副C,D仍为摆动副ACDB武汉科技大学专用作者：潘存云教授ACDB运动副的性质不随机架变更而改变

——低副运动的可逆性。武汉科技大学专用作者：潘存云教授ACDBAD（或BC）为机架得曲柄摇杆机构武汉科技大学专用作者：潘存云教授ACDBAB为机架得双曲柄机构武汉科技大学专用作者：潘存云教授ACDBDC为机架得双摇杆机构武汉科技大学专用作者：潘存云教授武汉科技大学专用作者：潘存云教授铰链四杆机构型式判别表杆长关系机架条件

机构型式

最短杆+最长杆≤其余两杆之和

最短杆为连架杆

曲柄摇杆机构

最短杆为机架

双曲柄机构

最短杆为连杆

双摇杆机构

最短杆+最长杆≥其余两杆之和任一杆为机架

双摇杆机构

武汉科技大学专用作者：潘存云教授课堂练习练习1：1)判断该机构有无整转副?2)分别以AB、BC、DC、AD为机架,能得到什么类型的机构?407090110ABCD练习2：如图，已知：a=70,b=90,d=40;问c取何值时，该机构为双曲柄机构?(根据双曲柄机构存在条件)adcbABCD武汉科技大学专用作者：潘存云教授作者：潘存云教授ABCD二、急回运动与行程速比系数在曲柄摇杆机构中，当曲柄与连杆两次共线时，摇杆位于两个极限位置，简称极位。当曲柄以ω逆时针转过180°+θ时，摇杆从C1D位置摆到C2D。所花时间为t1,平均速度为V1,那么有：B1C1AD曲柄摇杆机构3Dθ180°＋θωC2B2此两处曲柄之间的夹角θ

称为极位夹角。武汉科技大学专用作者：潘存云教授作者：潘存云教授B1C1ADC2当曲柄以ω继续转过180°-θ时，摇杆从C2D,置摆到C1D，所花时间为t2,平均速度为V2,那么有：

180°-θ因曲柄转角不同，故摇杆来回摆动的时间不一样，平均速度也不等。显然：t1>t2V2>V1摇杆的这种特性称为急回运动。用以下比值表示急回程度称K为行程速比系数。且θ越大，K值越大，急回性质越明显。只要

θ

≠0，

就有

K>1所以可通过分析机构中是否存在θ以及θ的大小来判断机构是否有急回运动或运动的程度。设计新机械时，往往先给定K值，于是:武汉科技大学专用作者：潘存云教授作者：潘存云教授αFγF’F”当∠BCD≤90°时，

γ＝∠BCD三、压力角和传动角压力角：从动件驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹锐角。设计时要求:

γmin≥50°γmin出现的位置：当∠BCD>90°时，

γ＝180°-∠BCD切向分力:

F’=Fcosα法向分力:

F”=Fcosγγ↑→F’↑→对传动有利。=Fsinγ称γ为传动角。此位置一定是：主动件与机架共线两处之一。为了保证机构良好的传力性能ABCDCDBAFF”F’γ可用γ的大小来表示机构传动力性能的好坏,当∠BCD最小或最大时，都有可能出现γmin武汉科技大学专用作者：潘存云教授作者：潘存云教授车门C1B1abcdDA由余弦定律有：

∠B1C1D＝arccos[b2+c2-(d-a)2]/2bc

∠B2C2D＝arccos[b2+c2-(d+a)2]/2bc若∠B1C1D≤90°,则若∠B2C2D>90°,则γ1＝∠B1C1Dγ2＝180°-∠B2C2D机构的传动角一般在运动链最终一个从动件上度量。vγγ1γmin＝[∠B1C1D,180°-∠B2C2D]minC2B2γ2αF武汉科技大学专用作者：潘存云教授作者：潘存云教授F四、机构的死点位置摇杆为主动件，且连杆与曲柄两次共线时，有：此时机构不能运动.避免措施：两组机构错开排列，如火车轮机构;称此位置为：“死点”γ＝0靠飞轮的惯性（如内燃机、缝纫机等）。F’A’E’D’G'B’C’ABEFDCGγ＝0Fγ＝0武汉科技大学专用作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授工件ABCD1234PABCD1234工件P钻孔夹具γ=0TABDC飞机起落架ABCDγ=0F也可以利用死点进行工作：飞机起落架、钻夹具等。武汉科技大学专用作者：潘存云教授§2－3平面四杆机构的设计

1.连杆机构设计的基本问题2.用解析法设计四杆机构3.用作图法设计四杆机构3.2按两连架杆三组对应位置设计四杆机构3.1按预定连杆位置设计四杆机构3.3按连杆上任意标志线的三组对应位置设计四杆机构3.4按给定的行程速比系数K设计四杆机构武汉科技大学专用作者：潘存云教授§2－4平面四杆机构的设计一、连杆机构设计的基本问题机构选型－根据给定的运动要求选择机构的类型；尺度综合－确定各构件的尺度参数(长度尺寸)。

同时要满足其他辅助条件：a)结构条件（如要求有曲柄、杆长比恰当、运动副结构合理等）;b)动力条件（如γmin）;c)运动连续性条件等。γ武汉科技大学专用