机械设计基础 第五版 课件 CH02 平面连杆机构

第2章平面连杆机构——机械设计基础§2-1概述一、连杆机构是若干个构件全用低副（转动副、移动副、圆柱副等）联接而成的机构，故又称之为低副机构。二、连杆机构的分类1、根据构件之间的相对运动分为：平面连杆机构、空间连杆机构。2、根据机构中构件数目分为：四杆机构、五杆机构、六杆机构等。特点：优点1.低副是面接触，因此压强小、耐磨损。适用于载荷较大的场合。2.低副的接触面通常是容易加工的平面或圆柱面，容易获得较高的制造精度。3.低副的约束为几何约束，无需附加约束装置。4.连杆可做得很长，可较长距离传递运动。适合于操纵机构。5.能实现复杂轨迹。缺点1.低副存在间隙，会引起运动误差积累。不宜用于高精度。2.连杆机构设计复杂，难于实现复杂的运动规律。3.有相当部分构件处于变速运动中，存在惯性力。不适合高速。§2-2铰链四杆机构的基本型式及其演化一、平面四杆机构的基本形式

所有运动副均为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构，它是平面四杆机构的最基本形式，其他形式的四杆机构都可以看成是在它的基础上通过演变而成的。在连杆架中，能饶其轴线回转360°者称为曲柄；仅能绕其轴线往复摆动者称为摇杆。根据连架杆运动形式的不同，可分为三种基本形式：1.曲柄摇杆机构在两连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆。

一般曲柄主动，将连续转动转换为摇杆的摆动，也可摇杆主动，曲柄从动。运动特点：曲柄摇杆机构应用实例曲柄摇杆机构应用实例2.双曲柄机构—两连杆架均为曲柄的四杆机构运动特点：从动曲柄变速回转双曲柄机构应用实例3.双摇杆机构—两连杆架均为摇杆的四杆机构双摇杆机构应用实例二、平面四杆机构的演化曲柄摇杆机构构件3弧形块在弧形槽内运动机构运动特性相同弧形槽半径无限大时弧形槽直槽转动副移动副构件3：摇杆滑块曲柄滑块机构1.

转动副转化成移动副2、取不同的构件为机架（机构的倒置）§2-3平面四杆机构的基本特性一、铰链四杆机构存在曲柄的条件设a＜d，则当AB

杆能绕轴A

相对于AD

杆作整周转动时，AB

杆必须占据与AD

杆共线的两个位置

a≤d，a≤b，a≤c

在△B’’C’’D中b≤(d-a)+c在△B’C’D中即a+b≤d+c

c≤(d-a)+b即a+c≤d+b

a+d≤b+c

将式3-1、3-2、3-3两两相加，可得即AB杆为最短杆若d

<a

，则作同样分析可得：d≤a，d≤b，d≤c

分析以上各不等式，可以得出平面铰链四杆机构存在曲柄的条件为：(1)连架杆与机架中必有一杆为四杆机构中的最短杆；(2)最短杆与最长杆之和应小于或等于其余两杆的杆长之和。（杆长和条件）可用以下方法来判别铰链四杆机构的基本类型：1、若机构满足杆长之和条件，则:（1）以最短杆的相邻构件为机架，则最短杆为曲柄，另一连架杆为摇杆，即该机构为曲柄摇杆机构；（2）以最短杆为机架，则两连架杆为曲柄，该机构为双曲柄机构；（3）以最短杆的对边构件为机架，均无曲柄存在，即该机构为双摇杆机构。2、若机构不满足杆长之和条件，则该机构只能是双摇杆机构。注意：铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭多边形条件：最长杆的杆长<其余三杆长度之和。二、急回特性曲柄AB为原动件作匀速转动，当它由AB1转到AB2位置时，转角φ1=180°+θ，摇杆由右极限位置C1D摆到左极限位置C2D摆角为ψ，当曲柄从AB2转到AB1时，转角φ2=180°-θ，摇杆由位置C2D返回C1D，其摆角仍为ψ,因为φ1>φ2

，对应时间t1>t2,因此摇杆从C2D转到C1D较快，即具有急回特性，其中θ为摇杆处于两极限位置时曲柄两个位置之间所夹的锐角，称为极位夹角，用θ表示。行程速比系数Ｋ急回特性常用行程速比系数Ｋ(摇杆反、正行程平均速度之比)来度量。根据行程速比系数的定义有：三、压力角和传动角F2

γFF1ABCDvcδ

压力角机构中驱使输出件运动的力与输出件上受力点的速度夹的锐角：

传动角压力角的余角：()F1机构传力为保证机构传力效果，须一般ABCD

γδvcFF2

γFF1ABCDvcδ

最小传动角当内夹角为锐角时，当内夹角为钝角时，当当结论：γmin出现的位置当∠BCD≤90°时，γ＝∠BCD当∠BCD＞90°时，γ＝180°-∠BCD当∠BCD最小或最大时，即在主动曲柄与机架共线的位置，都有可能出现γmin曲柄滑块机构与导杆机构的最小传动角对于曲柄滑块机构，当主动件为曲柄时，最小传动角出现在曲柄与机架垂直的位置。对于摆动导杆机构由于在任何位置时主动曲柄通过滑块传给从动杆的力的方向，与从动杆上受力点的速度方向始终一致，所以传动角等于90度。四、死点位置当机构处于传动角γ=0°(α=90°)的位置下，无论给机构主动件的驱动力矩有多大，均不能使机构运动，这个位置称为机构的死点位置。飞轮板紧力P除掉后，不论工件对机构的反作用力T多大，不会松开利用死点的例子工件夹紧机构§2-4平面四杆机构的设计简介四杆机构的设计，就是根据给定的运动条件来确定机构运动简图的尺寸参数。有时为使设计更加合理、可靠，还应考虑几何条件和动力学条件(如最小传动角要求)等。设计方法：图解法——简便直观，同时也是解析法的基础，应用较多。但由于其设计精度低，一般用于求解初始值。解析法——精度高，应用最为广泛，其缺点是不太直观。实验法——较为烦琐，而且精度也低，是不得已时才使用的方法。§2-4平面四杆机构的设计1.按给定连杆位置设计四杆机构已知：连杆BC长度及三个位置（B1C1,B2C2,B3C3）要求：设计铰链四杆机构设计步骤：①连接B1B2、B2B3，作线B1B2、B2B3的垂直平分线b12、b23，交于A点；②连接C1C2、C2C3，作线C1C2、C2C3的垂直平分线c12、c23，交于D点；③连接AB1、C1D。2.按机构急回特性设计平面连杆机构(1)曲柄摇杆机构已知：CD杆长，摆角φ及K，综合此机构。步骤如下：①计算θ＝180°(K-1)/(K+1);②任取一点D，作腰长为CD

的等腰三角形，夹角为ψ;③作C1F⊥C1C2，作C2F使∠C1C2F=90°－θ,两线交于P;④作△FC1C2的外接圆，A点必在此圆上。⑤选定A，设曲柄为a，连杆为b，以A为圆心，AC2为半径作弧交于E,得：

a=EC2/2

b=AC2－EC2/2(2)曲柄滑块机构已知K，滑块行程H，偏距e，设计此机构。①计算

θ＝180°(K-1)/(K+1)；②作C1C2＝H；③作射线C2M，

使∠C1C2M=90°－θ，

④以C2