机械原理 平面连杆机构及设计

章平面连杆机构2021/6/271主要内容2.1平面四杆机构基本形式、演变及其应用2.2平面四杆机构设计中的共性问题2.3平面四杆机构的设计2021/6/272

若干个构件全用低副联接而成的机构，也称之为低副机构。一、连杆机构2021/6/273二、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2021/6/2742、根据机构中构件数目分四杆机构、五杆机构、六杆机构、…四杆机构六杆机构2021/6/275三、平面连杆机构的特点适用于传递较大的动力，常用于动力机械依靠运动副元素的几何形面保持构件间的相互接触，且易于制造，易于保证所要求的制造精度能够实现多种运动轨迹曲线和运动规律，工程上常用来作为直接完成某种轨迹要求的执行机构不足之处：不宜于传递高速运动可能产生较大的运动累积误差2021/6/276机械手四、平面连杆机构的应用2021/6/277举升2021/6/278汽车中那些部位用到连杆机构2021/6/279飞机起落架2021/6/2710火车头内燃机2021/6/2711起重装置2021/6/2712矿山颚式碎矿机

将大石头压成小石头2021/6/2713机器马2021/6/2714机架连架杆连架杆连杆

在连架杆中，能绕其轴线回转360°者称为曲柄；仅能绕其轴线往复摆动者称为摇杆。一、平面四杆机构的基本形式1）曲柄摇杆机构：一个连架杆为曲柄，另一个为摇杆。2）双曲柄机构：两连架杆均为曲柄。3）双摇杆机构：两连架杆均为摇杆。§2-1平面四杆机构的基本形式、演变及其应用41232021/6/27151、转动副转化为移动副二、平面四杆机构的演变41234123曲柄滑块机构铰链四杆机构2021/6/27162)

对心曲柄滑块机构1)

偏置曲柄滑块机构eABC321ABC321曲柄滑块机构2021/6/27172s

2AB1正弦机构曲柄移动导杆机构

1BC3A32021/6/27182、取不同构件为机架（机构倒置）1）铰链四杆机构的倒置2021/6/27192021/6/2720直动滑杆机构（定块机构）曲柄摇块机构2）单滑块机构的倒置曲柄滑块机构曲柄转动导杆机构2021/6/2721自卸卡车翻斗机构及其运动简图

摇块机构广泛应用于摆动式内燃机和液压驱动装置内。如图所示自卸卡车翻斗机构及其运动简图。在该机构中，因为液压油缸3绕铰链C摆动，故称为摇块。2021/6/2722抽水唧筒机构直动滑杆机构2021/6/2723曲柄摆动导杆机构及应用2021/6/27243）其他机构的倒置…?2021/6/27253、扩大转动副将转动副B加大，直至把转动副A包括进去，成为几何中心是B，转动中心为A的偏心圆盘。2021/6/2726§2-2平面四杆机构设计中的共性问题一、平面四杆机构有曲柄的条件二、平面四杆机构输出件的急回特性三、平面机构的压力角和传动角、死点四、运动的连续性2021/6/2727BDAC1234abcdB2ACB1DE’F’GFEG’d+a|d-a||b-c|b+c一、平面四杆机构有曲柄的条件为什么关注有曲柄条件？2021/6/2728

欲使连架杆AB成为曲柄，则必须使AB通过与机架共线的两个位置，2021/6/2729三角形任意两边之和必大于第三边任意两边之差小于第三边

即必须满足

a+d≤b+c(2-1)|d-a|≥|b-c|(2-2)2021/6/2730欲使连架杆AB成为曲柄，则必须使AB通过与机架共线的两个位置，即必须满足 a+d≤b+c(1)|d-a|≥|b-c|(2)a≤ba≤ca≤d从而可得(1)若d≥a，则可得a+b≤c+d(若b>c)a+c≤b+d(若c>b) a+d≤b+c2021/6/2731结论（平面铰链四杆机构有曲柄的条件）：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≤

其余两杆的杆长之和。（杆长和条件）(2)若d≤a则可得2021/6/27321、若满足杆长和条件：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；以最短杆为机架，则两连架杆为曲柄，该机构为双曲柄机构；以最短杆的对边构件为机架，则无曲柄存在，即该机构为双摇杆机构。2、若不满足杆长和条件，该机构是双摇杆机构。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。铰链四杆机构类型的判断条件2021/6/2733babaeA显然，需满足:

a+e≤b曲柄滑块机构有曲柄的条件BCC’B’2021/6/2734eC”B”abBCC’B’A2021/6/2735导杆机构有曲柄的条件2021/6/2736摆动导杆机构有曲柄的条件Eed-aaCABdB’E’e≤d-a2021/6/2737Eed+eaCABdd+e≤a转动导杆机构有曲柄的条件2021/6/2738二、平面四杆机构输出件的急回特性θψC1B1C2B2DABC

1

2摆角极位夹角CD左行耗时:t2=

2

/

1=180°+θ,

2=180°-θCD右行耗时:t1=

1/

显然：若θ≠0，则：t1>t2

问:

是否存在无急回特性的四杆机构?2021/6/2739=v2/v1=（C1C2/t2）/

（C1C2/t1）=t1/t2

=

1/

2=(180°+θ)/(180°-θ)

输出件空回行程的平均速度

—————————————

输出件工作行程的平均速度k=θ=180°（k-1）/（k+1）行程速度变化系数连杆机构输出件具有急回特性的条件：1）原动件等角速整周转动2）输出件具有正、反行程的往复运动3）极位夹角θ

02021/6/2740C2C2BB1C1B2Cθ曲柄滑块机构问:

是否存在无急回特性的曲柄滑块机构?AC1B2B1BCA2021/6/2741θAB1DC∞B2

=导杆机构的急回问:

是否存在无急回特性的导杆机构?2021/6/2742F1=FcosαF2=FsinαABCDαγδFvcF1F21、机构压力角:在不计摩擦力、惯性力和重力的条件下，机构中驱使输出件运动的力的方向线与输出件上受力点的速度方向间所夹的锐角，称为机构压力角，通常用α表示。三、平面机构的压力角和传动角、死点2021/6/2743传动角：压力角的余角。机构的传动角和压力角作出如下规定： γmin≥[γ]；[γ]=30

60°；

αmax≤[α]。[γ]、[α]分别为许用传动角和许用压力角。vcABCDαγδFF1F2通常用γ表示.2021/6/2744Fα

vFABC123vB3αFvB3ABC123α=0°γ=90°αnnvB3FABC231αvF2021/6/2745δ=arccos{[b2+c2-d2-a2+2adcos]/2bc}.

=0,δmin=arccos{[b2+c2-(d-a)2]/2bc}B’C’δminF2ABCD

γδFvcF1

abcd

δγFVcγ=δ或γ

=180-δB’’C’’δmax

γ

=180

,δmax=arccos{[b2+c2-(d+a)2]/2bc}γmin=[δmin,180

-δmax]min2、最小传动角的确定2021/6/2746B’ABCC’

’eab

min=

’=arccos（a+e)/b

为提高机械传动效率，应使其最小传动角处于工作阻力较小的空回行程中。cos

=（asin

+e)/babB’’BACB’C’C’’

min

2021/6/2747

在不计构件的重力、惯性力和运动副中的摩擦阻力的条件下，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或驱动力矩有多大，均不能使机构运动，这个位置称为机构的死点位置。F1=FcosαF2=FsinαDABCFαvBFDACvα3、机构的死点位置2021/6/27482021/6/27492021/6/27502021/6/27512021/6/2752连杆机构的运动连续性：指该机构在运动中能够连续实现给定的各个位置。错位不连续：在左图中，当曲柄转动时，摇杆不可能从CD位置转到C‘D位置，把连杆机构的这种运动不连续称为错位不连续。即：不可能要求从动件在两个不连通的可行域内（C1DC2，C’1DC‘2）连续运动。错序不连续：在右图中，要求连杆依次占据B1C1、B2C2、B3C3，当AB沿逆时针转动可以满足要求，但沿顺时针转动，则不能满足连杆预期的次序要求，把机构的这种运动不连续问题称为错序不连续。A(B’)BCC1C2C’1C’C’2

1

2DB1B3B2C1C3C2AD四、运动的连续性可行域：当曲柄AB连续转动时，摇杆CD可以在其摆角φ或φ'范围内往复摆动，称此两个范围为机构的可行域。

2021/6/2753四杆机构的设计合理性判据?机构类型与有曲柄急回特性原则最大压力角原则注意”死点”连续性问题2021/6/2754§2–3平面四杆机构的设计一、基本问题

根据机构所提出的运动条件，确定机构的运动学尺寸，画出机构运动简图。根据给定的运动规律（位移、速度和加速度）设计四杆机构根据给定的运动轨迹设计四杆机构

综合功能2021/6/27551）实现刚体的给定位置举例：自动送机构翻转机构2021/6/2756A0A1B1B0B3A3A2B2E2E1E3

2

1自动送料机构2021/6/2757翻转机构已知：2个位置B1-C1、B2-C2，及铰链安装平面AD2021/6/27582）实现预定运动规律的设计汽车雨刮2021/6/2759实现输出构件的急回特性2021/6/2760实现两连架杆的对应角位移、角速度和角加速度2021/6/27613）实现预定运动轨迹的设计演示软件2021/6/27624)实现综合功能实现连杆位置:上、剪下比须连续通过确定位置实现轨迹：刀刃按一定轨迹运动实现速度要求：在剪切区的水平速度有要求2021/6/2763二、平面四杆机构的设计设计方法几何法解析法实验法2021/6/27641、给定连杆位置设计四杆机构ADB2C2B3C3B1C12021/6/27652、给定行程速度变化系数设计四杆机构铰链四杆机构-设计过程曲柄滑块机