四连杆机构及其设计.ppt

章连杆机构及其设计 从本章开始系统介绍几种常用机构的原理、类型、 应用及设计 机械原理教学内容体系 机构分析 机构设计 机械设计 结构分析 力分析 运动分析 连杆机构 轮 系 齿轮机构 凸轮机构 其他常用机构 机械系统动力学设计 机械系统方案设计 机构创新设计 研 究 内 容 4-1平面四杆机构的基本类型及其演 化 4-2平面四杆机构的基本特性 4-3 平面连杆机构设计 * 4-4 多杆机构 本章内容 平面连杆机构的基本型式及其演化和应用。 曲柄存在条件、传动角、死点、急回运动、 行程速比系数等基本概念。 设计平面四杆机构的方法。 能用解析法和图解法对平面四杆机构进行 运动分析。 曲柄存在条件的全面分析、平面多杆机构的 传动角和平面四杆机构最小传动角的确定 。 重点 ： 难点 ： 连杆机构的定义 连杆机构是 由低副 (Lower-pair)将若干构件连接而成 的低副机构。 连杆机构的分类 连杆机构 平面连杆机构 空间连杆机构 组成机构的所有构件都在相互平行的平 面内运动的连杆机构。 (planar linkage) (spatial linkage) 平面连杆机构的几个基本概念： 机架 平面连杆机构中的固定构件。 连架杆 平面连杆机构中与机架 相连的构件。 连杆 连接连架杆的活动构件。 曲柄 连架杆中能绕机架作 整轴转动的构件。 摇杆 连架杆中只能在某一范 围内绕机架作往复摆动的构件。 请区分构 件名称 连 架 杆 周转副 能作整周转动的转动副。 摆转副 不能作整周转动的转动副。 请区分一 下 转动副 连杆机构是一种应用十分广泛的机构，人造卫 星太阳能板的展开机构，机械手的传动机构，折叠 伞的收放机构以及人体假肢等等，都是连杆机构。 曲柄滑块机构、铰链四杆机构、导杆机构是最常见 的连杆机构型式。 这些机构的共同特点是其原动件 1的运 动都要经过一个不直接与机架相联的中间构 件 2才能传动从动件 3，这个不直接与机架相 联的中间构件称为 连杆 ，而把具有连杆的这 些机构统称为 连杆机构 。 构件可长，用于远距离的操作。如挖掘机、车闸。 杠杆特性，用于增力。 运动形式多样，可用于运动转换。 连架杆位置对应，用于控制。 连杆位置多变，用于特定运动规律。 连杆曲线丰富，用于特定轨迹。 运动形式多样，可用于运动转换。 平面连杆机构的优点 1、 平面连杆机构属于低副机构，运动副为面接触，压 强小，承载能力大，耐冲击，并且便于润滑，磨损小。 2、 其运动副元素多为平面或圆柱面，制造比较容易， 而且靠其本身的几何封闭来保证构件运动，结构简单， 工作可靠。 3、可以实现不同的运动规律和特点轨迹要求。 平面连杆机构的缺点 3、不易精确地满足各种运动规律和运动轨迹 的要求。 1、当机构复杂时累计误差较大，影响其传动 精度。 2、惯性力不容易平衡，不适合于高速传动。 例如：多自由度的机械手；四足、六足步行 机等，已经不限于运动学的范围，还注重动 力学方面的研究。 近年来国内外在连杆机构的研究方面都有 长足的发展，不再限于单自由度四杆机构的研 究，也注重多自由度、多杆机构的分析和综合。 平面连杆机构中，其构件多呈杆状，故 常简称为 “ 杆 ” 。连杆机构可根据机构中所 含杆数而命名，如： 四杆机构、五杆机构、 六杆机构、多杆机构 等。 平面连杆机构中最简单、应用最广的是 四杆机构，其他多杆机构都是在它的基础上 扩充而成的，本章重点讨论四杆机构及其设 计。 由于计算机的普及，很多智能化软件为 平面连杆机构的设计和研究奠定了基础，连 杆机构的应用前景广阔。 4-1 平面四杆机构的基本类型 及其演化 二、铰链四杆机构的基本类型、应用及其演化 一、铰链四杆机构中曲柄存在的条件 三、具有移动副的四杆机构及其演化 铰链四杆机构 机构中的全部运动副均为 转动 副 时的四杆机构为铰链四杆机构。 铰链四杆机构是平面连杆机构中最基本的 形式，其它各种平面连杆机构都可以看成是由 它演变而来的。 连架杆 曲柄 机架 连架杆 摇杆 连杆 铰链四杆机构的基本类型 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构 根据连架杆是曲柄还是摇杆，分类如下： 铰 链 四 杆 机 构 1）两连架杆中一为曲柄，另一为摇杆 2）两连架杆均为曲柄 3）两连架杆均为摇杆 可根据 曲柄的 数量和 存在与 否进行 判定。 如何判定 曲柄是否 存在？ B 1 C A B D B 2 C 1 C 2 一、铰链四杆机构中曲柄存在的条件 曲柄的两个极限位置 AB1、 AB2。 a b c d AB整周转动 B1C1D和 B2C2D存在 cbda B1C1D中 a b c d B2C2D中 cadb )( badc )( cbda dbca dcba 杆 长 条 件 .dacaba ，且 A、 B均为周转副 周转副存在条件： 1）最短杆长度 + 最长杆长度 其余两杆长度之和。 2）组成该周转副的两杆中必有一杆为 最短杆 。 条件 1）称为 杆长条件 。 不满足杆长条件时，则没有周转 副，而只能获得双摇杆机构。 满足杆长条件时，有最短杆参与构成的转动副都是 周转副，而其余转动副则是摆转副。 a b c d 2）其最短杆为连架杆或机架。 四杆机构有曲柄的条件： 1）各杆的长度应满足杆长条件，即 最短杆长度 + 最长杆长度 其余两杆长度之和。 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构 图 4-3 a）， b）， P58 图 4-3 c） 图 4-3 d） 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构 铰 链 四 杆 机 构 二、铰链四杆机构的基本类型、应用及其演化 周转副 周转副 摆转副 摆转副 机架 选用不同的构件 曲柄摇杆机构 ？ 曲柄摇杆机构 一种演化方法 机构的倒置 机构的倒置 ：选用运 动链中不同构件为机 架以获得不同机构的 演化方法。 A B C D 1）曲柄摇杆机构 ： 取与最短杆相邻的构件为机架。 曲柄摇杆机构的应用 颚式破碎机机构 1）此种机构常以曲柄为原动件，将曲柄的连续 转动转变为摇杆的往复摆动。 雷达天线机构 搅拌机机机构 此时连杆作平面运动，连 杆上各点的轨迹能形成不 同的封闭曲线。 玩具狗腿的动作也利用连 杆曲线的特殊轨迹。 2）此种机构中，若以摇杆为原动件，则可将摇 杆的往复摆动转变为曲柄的连续转动。 2）双曲柄机构 当以短边为机架时，为一般双曲柄机构。 两曲柄的转动方向相同或相反。 双曲柄机构的应用 惯性筛机构 将原动曲柄的等速转动转变为从动曲柄的变速转 动，从而使筛子具有较大惯性力而筛分物料。 东莞理工学院专用 A D C B 1 2 3 4 旋转式叶片泵 A D C B 1 2 3 A B D C 1 2 3 4 E 6 惯性筛机构 在双曲柄机构中，若相 对两杆的长度相等且 平行，两曲柄的转向 相同，称为正平行四 边形机构。 正平行四边形机构： 1）两曲柄以相同速度同向转动； 2）连杆作平动，始终与机架平行。 正平行四边形机构的两个显著特点： 平行四边形机构的应用 蒸汽机车驱动装置 摄影升降机构 用正平行四边形机构传递动力 用连杆作平移运动 作者：潘存云教授 耕地 料斗 D C A B 播种 机 料 斗 机 构 在双曲柄机构中，若相对两杆的长度相等， 但不平行 (BC与 AD)， 两曲柄转向相反（ AB与 CD）， 称为反平行四边形机构。 反平行四边形机构（逆平行四边形机构）： 车门开闭机构 （主、从动曲柄反向转动。） 四轮拖车转向机构 东莞理工学院专用 作者：潘存云教授 反平行四边形机构 双曲柄机构中两相对杆的长度分 别相等 ， 但不平行 。 -车门开闭机构 反向 F A E D G B C A B E F D C G 注： 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 3）双摇杆机构 (double crock mechanism) 2）若铰链四杆机构各杆的长度不满足杆长条件，则无周转 副，此时不论以何杆为机架，均为双摇杆机构。 1）若铰链四杆机构各杆的长度满足杆长条件，取与最短杆 相对的构件为机架。 45 25 60 35 最短杆长度 + 最长杆长度 其余两杆长度之和。 东莞理工学院专用 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授 A B D C E 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 C B A B D C 风扇座 蜗轮 蜗杆 电机 A B A B C 蜗杆 A B D C 可使连杆到达两个固定的位置。 铸造翻箱机构 风扇摇头机构 风扇壳体固装于连 架杆 AB上。 5蜗轮， 6蜗杆 构件 2与构件 5固连 在一起。 通过构件 2的整周转动， 实现摇杆 AB 的往复摆 动。 等腰梯形机构 ：在双 摇杆机构中若两摇杆 长度相等，则称为等 腰梯形机构。 汽车前轮转向机构 鹤式起重机机构 悬点 E上悬挂的重物在近似水平直线上运动， 避免重物平移时因不必要的升降而消耗能量。 4）泛菱形机构 A D 1 B C 2 3 4A 1 B 3 4 D C 2 A D C 3 4 （ 1 ） （ 2 ） 若四杆机构的两相邻杆长度两两相等，则机构将变为泛菱 形机构，如下图 a）、 b）、 c） 图 a）双曲柄机构 图 b）曲柄摇杆机构 图 c）二杆机构 泛菱形机构有 3个周转副，一个摆转副。 当其以短杆为机架时为双 曲柄机构；当其以长杆为机架时为曲柄摇杆机构，这种机构当相邻 两杆重叠在一起时，将退化为二杆机构，其运动不确定。 机构的演化 机构的演化 将基本机构进行变换，得到新机构的方法。 常见的演化方法： 1）改变构件的形状和运动尺寸； 2）改变运动副的尺寸； 3）选用不同的构件为机架； 4）运动副元素的逆换。 1) 得到所要求的运动性能； 2) 改善受力状况； 3) 满足结构设计要求。 机构演化目的： 各种演化机构的外形虽然各不相同，但它们 的性质以及分析和设计方法却常常是相同或 类似的，这就为连杆机构的研究提供了方便。 e.g.选用不同构件为机架 (0360 ) (0360 ) (360 ) (360 ) 1 2 3 4 A B C D 双曲柄机构 (0360 ) (0360 ) (360 ) (360 ) 1 2 3 4 A B D C 双 摇杆机构 (0360 ) (0360 ) (360 ) 1 2 3 4 A B C D ( 0 ) 对心式曲柄滑块机构 ( e = 0 ) 曲柄滑块机构根据偏距 e不同分类： 曲柄滑块机构的应用： 活塞式内燃机 往复式水泵 冲 床 曲柄滑块机构的演化机构 1）导杆机构 2）摇块机构 3）定块机构 4）双滑块机构 变换单移动副机构的机架。 再次改变相 对 杆长，将另 一个转动副演化为移动副。 4 3 2 1 定块机构 (一 ) 变换单移动副机构的机架 曲柄滑块机构 B A 1 2 3 4 C 导杆机构 1 2 3 4 曲柄摇块机构 1 4 3 2 导杆机构 1 2 3 4 曲柄滑块机构中，当取杆 1为机架 时，即得。 杆 4称为导杆，滑块 3相对导杆 4作相对滑动，并随杆 2一起转 动， 一般取杆 2为原动件 。 应用：回转式液压泵、牛头刨床、插床等机器的主体机构。 曲柄滑块机构 B A 1 2 3 4 C 导杆机构 1）转动导杆机构 B A 1 2 3 4 C 2）摆动导杆机构 3 A 1 2 4 C B 导 杆 机 构 均可作整周转动和杆时，杆当 4221 ll 只能作往复摆动杆作整周转动时，杆当 4,221 ll 转动导杆机构 D 回 转 式 液 压 泵 插床主体机构 (ABBC ） A 刨床主体机构的另一种形式 曲柄滑块机构 B A 1 2 3 4 C 曲柄摇块机构 1 4 3 2 曲柄滑块机构中，当取杆 2为机架 时，即得摇块机构。 摇块机构一般取杆 1或杆 4为原动件， 当杆 1作转动或摆动时，杆 4相对滑 块 3滑动，并一起绕 C点摆动。 应用： e.g.液压驱动装置、摆缸式内燃机、卡车车厢自动翻 转卸料机构。 摇块机构 曲柄摇块机构 摆缸式内燃机机构 左侧四杆机构位移量小，减振功能差 挖掘机相邻两杆之间的开合动 作也是由摇块机构来实现的。 作者：潘存云教授 应用实例 B 2 3 4 C 1 A 自卸卡车举升机构 应用实例 A 4 A 1 3 1 3 C 4 A A 1 4 曲柄滑块机构 B A 1 2 3 4 C 滑块 3为定块，一般取杆 1为原动 件，杆 2绕 C点往复摆动，而杆 4 仅相对滑块 3作往复移动。 4 3 2 1 定块机构 定块机构（ 移动导杆机构） 曲柄滑块机构中，当滑块 3为 机架时，即得定块机构。 应用： e.g.抽水泵、抽油泵。 移动导杆机构（定块机构） 抽水泵 手 动 抽 油 泵 A B C 3 2 1 4 东莞理工学院专用 (二 ) 改变构件的形状和运动尺寸 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 (slider-crank mechanism) 双滑块机构 正弦机构 s =l sin l 1 2 3 4 1 2 3 4 s 正弦机构 曲柄滑块机构 B A 1 2 3 4 C a a 铰链 B相对于铰链 C运动的轨迹为圆弧 aa 1 2 3 4 将连杆 2做成滑块形 式，并使之沿圆弧 导轨运动。 作（ 1）的转化，并将 连杆 2长度增至无限长 s i n1ls 通常称其为正弦机构。 正弦机构多应用在一些仪表和解算装置中。 （ 1） （ 2） 正弦机构的应用 sinas 缝纫机针机构 双滑块（转块）机构 将铰链四杆机构的其中两杆杆长增至无穷大，可演化为具有两个移 动副的四杆机构 双滑块（转块）机构。 按照两个移动副所处的位置不同，双滑块机构可分为四种形式： （ 1）两移动副不相邻 a） 图的正切机构（其从动件 3的 位移与主动件 1的转角正切成正比） （ 2）两移动副相邻且其 中一个与机架相连 b） 图的正弦机构（其从动件 3的 位移与曲柄 1的转角正弦成正比） 特点：从动构件与主动构件的接触点到 转轴的距离是随主动构件的位移变化的。 （ 3）两移动副相邻但都不与机架相连 上图所示的十字滑块机构即为此种机构。常用作联 轴器，可以主动补偿主、从动轴由于对中不良而产 生的位置误差。 双转块机构 （ 4）两移动副相邻且都与机架相连 双滑块机构 缝纫机针杆机构 椭圆仪机构 在椭圆仪中，当两个滑块在机架的滑槽中移动时，连 杆上各点的轨迹是长短半径不同的椭圆。 东莞理工学院专用 (三 )改变运动副的尺寸 偏心轮机构 (eccentric mechanism) e 当因为结构需要使曲柄尺寸过小而不便加工，或因运动要求 需要加大曲柄的重量以增大惯性力时，可将回转副 B同心放 大至将 A也包括在内，即杆 1放大为圆盘 1，圆盘 1的几何中 心为 B，转动中心为偏心 A。 称圆盘 1为偏心轮，该机构称为偏心轮机构。偏心轮中 A点和 B点之距称为偏心距 e，它与原曲柄等长，其余各杆长也对应 相等。 偏心轮机构应用 冲剪床 应用于剪床、冲床、颚式破碎机等机械中。 作业： 思考题： 4-1、 4-3 习题： 4-1、 4-2 第二节 平面四杆机构的基本特性 一、急回特性及行程速比系数 K 二、压力角与传动角 三、机构的死点位置 四、连杆机构运动的连续性 一、急回特性和行程速比系数 K 2、急回运动 (quick-return motion) 3、行程速比系数 K 1、极位夹角 1、极位夹角 曲柄摇杆机构中 曲柄与连杆 两次共线位置 时曲柄之间所夹锐角 称为极位夹角。 当 AB与 BC两次共线时，输出件 CD处于两极限位置。 摇杆 在两极限位置所夹角称为摆角 。 极位夹角 ： 当摇杆处于两极限位置时，对应的曲柄 位置线所夹的锐角。 B2 C2 B1 C1 A 2 11 C 3 4 B D a b c d 摆角 极位夹角 B2 C2 B1 C1 曲柄转角 180 1 对应的时间 111 /t 摇杆点 C的 平均速度 1 A 2 11 C 3 4 B D a b c d 2 1802 122 /t 摆角 极位夹角 v1 v2 1211 /tCCv 2122 /tCCv 2、 急回运动 (quick-return motion) t1t2 v2v1 在曲柄等速回转的情况下 ，摇杆往复 摆动速度快慢不同的运动，称为 急回运动 。 v2v1 为了衡量摇杆急回作用的程度，用行 程速比系数表示 . 3、行程速比系数 (coefficient of travel speed variation) k 为了衡量摇杆急回作用的程度，把从 动件往复摆动平均速度的比值（大于 1） 称为行程速比系数，即 度从动件慢速行程平均速 度从动件快速行程平均速k 由 1 1180 k k 1 8 0 1 8 0 2 1 1 2 1 1 2 1 3 3 t t k 极为夹角 为 四杆机构有无急回运动，取决于 曲柄与 连杆共线位置的夹角 ，即有无极位夹角 ， 不论是何种机构，只要机构在运行过程中 具 有极位夹角 ，则该机构就具有急回作用 。 角越大，则 K值越大，说明急回运动的 性质也越显著。 曲柄滑块机构中，原动件 AB以 等速转动 1 C1 B1 B2 H C2 偏置曲柄滑块机构 2 A B 1 3 4 C a b 1 2222 )()( eabebaH 0 ,有急回特性。 曲柄摆动导杆机构 2 1 B2 B1 有急回特性。 B1 B2 H H=2a, 0 ,无急回特性。 3 1 4 A 对心曲柄滑块机构 B 2 C a b 1 C 1 C2 1 A B 二、压力角和传动角 1、压力角 (pressure angle) 从动件 CD受的 力 F的作用线与力作 用点 C的绝对速度 vc 所夹锐角，称为 此 位置 的压力角。 在不计摩擦力、重力、惯性力的条件下，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 度方向线 所夹的锐角 。 vc F 1 A B C D 1 2 3 4 vc F F1 F2 1 A B C D 1 2 3 4 co s1 FF 由力的分解： 沿着速度方向的有效分力 s in2 FF 垂直于 Ft的分力 vc F F1 F2 1 A B C D 1 2 3 4 力 F2 只能使铰链 C、 D产生压轴力，希望它越小越好； 力 F1 越大，推动机构的有效分力就越大，传力效 果就 越好， 即 越小越好。 因此，对连杆机构中的 压力角 提出了限制，最大不 能超过 40 50， 即： = 40 50 vc F F1 F2 1 A B C D 1 2 3 4 越小，受力越好 。 越大，受力越好 。 2、传动角 (transmission angle） 压力角的余角 称为机构在此位置的传动角。 = 90- A C B D vB F F vc a A B 1 3 4 C b 1 2 vc A B C 1 2 1 F F 0 vB3 B 1 2 3 1 A C 机构在运转过程中，传动角 随机构 的位置不同而变化，为保证 机构的传力效果， 40m in 平面四杆机构的最小传动角位置 原动件为 AB 当 为锐角时，传动角 4 vc A B C D 1 F 1 2 3 当 为钝角时，传动角 180 f F 1 vc D F 1 C A B F2 1 2 3 4 a b c d 在三角形 ABD中： BD=a+d-2adcos (1) 在三角形 BCD中： BD=b+c-2bccos (2) (1)=(2)得： bc addacb 2 co s2co s 2222 是随各 杆长 和 原动件转角 的变化而变化的。 在三角形 ABD中： BD=a+d-2adcos (1) 在三角形 BCD中： BD=b+c-2bccos (2) 设 a、 b、 c、 d各杆长确定 当 = 0时，即 曲柄与机架重叠共线， cos =+1, 取最小值。 bc adcb 2 )(c o s 222 m i n bc addacb 2 co s2co s 2222 当 =180时，即 曲柄与机架拉直共线 ， cos =-1, 取最大值。 bc dacb 2 )(co s 222 m ax bc addacb 2 co s2co s 2222 曲柄摇杆机构的最小传动角 min必出 现在 曲柄与机架共线的 两个 位置上 ，即 为 min或 max时的两个位置， 比较这两个 位置传动角， 即可求出最小传动角 min。 即： min = min min = 180 - max 4 vc A B C D 1 F 1 2 3 以 AB为原动件的曲柄摇杆机构， m i nm axm i nm i n )180(, m a xm i n, 当曲柄和机架处于两共线位置时，连杆和输出件的夹角 最小和最大（ ）。 B2 D A max C2 B1 min C1 曲柄滑块机构 min何时出现？ F vc D B1 C1 b ea a r c sin m a x max 3 4 2 a A B 1 C b 1 b ea a r c c os mi n C 1 A 2 3 B 4 b aa r c s i n m a x b aa r c c o s m in 导杆机构 vB3 F 0 图 1 B 1 2 3 1 A C 图 2 B 4 A d 1 2 a C 3 e vB3 F 三、机构的死点位置 指从动件的传动角 =0 (或 =90 ) 时机构所处的位置。 （不考虑构件的重力、 惯性力和运动副中的摩擦力的影响） 1、死点 (dead point)位置 B2 C2 vB 踏板 缝纫机主运动机构 脚 A B1 C1 D FB 画出压力角 1 C 2 3 4 A B D a b c d vB FB 对于曲柄摇杆机构，当摇杆 1为主动件，当连杆 与曲柄共线时的位置，即：摇杆处于两个极限位置时， 经过连杆 2传给从动曲柄 3的驱动力 F， 通过曲柄的转 动中心 A。 对从动曲柄 3的有效力矩为零，故不能推动 曲柄转动 ,机构处于卡死位置， 机构的这种位置称 为 死点位置 。 此时传动角 =0 （或 =90）。 机构是否有死点位置与哪一构 件为主动件有关。 曲柄摇杆机构，当曲柄为主动件时无死 点位置，但有极限位置，当摇杆为主动 件时有死点位置。 曲柄滑块机构，当以滑块 3为主动件时有 死点位置。 平行四边形机构，连杆与曲柄共线时传 动角为 0 （ 转向点 ），从动曲柄可能向正 反两个方向转动，机构运动不确定，平行四 边形机构可能变成反平行四边形机构。 双摇杆机构，也有 死点位置，在实际 设计中常采用限制 摆杆的角度来避免 死点位置。 死点位置的克服办法 例：缝纫机借 助于带轮的惯 性通过死点。 （ 1）利用飞轮惯性来克服死点位置 蒸汽机车车轮联动机构，左右车轮两组 曲柄滑块机构中，曲柄 AB与 AB位置错开 90 。 （ 2）利用机构错位排列法来克服死点位置。 2、死点位置在机构中的作用 钻床工件夹紧机构 飞机起落架机构 东莞理工学院专用 作者：潘存云教授 a b d c C B A D 平面四杆机构具有 周转副 可能 存在 曲柄 。 b(d a)+ c 则由 BCD可得： 则由 B”C”D可得： a+d b + c c(d a)+ b AB为最 短 杆 a+b c + d 1.平面四杆机构有曲柄的条件 C” a b c d- a 设 ad， 同理有： da, db, dc AD为最 短 杆 将以上三式两两相加得： a b, ac, ad B” 东莞理工学院专用 （ 2） 连架杆或机架之一为 最短杆 。 可知： 当满足杆长条件时 ， 其 最短杆 参与构成的转动 副 都是 周转副 。 曲柄存在的条件 ： （ 1） 最长杆与最短杆的长度之和应 其他两杆长度之和 此时，铰链 A为周转副。 若取 BC为机架，则结论相同，可知铰链 B也是周转副。 称为 杆长条件 。 A B C D a b c d 东莞理工学院专用 作者：潘存云教授 （ 1） 当满足杆长条件时 ， 说明存在周转副 ， 当选择 不同的构件作为机架时 ， 可得不同的机构 。 如： 曲柄摇杆 1 、 曲柄摇杆 2 、 双曲柄 、 双摇杆机构 。 分析说明 （判断机构类型的步骤） （ 2） 当不满足杆长条件时，无周转副，此时无论 取哪一杆件为机架，均为双摇杆机构。 最短杆为连架杆 最短杆为机架 最短杆为连杆 东莞理工学院专用 作者：潘存云教授 A B C D 2. 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 (extreme position)。 (1) 当曲柄以 逆时针 转过 180 + 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： /)180(1 t 1211 tCCV )180/(21 CC B1 C1 曲柄摇杆机构 3D 180 C2 B2 此两处曲柄之间的夹角 称为 极位夹角 (crack angle between extreme positions)。 摇杆之间的夹角称为 摆角 （ C1DC2） 东莞理工学院专用 作者：潘存云教授 B1 C1 A D C2 (2) 当曲柄以 继续转过 180 - 时，摇杆从 C2D位 置摆到 C1D， 所花时间为 t2 ,平均速度 为 V2 , 那么有： 180 - /)180(2 t 显然： t1 t2 V2 V1 摇杆的这种特性称为 急回运动 (quick-return motion)。 称 K为 行程速比系数 (advance-to return-time ratio)。 1 2 V VK 180 180 2 1 t t 2)且 越大， K值越大，急回性质越明显。 说明 :1)只要 0 ， 就有 K1， 存在急回运动。 1 1180 K K 3)设计 新 机械时，往往先给定 K值，于是 : 2212 tCCV )18 0/(21 CC 121 221 tCC tCC B2 东莞理工学院专用 曲柄滑块机构 （ 偏置 ） 的急回特性 急回特性应用： 节省返程时间，如 牛头刨 、往复式 输送机等。 180 180 - 导杆机构 的急回特性 180 180 - 思考题： 对心 曲柄滑块机构 的急回特性如何？ 东莞理工学院专用 作者：潘存云教授 F F F” 当 BCD 90 时 ， BCD 3.压力角和传动角 (1)压力角 (pressure angle)： 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 : min 40- 50 (3) min出现的位置： 当 BCD90 时 ， 180 - BCD 切向分力 : F= Fcos 法向分力 : F”= Fcos F 对传动有利 。 = Fsin (+ = 90 ) 可以证明 ：此位置一定是： 曲柄 与 机架两次共线位置之一 。 A B C D C D B A F F” F (2)传动角 (transmission angle) 可用 的大小来表示机构传力性能的好坏 。 当 BCD最小或最大时 ， 都有可能出现 min (Vc) 东莞理工学院专用 作者：潘存云教授 车门 C1 B1 a b c d D A 证明：由余弦定律有： (第一次共线 ) B 1C1D arccosb2+c2-(d-a)2/(2bc) (8-7a) B2C2D arccosb2+c2-(d+a)2/(2bc) 若 B1C1D 90 ,则 若 B2C2D90 , 则 1 B1C1D 2 180 -B 2C2D (8-7b) (4)机构的传动角一般在运 动链最终一个从动件上度量 。 v 1 min B 1C1D, 180 -B 2C2Dmin C2 B2 2 F (第二次共线 ) 东莞理工学院专用 作者：潘存云教授 F 4.机构的死点位置 (1)定义 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 . (2)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” (dead point) 0 靠 飞轮的惯性 （ 如内燃机 、 缝纫机等 ） 。 F A E D G B C A B E F D C G 0 F 0 东莞理工学院专用 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授 工件 A B C D 1 2 3 4 P A B C D 1 2 3 P 钻孔夹具 =0 T A B D C 飞机起落架 B C =0 F (3)利用死点进行工作 ： 飞机起落架 、 钻夹具 等 。 东莞理工学院专用 作者：潘存云教授 四 .铰链四杆机构的运动连续性 (1) 定义 ：指 连杆 机构能否连续实现给定的 各个 位置。 (2) 名词：可行域： 摇杆的运动范围。 不可行域： 摇杆不能达到的区域。 错位不连续： 设计时不能要求从一个可行域跳过不可行域进入另 一个可行域。 错序不连续： 右图，要求连杆依次占据 B1C1、 B2C2、 B3C3，则只有 当曲柄 AB逆时针 转动才是可能的，而当 AB顺时针 转动，则不能满足 预期的次序要求，称这种不连续问题为 错序不连续。 错序不连续 (3) 设计连杆机构时，应满足运动连续性条件。 C1 C2 C1 C2 C C A D B D A B1 C1 B2 C2 B3 C3 2 2 3 3