平面连杆机构及其设计资料课件

专业 机械制造与自动化科目 机械原理第第8 8章章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计8-1 8-1 连杆机构及其传动特点连杆机构及其传动特点8-2 8-2 平面四杆机构的类型和应用平面四杆机构的类型和应用8-3 8-3 平面四杆机构的基本知识平面四杆机构的基本知识8-4 8-4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计8-5 8-5 多杆机构多杆机构专业 机械制造与自动化科目 机械原理8-1 8-1 连杆机构及其传动特点连杆机构及其传动特点连杆机构应用十分广泛连杆机构应用十分广泛专业 机械制造与自动化科目 机械原理连杆机构连杆机构:若干构件用低副连接成的机构。若干构件用低副连接成的机构。连杆机构的主要优点：连杆机构的主要优点：机构中所有运动副都是低副，又称为低副机构中所有运动副都是低副，又称为低副机构。其运动副元素为面接触，压力较小，机构。其运动副元素为面接触，压力较小，承载能力较大，润滑好、磨损小，加工制造承载能力较大，润滑好、磨损小，加工制造容易；容易；易实现转动、平动的平面运动基本型式及易实现转动、平动的平面运动基本型式及其转换，在原动件运动规律不变的条件下，其转换，在原动件运动规律不变的条件下，可使从动件获得不同的运动规律。可使从动件获得不同的运动规律。专业 机械制造与自动化科目 机械原理在连杆机构中，连杆上各点的轨迹是不同在连杆机构中，连杆上各点的轨迹是不同形状的曲线（称为连杆曲线），连杆曲线的形状的曲线（称为连杆曲线），连杆曲线的形状多样可用于满足一些特定工作的需要。形状多样可用于满足一些特定工作的需要。连杆机构的主要缺点：连杆机构的主要缺点：传动路线较长，易产生较大的误差累积，传动路线较长，易产生较大的误差累积，同时也使机械效率降低。同时也使机械效率降低。连杆及滑块所产生的惯性力难以用一般平连杆及滑块所产生的惯性力难以用一般平衡方法加以消除，因而连杆机构不宜用于高衡方法加以消除，因而连杆机构不宜用于高速机构。速机构。专业 机械制造与自动化科目 机械原理连杆机构可分平面连杆机构和空间连杆机构连杆机构可分平面连杆机构和空间连杆机构,一般机械中应用较多的是平面连杆机构。一般机械中应用较多的是平面连杆机构。平面连杆机构即指所有构件在同一平面或相平面连杆机构即指所有构件在同一平面或相互平行平面内运动的连杆机构。互平行平面内运动的连杆机构。连杆机构中的构件多呈杆状，故常称其构件连杆机构中的构件多呈杆状，故常称其构件为杆。为杆。根据机构所含杆的数目分为四杆机构、六杆根据机构所含杆的数目分为四杆机构、六杆机构等。其中四杆机构是连杆机构的基础。机构等。其中四杆机构是连杆机构的基础。专业 机械制造与自动化科目 机械原理8-2 8-2 平面四杆机构的类型和应用平面四杆机构的类型和应用1 1、四杆机构的基本型式、四杆机构的基本型式铰链四杆机构是平面四杆机构的基本型式铰链四杆机构是平面四杆机构的基本型式即四个构件用四个转动副连接成的平面机构即四个构件用四个转动副连接成的平面机构ABCDAD为机架为机架AB、CD称称为连架杆为连架杆BC为连杆为连杆连架杆中能绕机架整连架杆中能绕机架整周回转的称为曲柄，周回转的称为曲柄，只能在一定范围内来只能在一定范围内来回摆动的称为摇杆。回摆动的称为摇杆。专业 机械制造与自动化科目 机械原理曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构铰链四杆机构的两个连架杆，一个是曲柄，铰链四杆机构的两个连架杆，一个是曲柄，另一个是摇杆。另一个是摇杆。若以曲柄为原动件若以曲柄为原动件,可将曲柄的连续转可将曲柄的连续转动转变为摇杆的往动转变为摇杆的往复摆动。复摆动。若以摇杆为原动件若以摇杆为原动件,可将摇杆的往复摆可将摇杆的往复摆动转换为曲柄的连动转换为曲柄的连续转动。续转动。专业 机械制造与自动化科目 机械原理双曲柄机构双曲柄机构铰链四杆机构中两个连架杆都是曲柄。铰链四杆机构中两个连架杆都是曲柄。机构中当主动曲柄机构中当主动曲柄AB作等角速转动时，从动作等角速转动时，从动曲柄曲柄CD作变角速转动。作变角速转动。专业 机械制造与自动化科目 机械原理在双曲柄机构中，若相对两杆平行且长度相在双曲柄机构中，若相对两杆平行且长度相等，则称为平行四边形机构。等，则称为平行四边形机构。其特点是其特点是曲柄以相同速度通向曲柄以相同速度通向转动；转动；连杆作平动。连杆作平动。若两相对杆的长度相若两相对杆的长度相等但不平行，称为逆平行四边形机构。等但不平行，称为逆平行四边形机构。专业 机械制造与自动化科目 机械原理逆平行四边形机构当以长边为机架时，两曲逆平行四边形机构当以长边为机架时，两曲柄沿相反方向转动；当以短边为机架时，其柄沿相反方向转动；当以短边为机架时，其性能与一般双曲柄机构相似。性能与一般双曲柄机构相似。专业 机械制造与自动化科目 机械原理正平行四边形机构当曲柄与连杆共线时，机正平行四边形机构当曲柄与连杆共线时，机构处于运动不确定位置。构处于运动不确定位置。使机构越过运动不确定位置可利用从动件的使机构越过运动不确定位置可利用从动件的惯性、利用辅助连杆或辅助曲柄。惯性、利用辅助连杆或辅助曲柄。专业 机械制造与自动化科目 机械原理双摇杆机构双摇杆机构铰链四杆机构的两个连架杆都是摇杆。铰链四杆机构的两个连架杆都是摇杆。在双摇杆机构中，若两摇杆长度相等并最短在双摇杆机构中，若两摇杆长度相等并最短,则构成等腰梯形机构。则构成等腰梯形机构。专业 机械制造与自动化科目 机械原理2 2、平面四杆机构的演化、平面四杆机构的演化曲柄摇杆机构选取不同构件为机架分别演化曲柄摇杆机构选取不同构件为机架分别演化得到铰链四杆机构的不同类型。得到铰链四杆机构的不同类型。改变构件的形状和运动副的尺寸改变构件的形状和运动副的尺寸ABCD专业 机械制造与自动化科目 机械原理滑块与机架以移动副相连构成的单滑块四杆滑块与机架以移动副相连构成的单滑块四杆机构成为曲柄滑块机构。机构成为曲柄滑块机构。根据滑块的移动导路中线是否通过曲柄的固根据滑块的移动导路中线是否通过曲柄的固定铰链中心可分对心曲柄滑块机构和偏置曲定铰链中心可分对心曲柄滑块机构和偏置曲柄滑块机构。柄滑块机构。e专业 机械制造与自动化科目 机械原理进一步可演化为如图所进一步可演化为如图所示的双滑块四杆机构。示的双滑块四杆机构。改变运动副的尺寸改变运动副的尺寸扩大转动副扩大转动副B B扩大移动副扩大移动副D D专业 机械制造与自动化科目 机械原理选用不同构件为机架选用不同构件为机架ABCABC取取ABAB敢为机架敢为机架ABCABC取取B BC C杆杆为为机机架架取滑块为机架取滑块为机架 导杆机构导杆机构滑块处于连杆的位置滑块处于连杆的位置 曲柄摇块机构曲柄摇块机构滑块与机架以转动副相连滑块与机架以转动副相连直动滑杆（定块）机构直动滑杆（定块）机构滑块本身为机架滑块本身为机架 专业 机械制造与自动化科目 机械原理ABC图示导杆机构，机架图示导杆机构，机架ABAB是机构中是机构中的最短杆，工作时的最短杆，工作时BCBC杆和导杆杆和导杆ACAC均能绕机架作整周转动，称为转均能绕机架作整周转动，称为转动到杆机构。动到杆机构。若若BCBC杆最短，工作时杆最短，工作时BCBC杆能绕机杆能绕机架作整周转动，而导杆架作整周转动，而导杆ACAC只能作只能作来回摇摆运动，称摆动导杆机构来回摇摆运动，称摆动导杆机构.ABC专业 机械制造与自动化科目 机械原理运动副元素的逆转运动副元素的逆转对于移动副来说，将移动副两元素的包容关对于移动副来说，将移动副两元素的包容关系进行逆转，并不影响两构件之间的相对运系进行逆转，并不影响两构件之间的相对运动。动。专业 机械制造与自动化科目 机械原理8-3 8-3 平面四杆机构的基本知识平面四杆机构的基本知识1 1、铰链四杆机构有曲柄的条件、铰链四杆机构有曲柄的条件平面四杆机构有曲柄的前提是其运动副中必平面四杆机构有曲柄的前提是其运动副中必有周转副存在。有周转副存在。设设ABAB为曲柄，则在为曲柄，则在机构转动的过程中机构转动的过程中能够越过图示曲柄能够越过图示曲柄与机架共线的两个与机架共线的两个位置。位置。专业 机械制造与自动化科目 机械原理根据三角形两根据三角形两边之和大于第边之和大于第三边（极限时三边（极限时趋近于等于）趋近于等于）b+ca+dd-a+bcd-a+cdb+ca+dd+ba+cd+ca+d两两相加两两相加bacada专业 机械制造与自动化科目 机械原理转动副转动副A为周转副的条件是：为周转副的条件是：最短杆与最长杆的长度之和小于等于其余最短杆与最长杆的长度之和小于等于其余两杆的长度之和；两杆的长度之和；lmin+lmaxl+l组成周转副的两杆中必有一杆为最短杆。组成周转副的两杆中必有一杆为最短杆。当四杆机构满足长度和条件时，有最短杆参当四杆机构满足长度和条件时，有最短杆参与构成的转动副都是周转副，其余的转动副与构成的转动副都是周转副，其余的转动副是摆动副。是摆动副。专业 机械制造与自动化科目 机械原理铰链四杆机构有曲柄的条件铰链四杆机构有曲柄的条件满足满足lmin+lmaxl+l最短杆是连架杆或机架。最短杆是连架杆或机架。专业 机械制造与自动化科目 机械原理若两对边构件长度分别相等若两对边构件长度分别相等Y Y平行双曲柄机构平行双曲柄机构N Nlmin+lmaxl+lN N双摇杆机构双摇杆机构Y Y最短杆为机架最短杆为机架Y Y双曲柄机构双曲柄机构最短杆的邻边构件为机架最短杆的邻边构件为机架曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构最短杆是曲柄最短杆是曲柄N NY Y最短杆的对边构件为机架最短杆的对边构件为机架N NN N双摇杆机构双摇杆机构判断铰链四杆机构类型的方法和步骤判断铰链四杆机构类型的方法和步骤推论：杆长不等的铰链四杆机构，以最短杆的对边推论：杆长不等的铰链四杆机构，以最短杆的对边构件为机架是双摇杆机构。构件为机架是双摇杆机构。专业 机械制造与自动化科目 机械原理例：判断图示铰链四杆机构的类型。例：判断图示铰链四杆机构的类型。解：图示机构解：图示机构lmin=80=80、lmax=150=150 lmin+lmax=80+150=230=80+150=230 l+l=120+100=220120+100=220 lmin+lmax l+l机构为双摇杆机构机构为双摇杆机构解：图示机构以最短杆的对边解：图示机构以最短杆的对边构件为机架。构件为机架。机构为双摇杆机构机构为双摇杆机构专业 机械制造与自动化科目 机械原理例：图示铰链四杆机构，已知例：图示铰链四杆机构，已知BCBC、CDCD、ADAD构件长度如图所示构件长度如图所示.欲使该机构为曲柄摇杆机构，欲使该机构为曲柄摇杆机构，试确定试确定ABAB杆的取值范围。杆的取值范围。解：机构为曲柄摇杆机构，则机架解：机构为曲柄摇杆机构，则机架ADAD是最短杆的相是最短杆的相邻构件。邻构件。ABAB杆为机构中的最短杆杆为机构中的最短杆lABAB+150120150120+100100lABAB+lADADlBCBC+lCDCDlABAB707000150lABAB130130ABAB杆最长杆最长lCDCD+lABABlBCBC+lAD100100+lABAB120120+150150lABAB170170150150lABAB170170综上所述，综上所述，ABAB杆的取值范围为杆的取值范围为AB(0,70AB(0,70、AB130,170AB130,170专业 机械制造与自动化科目 机械原理2 2、铰链四杆机构的急回运动、铰链四杆机构的急回运动 和行程速度变化系数和行程速度变化系数曲柄摇杆机构以曲曲柄摇杆机构以曲柄为原动件，当曲柄为原动件，当曲柄与连杆共线时，柄与连杆共线时，从动摇杆处于两极从动摇杆处于两极限位置，称极位。限位置，称极位。AB、BC共线时：共线时：AC1 1=BC-ABAC2 2=AB+BC专业 机械制造与自动化科目 机械原理ABCDC1 1C2 2B1 1B2 2机构在两个极位机构在两个极位时，原动曲柄两时，原动曲柄两个位置之间所夹个位置之间所夹的锐角的锐角称为机称为机构的极位夹角。构的极位夹角。设曲柄以等角速设曲柄以等角速1 1顺时钟转动。顺时钟转动。AB1 1AB2 2AB2 2AB1 11 1=180=180+2 2=180-=180-t1 1=1 1/1 1t2 2=2 2/1 1v1 1=C C1 1C C2 2/t1 1(v2 2=C C1 1C C2 2/t2 2(v1 1 2 2t1 1 t2 21 12 2专业 机械制造与自动化科目 机械原理平面四杆机构，当曲柄等角速转动时，从动平面四杆机构，当曲柄等角速转动时，从动件空回行程的平均速度大于工作行程平均速件空回行程的平均速度大于工作行程平均速度的特性称为四杆机构的急回特性。度的特性称为四杆机构的急回特性。结论：四杆机构有无急回运动取决于有无极结论：四杆机构有无急回运动取决于有无极位夹角，只要存在极位夹角位夹角，只要存在极位夹角0,0,机构就机构就有急回运动，且有急回运动，且角越大，行程速度变化系角越大，行程速度变化系数数k越大，机构急回运动特性越显著。越大，机构急回运动特性越显著。用行程速度变化系数来表征机构急回运动的用行程速度变化系数来表征机构急回运动的急回程度。急回程度。专业 机械制造与自动化科目 机械原理急回机构的急回方向与原动件的回转方向有急回机构的急回方向与原动件的回转方向有关，在有急回要求的设备上应明显标出原动关，在有急回要求的设备上应明显标出原动件的正确回转方向。件的正确回转方向。对于有急回运动要求的机械在设计时应先确对于有急回运动要求的机械在设计时应先确定行程速度变化系数定行程速度变化系数k k，求出，求出角后，在涉角后，在涉及各杆的尺寸。及各杆的尺寸。专业 机械制造与自动化科目 机械原理ABCHB1C1B2C2曲柄滑块机构以曲柄为原动曲柄滑块机构以曲柄为原动件，当曲柄与连杆共线时，件，当曲柄与连杆共线时，从动滑块处于两极限位置。从动滑块处于两极限位置。偏置曲柄滑块机构处于两极偏置曲柄滑块机构处于两极位时，机构的极位夹角位时，机构的极位夹角00，机构有急回运动。，机构有急回运动。而滑块两极限位置间的距离称为其行程而滑块两极限位置间的距离称为其行程H。思考题：对心曲柄滑块机构以曲柄为原动件，机构思考题：对心曲柄滑块机构以曲柄为原动件，机构有急回运动吗？其从动滑块的行程为多少？有急回运动吗？其从动滑块的行程为多少？对心曲柄滑块机构，由于极位夹角对心曲柄滑块机构，由于极位夹角=0=0，故机构，故机构没有急回运动。而滑块的行程没有急回运动。而滑块的行程H=2=2lABAB专业 机械制造与自动化科目 机械原理摆动导杆机构以曲摆动导杆机构以曲柄为原动件，当曲柄为原动件，当曲柄与从动导杆垂直柄与从动导杆垂直时，机构处于两个时，机构处于两个极限位置。极限位置。ABCC1C20,0,有急回运动。有急回运动。摆动导杆机构恒有：摆动导杆机构恒有：专业 机械制造与自动化科目 机械原理双曲柄机构由于从动曲柄不存在极限位置，双曲柄机构由于从动曲柄不存在极限位置，因此没有急回运动。因此没有急回运动。一般双曲柄机构，当主动曲柄等角速转动时一般双曲柄机构，当主动曲柄等角速转动时,从动曲柄作周期性变角速转动，其从动曲柄从动曲柄作周期性变角速转动，其从动曲柄角速度逐渐增大区间与逐渐减小区间的平均角速度逐渐增大区间与逐渐减小区间的平均角速度之比也可称为行程速度变化系数。角速度之比也可称为行程速度变化系数。专业 机械制造与自动化科目 机械原理3 3、铰链四杆机构的传动角和死点、铰链四杆机构的传动角和死点压力角和传动角压力角和传动角ABCDF若不考虑各运动副若不考虑各运动副中的摩擦力及各构中的摩擦力及各构件的自重、惯性力件的自重、惯性力的影响，则连杆为的影响，则连杆为二力杆。二力杆。v原动件通过连杆作原动件通过连杆作用在从动件上的力用在从动件上的力的方向，与从动件的方向，与从动件受力点速度方向之受力点速度方向之间所加的锐角称机间所加的锐角称机构的压力角构的压力角。压力角的余角称传动角。压力角的余角称传动角。+=90=90专业 机械制造与自动化科目 机械原理ABCDFvFtFn Ft=Fcos Fn=Fsin压力角越小，传动压力角越小，传动角越大，机构的传角越大，机构的传力性能越好力性能越好机构运动过程中，压力角、传动角是变化的机构运动过程中，压力角、传动角是变化的.为保证机构传力性能良好，应使为保证机构传力性能良好，应使 min4040 5050受力很小或不常使用的操受力很小或不常使用的操纵机构允机构允许较小小传动角角 专业 机械制造与自动化科目 机械原理ABCDFv注意：当注意：当BCBC、CDCD的夹角的夹角为锐角时，为锐角时，=BCDBCD当当BCBC、CDCD的夹角为钝角的夹角为钝角时，时，=180-=180-BCDBCD专业 机械制造与自动化科目 机械原理ABCD曲柄摇杆机构以曲曲柄摇杆机构以曲柄为原动件，机构柄为原动件，机构的最小传动角出现的最小传动角出现在曲柄与机架共线在曲柄与机架共线的两位置之一。的两位置之一。B1 1B2 2C1 1C2 21 12 2比较这两个位置的传动角比较这两个位置的传动角1 1、2 2，其中的较，其中的较小值时机构的最小传动角小值时机构的最小传动角minmin。专业 机械制造与自动化科目 机械原理曲柄滑块机构以曲柄曲柄滑块机构以曲柄为原动件，其最大压为原动件，其最大压力角（最小传动角）力角（最小传动角）出现在曲柄与滑块的出现在曲柄与滑块的移动导路中线相垂直移动导路中线相垂直的两位置之一。的两位置之一。导杆机构以曲柄为原导杆机构以曲柄为原动件，动件，FvmaxminFv00。专业 机械制造与自动化科目 机械原理人有了知识，就会具备各种分析能力，人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说古人说“书中自有黄金屋。书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进鼓舞我们前进。专业 机械制造与自动化科目 机械原理