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,*,平面连杆机构,第,4,章,平面连杆机构,学习目的,:,掌握平面四杆机构的基本形式和演化方法，掌握平面四杆机构的基本特性，会进行简单平面四杆机构的图解法设计。,4.4,平面四杆机构的设计,4.3,平面四杆机构的基本特性,4.2,平面四杆机构的基本形式及其演化,4.1,概述,若干构件用,低副,（转动副、移动副）连接而成的平面机构。,4.1,概 述,平面连杆机构：,平面连杆机构的特点,：,优点：,运动副是低副，接触面积大、压强小、磨损小；制 造容易。,缺点：,设计复杂；,各构件因是低副联接，存在间隙，传动精度低；,一般适用于速度较低场合。,能实现多种运动形式的转换和比较复杂的运动规律的要求；,四连杆机构,是最基本的平面连杆机构，即,平面四杆机构,4.2,平面四杆机构的基本形式及其演化,4.2.1,平面四杆机构的基本形式,AD,机架,AB,、,CD,连架杆,BC,连杆,连架杆,往复摆动,摇杆,能整圈回转,曲柄,A,D,C,B,由四个杆状构件及四个转动副组成。,铰链四杆机构：,铰链四杆机构有三种基本形式：,曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构,。,1,）,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,。,（曲柄主动）,雷达天线俯仰机构,搅拌机构,缝纫机踏板机构,（摇杆主动）,动画,动画,动画,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,。,惯性筛机构,特例：,平行四边形机构,特征：,两连架杆等长且平行，,连杆作平动。,机车车轮联动机构,动画,动画,平行四边形机构存在,运动不确定,位置,。,可采取两种措施,予以克服,：,2,）添加辅助构件。,1,）依靠构件惯性；,反平行四边形机构,-,车门开闭机构,车门启闭机构,车门启闭机构,动画,3,）双摇杆机构,特点：两连架杆都是摇杆,飞机起落架机构,电风扇摇头机构,动画,动画,特例：,等腰梯形机构,汽车转向,机构,动画,4.2.2,铰链四杆机构的演化,1.,转动副转化成移动副,曲柄摇杆机构,曲柄滑块机构,偏置曲柄滑块机构,对心,曲柄滑块机构,B,A,1,2,3,4,C,B,A,1,2,3,4,C,A,1,2,3,4,C,B,3,A,2,1,4,C,B,A,2,3,4,C,B,1,取,1,为机架,取,2,为机架,取,3,为机架,增加,1,的长度,2,取不同的构件为机架,对心曲柄滑块机构,曲柄摇块机构,曲柄转动导杆机构,曲柄摆动导杆机构,定块机构,(,d,),曲柄摆动导杆机构,牛头刨床,应用实例,:,小型刨床,（,摆动导杆机构,）,（,转动导杆机构,）,平面连杆机构的类型、特点和分类,动画,动画,手动唧筒机构,自动卸料机构,动画,动画,3,其他演变,变化含有两个移动副的四杆机构的机架,正弦机构,缝纫机跳针机构,动画,双转块机构,双滑块机构,动画,动画,扩大回转副,偏心轮机构,曲柄,滑块机构,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。,观察天平机构，它利用了哪种四杆机构的哪种特性？,【,思考题,4.1】,要使杆,AB,成为曲柄，转动副,A,就应为周转副，由,AB,杆与,AD,杆两次共线的位置可分别得到,DBC,和,DBC,将上式两两相加,4.3,平面四杆机构的基本特性,4.3.1,铰链四杆机构存在曲柄的条件,即,AB,杆为最短杆。,1.,最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和，此条件为杆长条件。,2.,最短杆必为机架或连架杆,。,分析上述各式，可得出,曲柄存在的条件,是：,双摇杆机构,曲柄摇杆机构,双摇杆机构,双曲柄机构,以,最短杆相邻杆,为机架,以与,最短杆相对的杆,为机架,以,最短杆,为机架,N,Y,铰链四杆机构类型的判断方法：,C”,B”,1,）,a,为最短杆,2),a+eb,e,曲柄滑块机构,有曲柄的条件,?,A,a,b,B,C,C,B,【,思考题,4.2】,例,4.,1,a=100,b=150,c=200,d=300,取不同的杆为机架是否有曲柄,?,100+300150+200,例,4.2,a=100,b=250,c=200,d=300,取不同的杆为机架是否有曲柄,?,故无论取何杆为机架均为双摇杆机构,100+300250+200,故取,a,作机架为双曲柄机构。,取,b,或,d,作机架则为以,a,为曲柄的曲柄摇杆机构。,取,c,作机架则为双摇杆机构。,解：,解：,例,4.,3,在铰链四杆机构,ABCD,中，若,AB,、,BC,、,CD,三杆的长度分别为：,a=120mm,，,b=280mm,c=360mm,，,机架,AD,的长度,d,为变量。试求；,(1),当此机构为曲柄摇杆机构时，,d,的取值范围；,(2),当此机构为双摇杆机构时，,d,的取值范围；,(3),当此机构为双曲柄机构时，,d,的取值范围。,解：,而摇杆摆角均为,所以，摇杆往复运动的快 慢不同。,从,C,1,DC,2,D,：,从,C,2,DC,1,D,：,4.2.2,急回特性,曲柄以 由,AB,1,顺时针转到,AB,2,，曲柄转角,由,AB,2,顺时针转到,AB,1,，曲柄转角,摇杆的这种特性称为,急回运动,。,极位夹角：,为摇杆位于两极限位置时，对应的曲柄所夹的锐角 。,设计机械时，一般先根据机械的急回要求给出,K,值，再求出极位夹角 ，最后确定各构件尺寸。,最大摆角,:,摇杆往复摆过的最大角度 。,称,K,为,行程速比系数,。,曲柄滑块机构,和,摆动导杆机构,的,急回特性,对心曲柄滑块机构中，由于其,=0,，,K=1,，,故无急回作用,偏置曲柄滑块机构，因其,0,故有急回作用。,摆动导杆机构中，当曲柄,AC,两次转到与导杆垂直时，导杆处于两侧极位。由于其,0,，,故也有急回作用。,图所示小型刨床机构中的转动导杆机构有无急回特性,?,【,思考题,4.3】,机构运转时，,传动角是变化的,，通常规定最小传动角的下限。,作用在从动件,3,上的驱动力,F,与该力作用点绝对速度,v,c,之间所夹的锐角。,有效分力,F,t,=,Fcos,越小，有效分力越大,压力角的余角。,4.3.3,压力角与传动角,一般机械，取,min,40,；大功率,机械，取,min,50,。,压力角,：,传动角：,出现最小传动角,min,的位置分析,对于曲柄摇杆机构，,min,出现在主动曲柄与机架共线的两位置之一,对于曲柄摇杆机构，当摇杆为主动件时，,在连杆与曲柄两次共线的位置，机构均不能运动。,机构的这种位置称为：,“,死点,”（机构的死点位置）,在,“,死点,”,位置，,机构的传动角,0,4.3.4,死点位置,可以利用“死点”位置进行工作，,例如：飞机,起落架,、,钻夹具,等。,“死点”位置的过渡方法：,1.,依靠,飞轮的惯性,（如内燃机、缝纫机等）。,2.,两组机构错开排列，如,火车轮联动机构,。,动画,动画,1.,双摇杆机构有无死点位置？,2.,双曲柄机构有无死点位置？,（无）,（有）,【,思考题,4.4】,4.4,平面四杆机构的设计,根据给定的使用要求，选择机构的类型，确定机构的尺寸参数。,设计的基本问题,:,1.,按给定的运动规律（如急回特性、对应位置等）设计；,2.,按给定的运动轨迹设计,设计方法：,图解法、解析法和实验法,设计任务：,4.4.1,按给定的行程速比系数,设计四杆机构,已知条件：,摆角,设计关键：,找铰链中心,A,点的位置。,C,1,D,A,摇杆长度,和行程速比系数,。,C,2,曲柄摇杆机构,B,1,1),画出摇杆,CD,两极限位置，且,C,1,DC,2,=,;,N,C,2,C,1,D,A,B,2,E,2),画辅助圆,;,3),根据机架长度或位置确定,A,点,;,4),连接,AC,1,、,AC,2,，,C,1,AC,2,=,;,5),确定曲柄、连杆长度。,设计方法,：,90,E,2,2a,e,曲柄滑块机构,H,已知,K,，,滑块行程,H,，,偏距,e,，,设计此机构。,计算,:,180(K-1)/(K+1);,作,C,1,C,2,H,作射线,C,1,O,使,C,2,C,1,O=90,以,O,为圆心，,C,1,O,为半径作圆。,以,A,为圆心，,A C,1,为半径作弧交于,E,得：,作射线,C,2,O,使,C,1,C,2,O=90,。,作偏距线,e,，,交圆弧于,A,，,即为所求。,C,1,C,2,90-,O,90-,A,l,1,=EC,2,/2,l,2,=A C,2,EC,2,/2,m,n,=,D,导杆机构,由于,与导杆摆角,相等，设计此机构时，仅需要确定曲柄,a,。,计算,180(K-1)/(K+1);,任选,D,作,mDn,，,取,A,点，使得,AD=d,，则,:a=dsin(,/2),。,A,d,作角分线,;,已知：机架长度,d,，,K,，,设计此机构。,分析：,A,D,=,给定连杆两组位置,有唯一解。,B,2,C,2,A,D,将铰链,A,、,D,分别选在,B,1,B,2,，,C,1,C,2,连线的垂直平分线上任意位置都能满足设计要求。,给定连杆上铰链,BC,的三组位置,有无穷多组解。,A,D,B,2,C,2,B,3,C,3,A,D,B,1,C,1,B,1,C,1,4.4.2,按给定的连杆位置设计四杆机构,热处理电炉炉门开关机构的设计,D,1),首先在一张纸上取固定轴,A,的位置，作原动件角位移,i,位置,i,i,位置,i,i,12 15,0,10.8,0,45 15,0,15.8,0,23 15,0,12.5,0,56 15,0,17.5,0,34 15,0,14.2,0,67 15,0,19.2,0,2),任意取原动件长度,AB,3),任意取连杆长度,BC,，,作一系列圆弧,;,4),在一张透明纸上取固定轴,D,，,作角位移,i,D,k,1,5),取一系列从动件长 度作同心圆弧。,6),两图叠加，移动透明,纸，使,k,i,落在同一圆,弧上。,i,i,A,C,1,B,1,4.4.3,实验法设计四杆机构,本,章,小,
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