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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,2,章 平面连杆机构,2,1,铰链四杆,机构的基本型式和,应用,2,2,平面,四杆,机构,的工作特性,2,3,铰链四杆,机构,的,演化,2,4,平面,四杆机构的设计,本章重点：,1.,四杆机构的基本形式、演化及应用；,2.,曲柄存在条件、传动角,、,压力角,、,死点、急回特性：极位夹角和行程速比系数等物理含义，并熟练掌握其确定方法；,3.,掌握按连杆二组位置、三组位置、连架杆三组对应位置、行程速比系数设计四杆机构的原理与方法。,平面连杆机构应用实例：,内燃机,、,鹤式吊,、,火车轮,、,急回冲床,、,牛头刨床,、,翻箱机,、,椭圆仪,、,机械,手爪,、,开窗、车门、折叠伞、折叠床、牙膏筒拔管机、单车等。,特征：,有一作平面运动的构件，称为连杆。,特点：,采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损,形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。,改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。,连杆曲线丰富。可满足不同要求。,定义：,由低副（转动、移动）连接组成的平面机构。,缺点：,构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低,。,产生动载荷（惯性力），不适合高速。,设计复杂，难以实现精确的轨迹。,分类,:,平面连杆机构,空间连杆机构,常以构件数命名：,四杆机构,、,多杆机构,。,本章重点内容是介绍,四杆机构。,平面四杆机构的基本型式,:,基本型式,铰链四杆机构,，其它四杆机构都是由它演变得到的。,名词解释：,机架固定不动的构件；,连架杆,与机架相联的构件；,连杆,与,连架杆,相联的活动构件；,曲柄,作整周定轴回转的构件,；,三种基本型式：,（,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。,如雷达天线。,摇杆,作定轴摆动的构件；,周转副,能作,360,相对回转的运动副；,摆转副,只,能作有限角度摆动的运动副。,机架,连杆,摇杆,2,1,铰链四杆,机构的基本型式和,应用,曲柄,A,B,C,1,2,4,3,D,A,B,D,C,1,2,4,3,（,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。,雷达天线俯仰角调整机构,曲柄主动,缝纫机踏板机构,应用实例：,如,叶片泵,、,惯性筛,等。,2,1,4,3,摇杆主动,3,1,2,4,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,3,1,A,B,C,D,耕地,料斗,D,C,A,B,耕地,料斗,D,C,A,B,实例：,火车轮,特例：,平行四边形机构,AB=CD,特征：,两连架杆等长且平行，,连杆作平动,BC=AD,A,B,D,C,摄影平台,A,D,B,C,B,C,天平,播种机料斗机构,反平行四边形机构,-,车门开闭机构,反向,F,A,E,D,G,B,C,A,B,E,F,D,C,G,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。,A,B,D,C,E,（,3,）,双摇杆机构,特征：,两个摇杆,应用举例：,铸造翻箱机构,特例：,等腰梯形机构汽车前轮转向,机构,、风扇摇头,机构,A,B,D,C,风扇座,蜗轮,蜗杆,电机,A,B,D,C,E,A,B,D,C,E,电机,A,B,D,C,风扇座,蜗轮,蜗杆,电机,B,C,A,D,风扇座,蜗轮,蜗杆,A,B,D,C,l,1,l,2,l,4,l,3,C,B,A,D,平面,四杆机构,具有,整转副,可能存在,曲柄。,杆,1,为曲柄，作整周回转，必有两次与机架共线,l,2,(,l,4,l,1,)+,l,3,则由,BCD,可得,：,三角形任意两边之和大于第三边,则由,B”C”D,可得：,l,1,+,l,4,l,2,+,l,3,l,3,(,l,4,l,1,)+,l,2,AB,为最短杆,最长杆与最短杆的长度之和其他两杆长度之和,2,2,平面四杆,机构,的工作特性,l,1,+,l,2,l,3,+,l,4,C”,l,1,l,2,l,4,l,3,A,D,l,4,-,l,1,将以上三式两两相加的：,l,1,l,2,l,1,l,3,l,1,l,4,l,1,+,l,3,l,2,+,l,4,一、铰链四杆,机构,有整转副和,曲柄,的条件,2.,连架杆或机架之一为最短杆（简称,最短杆条件,）。,可知：当满足杆长条件时，其最短杆参与构成的转动副都是整转副,。,曲柄存在的条件：,最长杆与最短杆的长度之和应,小于或等于,他两杆长,度之和,（简称杆长和条件）,。,此时，铰链,A,为整转副。,若取,BC,为机架，则结论相同，可知铰链,B,也是整转副。,A,B,C,D,l,1,l,2,l,3,l,4,当满足杆长和条件时，说明存在整转副，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,、,双曲柄,、,双摇杆机构,。,A,B,C,D,B,2,C,2,A,D,二,.,急回运动,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。,当曲柄以,顺时针转过,180+,时，摇杆从,C,1,D,位置,摆到,C,2,D,。,所花时间为,t,1,平均速度为,V,1,那么有：,曲柄摇杆机构,3D,此两处曲柄之间所夹的锐角,称为,极位夹角,。,180,C,1,B,1,C,1,B,1,B,C,A,D,C,当曲柄以,继续转过,180-,时，摇杆从,C,2,D,位,置摆到,C,1,D,，,所花时间为,t,2,平均速度为,V,2,那么有：,180-,因曲柄转角不同，故摇杆来回摆动的时间不一样，平均速度也不等。,显然：,t,1,t,2,V,2,V,1,摇杆的这种特性称为,急回运动,。,用以下比值表示急回程度,称,K,为,行程速比系数,。,且,越大，,K,值越大，急回性质越明显。,只要,0,，,就有,K,1,所以可通过分析机构中是否存在,以及,的大小来判断机构是否有急回运动或运动的程度。,设计新机械时，往往先给定,K,值，于是,:,F,F,F”,当,BCD90,时，,BCD,三,.,压力角和传动角,压力角,：,从动件驱动力,F,与力作用点绝对速度之间所夹锐角。,A,B,C,D,设计时要求,:,min,50,min,出现的位置：,当,BCD90,时，,180-BCD,切向分力,:,Ft=,Fsin,法向分力,:,Fn=,Fcos,对传动有利,。,称,为,传动角,。,此位置一定是：,主动件与机架共线两处之一。,C,D,B,A,F,可用,的大小来表示机构传动力性能的好坏,Fn,Ft,当,BCD,最小或最大时，都有可能出现,min,为了保证机构良好的传力性能,F,四,.,机构的死点位置,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,.,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”,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,工件,A,B,C,D,1,2,3,4,P,A,B,C,D,1,2,3,4,工件,P,钻孔夹具,=0,A,B,D,C,飞机起落架,=0,F,也可以利用死点进行工作,：,飞机,起落架,、,钻夹具,等。,一、,一,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,双滑块机构,正弦机构,s,=l sin,l,2,3,铰链四杆,机构,的,演化,二、,改变运动副的尺寸,三、,选不同的构件为机架,偏心轮机构,导杆机构,摆动导杆机构,转动导杆机构,3,1,4,A,2,B,C,曲柄滑块机构,3,1,4,A,2,B,C,牛头刨床,应用实例,:,A,B,D,C,1,2,4,3,C,2,C,1,小型刨床,A,B,D,C,E,1,2,3,4,5,6,应用实例,B,2,3,4,C,1,A,自卸卡车举升机构,A,C,B,1,2,3,4,应用实例,B,3,4,C,1,A,2,应用实例,4,A,1,B,2,3,C,应用实例,1,3,C,4,A,B,2,应用实例,A,1,C,2,3,4,B,导杆机构,3,1,4,A,2,B,C,曲柄滑块机构,3,1,4,A,2,B,C,摇块机构,3,1,4,A,2,B,C,应用实例,A,1,C,2,3,4,B,3,1,4,A,2,B,C,直动滑杆,机构,手摇唧筒,这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法称为：,机构的倒置,B,C,3,2,1,4,A,导杆机构,3,1,4,A,2,B,C,曲柄滑块机构,3,1,4,A,2,B,C,摇块机构,3,1,4,A,2,B,C,A,B,C,3,2,1,4,椭圆仪机构,例：选择双滑块机构中的不同构件,作为机架可得不同的机构,1,2,3,4,正弦机构,3,2,1,4,2,4,平面四杆机构的设计,连杆机构设计的基本问题,机构选型,根据给定的运动要求选择机,构的类型；,尺度综合,确定各构件的尺度参数,(,长度,尺寸,),。,同时要满足其他辅助条件：,a),结构条件（如要求有曲柄、杆长比恰当、,运动副结构合理等）,;,b),动力条件（如,min,）,;,c),运动连续性条件等。,飞机起落架,A,D,C,B,B,C,三类设计要求：,1),满足预定的运动规律,，两连架杆转角对应，如,:,飞机,起落架,。,要求两连架杆转角对应,2),满足预定的连杆位置要求，如,铸造翻箱机构,。,要求连杆在两个位置垂直地面且相差,180,A,B,D,C,鹤式起重机,搅拌机构,要求连杆上,E,点的轨迹为一条卵形曲线,要求连杆上,E,点的轨迹为一条水平直线,Q,Q,A,B,C,D,E,C,B,A,D,E,3),满足预定的轨迹要求，如,:,鹤式起重机,、,搅拌机,等。,给定的设计条件：,1),几何条件,（给定连架杆或连杆的位置）,2),运动条件,（给定,K,）,3),动力条件,（给定,min,）,设计方法：,图解法、解析法、实验法,一、按预定连杆位置设计四杆机构,a),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。,b),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,E,二、按给定的行程速比系数,K,设计四杆机构,1),曲柄摇杆机构,计算,180(K-1)/(K+1);,已知,：,CD,杆长，摆角,及,K,，,设计此机构。步骤如下：,任取一点,D,，,作等腰三角形,腰长为,CD,，,夹角为,;,作,C,2,P,C,1,C,2,，作C,1,P使,作,P,C,1,C,2,的外接圆，则,A,点必在此圆上。,选定,A,，,设曲柄为,l,1,，,连杆为,l,2,，,则,:,以,A,为圆心，,A,C,2,为半径作弧交于,E,得：,l,1,=EC,1,/2,l,2,=A,C,1,EC,1,/2,A,C,2,=,l,2,-,l,1,=,l,1,=(,A,C,1,A,C,2,)/2,C,2,C,1,P=90,交于,P;,90-,P,A,C,1,=,l,1,+,l,2,C,1,C,2,D,A,m,n,=,D,2),导杆机构,分析：,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。,A,D,E,2,2a,e,3),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
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