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1、第2章 平面连杆机构及其设计,21 铰链四杆机构的基本形式和特性 22 铰链四杆机构的曲柄存在条件 23 铰链四杆机构的演化 24 平面四杆机构的设计,本章教学内容,第2章 平面连杆机构及其设计,了解平面连杆机构的组成及其主要优缺点; 了解铰链四杆机构的基本形式及其演化； 明确四杆机构曲柄存在条件和机构急回运动及行程速比系数等概念； 对传动角、死点等有明确的概念； 了解平面四杆机构设计的基本问题，掌握根据具体设计条件和实际需要设计平面四杆机构的方法。,本章教学目的,21 铰链四杆机构的基本形式和特性,由若干个构件通过低副连接而组成。,优点：运动副为面接触，压强小，承载能力大，耐冲击 运动副元素
2、的几何形状为平面或圆柱面，便于加 工制造. 原动件运动规律不变情况下，通过改变各构件相 对长度可使从动件得到不同的运动规律 连杆曲线可以满足不同运动轨迹的设计要求,缺点：运动积累误差较大，影响传动精度 惯性力不好平衡而不适于高速传动 设计方法比较复杂,连杆机构定义,连杆机构的特点,21 铰链四杆机构的基本形式和特性,平面四杆机构的基本型式,基本型式铰链四杆机构,连杆,连架杆,连架杆,曲柄：能作整周回转的连架杆。 摇杆：只能在一定范围内摇动的连架杆； 整转副：组成转动副的两构件能整周相对转动； 摆转副：不能作整周相对转动的转动副。,全部用转动副相连的平面四杆机构,曲柄摇杆机构,铰链四杆机构中，若
3、其两个连架杆一为曲柄，一为摇杆， 则此四杆机构称为曲柄摇杆机构。,应用：,雷达调整机构,缝纫机踏板机构,双曲柄机构,在铰链四杆机构中，若其两个连架杆都是曲柄，则称为双曲柄机构。,平行四边形机构：指相对两杆平行且相等的双曲柄机构。,惯性筛机构,平行四边形机构特性： 两曲柄同速同向转动 连杆作平动,平行四边形机构的应用实例,摄影平台升降机构,逆平行（反平行）四边形机构：指两相对杆长相等但不平行的双曲柄机构,车门开闭机构,应用实例,双摇杆机构,铰链四杆机构若两连架杆都是摇杆，则称其为双摇杆机构。,应用实例,等腰梯形机构：指两摇杆长相等的双摇杆机构。,应用实例,造型机翻转机构,急回运动,急回运动,1.
4、机构极位：曲柄回转 一周，与连杆两次共线， 此时摇杆分别处于两极 限位置。 2.极位夹角：机构在两 个极位时，原动件所处 两个位置之间所夹的锐 角,3.急回运动：,曲柄等速转动情况下，摇杆往复摆动的平均速度一快一慢， 机构的这种运动性质称为急回运动。,4.行程速比系数K 为表明急回运动程度，用反正行程速比系数K来衡量：,q角愈大，K值愈大，急回运动性质愈显著。,对心曲柄滑块机构=0，没有急回运动,偏置曲柄滑块机构 0，有急回运动,摆动导杆机构的急回运动 机构急回的作用： 节省空回时间，提高工作效率。 注意：急回具有方向性,四杆机构的压力角和传动角,机构压力角： 从动件上作用点的力与该点的速度方
5、向之间所夹的锐角,传动角：机构压力角 的余角称为机构在此 位置的传动角 g,常用传动角大小及变 化来衡量机构传力性 能的好坏。,最小传动角的位置：,曲柄摇杆机构： gmin出现在曲柄与机架共线的两位置之一。,或,死点位置,曲柄摇杆机构：若以摇杆CD为主动件，则当连杆与曲柄共线时，机构传动角为零，这时CD通过连杆作用于从动件AB上的力恰好通过其回转中心，出现不能使构件AB转动而“顶死”的现象，机构的这种位置称为死点位置。,传动机构中使机构通过死点的措施：,措施一：将两组以上组合而使各组机构死点错位排列,缝纫机脚踏板机构,措施二：加装飞轮利用惯性使机构通过死点位置,利用死点实现特定工作要求的机构示
6、例：,工件夹紧机构,22 铰链四杆机构有整转副的条件,平面四杆机构有整转副条件,分析： 构件AB为曲柄，则A应为整转副； 为此AB杆应能占据整周中的任何位置； 因此AB杆能占据与AD共线的位置AB及AB。,由DB C,平面四杆机构有整转副的条件,结论： 转动副A成为整转副的条件： 1)最短杆长度+最长杆长度其余两杆长度之和 杆长条件,2)整转副是由最短杆与其邻边组成的。,推论： 当机构尺寸满足杆长条件时，最短杆两端的转动副均 为整转副；其余转动副为摆转副。,平面四杆机构有曲柄的条件 机构尺寸满足杆长条件，且最短杆为机架或连架杆。,平面四杆机构有曲柄的条件(续),例：图示机构尺寸满足杆长条件，当
7、取不同构件为机架时各得什么机构？,23 铰链四杆机构的演化,改变构件的形状和运动尺寸,曲柄存在条件： 对心曲柄滑块机构：L1L2 行程S=2L1 偏置曲柄滑块机构：L1+eL2,平面四杆机构的演化型式(续),从动件3的位移与原动件1的转角成正比：,移动副可认为是回转中心在无穷远处的转动副演化而来,双滑块机构,改变运动副的尺寸,曲柄AB尺寸较小时，由于 结构需要，将曲柄作成几何 中心与回转中心不重合的圆 盘，称为偏心轮。 几何中心与回转中心间距 离称为偏心距，等于曲柄长。,在曲柄滑块机构（曲柄摇杆机构）中，若曲柄很短，可将转动副B的尺寸扩大到超过曲柄长度，则曲柄AB就演化成几何中心B不与转动中心
8、A重合的圆盘，该圆盘称为偏心轮，含有偏心轮的机构称为偏心轮机构。,偏心轮机构结构简单，偏心轮轴颈的强度和刚度大，且易于安装整体式连杆，广泛用于曲柄长度要求较短、冲击在和较大的机械中。,选不同的构件为机架,导杆机构,简易刨床,牛头刨床机构,应用实例,曲柄摇块机构,定块机构,选运动链中不同构件为机架得不同机构的方法称为机构的倒置,手摇唧筒,曲柄滑块机构中，当将连杆改为机架时，就演化成摇块机构。,应用,24 平面四杆机构的设计,平面连杆设计的基本问题,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（结构条件动力条件等）,平面连杆机构设计
9、的三大类基本命题,1)满足预定的运动规律,2)满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构。,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：解析法、图解法,图解法设计四杆机构,1.按预定的连杆位置设计四杆机构,设计分析：,已知连杆长度及两预定位置B1C1、B2C2，设计该四杆机构。,铰链和轨迹为圆弧，其圆心分别为点和。,和分别在B1B和C1C的垂直平分线上。,设计步骤：,A,D,已知连杆长度，要求机构在运动过程中占据图示B1C1、 B2C2、B3C3三个位置，试设计该四杆机构。
10、,设计步骤：,2、按给定的行程速比系数K设计四杆机构,例：偏置曲柄滑块机构，s=30mm,e=12mm,K=1.5,设计此机构。,按给定的行程速比系数K设计四杆机构（续）,导杆机构,已知：机架长度d，K，设计此机构。,按两连架杆的预定位置设计四杆机构,给定连架杆对应位置： 即构件3和构件1满足以下位置关系：,3if (1i ) i=1,2,3n 设计此四杆机构。,建立坐标系,设构件长度为a b c d, 13,的起始角为0、0,a+b=c+d,在x,y轴上投影可得：,acoc(1i+0 )+bcos2i = d+ccos(3i+0 ),asin(1i+0 )+bsin2i = csin(3i+
11、0 ) 令： a/a=1 b/a=m c/a=n d/a=l,消去2i整理得： cos(1i+0)ncos(3i+0 )-(n/l) cos(3i+0-1i -0 )+(l2+n2+1-m2)/(2l),按两连架杆的预定位置设计四杆机构,令 p0=n, p1= -n/l, p2=(l2+n2+1-m2)/(2l),则上式简化为： coc(1i+0 )P0cos(3i+0 ) p1 cos(3i+0 -1i -0 )+ p2,式中包含有p0，p1，p2，0，0五个待定参数,故四杆机构最多可按两连架杆的五组对应未知精确求解。,当i5时，可预定部分参数，有无穷多组解。,当i5时，一般不能求得精确解。,用实验法设计四杆机构,1.按两连架杆对应角位移设计四杆机构,设计步骤：,9O,按预定的运动轨迹设计,设计要求：已知原动件AB长度及中心A和连杆上一点M,要求设计四杆机构使M沿预定轨迹运动。,连杆曲线仪,连杆曲线图谱例：,本章小结,四杆机构及其特点 平面四杆机构的类型,基本型式 演化型式,平面四杆机构的基本知识,平面四杆机构有曲柄的条件 急回运动 四杆机构传动角及压力角 铰链四杆机构的运动连续性,平面四杆机构的设计 平面连杆机构设计的基本问题 设计方法：解析法、图解法、实验法,
