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1、第八章 平面连杆机构及其设计 81 连杆机构及其传动特点 82 平面四杆机构的类型和应用 83 有关平面四杆机构的一些基本知识 84 平面四杆机构的设计 81 连杆机构及其传动特点 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、床、牙膏筒拔管 机、单车等 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。 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。 构件呈“杆”状、传递路线长。 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。 难以实现精确的
2、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。 82 平面四杆机构的类型和应用 1.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： 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。 连杆作平面运动的构件； 连架杆与机架相联的构件； 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 。 曲柄 连杆 摇杆 （2）双曲柄机构 特征：两个曲柄 作用：将等速回转转变
3、为等速或变速回转。如惯性筛等。 雷达天线俯仰机构 曲柄主动 A B D C 1 2 4 3 A B D C 1 2 4 3 2 1 4 3 缝纫机踏板机构 摇杆主动 3 1 2 4 A B D C 1 2 3 4 E 6 耕地 料斗 D C A B 实例：火车轮 惯性筛机构 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 香皂成型机。 BC = AD A BC D 3 1 BC A B D C 耕地 料斗 D C A B 、摄影平台 A D B C 、天平、播种机料斗机构 为避免在共线位置出现运动不确定， 采用两组机构错开排列。 反平行四边形机构 -车门开闭机构 反
4、向 AE D G BF C A B E F D C G 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：等腰梯形机构汽车转向机构 、风扇摇头机构 A B D C B C A B D C 风扇座 蜗轮 蜗杆 电机电机 A B D C 风扇座 蜗轮 蜗杆 电机 A B D C 风扇座 蜗轮 蜗杆 A B D C E A B D C E 2.平面四杆机构的演化型式 (1) 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 s=l sin (2)改变运动副的尺寸 (3)选不同的构件为机架 偏心轮机构 导
5、杆机构 3 1 4 A 2 B C 3 1 4 A 2 B C 曲柄滑块机构 摆动导杆机构 转动导杆机构 小型刨床 牛头刨床 应用实例 A B D C E 1 2 3 4 5 6 A B D C 1 2 4 3 C2 C1 (3)选不同的构件为机架 摇块机构 3 1 4 A 2 B C 导杆机构 3 1 4 A 2 B C 3 1 4 A 2 B C 曲柄滑块机构 A C B 1 2 3 4 应用实例 B 2 3 4 C 1 A 自卸卡车举升机构 应用实例 B 3 4 C 1 A 2 应用实例 4A 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
6、 (3)选不同的构件为机架 摇块机构 3 1 4 A 2 B C 导杆机构 3 1 4 A 2 B C 3 1 4 A 2 B C 曲柄滑块机构 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 A B C 3 2 1 4 (4)运动副元素的逆换 将低副两运动副元素的包容关系进行逆换，不影响两 构件之间的相对运动。 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 导杆机构 摇块机构 正弦机构 3 2 1 4 1 2 3 4 43 2 1 3 2 1 4 83 有关平面四杆机构
7、的一些基本知识 1.平面四杆机构有曲柄的条件 设ad，同理有： da, db, dc a b d c C BAD B” C” 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： a+db+c c(d-a)+ b 即: a+bd+c 即: a+cd+b AB为最短杆 AD为最短杆ad中必有一个是机架 最长杆与最短杆的长 度之和其他两杆长 度之和 c b d-a 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
8、链B也是周转副。 A B C D a b c d 称为杆长条件。 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、 双曲柄、 双摇杆机构。 A B C D 2.急回运动和行程速比系数 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。 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： 曲柄摇杆机构3D B1 C1 A D 此两处曲柄之间的夹角 称为极位夹角。 C2 B2 180 当曲柄以继续转过180-时，摇杆从C2D,置摆到C1D， 180- B1 C1 A D
9、C2 B2 180 所花时间为t2 ,平均速度为V2 ,那么有： 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。 并且：t1 t2 V2 V1 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 K1 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。 曲柄滑块机构的急回特性 应用：空行程节省运动时间，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？ 对于需要有急回运动的机构，常常是根据需要
10、的行程速比系数K, 先求出 ，然后在设计各构件的尺寸。 P Pt Pn A B C D min出现的位置： 3.四杆机构的压力角与传动角 切向分力: Pt= Pcos 法向分力: Pn= Pcos Pt 可用的大小来表示机构传动力性能的好坏, 对传动有利。 为了保证机构良好的传力性能，设计时要求: 当BCD90时，BCD 当BCD90时， 当BCD最小或最大时， 都有可能出现min 此位置一定是： = Psin 称为传动角 min50 180- BCD C D B A P 主动件与机架共线两处之一。 由余弦定律有： B1C1Darccosb2+c2-(d-a)2/2bc B2C2Darccos
11、b2+c2-(d+a)2/2bc 若B1C1D90,则 若B2C2D90, 则 1B1C1D 2180-B2C2D 机构的传动角一般在运动 链最终一个从动件上度量 。 车门 v C2 B2 1 C1 B1 a b c d minB1C1D, 180-B2C2Dmin 2 P 4.四杆机构的死点 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; P 称此位置为：“死点 ” 0 靠飞轮的惯性（如内然机、缝纫机等）。 AE D G BF C A B E F D C G A B C D 1 2 3 4 P 钻孔夹具 也可以利用死点进行工作：
12、 起落架、钻夹具等。 工件 A B C D 1 2 3 4 工件 P =0 T A B D C 飞机起落架 A B C D F =0 5.铰链四杆机构的运动连续性 指连杆机构能否连续实现给定的各个位置。 可行域：摇杆的运动范围。 不可行域：摇杆不能达到的区域。 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。 称此为错位不连续。 错序不连续 设计连杆机构时，应满足运动连续性条件。 D A B1 C1 B2 C2 B3 C3 D A B1 C1 B3 C3 B2 C2 C C1 C2 C1 C2 C A D B 84 平面四杆机构的设计 1.连杆机构设计的基本问题 2. 用解析法设计四杆
13、机构 3.用作图法设计四杆机构 3.2按两连架杆三组对应位置设计四杆机构 3.1按预定连杆位置设计四杆机构 3.3按连杆上任意标志线的三组对应位置设计四杆机构 3.4按给定的行程速比系数K设计四杆机构 84 平面四杆机构的设计 1.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。 三类设计要求： 1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如起落架、牛头刨 。 2)满足预定的连杆位置要求，如铸造翻
14、箱机构。 3)满足预定的轨迹要求，如鹤式起重机、搅拌机等。 飞机起落架 函数机构 A D C B B C 要求两连架杆转角对应 要求两连架杆的转角 满足函数 y=logx x y=logx A B C D 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 A B C D E Q C BA D E 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 2. 用解析法设计四杆机构 思路：首先建立包含机构的各尺度参数和运动变量在内的解析 关系式，然后根据已知的运动变量
15、求解所需的机构尺度参数。 1 )按预定的运动规律设计四杆机构 x y A B C D 1 2 3 4 2. 用解析法设计四杆机构 1 )按预定的运动规律设计四杆机构 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： 2i 1i 3i 00 a b c d 建立坐标系,设构件长度为a b c d,13,的起始角为0、0 在x,y轴上投影可得： a+b=c+d 机构尺寸比例放大时，不影响各构件相对转角 acoc(1i+0 )+bcos2i = d+ccos(3i+0 ) asin(1i+0 )+bsin2i = csin(3i+0 ) 令： a/a=1 b/a=m c/a=n d/a=l 3if (1i ) i=1,2,3n 设计此四杆机构(求各构件长度)。 带入移项得： mcos2 i= l+ncos(3i+0 )cos(1i+0 ) 消去2i整理得： cos(1i+0)ncos(3i+0 )-(n/l) cos(3i+0-1i -0 ) +(l2+n2+1-m2)/(2l) 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 )+
