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1、机械原理课件范文 第第4章章平面连杆机构及其设计(Chapter4Planar linkagesand designof linkages)F A B C D ME基本内容1.连杆机构的基本概念学习重点1)连杆机构的特性；1)铰链四杆机构的基本形式、应用及演化；2)平面四杆机构的特性。 2.平面连杆机构的设计2)图解法设计平面四杆机构。 连杆机构及其传动特点(Linkages andtheir transmissioncharacterization)连杆机构低副机构1.优点1)面接触，压强小,承受大载荷；2)通过改变各构件相对长度,可使从动件获得不同的运动规律；3)可实现各种不同的轨迹要求。
2、 2.缺点1)运动链长，产生的累积误差大，效效率低；2)存在动载荷，不宜高速传动。 3.内容1)四杆机构的基础知识；2)四杆机构的基本设计方法。 4.1.1铰链四杆机构的基本型式组成构件 1、3连架杆构件2连杆构件4机架曲柄能作整周转动的连架杆。 摇杆只能在一定角度范围内摆动的连架杆。 (Types andapplication of four-bar linkages)4.1平面四杆机构的基本型式、应用和演化1423周转副组成转动副的两构件能作整周相对转动，该转动副称为周转副。 摆转副组成转动副的两构件不能作整周相对转动的转动副称为摆转副。 基本型式1.曲柄摇杆机构2.双曲柄机构3.双摇杆机
3、构1.曲柄摇杆机构雷达天线俯仰机构缝纫机的脚踏板机构412342.双曲柄机构415326惯性筛1432平行四边形机构有运动不确定因素。 A EF C D B机车车轮的联动机构1432反平行四边形机构车门开闭机构。 3.双摇杆机构等腰梯形机构:用于汽车、拖拉机的转向机构。 铸造用的翻箱机构E D C B A4123?A D C B4.1.2铰链四杆机构的演化1.转动副转化成移动副( (1)曲柄滑块机构C4123?A D B当当L CD时,?的曲率当当L CD时，?直线。 C412?A B3对心曲柄滑块机构偏心曲柄滑块机构C412?A B3?( (2)双滑块机构C412A B3?当当L BC时，?
4、直线。 C412A B3双滑块机构种类1432C412A B32.扩大转动副4C12A B3将将B点转动副扩大4C12A B33.取不同构件为机架4C12A B33412B A3C取构件11为机架:当当L1L2时，称为摆动导杆机构。 当当L1L2时，称为转动导杆机构。 14C2A B3摆动导杆机构转动导杆机构B取构件2为机架:称为摇块机构或翻斗车机构。 412A3C14C2A B3取构件3为机架:称为压水井机构或定块机构。 B23C14C2A B3(Characterization of four-bar linkages)4.2.1铰链四杆机构曲柄存在条件C1432b dc aD BA设四杆
5、机构ABCD中各杆长分别为a、b、c、d，讨论使a杆成为曲柄的条件。 设设a 4.2平面四杆机构的特性即即b+cBD b-cBD或cbBD当机构处在不同位置时,BD是变化的。 代入上三式可写成C1432b dc aD BA BD max=a+d,BD min=da。 b+cBDmax=a+d b-cBD min=d-a c-bBD min=d-ab+cBD b-cBD c-bBD将将 (1)+ (2)、 (2)+ (3)、 (3)+ (1)，并得ab，ac，ad若设ad,且以d为机架，同理可导出da，db，dc即a+db+c (1)a+bd+c (2)a+cd+b (3)综上所述，若使a为曲柄
6、，需要满足杆长条件，同时曲柄与机架中必有一杆为最短杆。 曲柄存在的条件如下1)最短杆加最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和；2)连架杆和机架中必有一杆是最短杆。 推论当“最短杆长度+最长杆长度其余两杆长度之和”时1)固定最短杆邻边，得曲柄摇杆机构;2)固定最短杆，得双曲柄机构;3)固定最短杆对边，得双摇杆机构。 当“最短杆长度+最长杆长度其余两杆长度之和”时固定任何杆件，均得双摇杆机构。 1)固定最短杆邻边得曲柄摇杆机构;2)固定最短杆得双曲柄机构;3)固定最短杆对边得双摇杆机构。 上述推论的应用1）判断类型;2）设计杆长。 例例1:判断下图所示四杆机构的类型。 a=40d=100c=70
7、b=60解:a+d=40+100=140b+c=60+70=130此机构为双摇杆机构。 a+db+c解解:1)对曲柄摇杆机构，曲柄应为最短杆，最短杆的邻边为机架。 2)对双曲柄机构，AD应为最短杆。 L AB+L BCL CD+L AD0L AB50mm L AB居中，则L AD+L BCL AB+L CDL AB70mm例例2:已知机构尺寸如图所示，AD为机架。 试问1)若此机构为曲柄摇杆机构，求L L AB的取值范围;2)若此机构为双曲柄机构，求L L AB的取值范围；3)若此机构为双摇杆机构，求L AB的取值范围。 a=x d=60c=90b=100A DB CL AB最大，则L AD+
8、L ABL BC+L CDL AB130mm3)对双摇杆机构，若满足杆长条件，应取最短杆对边作机架，显然题义不符合要求。 按最短杆+最长杆其余两杆之和，无论哪个构件作机架都为双摇杆机构。 其结果应为70mmL AB130mm L AB最小，则L AB+L BCL CD+L ADL AB50mm L AB居中，则L AD+L BCL CD+L ABLAB70mm LAB最大，则LAB+L ADL CD+L BCLAB130mm结果为50mmLAB70mm或或130mmLABL BC+L CD+L AD=250mm。 4.2.2急回特性D A B C C1C2B2B11.极位:当摇杆处在左、右两极
9、端位置时，对应整个机构所处的位置，即AB1C1D和AB2C2D称为极位。 2.极位夹角当机构处于极位时对应曲柄两位置之间所夹锐角称为极位夹角，用表示。 y y为摇杆在两极限位置的摆角。 主动件为曲柄y yq q3.行程速度变化系数K DA B C C1C2B2B1?1?2曲柄AB1AB2，?11=180o o+q q，t1t1t2AB2AB1，?22=180o o-q q，t2摇杆:21221212121121,v vtCCv D C D CtC CvD C DC?=?=?yyy yq q qq?-?+?=180180211211q qq q-?+?=?180180KK称为行程速度变化系数。
10、2112122112ttt CCt CCvvK=令上式可导出11180+-?=KKqK1有急回运动，K，q q，急回运动显著。 具有急回运动的机构有e000,K1有急回。 A BCC BA?可以证得q=?0，K1有急回。 B DC A1432F vC?4.2.3压力角和传动角压力角F nF t?=?sincosntF FFFF运动输出件上所受驱动力的方向与该点绝对速度方向所夹锐角，用?表示。 F t,?,传动性能好，所以?max?在实际机构中，?不直观,常用?的余角?表示，?为传动角。 传动角压力角的余角，用?表示。 从受力观点看,?，F t，传力性能好。 即即?=90o-?由于F t=Fco
11、s?=Fsin?一般?min?=40传递大扭矩时?min50?min位置的确定?min位置的确定A BCDa b c dC1C2B1B2?当BCD90o时，?=180o o-BCD，最小传动角出现在下列位置之一当BCD90o时，?=BCD。 ?min位置的确定A BCDa b c dC1C2B1B2?1）当曲柄AB与机架AD重叠共线时bca dc bDC B2)(cos222111-+=?-2）当曲杆AB与机架AD拉直共线时bca dc bDC B2)(cos222122+-+=?-?min出现在曲柄与机架共线的两位置之一。 A BCDa bc dB1B2C1C2F v?4.2.4死点位置死点
12、位置在有往复运动构件的机构中，当作往复运动的构件为主动件时，从动件与连杆共线的位置即为死点位置。 死点位置特点?=0o o，?=90o o，从动件不动。 4.3.1设计的基本问题1)满足预定的运动规律要求；2)满足预定的运动轨迹要求。 方法图解法，解析法，实验法。 (Design of four-bar linkages)4.3平面四杆机构的设计4.3.2图解法设计四杆机构1.实现连杆预定位置的设计（ （1）已知连杆的两位置B1C1和和B2C2，设计满足该两位置的四杆机构。 B1B2C1C2解1)连接B1B2，作其直平分线b12，A点点在在b12上任找。 有无穷多解（若有限制条件，解可唯一）。
13、 2)连接C1C2，作其直平分线c12，D点点在在c12上任找。 B1B2C1C2b12A c12D解步骤同上类似,但有唯一解。 （ （2）已知连杆的三个位置B1C 1、B2C2和B3C3，设计满足该三个位置的四杆机构。 B1B2B3C1C2C3B1B2B3C1C2C3b12b23A c12c23D解用转换机架法，将连杆的某一位置作为机架，如E1F1为机架,AD为连杆，刚化机构第二位置，将四边形E2F2DA的的E2F2边与E1F1重合，找到AD为连杆的第二个位置，后面的步骤同上。 （ （3）已知连杆上一条线的两个位置及机架长度AD,设计铰链四杆机构，即求B、C。 E1E2F1F2A D对原有机
14、构分析E2F2A2D2固定连杆，找固定点相对运动轨迹，轨迹中心为连杆对应铰链点。 相对运动不变性E1F1A DBCE1E2F1F2A DA2D2a12B1d12C1例例1:已知连杆平面上EF线两位置及固定铰链A，连杆长l BC已知且在EF线上，D点在水平线上，试设计铰链四杆机构ABCD。 E2E1F1F2A E2E1F1F2A1)取位置1固定，作AE2F2，使AE2F2AEF；A2B13)根据l BC确定点C1，找出点B 2、C2；C1C2B24)作C1C2的中垂线，与过点A的水平线的交点即为D1。 D1设计结果AB1C1D12)AA2圆心为B1，在EF线上；2.实现两连架杆的对应角位移的设计( (1)如图所示，已知l AB的两个位置,转角为?
