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1、第八章 平面连杆机构及其设计,8-1 连杆机构及其传动特点 8-2 平面四杆机构的类型和应用 8-3 平面四杆机构的基本知识 8-4 平面四杆机构的设计 8-5 多杆机构, 8-1 连杆机构及其传动特点,曲柄摇杆机构,曲柄滑块机构,摆动导杆机构,共同特征：原动件的运动都是通过一个不直接与机架相连的中间构件（BC连杆）传递到从动件上。 BC连杆连杆机构 低副机构。,平面连杆机构和空间连杆机构。 杆：运动单元体（杆块）。 四杆机构、六杆机构、多杆机构。 平面四杆机构应用最广泛，而且常是多杆机构的基础。,平面连杆机构特点： 低副压强小、易润滑、磨损小、结构简单、易加工； 2. 原动件规律不变，改变各
2、构件的相对长度，使从运件得到不同的运动规律； 3. 几何封闭；,4. 连杆曲线工作要求； 5. 可以实现改变运动的传递方向、增力、扩大行程、锁紧等目的； 6.设计复杂，难以精确实现较杂的运动规律，效率低； 7. 高速机械中，不易平衡。,研究现状,1、多杆多自由度平面连杆机构，提出一些有关的分析和综合的方法；,2、设计要求不再局限于运动学的要求，同时兼顾机构的动力学特性；,3、对高速机械，考虑构件的弹性变形（运动弹性力学KED）；,4、优化方法和计算机辅助设计的应用已成为研究连杆机构的重要方法。, 8 - 2 平面四杆机构的类型和应用,一、四杆机构的基本形式,机架 AD； 连架杆 AB、CD 曲
3、柄 能整周回转的连架杆 摇杆 只能摆动的连架杆,机架 AD； 连架杆 AB、CD； 曲柄 能整周回转的连架杆； 摇杆 只能摆动的连架杆。,铰链四杆机构中，各运动副都是转动副； 如组成转动副的两构件能相对整周转动，为周转副； 如不能作相对整周运动者，为摆转副。,曲柄摇杆机构,铰链四杆机构的两个连架杆中， 一个为曲柄，另一个为摇杆。,若曲柄为原动件时，可将曲柄的连续运动转变为摇杆的往复摆动。如雷达天线俯仰搜索机构。,曲柄摇杆机构,若摇杆为原动件时，可将摇杆的摆动转变为曲柄的整周运动。如以人力为动力的机械。,2. 双曲柄机构,铰链四杆机构中的两个连架杆均为曲柄。,当主动曲柄作匀速转动时，从动曲柄则作
4、变速运动。,冲床机构,2. 双曲柄机构,特点：通过作变速运动的曲柄CD，使往复运动的滑块获得加大的加速度。,2. 双曲柄机构,2. 双曲柄机构,特点：正模式下连杆BC作平运动，两曲柄同步运动。,两对边分别平行且相等时 平行四边形机构。,2. 双曲柄机构,两对边分别平行且相等时平行四边形机构。,2. 双曲柄机构,特点：负模下，连杆作一般运动，曲柄反向运转。,两对边分别相等，但不平行时 逆（反）平行四边形机构。,3. 双摇杆机构,铰链四杆机构中的两个连架杆均为摇杆。,鹤式起重机,3. 双摇杆机构,两摇杆长度相等并最短，则构成等腰梯形机构，如汽车、轮式拖拉机前轮的转向机构。,1. 改变构件的形状和运
5、动尺寸,二、平面四杆机构的演化型式,具有曲线导轨的 曲柄滑块机构,1. 改变构件的形状和运动尺寸,1. 改变构件的形状和运动尺寸,二、平面四杆机构的演化型式,1. 改变构件的形状和运动尺寸,二、平面四杆机构的演化型式,2. 改变运动副的尺寸,二、平面四杆机构的演化型式,3. 选用不同的构件为机架,二、平面四杆机构的演化型式,3. 选用不同的构件为机架,二、平面四杆机构的演化型式,3. 选用不同的构件为机架,二、平面四杆机构的演化型式,3. 选用不同的构件为机架,二、平面四杆机构的演化型式,小型刨床中回转导杆机构（ABC）,3. 选用不同的构件为机架,二、平面四杆机构的演化型式,3. 选用不同的
6、构件为机架,二、平面四杆机构的演化型式,3. 选用不同的构件为机架,二、平面四杆机构的演化型式,3. 选用不同的构件为机架,二、平面四杆机构的演化型式,3. 选用不同的构件为机架,二、平面四杆机构的演化型式,3. 选用不同的构件为机架,二、平面四杆机构的演化型式,4. 运动副元素的逆换,二、平面四杆机构的演化型式,对于移动副，运动副元素的包容关系逆换，并不影响两构件之间的相对运动，但却能演化成不同的机构。,摆动导杆机构,曲柄摇块机构, 8-3 平面四杆机构的基本知识,构件组ABCD中，不设固定件讨论相对运动关系。 设各杆长度分别为：a、b、c、d。,一、曲柄存在条件, + a d + a c
7、+ a b,a最小,在 B C D中： b(da )c ab cd c ( d a )b ac bd 在 BC D 中： a d b c ,一、曲柄存在条件,若使A为整转副 B必须能顺利 通过特殊点 B、B 点,B、C点的轨迹 如图,即 B C D和 BC D能够成立,一、曲柄存在条件, 四杆机构中有整转副的条件是： （1）最短杆与最长杆的长度之和不大于其余两杆的长度之和； （2）构成该转动副的两杆之一为四杆中最短杆。 如图：满足杆长之和条件且l2为最短 A、B 为整转副,一、曲柄存在条件,若满足杆长之和条件：,最短杆为连架杆 曲柄摇杆机构,最短杆为机架 双曲柄机构,最短杆为连杆 双摇杆机构,
8、若不满足杆长之和条件： 双摇杆机构, 曲柄存在条件： （1）最短杆与最长杆的长度之和不大于其余两杆的长度之和； （2）最短杆为机架或连架杆。,一、曲柄存在条件,若满足杆长之和条件：,最短杆为连架杆 曲柄摇杆机构,最短杆为机架 双曲柄机构,最短杆为连杆 双摇杆机构,若不满足杆长之和条件： 双摇杆机构, 曲柄存在条件： （1）最短杆与最长杆的长度之和不大于其余两杆的长度之和； （2）最短杆为机架或连架杆。,一、曲柄存在条件,如果四杆机构的两相邻杆长两两相等，则机构将变为泛菱机构。,当以其短杆为机架时，为双曲柄机构； 当以其长杆为机架时，为曲柄摇杆机构； 当其相邻两杆重叠到一起时将退化为二杆机构，运
9、动不确定。,1,如图：曲柄AB匀速转动，摇杆 CD在一定范围内摆动。,二、急回运动和行程速比系数,2,（1）B：B1 B2 1180 ；,：C1 C2 t1 v1,摇杆两极限位置C1D、C2D 极位夹角两极限位置曲柄所夹锐角,（2） B：B2 B1 2180 ； ： C2 C1 t2 v2 显然： 1 2 t1 t2 v2 v1 急回运动 行程速比系数K,可见： K 急回特性； 0 K1 无急回特性。,其它机构的急回特性,偏置的曲柄滑块机构有急回特性,=0 没有急回特性,其它机构的急回特性,导杆机构 急回特性明显,双曲柄机构的急回特性,曲柄AB为主动件，作匀速转动，在连杆BC与机架AD平行的位
10、置，两曲柄的角速度相等。,主动曲柄AB1逆时针转到AB2，此区间，,在其余区间，,双曲柄机构的行程速度变化系数K,比值,越大，K值也越大，故一般双曲柄机构可有,很大的行程速度变化系数K。,可用改变机架长度等办法来改变行程速度变化系数。, Fn (正压力) 压力角,可见： F 传力性能 效率 机构在运动中， （）是变化的，为了保证机构的传力性能 min ,三、传动角与死点位置 1、压力角和传动角,Ft Fcos 有效分力 FnFsin 有害分力,F Ft、 Fn,压力角 ：从动件受力的方向与受力点线速度方向之间所夹的锐角。,传动角 ：压力角的余角 90 ，,设计要求：min 或 max 便于观察
11、： min 出现主动曲柄与机架共线的两位置之一处。 当 BCD 90时： BCD 当 BCD 90时：, 180 BCD,三、传动角与死点位置 1、压力角和传动角,其它机构的最小传动角min,三、传动角与死点位置 1、压力角和传动角, 90 传力性能良好,三、传动角与死点位置 2、死点位置,往复运动构件作主动件时： = 90 、 = 0 Ft = 0 F 无论多大 都不能时机构运 动 死点位置 死点 从动件转向不定 工作中利用惯性或机组错位 排列通过死点； 有时利用死点位置来工作。,三、传动角与死点位置 2、死点位置,机构的极位和死点实际上是机构的同一位置，所不同的仅是原动件不同。 当原动件与
12、连杆共线时为极位。 在极位附近，从动件的速度接近于0，故可获得很大的增力效果（机械利益）。,拉铆机,三、传动角与死点位置 2、死点位置,当从动件与连杆共线时为死点。机构在死点时本不能运动，但因冲击振动等原因使机构离开死点而继续运动时，这时从动件的运动方向是不确定的，即可能正转也可能反转，故机构的死点位置也是机构运动的转折点。,四、铰链四杆机构的连杆曲线,不同的连杆曲线有不同的特性。 如有的连杆曲线有尖点，有的有交叉点。,四、铰链四杆机构的连杆曲线,在尖点处，描绘该连杆曲线的点的瞬时速度为0，尖点的这一特性在传送、冲压及进给工艺过程中获得应用。,四、铰链四杆机构的连杆曲线,有的连杆曲线具有对称性
13、。如图所示的曲柄摇杆机构，当满足BCCDCE时，其连杆上E点所生成的连杆曲线即为对称连杆曲线。 该连杆曲线的对称轴垂直于机架AD。,四、铰链四杆机构的连杆曲线,对于双曲柄机构，其连杆曲线较单调，故实际应用较少。 对于双摇杆机构，如果连杆能相对于两连架杆作整周转动，则可生成封闭的连杆曲线；如果不能，则只能生成非封闭的曲线。,四、铰链四杆机构的连杆曲线,双摇杆机构的连杆曲线最常见的一种应用是生成近似直线。,四、铰链四杆机构的连杆曲线,双摇杆机构的连杆曲线最常见的一种应用是生成近似直线。,四、铰链四杆机构的连杆曲线,双摇杆机构的连杆曲线最常见的一种应用是生成近似直线。,五、铰链四杆机构的运动连续性,连续实现给定的各个位置？,注意： 在设计四杆机构时，必须检查所设计的机构是否满足运动连续性要求，即检查其是否有错位、错序问题，并考虑能否补救，若不能则必须考虑其他方案。,例题,例题,例题,
