第6章 平面连杆机构

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1、机械设计基础Fundamentals of Machine Design广东工业大学机电学院潘继生电话： 39322418EMAIL： 第6章 平面连杆机构第6章 平面连杆机构本章重点：四杆机构的主要工作特性平面四杆机构的设计（图解法）6-1 平面四杆机构的基本类型及应用6-2平面四杆机构的演化形式6-3 平面四杆机构的基本特性6-4 平面四杆机构的设计平面连杆机构平面连杆机构运动副全为平面低副的机构特点特点面接触，利于润滑，磨损小 ,故承载能力大，寿命长；几何形状简单，便于加工，成本低。但只能近似实现给定的运动规律，且设计较复杂。当构件数和运动副较多时，效率较低。应用应用实现给定点的运动轨迹

2、；实现给定的运动规律。鹤式起重机1 基本型式 平面连杆机构的基本型式是铰链四杆机构 其余四杆机构均是由铰链四杆机构演化而成的二杆三杆 , 不可能 .铰链四杆机构（所有运动副均为转动副） 6-1 平面四杆机构的基本类型及其应用一、铰链四杆机构一、铰链四杆机构 结构特点： 四个运动副均为转动副 组成： 机架、连杆、连架杆机架： 固定不动的构件 AD连架杆： 直接与机架相连的构件 AB、 CD连杆： 不与机架相连的构件 BC曲柄： 能作整周转动的连架杆摇杆： 不能作整周转动的连架杆1B2C34AD连杆连架杆连架杆机架1234ABCD曲柄 摇杆(摆杆)(周转副)(摆转副)1 基本型式（续）4AD23

3、作机架曲柄摇杆机构1 作机架双摇杆机构21作机架双曲柄机构2 铰链四杆机构划分按连架杆不同运动形式分：(1) 曲柄摇杆机构(2) 双曲柄机构(3) 双摇杆机构连杆连架杆连架杆1234ABCD曲柄摇杆机构4AD123(1) 曲柄摇杆机构 结构特点： 连架杆 1为曲柄， 3为摇杆 运动变换： 转动 摇动 举例：1234缝纫机踏板 刮雨器 翻片机构搅拌器机构 雷达天线机构 步进式工件传送装置(2) 双曲柄机构 结构特点： 二连架杆均为曲柄 运动变换： 转动 转动，通常二转速不相等 举例：振动筛机构特殊双曲柄机构 平行四边形机构结构特点： 二曲柄等速 运动不确定问题 车门开闭机构 、 天平 反平行四边

4、形机构结构特点： 二曲柄转向相反火车驱动轮联动机构(3) 双摇杆机构 结构特点： 二连架杆均为摇杆 运动变换： 摆动 摆动 举例: 鹤式起重机 、 飞机起落架 、 造型机翻箱机构 、炉门特殊双摇杆机构 等腰梯形机构 实例: 汽车前轮转向机构铰链四杆机构1B2C34AD曲线导轨曲柄滑块机构lCDe 01B24AC3偏置式曲柄滑块机构对心式曲柄滑块机构1B24AC3e3D1B2C4A对 CD杆等效转化转动副变成移动副一、改变构件的形状和运动尺寸 6-2 平面四杆机构的演化形式二、取不同的构件为机架 机构倒置 曲柄滑块机构 导杆机构变更机架曲柄滑块机构导杆机构 ,动画 曲柄摇块机构 移动导杆机构摇块

5、机构定块机构应用实例一A41A4曲柄滑块机构1B2C31B2C31B2C31B231B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C3B21B21B22作机架A41A41A4A41A41A41A41A41A41A41A413B2C摇块机构液压作动筒车箱举升机构2B12B11应用实例二1BA21BA2A41B2C3曲柄滑块机构CA43定块机构C41BA23手动唧筒机构3作机架1B2应用实例三C234A41B2C3曲柄滑块机构 作机架A 41B2C3导杆机构C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234转动导杆机构lBC lAB，导杆 AC整周转动

6、C234C234C234C34AB123C423C423C423C423C423C423C423C423C423C423C4lBCt2 , v2 v1 行程速比系数K K=1, 无急回特性 K急回特征越显著1 B2C212v2v1+=00212112122112180180tttCCtCCvvK/11180+=KK慢快急回特性的应用例： 牛头刨 工作要求B1C14ABCD2 31二、急回特性二、急回特性描述传力性能1 定义压力角 -作用在从动 摇杆 CD上的驱动力 F与该力作用点绝对速度 Vc之间所夹的锐角 。传动角 连杆与 摇杆 CD之间所夹的锐角 (它是 的余角 )。三、压力角和传动角三、

7、压力角和传动角 衡量机构传动性能好坏的重要参数越小， 越大，机构传力性能越好；反之， 越大， 越小，机构传力性能越差；min位置的确定：曲柄与机架两次共线的位置min值：对于一般机械，通常取 min 40。CBADd作用在摇杆 CD上的力 FFCBADdVcFFtFnF沿 C点速度 Vc方向的投影 Ft有效分力F沿 摇杆 DC方向的投影Fn无效分力CBADdVcFFtFnCBADdVcFFtFnFt=FCos ; , FtFn=FSin ; , Fn的值可衡量机构传力性能的好坏。压力角 摇杆 受力方向与受力点速度方向所夹的锐角。CBADdVcFFtFn压力角 摇杆受力方向与受力点速度方向所夹的

8、锐角。与压力角 互余的角 称为传动角。 传力性能好。ADBCFVBADBCCD为主动件 !FVBADBCCD为主动件 !FVB=0o当连杆BC与从动件曲柄AB共线时，压力角 =900，传动角 =0，机构不能运动，此位置称为死点位置。ADBCFVB机构在死点位置时，如果发生运动，其摇杆运动方向不定。ADCBADCBADCBADCBDCBADCBADCBADCBADCBAADCBADCBADCBACBDDCBADCBADCBADCBACBDDAABCDD连杆BC与从动件曲柄AB共线，压力角 =900，传动角 =0，机构位于两个死点位置。靠轮的惯性或手动脱离死点位置。 死点: 传动角为零 =0(连杆

9、与摇杆共线 ),机构顶死 M=F*LB1C1B2C24ABCD2 31FvG=00FvG=00=00C2B2=00BACB1C四、死点四、死点 利用构件惯性力 实例: 家用缝纫机 采用多套机构错位排列 实例: 蒸汽机车车轮联动机构 蒸汽机车两侧利用错位排列的两套曲柄滑块机构使车轮联动机构通过死点克服死点的措施GGEFEF 实例: 夹具 飞机起落架机构死点的利用 折叠家具机构=00分合闸机构 搬动手柄使触头接上 。触头FACBD弹簧拉力死点位置的功能ABCD弹簧拉力FFQFB在力的作用下手柄不会自动松脱。工件被夹紧后，土黄色构件与分红色从动构件成一直线，即机构在工件反力的作用下处于死点，可保证在

10、加工时，工件不会松脱。VC运动特性分析 例1：C滑块主动F曲柄滑块机构 滑块主动 有 死点位置eVCFCmnAB1B2摆动导杆机构 曲柄主动急回摆动导杆机构 摆杆主动 有 死点位置运动特性分析 例2：=90=0根据给定的运动条件运动简图的尺寸参数解析法精确 作图法直观实验法简便一、按照给定的行程速比系数设计四杆机构(作图法)二、按给定连杆位置设计四杆机构(作图法)三、按给定两连架杆对应位置设计四杆机构(解析法)四、按给定点的运动轨迹设计四杆机构(实验法)实现已知(从动件)运动规律(位置,速度,加速度)实现给定点的运动轨迹 6-4 平面四杆机构的设计B2C21 曲柄摇杆机构 给定 K、LCDAB

11、CDO2 = 180K-1K+1 分析900 -B1ADC1一、按照给定的行程速度变化系数设计四杆机构一、按照给定的行程速度变化系数设计四杆机构C2DC1900 -2OAEBCAC1=BC-ABAC2=BC+ABAB = AC2-AC12BC = AC2+AC12曲柄摇杆机构 ABCD 为所求.解1.以 L=作图.LAB= LAB = 、 LBC= LBC = . = 1800 =K-1K+1解2:(1) 任选D点,作摇杆两极位C1D和C2DOAB1B2C2DC1(2)过C1作C1C2垂线C1M作C1C2N=90,C1M与C2N交于P点(3)过C1、C2、P 作圆在圆上任选一点A(4)AC1=

12、L2L1,AC2=L2+L1L1=1/2(AC2AC1)无数解以L1为半径作圆,交B1,B2点 曲柄两位置MNP已知 :机架长L4 , K解 :(1)任选固定铰链中心C作导杆两极位Cm和Cn = (2)作摆角的平分线AC,取AC=L4固定铰中心A(3)过A作导杆极位垂线AB1(AB2)L1=AB1唯一解11801KK=+DmnAB1B22 摆动导杆机构 给定 K和机架长度 LACCmnAB1B2CDB1C1B2C2A ABCD步骤 ：1、连接B1B2, C1C22、作B1B2, C1C2中垂线3、在中垂线上取一点作A, D4、连AB1C1D1 已知:连杆BC长L2及连杆两个位置B1C1,B2C

13、2固定铰A必在B1B2垂直平分线上同定铰D必在C1C2.分析(1)连接B1B2,C1C2并作其垂直平分线b12,c12(2)在b12线上任取一点A, 在C12.任取一点D解:无穷解二、按给定连杆位置设计四杆机构二、按给定连杆位置设计四杆机构给定连杆的三个位置铰点已给定B1C1B2C2B3C3ADABCD步骤 ：1.连接 B1B2,B2B3,C1C2,C2C32.作各连线中垂线3.B1B2,B2B3中垂线之交点即为点A4.C1C2,C2C3中垂线之交点即为点D5.连接AB1C1D即为所求2 已知:连杆BC长L2及连杆三个位置B1C1,B2C2,B3C3唯一解整理后得 :解析法 :当各杆长度按同一

14、比例增减时,各杆转角间的关系不变.三、按给定两连架杆对应位置设计四杆机构三、按给定两连架杆对应位置设计四杆机构为简化 ,令 :上式写为 :若已知三对对应角位移 :由方程组可解出 P0、 P1、 P2，再由（ 6-9）求得432lll（ 6-9）唯一解步进式传送机构四、按给定点的运动轨迹设计四杆机构四、按给定点的运动轨迹设计四杆机构图6-33 连杆曲线图谱图6-32 连杆曲线的绘制小结1.基本概念：连架杆，连杆，曲柄，摇杆、压力角、 传动角，死点，急回运动（会作图） .基本内容：平面四杆机构的基本型式及其演化方法、演变型式（作图）曲柄存在条件判别机构类型平面四杆机构的设计(作图法 )作业6-56-6