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1、第 八 章,平面连杆机构及其设计,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 平面连杆机构的类型及其应用,83 平面连杆机构的基本知识,84 平面连杆机构的设计,85 多杆机构,8-1 连杆机构及其传动特点,连杆机构应用十分广泛，下面是连杆机构，我们先来看这几个例子,我们对连杆机构进行分析发现，原动件的运动都要经过一个不与机架直接连接的中间构件才能传动从动件,一、连杆机构的定义：像这样的机构我们通常称为连杆机构,二、连杆机构的特点,1.通过上图可以看出，连杆机构一般采用低副，面接触、承载大、便于润滑、不易磨损形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。,2.在原动件运动规律不
2、变的情况下，改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。,3.在连杆机构中，连杆上各点的轨迹是各种各样的曲线，可满足不同要求。,优点：,缺点：,2.产生动载荷（惯性力），不适合高速。,3.设计较复杂，难以实现精确的轨迹。,1.构件和运动副多，累积误差大，运动精度和效率较低。,对于一般的机械而说最多用的都是平面连杆机构，因此在这里主要讨论平面连杆机构,8-2平面连杆机构的类型和应用,一、平面四杆机构的基本型式和应用,平面连杆机构的最基本形式是：全部由转动副组成的平面四杆机构,连架杆与机架相联的构件；,机 架 固定不动的构件；,连 杆连接两连架杆且作平面运动的构件；,铰链四杆机构是平面四杆机构的基本形式
3、 其余四杆机构可以认为是它的演化形式 所以在此我们重点分析铰链四杆机构,（1）铰链四杆机构,（2）铰链四杆机构各杆的命名,机架,连架杆,连杆,连架杆,8-2平面连杆机构的类型和应用,曲 柄：在连架杆中能作整周回转的构件；,摇 杆：在连架杆中，只能在一定范围内摆动的构件；,周转副：在铰链四杆机构中，各运动副都是转动副，如果组成转动副的两个构件能够相对整周转动,周转副,摆转副：在铰链四杆机构中，各运动副都是转动副，如果组成转动副的两个构件不能够相对整周转动,摆转副,摇杆,曲柄,二、四杆机构的几种基本形式,1.分析（a）图可以看出，当1杆整周旋转的时候，3杆式来回摆动,雷达天线俯仰机构,搅拌机构,缝
4、纫机踏板机构,曲柄摇杆机构定义：这几个四杆机构中都是有一个曲柄和一个摇杆，因此这样的机构成为曲柄摇杆机构,在曲柄摇杆机构中，当以曲柄为原动件的时候此机构是将连续旋转转化成往返摆动，如果是以摇杆为原动件的时候是把往复摆动转化成连续转动,（1）曲柄摇杆机构,（2）双摇杆机构,惯性筛,我们可以对上边的机构进行分析发现，当杆1往复摆动时杆3也往复摆动， 右图的惯性筛中，当杆1往复摆动的时候，杆3也往复摆动， 有： 若铰链四杆机构中的两个连架杆都是摇杆，则称为双摇杆机构,利用双摇杆机构进行工作的机械,鹤式起重机,特例：等腰梯形机构 汽车转向机构,摇杆,摇杆,（3）双曲柄机构,若铰链四杆机构中的两个连架杆
5、均为曲柄，则称为双曲柄机构,火车车轮的连杆机构,摄影平台 它是双曲柄机构么？,平行四边形机构,特例：平行四边形机构,特征：两连架杆等长且平行 连杆作平动。 这样的双曲柄机构为平行四 边形机构,反平行四边形机构,三、平面四杆机构的演化型式,除上边的三种形式的铰链四杆机构外，在机械中还广泛采用其他形式的四杆机构，那么这些机构都是由基本型式的四杆机构演化而来的，因此在这里我们简单的介绍四杆机构的演化,1.将转动副演化成移动副,偏心曲柄滑块机构,曲柄摇杆机构,对心曲柄滑块机构,正弦机构,R,2.选不同的构件为机架,整转副能作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。,曲柄摇杆机构,双
6、摇杆机构,双曲柄机构,选不同的构件为机架,曲柄滑块机构,转动导杆机构,曲柄摇块机构,移动导杆机构,牛头刨床,应用实例:,小型刨床,（摆动导杆机构）,（转动导杆机构）,平面连杆机构的类型、特点和分类,将转动副B加大，直至把转动副A包括进去，成为几何中心是B，转动中心为A的偏心圆盘。,(3) 扩大转动副,偏心轮机构,曲柄滑块机构,(4) 变换构件的形态,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。,平面连杆机构的类型、特点和分类,摆动导杆机构,曲柄摇块机构,小结：,通过本节课的学习，要求大家掌握：,1.连杆机构的定义 2.平面连杆机构的基本形式 3.铰链四杆机构的分类 4.铰
7、链四杆机构的演化方法,小练习：,1、平面连杆机构是由一些刚性构件 和 副连接组成的。,2、在铰链四杆机构中，运动副全部是 副。,1、平面连杆机构中，至少有一个连杆。,填空：,判断：,2、平面连杆机构中，最少需要三个构件。,1、四杆机构的最基本形式是什么？,简答：,2、铰链四杆机构的几种基本类型是什么？,3、平面四杆机构的演化形式有哪些？,第二节 平面连杆机构的运动和动力特性,1.平面四杆机构存在曲柄的条件,平面四杆机构只有存在周转副 则可能存在曲柄。, l1+l2 l3 + l4, l1+ l3 l2 + l4,l1+l4 l2 + l3,由B2C2D可得：,由B1C1D可得：,l2(l4 l
8、1) + l3,l3(l4 l1) + l2,将以上三式两两相加得：,即：,l1 l2,l1l3,l1l4,AB 为最短杆,假设A转动副为周转副，则：杆AB可以处于图中任何位置，当AB和AD两次共线分别可以得到B2C2D和B1C1D,前两项相加：2l1+l3+l4 2l2+l3+ l4,同理，若 l1 l4，可得： l4 l1 , l4 l2 , l4 l3,即：,AD为最短杆,连架杆之一或机架为最短杆。,周转副存在的条件:（Grashof 定理）,最长杆与最短杆的长度之和 其他两杆长度之和,称为杆长条件。,此时，铰链A、B均为周转副。,当满足杆长条件时，其最短杆上的转动副都是周转副。,平面连
9、杆机构的运动和动力特性,组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆。,曲柄存在的条件:,最长杆与最短杆的长度之和 其他两杆长度之和,1、铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和 其 他两杆之和 A =； C 。,思 考 与 测 验,2、铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和小于或等于 其他两杆之和，而充分条件是取 为机架。 A 最短杆或最短杆相邻边； B 最长杆； C 最短杆的对边。,3、铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和， 当以 为 机架时，有两个曲柄。 A 最短杆相邻边； B 最短杆； C 最短杆对边。,4、在题6-3图的四杆闭运动链中，已
10、知,试判断该机构中有没有周转副和摆转副？,最短杆为连杆时，则该机构为双摇杆机构。,双摇杆机构：,最长杆与最短杆的长度之和 其他两杆长度之和,双曲柄机构：,最长杆与最短杆的长度之和 其他两杆长度之和,最短杆为机架时，则该机构为双曲柄机构。,思考题：判断书中图8-24是一个什么机构？ 你有什么理论根据,2.铰链四杆机构的急回运动和行程速度变化系数,1.极位的概念 在曲柄摇杆机构中，当曲柄AB为原动件，转动一周的过程中，有两次与连杆共线，这个时候摇杆CD分别处在两极限位置，所以机构所处的这两个位置称为极位。,2.极位夹角的概念 当从动件（摇杆）位于两极限位置时，曲柄与连杆共线。此时对应的主动曲柄之间
11、所夹的锐角叫作极位夹角。,设曲柄以1逆时针匀速旋转。从AB1转到AB2，转过180+时为工作行程，所花时间为t1 ；此时摇杆从C1D摆到C2D，平均速度为V1,则有：,曲柄从AB2 继续转过180-到AB1时为回程，所花时间为t2 ,此时摇杆从C2D摆到C1D，平均速度为V2 ,那么有,显然 t1t2 V2V1 摇杆的这种运动性质称为急回运动,平面连杆机构的运动和动力特性,而且越大，K值越大，机构的急回性质越明显。,只要极位夹角 0 ， 就有 K1。,因此，可通过分析机构中是否存在及其大小，来判断机构是否具有急回运动，以及急回的程度。,设计时往往先给定 K 值，再计算，即,为能定量描述急回运动
12、，将回程平均速度V2 与工作行程平均速度V1之比定义为行程速度变化系数 K,曲柄滑块机构的急回特性分析,应用：节省回程时间，提高生产率。,导杆机构的急回特性分析,平面连杆机构的运动和动力特性,注意：有急回特性的机械，其急回方向和原动件有关，因此在设备上都明显标出原动件的转动方向,1、当极位夹角 时，机构就具有急回特性。 A 0； C =0,思 考 与 练 习,2、当行程速度变化系数k 时，机构就具有急回特性。 A 1； C =1,3、所有的曲柄摇杆机构都有急回特性么？举例说明,4、平面连杆机构中，极位夹角越大，K值越大，急回运动 的性质也越显著，你认为这句话是否正确？,3. 传动角和压力角,压
13、力角：作用在从动件上的驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹锐角。,切向分力 Ft= Fcos,法向分力 Fn= Fcos, Ft, 对传动有利。,= Fsin,常用的大小来表示机构传力性能的好坏,称为传动角。,是的余角。,平面连杆机构的运动和动力特性,传动角：连杆BC和从动件CD之间所夹的锐角称为机构在此的传动角,表示符号：,当 BCD 90时，BCD,因此设计时一般要求: min40。,当BCD最小或最大时，即在主动曲柄与机架共线的位置，都有可能出现min,平面连杆机构的运动和动力特性,由于在机构运动过程中，角是变化的，,min出现的位置：,2.当 B2C2D 90 （= 180）时，,min
14、min, 180-max min,根据余弦定律， 1.当 B1C1D 90（= 0）时，,平面连杆机构的运动和动力特性,4.死点,对于曲柄摇杆机构，当摇杆为主动件时，在连杆与曲柄两次共线的位置，机构均不能运动。,机构的这种位置称为：,“死点”（机构的死点位置）,在“死点”位置，机构的传动角 0,平面连杆机构的运动和动力特性,* 可以利用“死点”位置进行工作， 例如：飞机起落架、钻夹具等。,* “死点”位置的过渡方法：,依靠飞轮的惯性（如内燃机、缝纫机等）,平面连杆机构的运动和动力特性,题6-3图,6-3 在题6-3图的四杆闭运动链中，已知,欲设计一个铰链四杆机构，机构的输入运动为单向连续转动，
15、确定在下列情况下，应取哪一个构件为机架？输出运动为往复摆动；输出运动也为单向连续转动。,解：当输出运动为往复摆动时，机构应为曲柄摇杆机构，此时应取四杆中最短杆的相邻杆，即b或d作为机架。 当输出运动也为单向连续转动时，机构应为双曲柄机构，此时应取四杆中的最短杆，即a作为机架。,7.5.2已知题图7.2所示铰链四杆机构中，,=50mm，,=35mm，,=30mm，取AD为机架，,2)如果该机构能成为双曲柄杆构，求,的取值范围；,1)如果该机构能成为曲柄摇杆机构，且 AB是曲柄，求,的取值范围；,小结：,通过本节课的学习，要求大家掌握：,1.周转副和曲柄存在的条件 2.死点的概念和死点存在的条件
16、3.传动角和压力角，会计算最小传动角 4.机构具有急回运动的条件和行程速度变化系数,5.铰链四杆机构运动的连续性,可行域：摇杆的运动范围。,不可行域：摇杆不能达到的区域。,所谓铰链四杆机构运动的连续性是指连杆机构在运动过程中，能否连续实现给定的各个位置,各构件的长度关系及安装的初始状态，决定了曲柄整周转动时，机构运动的可行域。,概念,平面连杆机构的运动和动力特性,连杆只能在阴影部分运动，不能在其它的地方运动，,分析,设想拆开运动副C，考察点C的运动范围。,1.点C必在C圆上运动。,2. 相对于点A，点C运动的最远范围不能超出圆弧Rmax，最近范围不能小于圆弧Rmin。,3. 以上两条决定了点C的运动范围，从
