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1、书名：机械设计基础（第2版） 作者：张久成 ISBN：7-111-08516-7 出版社：机械工业出版社,第一节 平面连杆机构的基本类型,第三章 平面连杆机构,第三节 平面连杆机构的设计,第二节 平面连杆机构的工作特性,第一节 平面连杆机构的基本类型,平面连杆机构的特征 1）构件间的相对运动为平面运动； 2）所有的运动副均为低副； 3）包含连杆构件。,连杆,平面连杆机构的特点及应用 优点 运动副为平面或圆柱面接触，承载能力大，制造容易；运动形式多样，能实现多种运动规律和轨迹。 缺点 构件数较多，低副中存在间隙，运动累积误差大；惯性力不易平衡；设计较难，不易精确实现复杂的运动规律。 应用 平面连
2、杆机构广泛应用于各种机械和仪器中。,平面四杆机构 由四个构件组成的平面连杆机构。是最简单的连杆机构。,构件名称 机 架构件4 连架杆与机架相连的构件1、3。 连 杆与机架间接相连的构件2。 曲 柄可回转360的连架杆。 摇 杆转角小于360的连架杆。,连杆,连架杆,连架杆,机架,平面连杆机构的基本类型,定义 运动副全为转动副的四杆机构。,一、铰链四杆机构的基本类型,按两连架杆的运动情况铰链四杆机构可分为,平面连杆机构的基本类型,（一）曲柄摇杆机构,平面连杆机构的基本类型,定义 两个连架杆中，一个为曲柄，一个为摇杆。,特性 可实现曲柄转动与摇杆摆动的相互转换。曲柄常为主动件，作匀速转动，摇杆为从
3、动件，作变速摆动。,应用实例,曲柄摇杆机构,雷达天线俯仰机构,脚踏缝纫机驱动机构,（二） 双曲柄机构,平面连杆机构的基本类型,定义 两个连架杆均为曲柄。,特性 当主动曲柄匀速转动时，从动曲柄可作同向或反向、等速或变速转动。,一般双曲柄机构,平行四边形机构,反平行四边形机构,应用实例,机车驱动机构,车门启闭机构,（三）双摇杆机构,平面连杆机构的基本类型,定义 两连架杆均为摇杆。,特性 可实现两个摇杆摆动的相互转换。,应用实例,双摇杆机构,等腰梯形机构,汽车转向机构,摇头扇机构,曲柄摇杆机构,转化方法 改变构件的形状和尺寸(摇杆长度 l3 增至无穷大)。,二、铰链四杆机构的转化机构,（一）转动副转
4、化成移动副,平面连杆机构的基本类型,特性 可实现曲柄（摇杆）转动与滑块移动的相互转换,平面连杆机构的基本类型,（二）取不同的构件为机架,曲柄滑块机构,摆动导杆机构 牛头刨床,扩大转动副B的半径，使其大于曲柄AB的长度，成为偏心轮机构，偏心距=曲柄长。,平面连杆机构的基本类型,（三）扩大运动副,扩大转动副,扩大移动副,应用 当曲柄长度较小，一般的联接结构难于实现；或因装配及需传递较大载荷时，常采取扩大回转副或移动副的方法。,一、运动特性,第二节 平面连杆机构的工作特性,（一）整转副存在条件,整转副 若组成转动副的两构件能相对整周转动，称为整转副，否则，称为摆转副。,曲柄摇杆机构,平行四边形机构,
5、双摇杆机构,双摇杆机构,铰链四杆机构是否存在整转副，取决于各构件长度间的关系。经理论分析有如下结论,整转副存在条件 最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆长度之和，最短杆两端的转动副为整转副。,整转副判别方法 若最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆长度之和，则最短杆两端的转动副同为整转副，其它的转动副为摆转副。 若最短杆与最长杆长度之和大于其他两杆长度之和，则该机构不存在整转副，全部为摆转副。,平面连杆机构的工作特性,平面连杆机构的工作特性,铰链四杆机构基本类型的判别,根据周转副存在条件、曲柄与摇杆的定义及相对运动原理: 1）如果最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆长度之和，则 取最
6、短杆为机架 (含两个整转副)时，为双曲柄机构； 取最短杆的临杆为机架 (含一个整转副)时，为曲柄摇杆机构 取最短杆的对杆为机架 (不含整转副)时，为双摇杆机构。 2）如果最短杆与最长杆长度之和大于其他两杆长度之和，则不论取哪个构件为机架(不含整转副)，均为双摇杆机构。,平面连杆机构的工作特性,曲柄存在条件,1）杆长条件（必要条件） 最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆长度之和。 2）机架条件（充分条件） 最短杆或其临杆为机架 。,双曲柄机构,曲柄摇杆机构,双摇杆机构,双摇杆机构,急回特性 构件往复运动（摆动或移动），一快一慢 。 意义：工作行程慢，空回行程快，以提高生产率。,当曲柄B1B2
7、 (1180+，t1) 摇杆C1DC2D ( ，t1),（二）急回特性及行程速比系数,平面连杆机构的工作特性,( 曲柄摇杆机构 偏置曲柄滑块机构 摆动导杆机构 ),曲柄摇杆机构分析 极限位置：曲柄与连杆共线 摇杆摆角 极位夹角：摇杆处于两极限位置时，曲柄两对应位置所夹锐角。, 1 2 ， t1t2，不变， 摇杆往复摆动的速度不同。,当曲柄B2B1 (2180- ，t2) 摇杆C2DC1D ( ，t2),摆动导杆机构,行程速比系数k, =0， k=1，无急回特性； ，k ，急回特性越显著，k=1.11.4。,平面连杆机构的工作特性,表示构件运动的急回程度，定义为快程平均角速度 与慢程平均角速度
8、之比,对心曲柄滑块机构,偏置曲柄滑块机构,压力角 作用在从动件3上的驱动力F与该力作用点绝对速度vC之间所夹的锐角。 驱动力F 沿二力杆BC的方向； 点的速度vC CD。 传动角 压力角的余角。,二、传力特性,（一）压力角和传动角,平面连杆机构的工作特性,有用分力,有害分力,意义 压力角越小，或传动角越大 ，有用分力越大，有害分力越小，机构的传力性能越好。 压力角或传动角的大小，表征了机构传力性能的好坏。,平面连杆机构的工作特性,最小传动角min,机构运动时，传动角一般是变化的。可以证明，曲柄摇杆机构的最小传动角，出现在曲柄与机架共线的两个位置之一。,传动角太小，或压力角过大，可能导致机构自锁
9、，为了保证传力性能良好，规定一般机械 min4050。,（二）止点（死点）位置,平面连杆机构的工作特性,定义 传动角=0（压力角=90）时的机构位置。,后果 机构卡死不能动；机构运动方向不确定。缝纫机,曲柄摇杆机构，摇杆主动时的死点位置,止点的克服 1）利用自身或飞轮的惯性 2）多组机构，止点错开,平面连杆机构的工作特性,止点的利用,第三节 平面连杆机构的设计,设计的两类问题 1）按照给定的运动规律（位置、速度、加速度）确定四杆机构各构件的长度。 2）按照给定点的运动轨迹确定四杆机构各构件的长度。,设计方法 图解法 形象，直观，概念清楚。 解析法 利用计算机进行，精确，效率高。 实验法 可解决
10、一些复杂的设计问题，简便，实用。,一、按给定的行程速比系数设计四杆机构（图解法） 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）,1曲柄摇杆机构,一、按照给定的行程速比系数设计四杆机构（图解法）,平面连杆机构的设计,已知：摇杆长度lCD，行程速比系数k， 摆角 求曲柄长度lAB 、连杆长度lBC和机架长度lAD。,解 1）作图分析,根据k可求出极位夹角,若按 确定了点 因为AC1=AB+BC AC2=BC-AB 所以AB=(AC1-AC2)/2 BC=(AC1+AC2)/2 AD可直接量出。,关键是按 确
11、定A点的位置,平面连杆机构的设计,若作出AC1C2的外接圆,该圆C1C2弦所对的圆周角均为，其中心角为2。,外接圆作法一 作C2MC2C1 作C2C1N= 斜边PC1中点即为外接圆的圆心O。,外接圆作法二 作C2C1N= 作C1C2Q= C1N与C2Q的交点即为外接圆的圆心O。,P,平面连杆机构的设计,P,2）任选D点，选取适当的比例，作摇杆两极限位置C1D和C2D。,3）作C2MC2C1 作C2C1N= C2M与C1N交于P点,4）作PC1C2的外接圆，在圆上任选一点A,5）AB=(AC1-AC2)/2 BC=(AC1+AC2)/2 AD可直接量出,有无数解,已知:机架长L4 , K 解:,
12、(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,m,n,A,B1,B2,2.导杆机构,平面四杆机构的设计, D,B1,C1,B2,C2,A ,步骤： 1、连接B1B2,C1C2 2、作B1B2, C1C2中垂线 3、在中垂线上取一点作A, D 4、连AB1C1D,1.已知:连杆BC长L2 及连杆两个位置B1C1,B2C2,固定铰A必在B1B2垂直平分线上 固定铰D必在C1C2垂直平分线上,分析,解:,无穷多解,二、按给定连杆位置设计四杆机构,连杆给定的三个位置,铰点已
13、给定,B1,C1,B2,C2,B3,C3,A,D,步骤： 1.连接 B1B2 ,B2B3 , C1C2,C2C3 2.作各连线中垂线 3.B1B2, B2B3中垂线 之交点即为点A 4.C1C2,C2C3中垂线 之交点即为点D 5.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,平面四杆机构的设计,要使转动副成为整转副，则机构必须存在以下三个位置,转动副为整转副的条件,在图aBCD中,a+d b+c ,在图c BCD中,cd+b-a,即 a+bc+d ,bc+(d-a),在图bACD中,即 a+cb+d ,根据三角形存在条件有,因不等式进
14、行加减运算后，解的范围会变化，故与原不等式联合有,a为最短杆，其余三杆b、c、d中必有一杆为最长杆，只要最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和（不等式）成立，则其他两个不等式一定成立。,a+d b+c a+cb+d a+bc+d ,+ 2a+c+d 2b+c+d ab + 2a+b+d 2c+b+d ac + 2a+b+c 2d+b+c ad,ab ac ad a+d b+c a+cb+d a+bc+d,a为最短杆,整转副存在条件 最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆长度之和，最短杆两端的转动副为整转副。,转动副为整转副的条件,曲柄摇杆机构的最小传动角,在ABD中，,在BCD中，,曲柄摇杆机构,当=0时，即曲柄与机架内共线，BCD最小，即为最小传动角 。,当=180时，即曲柄与机架外共线， BCD最大，若为钝角，其补角也可能为最小传动角,分析 连接BD,
