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1、,教师: 曾 钢,机电与信息工程学院机电工程系,绪论 第一章 平面机构的自由度和 速度分析 第二章 平面连杆机构 第三章 凸轮机构 第四章 间隙运动机构 第五章 机械的调速和平衡 第六章 机械零件设计和计算 概论 第七章 连接 第八章 带传动和链传动 第九章 齿轮传动 第十章 蜗杆传动 第十一章 轮系、减速器和 无级变速传动 第十二章 轴 第十三章 轴承 第十四章 联轴器、离合器和 制动器 第十五章 弹簧 第十六章 起重机械零件 第十七章 现代机械设计方法简介,第 2 章 平面连杆机构 (p.19),2.1 平面四杆机构的基本类型 * 2.2 平面四杆机构的特点及其设计,平面连杆机构是由若干刚
2、性构件用低副连接而成的机构。本章仅讨论用四个刚性构件组成的平面连杆机构，称为平面四杆机构。,固定件,原动件(固定铰链),从动件,固定铰链,活动铰链,第 2 章 平面连杆机构,2.1 平面四杆机构的基本类型,铰链四杆 机构 偏心轮 机构 曲柄滑块 机构 导杆 机构,铰链四杆 经典实例,2.1 平面四杆机构的基本类型,（一）铰链四杆机构,AD：机架 AB、CD：连架杆 BC：连杆，复杂平面运动,连架杆整圈转动：曲柄 来回摆动：摇杆,各构件用转动副相联接，是四杆机构中最基本的形式,A,B,C,D,连杆上一点相对于机架的轨迹 叫连杆曲线 各构件相对长度不同，曲线不同,连杆曲线,第 2 章 平面连杆机构
3、,（一）铰链四杆机构,根据构件的运动特征， 实际铰链四杆机构可能存在几种形式？,第 2 章 平面连杆机构,（一）铰链四杆机构,机架和连杆总是存在的，根据两根连架杆的运动情况分为三类：,曲柄摇杆机构（整+摆） 双曲柄机构 （整+整） 双摇杆机构 （摆+摆）,1. 曲柄摇杆机构,AB：曲柄 CD：摇杆,曲柄和摇杆同时存在,1 曲柄摇杆机构,模型,曲柄和摇杆同时存在,1 曲柄摇杆机构,AB：曲柄 CD：摇杆,连架杆运行轨迹特征,1 曲柄摇杆机构,AB：曲柄 CD：摇杆,实例（p.20),连杆,摇杆,曲柄,连杆,摇杆,1 曲柄摇杆机构,抓片机构:（p.20),.曲柄,摇杆,连杆,雨刮器,1 曲柄摇杆机
4、构,缝纫机实例,缝纫机的踏板机构， 图为其机构运动简 图。摇杆（原动件） 往复摆动，通过连 杆驱动曲柄（从动 件）作整周转动， 再经过带传动使机 头主轴转动。,讨论1： “四”杆间具备什么条件才能构成“曲柄摇杆”？,图演示9,讨论2： “曲柄摇杆”机构原动件旋向区别？,图演示13,运动连续性：表示主动件连续运动时，从动件也能连 续占据各个预期的位置。,不同的可行域： 从动件只能在某一可行域内运动， 不能相互跨越。,讨论3： “曲柄摇杆”机构从动件运动范围？,图演示14,2 双曲柄机构,AB：曲柄 CD：曲柄,两构件均为曲柄,A,B,C,D,2 双曲柄机构,A,B,C,D,AB：曲柄 CD：曲柄
5、,2 双曲柄机构,A,B,C,D,AB：曲柄 CD：曲柄,2 双曲柄机构,A,B,C,D,AB：曲柄 CD：曲柄,图演示17,2 双曲柄机构,双曲柄实例1,A,B,C,D,图演示18,2 双曲柄机构,双曲柄实例1,A,B,C,D,图演示19,2 双曲柄机构,双曲柄实例,A,B,C,D,在双曲柄机构中，通常主动曲柄作等速转动，从动曲柄作变速转动。,实例2：平行四杆机构 蒸汽机车牵引部,2 双曲柄机构,A,B,C,D,图演示20,3 双摇杆机构,AB：摇杆 CD：摇杆,A,B,C,D,3 双摇杆机构,AB：摇杆 CD：摇杆,A,B,C,D,3 双摇杆机构,AB：摇杆 CD：摇杆,A,B,C,D,3
6、 双摇杆机构,实例：港口门式起重机变幅机构,3 双摇杆机构,实例：港口门式起重机变幅机构,3 双摇杆机构,实例：港口门式起重机变幅机构,其曲柄AB在转动一周的过程中，有两次与连杆BC共线。在这两个位置，铰链中心A与C之间的距离AC1和AC2分别为最短和最长，因而摇杆CD的位置C1D和C2D分别为两个极限位置。摇杆在两极限位置间的夹角 称为摇杆的摆角。,曲柄摇杆机构的 主要特性1：,急回特性,如图曲柄摇杆机构,急回特性,图演示26,当曲柄由最左直位置 顺时针转到最右直位置时， 曲柄转角1=180+， 而当曲柄顺时针再转过 角度2= 180- 时，摇杆由 位置C”D摆回到位置CD， 两次对应的曲柄
7、转角不等， (12);当曲柄匀速转动 时,对应的时间也不等(t1t2)， 对摇杆，往、复时摆角均相同， 而往复摆动的费时不同。 即V1V2，表明摇杆具有 急回运动的特性。,牛头刨床、往复式运输机 等机械利用这种急回特性来 缩短非生产时间，提高生产率。,极位夹角 q（锐角）,行程速比系数 K,曲柄摇杆机构中，如以曲柄为原动件，摇杆为从动件，不会出现死点。,曲柄摇杆机构的 主要特性2：,死点位置,如图曲柄摇杆机构,曲柄摇杆机构中， 如以摇杆为原动件，曲柄为 从动件，则当摇杆摆到极限 位置C1D和C2D时，连杆与曲柄共线，则这时连杆加给曲柄的力将通过转动中心A，此时不能产生使曲柄转动的力矩。机构的这
8、种位置称为死点位置。,死点位置会使机构的从动件出现卡死或运动不确定的现象。这种缺陷可利用回转机构的惯性或添加辅助机构来克服。如家用缝纫机的脚踏机构，就是利用皮带轮的惯性作用使机构能通过死点位置。,死点：有效分力等于零,曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构,平面连杆机构,铰链四杆机构,四杆机构,小结,铰链四杆机构的演化,曲柄摇杆机构,双曲柄机构,双摇杆机构,曲柄摇杆机构,选择尺寸不同的机架，得到不同的运动,铰链四杆机构的演化,平面四杆机构的演化,图演示29,转动副转化为移动副,平面四杆机构的演化,曲柄摇杆机构,取不同构件作机架,曲柄摇块机构,摆动导杆机构,扩大运动副尺寸,变换构件的形态,偏心轮机
9、构,转动副转化为移动副 取不同构件作机架 变换构件的形态 扩大运动副尺寸,平面四杆机构的演化,曲柄滑块机构 摆动导杆机构,曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构,第 2 章 平面连杆机构,2.1 平面四杆机构的基本类型,铰链四杆机构 偏心轮机构 曲柄滑块机构 导杆机构,2.1 平面四杆机构的基本类型,（二）偏心轮机构（p.23）,将转动副B的半径扩大至超过曲柄1的长度,曲柄演变成一 个几何中心与回转中心不象重合的圆盘，称为偏心轮。,e,1,B,A,2,C,3,D,4,(a),(b),3,2,1,B,C,2.1 平面四杆机构的基本类型,（二）偏心轮机构,偏心轮应用：偏心轮滑块,e,1,B,A,2,
10、C,3,D,4,(a),曲柄销承受较大冲击载荷； 曲柄长度较短； 需要装在轴中部 颚式破碎机、剪床、抽水机,2.1 平面四杆机构的基本类型,（二）偏心轮 机构,偏心轮应用：偏心轮滑块,颚式破碎机,2.1 平面四杆机构的基本类型,（二）偏心轮 机构,偏心轮应用：偏心轮滑块,颚式破碎机,（三）曲柄滑块机构,如图曲柄摇杆机构中，摇杆3在某一角度内来回摆动，上面C点的轨迹是以D为圆心，杆3的长度L3为半径的圆弧mm。如将摇杆3作成圆弧形滑块，并在有环形槽的机架上滑动，取该圆环形槽的曲率半径等于摆杆L3的长度，则其运动特性无变化，如图所示。,（三）曲柄滑块机构,若将环形槽的半径增至无穷大，则转动副D的中
11、心移至无穷远处，环形槽变为直槽，转动副D则转化为移动副，构件3由摇杆变成了滑块，构件4成为导杆。于是曲柄摇杆机构就演化为曲柄滑块机构，如图所示。此时移动方位线mm不通过曲柄回转中心，垂直距离e称为偏距。故称为偏置曲柄滑块机构,（三）曲柄滑块机构,当偏距e为0时，称为曲柄滑块机构,回转运动 往复直线运动（压缩机）。或 往复直线运动回转运动 （内燃机）,（四）导杆机构,将曲柄1作为机架，就成为导杆机构,BC AB时，导杆可作360度回转。滑块在导杆AC上移动，并受导杆牵制同时绕A转动。称为转动导杆机构。,1,2,3,4,B,B,C,C,A,A,2.1 平面四杆机构的基本类型,（四）导杆机构,将曲柄
12、1作为机架，就成为导杆机构,BC AB时，导杆只在360度范围内摆动。称为摆动导杆机构。,（四）导杆机构,将曲柄1作为机架，就成为导杆机构,BC AB时，导杆只在360度范围内摆动。称为摆动导杆机构。,利用死点夹紧工件,2-2 平面连杆机构的设计,平面连杆机构设计的基本问题,问题一：刚体导引机构设计 引导一个刚体实现一系列给定位置,问题二：函数生成机构设计 主、从动连架杆运动规律具有给定的函数关系,问题三：轨迹生成机构设计 机构中某点可以实现预期的运动轨迹,图解法 解析法 实验法,平面连杆机构设计方法：,轨迹生成机构的设计 解析法,M（x，y）,a, c, d, e, f, g,刚体导引机构的设计,要求：设计四杆机构，使得连杆通过 I、II、III三个位置,本章重点小结,三、学习分析问题和解决问题的方法,复杂问题 简单问题 计算机可以处理的问题,新问题 已有知识 假设的解决方案,空间连杆机构,两移动副相邻,连杆机构 自由度少、约束多 设计灵活度受到限制,轨迹生成机构的设计 实验法,
