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1、,第四章 连杆机构及其设计,平面连杆机构 将若干个构件用低副连接起来并作平面运动的机构，称为平面连杆机构。这种机构也称为低副机构。,铰链四杆机构,雷达天线机构,运动副为面接触，压强小，承载能力大，耐冲击。,平面连杆机构的特点,可以实现不同的运动规律和特定轨迹要求。,构件可以很长，用于远距离的操作。,运动副的形状简单、规则，容易制造。,5. 运动传递路线较长，易产生累积误差。,6. 惯性力难以平衡，不易于高速运动。,用于实现远距离操作及受力大的场合,挖掘机,用于受力大的场合,破碎机,铰链四杆机构 全部运动副都为转动副的四杆机构。,连杆：不与机架相连并作平面运动的构件。,一、基本类型,四杆机构 由
2、四个构件组成的平面连杆机构。,机架：支承传动零件。,曲柄：与机架相连并作整周转动的构件。,摇杆：与机架相连并作往复摆动的构件。,曲柄、摇杆连架杆,1.曲柄摇杆机构,两连架杆中，一个作整周转动，一个作往复摆动。,曲柄摇杆机构的应用,颚式破碎机构,四杆破碎机构,曲柄摇杆机构的应用,雷达天线机构,搅拌机机构,2. 双曲柄机构,两连架杆均能作整周转动。,双曲柄机构的应用,正平行四边形机构,机车车轮驱动机构,摄影平台升降机构,车门机构,3. 双摇杆机构,两连架杆均不能作整周转动。,双摇杆机构的应用,鹤式起重机构,1.改变运动副尺寸 曲柄演化为偏心轮,二、演化形式,当曲柄的实际尺寸很短并传递较大的动力时,
3、可将曲柄做成几何中心与回转中心距离等于曲柄长度的圆盘，常称此机构为偏心轮机构。,偏心轮机构的演化,曲柄摇杆机构,双偏心轮机构,在曲柄摇杆机构中，若摇杆的杆长增大至无穷长，则其与机架相连的转动副转化成移动副。,2.改变构件形状转动副演化为移动副,单移动副机构,双移动副机构,1) 曲柄滑块机构（固定导杆）,3.选用不同构件为机架,2) 曲柄摇块机构 （固定与滑块相对转动的构件）,自卸卡车,3) 导杆机构 (固定与滑块不相连的构件),摆动导杆机构,转动导杆机构,转动导杆机构的应用,摆动导杆机构的应用,4) 定块机构（固定滑块）,唧筒,定块机构,四杆机构的基本形式 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构
4、,课堂小结,2. 四杆机构的演化形式 偏心轮与转动副的关系 移动副与转动副的关系 曲柄滑块机构 摆动导杆机构,一、曲柄存在的条件,曲柄整周转动，曲柄AB必须顺利通过与机架AD共线的两个位置AB1和AB2。,当曲柄处于AB2时，有,b(da)c abcd c(da)b acbd,adbc,当曲柄处于AB1时，有,前三式两两相加可得,(2) 组成周转副的两杆中必有一杆为四杆中的最短杆。,(1) 杆长条件：最短杆与最长杆的长度和应小于或等于其余两杆的长度和。,同时,即,最短杆为机架 双曲柄机构,最短杆为连杆 双摇杆机构,双曲柄机构,双摇杆机构,最短杆为连架杆曲柄摇杆机构,铰链四杆机构类型的判断方法：
5、,无论何杆为机架均为双摇杆机构,曲柄摇杆机构,例4-1 图示铰链四杆机构，BC=50mm，CD=35mm， AD=30mm，AD为机架，若为曲柄摇杆机构， 试讨论AB的取值范围。,解：,若为曲柄摇杆机构，则AB必为最短杆，由杆长条件得,AB+BCCD+AD,所以，ABCDADBC=(353050)mm=15mm,即 AB15mm时，该铰链四杆机构为曲柄摇杆机构。,二、急回运动特性,原动件匀速连续回转，从动件往复运动速度不同的性质。,机构极位曲柄与连杆两次共线时的位置。,极位夹角原动件曲柄在机构极位时所夹的锐角。,摆角从动件摇杆两 极限位置的夹角。,摆角 , 时间 t1,摆角 , 时间 t2,因
6、为 12且曲柄匀速 所以 t1 t2,原动件匀速转动时，从动件往复运动速度快慢不同，称为急回运动特性。,故摇杆C点平均速度,四杆机构从动件空回行程平均速度与工作行程平均速度 的比值称为行程速比系数，用 K 表示：,（2）当 0，K 1，机构有急回作用。,因此，（1）当 = 0，K = 1，机构无急回作用。,压力角从动件在点的受力方向与该点速度方向所夹的锐角，称机构在此位置的压力角，用 表示。,有效分力,有害分力,压力角 越小，推动机械运动的有效分力越大，故压力角越小越好。,三、压力角和传动角,传动角 越大，推动机械运动的有效分力越大，故传动角越大越好。, min 40, min 的位置：,曲柄
7、与机架两共线位置之一最小传动角位置。,对 min 的要求：,传动角：压力角的余角，用 表示。,（图示 B1C1D = min）,死点位置:,机构顶死，不能运动；或出现运动不确定。,四、死点位置,死点位置的危害：,从动件的传动角 等于零时机构所处的位置。,克服死点的措施：,1. 利用惯性,如飞轮。,2. 采用几套相同的机构错位。,3. 利用虚约束,如蒸汽机车中的平行四边形机构。,死点位置的利用,夹紧机构,从动件不能在两个不连通的可行域内连续运动，这种运动的不连续一般称为错位不连续；,五、运动的连续性,从动件不能违反运动顺序，否则称为 错序不连续。,设计任务：根据给定的运动要求选定机构的型式,并确
8、定其各 构件的尺寸参数。,设计的基本问题:,满足预定的运动规律要求: 要求原动件运动规律一定的条件下，从动件满足预定的运动规律要求。（图解法、解析法）,满足预定的轨迹要求: 要求连杆上某些点的轨迹能符合预 定的要求，称为轨迹机构设计。（解析法、实验法）,满足预定的连杆位置要求: 要求连杆能顺序地实现一些给定位置，称为导引机构设计。 （图解法、解析法）,继续,一、图解法 1. 按连杆预定的位置设计四杆机构,1）作出已知的连杆位置B1C1、B2C2、B3C3；,2）分别连接B1B2、B2B3、C1C2、C2C3；,3）分别作B1B2、B2B3、C1C2、C2C3的垂直平分线, 取对应的交点为A与D
9、；,4）连接AB1、C1D，并求得各构件尺寸长度。,已知条件：连杆长度lBC和连杆的三个给定位置B1C1、B2C2、B3C3 。,应用于车门装置、炉门装置等。,返回,炉门装置,2. 按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构,已知条件：机架长度lAD和两连架杆的三个对应位置AB1、ID和AB2、IID及AB3、IIID。,1）作出两连架杆的几个对应位置；,2）连接B2D，绕D点转- 12角， 得B2点；,3）连接B3D，绕D点转- 13角， 得B3点；,4）分别作B1B2、B2B3的垂 直平分线，两线交于D 杆上C1点；,5）确定连杆BC和连架杆CD的长度。,3. 按给定的行程速比系数设计四杆机构,
10、已知条件：,摆角 ,设计关键：,找铰链中心 A 点的位置。,摇杆长度,和行程速比系数。,B1,N,C2,C1,D,A,B2,E,2)画辅助圆;,3)根据机架长度或位置确定A点;,5)确定曲柄、连杆长度。,设计方法：,图解法思路：,（4）利用其他辅助条件完成设计。,（3）利用几何关系寻找问题的关键；,（2）将运动条件转化为几何条件；,（1）将已知的几何条件尽可能画出；,返回,二、解析法 1.按预定的两连架杆对应位置设计四杆机构,令,令,返回,由上两式分别消去和得,2. 按预定的运动轨迹设计四杆机构,返回,三、实验法,按两连架杆对应角位移设计,返回,连杆机构设计方法小结： 图解法：简便、易行，精度稍差； 解析法：精确、繁杂； 实验法：直观、精度低。,返回,五、六、七、八、九、十杆,改善受力传动角 改善运动位移（行程、可调）、速度（匀速、停歇）,何为多杆？,锻压设备中的肘杆机构获得较大机械利益,进 入 下 一章学习,回本章首页,该下课了！,
