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1、3-1 概述(特点与基本设计问题),（1）由若干刚性构件用低副联接而成的机构称为连杆机构.,一、定义与分类,（2）连杆机构可分为 空间连杆机构和 平面连杆机构,空间连杆机构,平面连杆机构,二、连杆机构的特点,优点: 承受载荷大，便于润滑 制造方便，易获得较高的精度 两构件之间的接触靠几何封闭实现 实现多种运动规律和轨迹要求,缺点: 惯性力不易平衡,不易精确实现各种运动规律和轨迹要求,三、设计基本问题 实现给定位置的设计 实现已知运动规律的设计 实现已知运动轨迹的设计 常用设计方法： 图解法；解析法；图谱法和模型实验法,3-2 平面连杆机构的基本类型及其演化,一、基本类型（铰链四杆机构）及应用,
2、曲柄摇杆机构,基本类型：,双曲柄机构,双摇杆机构,曲柄摇杆机构,命名:以连架杆命名,二、平面连杆机构的演化,人们认为所有的四杆机构都是由四杆机构的基本形式演化来得。,1、曲柄摇杆机构的演化,改变运动副类型 转动副变成移动副,改变构件相对尺寸,改变构件相对尺寸e0,曲柄滑块机构,2、双曲柄机构的演化,改变运动副类型 转动副变成移动副,转动导杆机构,改变运动副类型 转动副变成移动副,双转块杆机构,改变构件相对尺寸,0,改变构件相对尺寸,3、双摇杆机构的演化,改变运动副类型 转动副变成移动副,移动导杆机构,改变运动副类型 转动副变成移动副,双滑块机构,0,改变构件相对尺寸,改变构件相对尺寸,4、曲柄
3、滑块机构的演化,改变运动副类型 转动副变成移动副,改变构件相对尺寸,正弦机构,改变机架,定为机架,双滑块机构,平面四杆机构的演化方式,(2) 改变相对杆长,(3) 选不同构件作机架,改变运动副类型 转动副 移动副,3-3 平面四杆机构的工作特性,一、平面四杆机构有曲柄的条件（整转副条件）,1、四杆机构有曲柄的条件,蓝色三角形(曲柄与机架延伸共线)成立,红色三角形(重叠共线)成立,比较,该机构中构件a最短，构件a能否整周回转？,最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和,最短杆是连架杆或机架,a最短,最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和,最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和,这是铰链
4、四杆运动链有周转副的几何条件,当最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和即,该式表明铰链四杆运动链有两个周转动副,并且这两个周转副在最短杆的两端。,最短杆是连架杆或机架,最短杆a是机架时，连架杆b,d都是曲柄,最短杆a是连架杆时，b或者d是机架，a是曲柄,c是机架时，无曲柄,双曲柄机构,曲柄摇杆机构,双摇杆机构,2*、曲柄滑块机构有曲柄的条件,构件a能通过m点的条件是：,构件a能通过n点的条件是：,曲柄滑块机构有曲柄的条件,3*、导杆机构有曲柄的条件,有曲柄，该机构是摆动导杆机构。,有曲柄，该机构是转动导杆机构。,有曲柄，该机构是转导杆机构。,结论 导杆机构总是有曲柄的,4*、偏置导杆机构有
5、曲柄的条件,有曲柄，该机构是摆动导杆机构。,有曲柄，该机构是摆动导杆机构。,没有曲柄。,有曲柄，该机构是转动导杆机构。,结论 偏置导杆机构有曲柄的条件是,二、急回运动和行程速比系数,1. 极位夹角 当机构从动件处于两极限位置时，主动件曲柄在两相应位置所夹的角,曲柄摇杆机构的极位夹角,曲柄滑块机构的极位夹角,摆动导杆机构的极位夹角,2. 急回运动 当曲柄等速回转的情况下，通常把从动件往复运动速度快慢不同的运动称为急回运动。,主动件a,时间：,转角：,运动：,从动件c,时间：,转角：,运动：,从动件c的平均角速度：,通常把从动件往复运动平均速度的比 值(大于1)称为行程速比系数，用K表示。,3.
6、行程速比系数K,三、压力角和传动角,压力角：力F的作用线与力作用点绝对速度V所夹的锐角称为压力角。,传动角：压力角的余角称为传动角,在其它条件不变的情况下压力角越小，作功W越大,压力角是机构传力性能的一个重要指标，它是力的利用率大小的衡量指标。,曲柄摇杆机构的压力角,曲柄滑块机构的压力角,四、机构的死点位置,所谓死点位置就是指从动件的传动角等于零或者压力角等于90时机构所处的位置。,1. 死点位置,如何确定机构的死点位置？,分析B、C点的压力角,曲柄摇杆机构（曲柄为主动件）的死点,无死点存在,曲柄摇杆机构（摇杆为主动件）的死点,曲柄滑块机构（曲柄为主动件）的死点,无死点存在,曲柄滑块机构（滑块
7、为主动件）的死点,有死点存在,2. 死点位置的应用,飞机起落架,夹具,火车轮,2. 避免死点位置的危害,加虚约束的平行四边形机构,加虚约束的平行四边形机构,3-4 平面四杆机构的设计,一、平面连杆设计的基本问题,1. 平面连杆机构设计的基本任务 根据给定的设计要求选定机构型式； 确定各构件尺寸，并要满足结构条件、动力条件和运动连续条件等。 2. 平面连杆机构设计的三大类基本命题 满足预定运动的规律要求 满足预定的连杆位置要求 满足预定的轨迹要求,（1）满足预定运动的规律要求 要求两连架杆的转角能够满足预定的对应位置关系； 要求在原动件运动规律一定的条件下，从动件能够准确地或近似地满足预定的运动
8、规律要求。,满足预定运动的规律要求机构示例对数计算机构,近似再现函数 y = log x的平面四杆机构,（3）满足预定的轨迹要求,设计时要求在机构运动过程中，连杆上某点能实现预定的轨迹。(又称为轨迹生成机构的设计),机构示例鹤式起重机,机构示例搅拌机机构,3. 设计方法: 1）图解法 2）解析法 3）实验法,二、用图解法设计四杆机构,1. 按给定的行程速比系数K设计四杆机构实现给定运动要求,2. 按连杆预定位置设计四杆机构实现给定连杆位置（轨迹）要求,3. 按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构实现给定连架杆位置（轨迹）要求,1. 按给定的行程速比系数K设计四杆机构,曲柄摇杆机构 设计要求：已知
9、摇杆的长度CD、摆角及行程速比系数K。 设计过程：,计算极位夹角：,选定机构比例尺，作出极位图：,联C1C2，过C2 作C1M C1C2 ；另过C1作 C2C1N=90- 射线C1N，交C1M于P点；,以C1P 为直径作圆I，则该圆上任一点均可作为A铰链，有无穷多解。,设曲柄长度为a，连杆长度为b，则:,欲得确定解，则需附加条件： (1)给定机架长度d； (2)给定曲柄长度a； (3)给定连杆长度b,(2)给定曲柄长度a的解：,作图步骤：以Oa为圆心过C1、C2作圆，以c1为圆心2a为半径交圆于E点，连C1E交圆于A点。,(3)给定连杆长度b的解：,作图步骤：以Ob为圆心过C1、C2作圆，以c
10、1为圆心2b为半径交圆于E点，连C1E交圆于A点。,证明：,摆动导杆机构的设计,对于摆动导杆机构,由于其导杆的摆角 刚好等于其极位夹角，因此，只要给定曲柄长度LAB (或给定机架长度LAD)和行程速比系数K就可以求得机构。,已知：机架长度d，K，设计此机构。,计算180(K-1)/(K+1)；,任选D作mDn,取A点，使得AD=d, 则: a = d sin(/2),2. 按连杆预定位置设计四杆机构,已知连杆上两活动铰链的中心B、C位置（即已知LBC）,已知机架上固定铰链的中心A、D位置（即已知LAD）,已知连杆在运动过程中的两个位置B1C1、B2C2 ，设计四杆机构 已知连杆上在运动过程中的
11、三个位置B1C1、B2C2 、B3C3，设计四杆机构。,已知连杆在运动过程中的两个位置E1F1 、 E2F2 ，设计四杆机构 已知连杆上在运动过程中的三个位置E1F1、E2F2、E3F3 ，设计四杆机构,已知连杆上两活动铰链的中心B、C位置（即已知LBC）,设计步骤：,设计分析：,铰链和位置已知，固定铰链和未知。铰链和轨迹为圆弧，其圆心分别为点和。和分别在B1B和C1C的垂直平分线上。,联B1B，作垂直平分线b12,联C1C ，作垂直平分线c12,有无穷多解,已知连杆上在运动过程中的三个位置B1C1、B2C2 、B3C3，设计四杆机构。,唯一解,已知机架上固定铰链的中心A、D位置（即已知LAD
12、）,设计方法采用转化机构法(或反转法),转化机构法或反转法根据机构的倒置理论，通过取不同构件为机架，将活动铰链位置的求解转化为固定铰链的求解设计四杆机构的方法。,转化机构法(或反转法)原理：,其原理与取不同构件为机架的演化方法（称为“机构倒置”原理）完全相同，即相对运动不变原理。当给整个机构加一个共同的运动时，虽然各构件的绝对运动改变了，但是各构件之间的相对运动并不发生变化，亦即各构件的相对尺寸不发生改变。,对转化后的机构进行设计与对原机构设计的结果是完全一样的，这样就可以将活动铰链位置的求解问题转化为固定铰链的求解问题。,以连杆为相对机架的情况,B2,C2,E2,F2,以连杆上任一线为相对机
13、架的情况,所得结果与以连杆为相对机架时相同，故设计时可以连杆上任意线为相对机架进行，结果相同。,已知连杆在运动过程中的两个位置E1F1 、 E2F2 ，设计四杆机构,转化机构法(或反转法)的应用,有无穷多解,A,D,E1,F1,已知连杆上在运动过程中的三个位置E1F1、E2F2、E3F3 ，设计四杆机构,唯一解,反转法或转化机构法的具体作图方法为了不改变反转前后机构的相对运动，作图时 将原机构每一位置的各构件之间的相对位置视为刚性体； 用作全等四边形或全等三角形的方法，求出转化后机构的各构件的相对位置。,这一方法又称为“刚化反转法”。 反转作图法只限于求解两位置或三位置的设计问题,3. 按两连
14、架杆预定的对应位置设计四杆机构,设计方法采用转化机构法(或反转法),B2,C2,以连架杆为相对机架,按两连架杆两个对应位置设计四杆机构 按两连架杆三个对应位置设计四杆机构,设计问题：,3. 按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构,按两连架杆两个对应位置设计四杆机构,已知：机架长度 LAD= d 两连架杆对应转角12、12 。 设计：四杆机构,l,有无穷多解,按两连架杆三个对应位置设计四杆机构,讨论： 1 、哪个构件应成为相对机架？ 2 、反转角为哪个？,已知：机架长度LAD、一连架杆长度 LAB及其起始位置、两连架杆对应转角 12 、12 、13 、13 。 设计四杆机构,四杆机构及其特点 平面四杆机构的类型,平面四杆机构的基本性质,平面四杆机构有曲柄的条件 急回运动 四杆机构传动角及压力角 铰链四杆机构的运动连续性,平面四杆机构的设计 平面连杆机构设计的基本问题 设计方法：解析法、图解法、实验法,小结,
