《机械设计基础第三章平面连杆机构ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计基础第三章平面连杆机构ppt课件（106页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第3章章 平面连杆机构平面连杆机构3-1 平面机构的运动简图和自由度3-2 平面四杆机构的基本类型3-3 平面四杆机构的特点及设计基本要求基本要求: :v掌握基本概念掌握基本概念v熟练掌握机构运动简图的绘制熟练掌握机构运动简图的绘制v熟练掌握机构自由度的计算方法熟练掌握机构自由度的计算方法v掌握平面连杆机构的类型、特点、掌握平面连杆机构的类型、特点、演化方法演化方法v掌握平面四杆机构的工作特性掌握平面四杆机构的工作特性机械设计基础 平面连杆机构7/22/20241机械设计基础3-1 平面机构的运动简图和自由度平面机构的运动简图和自由度一、构件二、运动副三、机构四、平面机构的运动简图五、平面机
2、构的自由度机械设计基础 平面连杆机构7/22/20242机械设计基础一、构件一、构件构件：构件：独立影响机构功能并能独立运独立影响机构功能并能独立运动的单元体动的单元体（实物、刚体、运动的整体实物、刚体、运动的整体）机架机架、原动构件、从动构件原动构件、从动构件零件：零件：单独加工的制造单元体单独加工的制造单元体通用零件、专用零件通用零件、专用零件v构件可以由一个零件组成构件可以由一个零件组成v也可以由几个零件组成也可以由几个零件组成原动件原动件1234从动件从动件机架机架机械设计基础 平面连杆机构7/22/20243机械设计基础与动力与动力源组合源组合机器的组成机器的组成( (从运动观点看从
3、运动观点看) )由构件组成由构件组成( (从制造观点看从制造观点看) )由零件组成由零件组成机械机械机器机器机构机构构件构件零件零件通用零件通用零件专用零件专用零件原动构件原动构件从动构件从动构件机机 架架零件零件构件构件机构机构机器机器静联接静联接动联接动联接(运动副运动副)机械设计基础 平面连杆机构7/22/20244机械设计基础xyo二、运动副二、运动副v运动副运动副: : 两构件直接接触而形成的可动联接两构件直接接触而形成的可动联接v运动副元素：运动副元素：构成运动副时直接接触的点、线、面部分构成运动副时直接接触的点、线、面部分v接触形式接触形式: : 点、线、面点、线、面机械设计基础
4、 平面连杆机构7/22/20245机械设计基础运动副分类运动副分类v按接触形式分类v按相对运动分类机械设计基础 平面连杆机构7/22/20246机械设计基础按接触形式分类：按接触形式分类：v接触形式接触形式: 点、线、面点、线、面v低副低副：面接触：面接触v高副高副：点、线接触：点、线接触平面低副平面低副空间低副空间低副xyo机械设计基础 平面连杆机构7/22/20247机械设计基础按相对运动分类：按相对运动分类：v运动副的性质（即运动副引入的约束）确定了两构件的相运动副的性质（即运动副引入的约束）确定了两构件的相对运动对运动v按相对运动分类：按相对运动分类：转动副：相对转动转动副：相对转动
5、回转副、铰链回转副、铰链移动副：相对移动移动副：相对移动 螺旋副：螺旋运动螺旋副：螺旋运动 球面副：球面运动球面副：球面运动 机械设计基础 平面连杆机构7/22/20248机械设计基础运动副类型小结运动副类型小结v平面低副平面低副: 转动副、移动副转动副、移动副 （面接触面接触）v平面高副平面高副: 齿轮副、凸轮副齿轮副、凸轮副 （点、线接触点、线接触）v空间低副空间低副: 螺旋副、球面副、圆柱副螺旋副、球面副、圆柱副 （面接触面接触）v空间高副空间高副: 球和圆柱与平面、球与圆柱副球和圆柱与平面、球与圆柱副 (点、线接触点、线接触)v运动副特性运动副特性: :运动副一经形成运动副一经形成,
6、, 组成它的两个构件间的可组成它的两个构件间的可能的相对运动就确定。而且能的相对运动就确定。而且这种可能的相对运动这种可能的相对运动, , 只与运只与运动副类型有关动副类型有关, , 而与运动副的具体结构无关。而与运动副的具体结构无关。v工程上常用一些规定的符号代表运动副工程上常用一些规定的符号代表运动副机械设计基础 平面连杆机构7/22/20249机械设计基础平面副平面副低副低副：转动副、移动副：转动副、移动副( (面接触面接触) )高副高副：齿轮副、凸轮副：齿轮副、凸轮副( (点、点、线接触线接触) )xyoxyottnnnt机械设计基础 平面连杆机构7/22/202410机械设计基础空间
7、副空间副高副高副：点、线接触：点、线接触球面副球面副螺旋副螺旋副了解了解机械设计基础 平面连杆机构7/22/202411机械设计基础v机构是由构件通过运动副连接而成的机构是由构件通过运动副连接而成的v原动件：原动件：按给定运动规律独立运动的构件按给定运动规律独立运动的构件v从动件：从动件：其余的活动构件其余的活动构件v机机 架：架：固定不动的构件固定不动的构件原动件原动件1234从动件从动件机架机架闭链闭链开链开链机构机构三、机构三、机构机械设计基础 平面连杆机构7/22/202412机械设计基础1 概述2 构件的表示方法3 运动副的表示方法4 运动简图的绘制方法5 例题四、平面机构的运动简图
8、四、平面机构的运动简图机械设计基础 平面连杆机构7/22/202413机械设计基础1 概述概述v机构各部分的运动，取决于：机构各部分的运动，取决于：原动件的运动规律、各运动副的类型、机构的运动尺寸原动件的运动规律、各运动副的类型、机构的运动尺寸(确定各运动副相对位置的尺寸确定各运动副相对位置的尺寸)v机构运动简图机构运动简图:（表示机构（表示机构运动特征运动特征的一种工程用图）的一种工程用图）用简单线条表示构件用简单线条表示构件规定符号代表运动副规定符号代表运动副按比例定出运动副的相对位置按比例定出运动副的相对位置与原机械具有完全相同的运动特性与原机械具有完全相同的运动特性v比较：比较：机构示
9、意图：机构示意图：没严格按照比例绘制的机构运动简图没严格按照比例绘制的机构运动简图v用途：用途：分析现有机械，构思设计新机械分析现有机械，构思设计新机械机械设计基础 平面连杆机构7/22/202414机械设计基础2 构件的表示方法构件的表示方法v杆、轴类构件杆、轴类构件v机架机架v同一构件同一构件v两副构件两副构件v三副构件三副构件机械设计基础 平面连杆机构7/22/202415机械设计基础3 运动副的表示方法运动副的表示方法v转动副转动副v移动副移动副v高副高副（齿轮副、（齿轮副、凸轮副）凸轮副）机械设计基础 平面连杆机构7/22/202416机械设计基础4 运动简图的绘制方法运动简图的绘制
10、方法v步骤：步骤：确定构件数目及原动件、输出构件确定构件数目及原动件、输出构件各构件间构成何种运动副？（注意微动部分）各构件间构成何种运动副？（注意微动部分）选定比例尺选定比例尺、投影面，确定原动件某一位置，、投影面，确定原动件某一位置，按规定按规定符号绘制运动简图符号绘制运动简图标明机架、原动件和作图比例尺标明机架、原动件和作图比例尺v绘制路线：绘制路线：原动件原动件中间传动件中间传动件 输出构件输出构件v观察重点：观察重点：各构件间构成的运动副类型各构件间构成的运动副类型v良好习惯：良好习惯：各种运动副和构件用规定符号表达各种运动副和构件用规定符号表达v误误 区：区：构件外形构件外形机械设
11、计基础 平面连杆机构7/22/202417机械设计基础5 例题：例题：内燃机内燃机机械设计基础 平面连杆机构7/22/202418机械设计基础试绘制如图所示机构的运动简图试绘制如图所示机构的运动简图1 1、气缸体、气缸体 2 2、活塞、活塞 3 3、进气阀、进气阀4 4、排气阀、排气阀 5 5、连杆、连杆 6 6、曲轴、曲轴7 7、凸轮、凸轮 8 8、顶杆、顶杆 9 9、1010齿轮齿轮7/22/202419机械设计基础 绘出图所示泵结构的构件图绘出图所示泵结构的构件图1 1、偏心圆盘、偏心圆盘 2 2、带环的柱塞、带环的柱塞 3 3、摆动盘、摆动盘 4 4、机架、机架7/22/202420机
12、械设计基础7/22/202421机械设计基础7/22/202422机械设计基础ABCEFDG例题：例题：破碎机破碎机机械设计基础 平面连杆机构7/22/202423机械设计基础1 12 23 34 4ABC141223A14B12C2343 32 24 41 14例题：例题：机械设计基础 平面连杆机构7/22/202424机械设计基础1 平面机构自由度的计算平面机构自由度的计算2 机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件3 几种特殊结构的处理几种特殊结构的处理复合铰链复合铰链局部自由度局部自由度虚约束虚约束4 小结小结五、平面机构的自由度五、平面机构的自由度机械设计基础 平面连杆机构7/2
13、2/202425机械设计基础1 平面机构自由度的计算平面机构自由度的计算(1) 平面运动构件的自由度平面运动构件的自由度(构件可能出现的独立运动构件可能出现的独立运动)(2) 平面运动副引入的约束平面运动副引入的约束R(对独立的运动所加的限制对独立的运动所加的限制)xy21 与其它构件未连之前：与其它构件未连之前：3用运动副与其它构件连接后用运动副与其它构件连接后, 运运动副引入约束动副引入约束, 原自由度减少原自由度减少xyoxyottnnR=2R=2R=1机械设计基础 平面连杆机构7/22/202426机械设计基础(3) 平面机构自由度计算公式平面机构自由度计算公式如果如果：活动构件数：活
14、动构件数：n 低副数低副数： pl 高副数高副数： phxy21未连接前总自由度：未连接前总自由度： 3n连接后引入的总约束数：连接后引入的总约束数：2pl+phF=3n - ( 2pl + ph )v机构自由度机构自由度F：F=3n - 2pl - ph机械设计基础 平面连杆机构7/22/202427机械设计基础机构自由度举例：机构自由度举例：1234F =3n2plph = 3 2 340= 112345F =3n2plph = 3 2 450= 2F =3n2plph = 3 2 221= 1BCAF =3n2plph = 3 2 340 = 1F =3n2plph = 3 2 451
15、= 1机械设计基础 平面连杆机构7/22/202428机械设计基础F =3n2plph = 3 42 50= 2 F =3n2plph = 3 32 50= -1 F =3n2plph = 3 22 30=0 2 机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件F=0,刚性桁架，构件之间无相对运动刚性桁架，构件之间无相对运动原动件数小于原动件数小于F,各构件无确定的相对运动各构件无确定的相对运动原动件数大于原动件数大于F,在机构的薄弱处遭到破坏在机构的薄弱处遭到破坏结论：结论：机构具有确定运动的条件：机构具有确定运动的条件：1 机构自由度机构自由度 0 2 原动件数原动件数 机构自由度数机构自由度
16、数BCABCADEAEBCD机械设计基础 平面连杆机构7/22/202429机械设计基础vm个构件个构件(m2)在同一处构成转动副在同一处构成转动副vm-1-1个低副个低副(1) 复合铰链复合铰链412356F F 3n3n2p2pl lp ph h 3 3 2 2 560 3F F 3n3n 2p2pl lp ph h 3 3 2 2 570 1412356错错对对计算在内计算在内5232351m个构件个构件,m-1个铰链个铰链3 几种特殊结构的处理几种特殊结构的处理机械设计基础 平面连杆机构7/22/202430机械设计基础F3n2plph 3 2 33 1 2F3n 2plph 3 2
17、221 1错错对对排除排除(2) 局部自由度局部自由度v定义：定义：机构中某些构件所具有的独立的局部运动机构中某些构件所具有的独立的局部运动, , 不影响机不影响机构输出运动的自由度构输出运动的自由度v局部自由度经常发生的场合：局部自由度经常发生的场合：滑动摩擦变为滚动摩擦时添加滑动摩擦变为滚动摩擦时添加的滚子、轴承中的滚珠的滚子、轴承中的滚珠v解决的方法：解决的方法：计算机构自由度时，设想将滚子与安装滚子的计算机构自由度时，设想将滚子与安装滚子的构件固结在一起，视作一个构件构件固结在一起，视作一个构件机械设计基础 平面连杆机构7/22/202431机械设计基础v不影响机构运动传递的不影响机构
18、运动传递的重复约束重复约束v在特定几何条件或结构条件下，某些运动副所引入的约束在特定几何条件或结构条件下，某些运动副所引入的约束可能与其它运动副所起的限制作用一致，这种不起独立限可能与其它运动副所起的限制作用一致，这种不起独立限制作用的运动副叫制作用的运动副叫虚约束虚约束v虚约束虚约束经常发生的场合经常发生的场合v处理方法：处理方法：计算自由度时，将虚约束（或虚约束构件及其计算自由度时，将虚约束（或虚约束构件及其所带入的运动副）去掉所带入的运动副）去掉v结论结论F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 123F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 23 1-
19、-1错错22 11对对排除排除之一为之一为虚约束虚约束(3) 虚约束虚约束机械设计基础 平面连杆机构7/22/202432机械设计基础虚约束经常发生的场合虚约束经常发生的场合A 两构件之间构成多个运动副时两构件之间构成多个运动副时B 两构件某两点之间的距离在运动过程中始终保持不变时两构件某两点之间的距离在运动过程中始终保持不变时C 联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合时联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合时D 机构中对运动不起作用的对称部分机构中对运动不起作用的对称部分机械设计基础 平面连杆机构7/22/202433机械设计基础A 两构件之间构成多个运动副时两构件之间构成多个运动副时v两构
20、件组合成多个两构件组合成多个转动副转动副，且其，且其轴线重合轴线重合v两构件组合成多个两构件组合成多个移动副移动副，其，其导路平行或重合导路平行或重合v两构件组合成若干个两构件组合成若干个高副高副，但接触点之间的，但接触点之间的距离为常数距离为常数123123v目的：目的：为了改善构件的受力情况为了改善构件的受力情况F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 22 11机械设计基础 平面连杆机构7/22/202434机械设计基础B 两构件某两点之间的距离在运动中保持不变时两构件某两点之间的距离在运动中保持不变时v在这两个例子中，加与不加红色构件在这两个例子中，加与不加红色构件AB
21、AB效果完全一样，效果完全一样，为虚约束为虚约束v计算时应将构件计算时应将构件ABAB及其引入的约束去掉来计算及其引入的约束去掉来计算412351234F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 34 0F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 46 0 0BA错错对对 1F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 34 01机械设计基础 平面连杆机构7/22/202435机械设计基础C 两构件上联接点的轨迹重合两构件上联接点的轨迹重合v在该机构中，构件在该机构中，构件2 2上的上的C C点点C C2 2与构件与构件3 3上的上的C C点点C C3
22、3轨迹重合，为虚约束轨迹重合，为虚约束v计算时应将构件计算时应将构件3 3及其引入的约束去及其引入的约束去掉来计算掉来计算v同理，也可将构件同理，也可将构件4 4当作虚约束，将当作虚约束，将构件构件4 4及其引入的约束去掉来计算，及其引入的约束去掉来计算，效果完全一样效果完全一样BAC(C2,C3)D1234F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 34 01机械设计基础 平面连杆机构7/22/202436机械设计基础D 机构中对运动不起作用的对称部分机构中对运动不起作用的对称部分v在该机构中，齿轮在该机构中，齿轮3 3是齿轮是齿轮2 2的对称部分，为虚约束的对称部分，为虚约束
23、v计算时应将齿轮计算时应将齿轮3 3及其引入的约束去掉来计算及其引入的约束去掉来计算v同理，将齿轮同理，将齿轮2 2当作虚约束去掉，完全一样当作虚约束去掉，完全一样v目的：目的：为了改善构件的受力情况为了改善构件的受力情况F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 33 211234机械设计基础 平面连杆机构7/22/202437机械设计基础虚约束虚约束结论结论v机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出现的，如果这些几何条件不满足，则虚约束现的，如果这些几何条件不满足，则虚约束将变成有效约束，而使机构不能运动将变成有效约束，而使机构不能运动v采
24、用虚约束是为了采用虚约束是为了: :改善构件的受力情况；传递较大功率；改善构件的受力情况；传递较大功率；或满足某种特殊需要或满足某种特殊需要v在设计机械时，若为了某种需要而必须使用虚约束时，则在设计机械时，若为了某种需要而必须使用虚约束时，则必须严格保证设计、加工、装配的精度，以满足虚约束所必须严格保证设计、加工、装配的精度，以满足虚约束所需要的几何条件需要的几何条件123机械设计基础 平面连杆机构7/22/202438机械设计基础4 自由度计算小结自由度计算小结vv自由度计算自由度计算自由度计算自由度计算公式公式公式公式: : : :F3n2plph机构自由度机构自由度3活动构件数活动构件数
25、(2低副数低副数+1高副数高副数)vv计算步骤计算步骤计算步骤计算步骤: :确定活动构件数目确定活动构件数目确定活动构件数目确定活动构件数目确定运动副种类和数目确定运动副种类和数目确定运动副种类和数目确定运动副种类和数目确定特殊结构确定特殊结构确定特殊结构确定特殊结构: : 局部自由度、虚约束、复合铰链局部自由度、虚约束、复合铰链局部自由度、虚约束、复合铰链局部自由度、虚约束、复合铰链计算、验证自由度计算、验证自由度计算、验证自由度计算、验证自由度vv几种特殊结构的处理几种特殊结构的处理几种特殊结构的处理几种特殊结构的处理: :1、复合铰链、复合铰链计算在内计算在内2、局部自由度、局部自由度排
26、除排除3、虚约束、虚约束-重复约束重复约束排除排除机械设计基础 平面连杆机构7/22/202439机械设计基础机构自由度计算举例机构自由度计算举例例 1 图示牛头刨床设计方案草图。设计思路为：动力由曲柄1输入，通过滑块2使摆动导杆 3 作往复摆动，并带动滑枕4作往复移动 ，已达到刨削加工目的。 试问图示的构件组合是否能达到此目的？ 如果不能，该如何修改？7/22/202440机械设计基础解：首先计算设计方案草图的自由度解：首先计算设计方案草图的自由度改进措施：改进措施：1 1、增加一个低副和一个活动构件；、增加一个低副和一个活动构件；2 2、用一个高副代替低副。、用一个高副代替低副。即表示如果
27、按此方案设计机构，机构是不能运动的。必即表示如果按此方案设计机构，机构是不能运动的。必须修改，以达到设计目的。须修改，以达到设计目的。7/22/202441机械设计基础改进方案改进方案7/22/202442机械设计基础改进方案改进方案7/22/202443机械设计基础改进方案改进方案7/22/202444机械设计基础例例 2 2 如图所示，已知：如图所示，已知： DE=FG=HIDE=FG=HI，且相互平行；且相互平行；DF=EGDF=EG，且相互平行；且相互平行；DH=EIDH=EI，且相互平行。计算此机构的自由度且相互平行。计算此机构的自由度 ( (若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请标出
28、）。若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请标出）。7/22/202445机械设计基础局部自由度局部自由度复合铰链复合铰链虚约束虚约束7/22/202446机械设计基础例例 3 3 计算图所示机构的自由度计算图所示机构的自由度 ( (若存在局部自由度、若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请标出）。复合铰链、虚约束请标出）。7/22/202447机械设计基础局部自由度局部自由度虚约束虚约束7/22/202448机械设计基础例例 4 4 如图所示如图所示, , 已知已知HG=IJ,HG=IJ,且相互平行；且相互平行；GL=JKGL=JK，且相且相互平行。计算此机构的自由度互平行。计算此机构的自由度 (
29、(若存在局部自由度、复若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请标出）。合铰链、虚约束请标出）。 7/22/202449机械设计基础局部自由度局部自由度复合铰链复合铰链虚约束虚约束7/22/202450机械设计基础F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 8111 17/22/202451机械设计基础7/22/202452机械设计基础7/22/202453机械设计基础2-4 2-4 平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析一、平面机构的组成原理一、平面机构的组成原理机构都是由机架、原动件和从动件组构成的。机构都是由机架、原动件和从动件组构成的。机架机架原动件原动件从动
30、件组从动件组7/22/202454机械设计基础从动件组从动件组当把该机构的机架和原动件拆去后，则余下的从动件组为：当把该机构的机架和原动件拆去后，则余下的从动件组为：这个从动件组的自由度为零，即：这个从动件组的自由度为零，即： 这个从动件组还可以分解成若干个更简单的、自由度这个从动件组还可以分解成若干个更简单的、自由度等于零的从动件组。等于零的从动件组。7/22/202455机械设计基础这样的从动件组已经不能进一步分解成更简单、自由度为零的这样的从动件组已经不能进一步分解成更简单、自由度为零的从动件组。从动件组。 通常把这样的从动件组称为：通常把这样的从动件组称为：基本杆组基本杆组基本杆组的概
31、念非常重要，它是机构分析基本杆组的概念非常重要，它是机构分析的重要的理论基础。的重要的理论基础。7/22/202456机械设计基础机构的组成原理机构的组成原理 任何机构都可以看作是由任何机构都可以看作是由若干个基本杆组依次连接于若干个基本杆组依次连接于原动件和机架上所组成的原动件和机架上所组成的7/22/202457机械设计基础如果基本杆组的运动副全为低副，则基本杆组自由度的如果基本杆组的运动副全为低副，则基本杆组自由度的计算公式为：计算公式为： 由于活动构件数由于活动构件数n和低副数和低副数PL都必须是整数，所以都必须是整数，所以 n应是应是 的倍数，的倍数， PL应是应是 的倍数。的倍数。
32、 这也就是说，在一个基本杆组中，其构件数和低副数有这也就是说，在一个基本杆组中，其构件数和低副数有以下关系：以下关系：n=2, PL=3n=4, PL=6n=6, PL=9二、基本杆组的类型二、基本杆组的类型7/22/202458机械设计基础 最简单的平面基本杆组是由两个构件三个低副组成的杆组，最简单的平面基本杆组是由两个构件三个低副组成的杆组，称之为称之为级杆组。级杆组。级杆组是机构中最常见的一类基本杆组级杆组是机构中最常见的一类基本杆组级杆组有以下几种形式：级杆组有以下几种形式：7/22/202459机械设计基础除除级杆组外，还有级杆组外，还有、级等较高级的基本杆组。级等较高级的基本杆组。
33、这是这是级杆组级杆组由个构件个低副组成，具有一个由个构件个低副组成，具有一个副构件，而每个内副所连接的分支是双副构件。副构件，而每个内副所连接的分支是双副构件。7/22/202460机械设计基础这是这是级杆组级杆组由个构件个低副组成，有个内副。由个构件个低副组成，有个内副。7/22/202461机械设计基础v作业:3.57/22/202462机械设计基础2-2 平面四杆机构的基本类型平面四杆机构的基本类型一、铰链四杆机构1 基本型式2 铰链四杆机构划分3 平面四杆机构的工作特性4 机构演化方式二、偏心轮机构三、曲柄滑块机构四、导杆机构机械设计基础 平面连杆机构7/22/202463机械设计基础
34、一、铰链四杆机构一、铰链四杆机构1 1 基本型式基本型式v平面连杆机构的基本型式是平面连杆机构的基本型式是铰链四杆机构铰链四杆机构v其余四杆机构均是由铰链四杆机构演化而成的其余四杆机构均是由铰链四杆机构演化而成的二杆二杆三杆三杆, 不可能不可能.铰链四杆机构铰链四杆机构机械设计基础 平面连杆机构7/22/202464机械设计基础基本型式（续）基本型式（续）v结构特点：结构特点：四个运动副均为转动副四个运动副均为转动副v组成：组成：v机架、连杆、连架杆机架、连杆、连架杆机架：机架：固定不动的构件固定不动的构件AD连架杆：连架杆：直接与机架相连的构件直接与机架相连的构件AB、CD连杆：连杆：不与机
35、架相连的构件不与机架相连的构件BC曲柄：曲柄：能作整周转动的连架杆能作整周转动的连架杆摇杆：摇杆：不能作整周转动的连架杆不能作整周转动的连架杆1B2C31B2C34AD连杆连杆连架杆连架杆连架杆连架杆机架机架1234ABCD曲柄曲柄摇杆摇杆( (摆杆摆杆) )( (周转副周转副) )( (摆转副摆转副) )机械设计基础 平面连杆机构7/22/202465机械设计基础2 铰链四杆机构划分铰链四杆机构划分按连架杆不同运动形式分：按连架杆不同运动形式分：(1) 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构(2) 双曲柄机构双曲柄机构(3) 双摇杆机构双摇杆机构连杆连杆连架杆连架杆连架杆连架杆1234ABCD4AD23作
36、机架曲柄摇杆机构14AD23作机架双摇杆机构4AD1231作机架双曲柄机构曲柄摇杆机构4AD123机械设计基础 平面连杆机构7/22/202466机械设计基础(1) 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构v结构特点：结构特点：连架杆连架杆1为曲柄，为曲柄，3为摇杆为摇杆v运动变换：运动变换：转动转动摇动摇动v举例：举例：搅拌器机构、搅拌器机构、雷达天线机构雷达天线机构1234特性：特性：v急回特征急回特征v死点死点机械设计基础 平面连杆机构7/22/202467机械设计基础(2) 双曲柄机构双曲柄机构v结构特点：结构特点：二连架杆均为曲柄二连架杆均为曲柄v运动变换：运动变换：转动转动转动，通常二转速不相等转
37、动，通常二转速不相等v举例：举例：振动筛机构振动筛机构机械设计基础 平面连杆机构7/22/202468机械设计基础特殊特殊双曲柄机构双曲柄机构v平行四边形机构平行四边形机构结构特点：结构特点：二曲柄等速二曲柄等速v运动不确定问题运动不确定问题v车门开闭机构车门开闭机构v反平行四边形机构反平行四边形机构结构特点：结构特点：二曲柄转向相反二曲柄转向相反机械设计基础 平面连杆机构7/22/202469机械设计基础(3) 双摇杆机构双摇杆机构 v结构特点：结构特点：二连架杆均为摇杆二连架杆均为摇杆v运动变换：运动变换：摆动摆动摆动摆动v举例举例: : 鹤式起重机鹤式起重机机械设计基础 平面连杆机构7/
38、22/202470机械设计基础特殊机构特殊机构v等腰梯形机构等腰梯形机构v实例实例: : 汽车前轮转向机构汽车前轮转向机构机械设计基础 平面连杆机构7/22/202471机械设计基础3 平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性(1)曲柄存在条件(2)急回特征(3)死点连杆连杆连架杆连架杆连架杆连架杆1234ABCD机械设计基础 平面连杆机构7/22/202472机械设计基础(1) 曲柄存在条件曲柄存在条件v曲柄存在条件：曲柄存在条件：1. 最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和两杆长度之和2. 最短杆是连架杆或机架最短杆是连架杆或机架v最短杆最
39、短杆参与构成的转动副都是参与构成的转动副都是整周副整周副v其余均为摆转副其余均为摆转副v推论推论1：v当当Lmax+Lmin L(其余两杆长度之和其余两杆长度之和)时时最短杆是连架杆之一最短杆是连架杆之一 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构最短杆是机架最短杆是机架 双曲柄机构双曲柄机构最短杆是连杆最短杆是连杆 双摇杆机构双摇杆机构v推论推论2：v当当Lmax+Lmin L(其余两杆长度之和其余两杆长度之和)时时v 双摇杆机构双摇杆机构ABCDabcd了解了解机械设计基础 平面连杆机构7/22/202473机械设计基础v当回程所用时间小于工作行程所用时间时，称该机构具有当回程所用时间小于工作行程所用时间时
40、，称该机构具有急回特征急回特征v极位夹角：极位夹角： v急回特性分析：急回特性分析：v 1 = C v 1 = 1 t1 =1800 + v 2 = 1 t2 =1800 - vt1 t2 , v2 v1v行程速比系数行程速比系数K K (2) 急急回回特征特征vK=1, 无急回特性无急回特性v K急回特征越显著急回特征越显著1jB2C212v2v1慢快v急回特性的应用例：急回特性的应用例：牛头刨牛头刨工作要求工作要求B1C14ABCD231机械设计基础 平面连杆机构7/22/202474机械设计基础v死点死点: :传动角为零传动角为零g g=0(=0(连杆与从动件共线连杆与从动件共线),),
41、机构顶死机构顶死(3) 死点死点vM=F*LB1C1B2C24ABCD231=00=00=00C2B2=00BACB1C机械设计基础 平面连杆机构7/22/202475机械设计基础v利用构件惯性力利用构件惯性力v实例实例: :家用缝纫机家用缝纫机v采用多套机构错位排列采用多套机构错位排列v实例实例: :蒸汽机车车轮联动机构蒸汽机车车轮联动机构v蒸汽机车两侧利用错位排列的两套曲柄滑块机构使车轮联蒸汽机车两侧利用错位排列的两套曲柄滑块机构使车轮联动机构通过死点动机构通过死点克服死点的措施克服死点的措施 GGEFEF机械设计基础 平面连杆机构7/22/202476机械设计基础v实例实例: :夹具夹具
42、v飞机起落架机构飞机起落架机构死点的利用死点的利用v折叠家具机构折叠家具机构=00机械设计基础 平面连杆机构7/22/202477机械设计基础4 机构演化方式机构演化方式1 转动副转化为移动副2 变换构件形态3 变更机架4 扩大转动副尺寸连杆连杆连架杆连架杆连架杆连架杆1234ABCD机械设计基础 平面连杆机构7/22/202478机械设计基础二、偏心轮机构二、偏心轮机构v曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构(扩大回转副扩大回转副)v偏心轮机构偏心轮机构机械设计基础 平面连杆机构7/22/202479机械设计基础偏心轮机构（续）偏心轮机构（续）v对心式曲柄滑块机构对心式曲柄滑块机构v偏心轮机构偏心轮机构1
43、B24AC3h=2lAB4C231BA B副扩大机械设计基础 平面连杆机构7/22/202480机械设计基础三、曲柄滑块机构三、曲柄滑块机构铰链四杆机构铰链四杆机构1B2C34AD曲线导轨曲柄滑块机构曲线导轨曲柄滑块机构lCD e 01B24AC3偏置式曲柄滑块机构偏置式曲柄滑块机构对心式曲柄滑块机构对心式曲柄滑块机构1B24AC3e3D1B2C4A对对CD杆等效转化杆等效转化转动副变成移动副转动副变成移动副机械设计基础 平面连杆机构7/22/202481机械设计基础四、导杆机构四、导杆机构v选不同构件作机架选不同构件作机架机构倒置机构倒置v曲柄滑块机构曲柄滑块机构v导杆机构导杆机构变更机架变
44、更机架曲柄滑块机构曲柄滑块机构导杆机构导杆机构, ,动画动画v曲柄摇块机构曲柄摇块机构v移动导杆机构移动导杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构移动导杆机构移动导杆机构机械设计基础 平面连杆机构7/22/202482机械设计基础应用应用实例实例一一A41A4曲柄滑块机构曲柄滑块机构1B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C32作机架作机架A41A41A41A41A41A41A41A41A41A41A41A413B2C曲柄摇块机构曲柄摇块机构 液压作动筒液压作动筒车箱举升机构车箱举升机构机械设计基础 平面连杆
45、机构7/22/202483机械设计基础2B12B12B1应用应用实例实例二二1BA21BA2A41B2C3曲柄滑块机构曲柄滑块机构CA43移动导杆机构移动导杆机构C41BA21BA21BA23手动唧筒机构手动唧筒机构3作机架1B2机械设计基础 平面连杆机构7/22/202484机械设计基础应用应用实例实例三三C234A41B2C3曲柄滑块机构曲柄滑块机构作机架 A41B2C3导杆机构导杆机构C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234回转导杆机构回转导杆机构lBC lAB，导杆导杆AC整周转动整周转动C234C234C234C234AB123
46、C423C423C423C423C423C423C423C423C423C423C423C4lBC lAB，导杆导杆AC摆动摆动摆动导杆机构摆动导杆机构32C4AB1机械设计基础 平面连杆机构7/22/202485机械设计基础其它其它v双移动副机构双移动副机构正弦机构正弦机构双转块机构双转块机构(十字滑块机构十字滑块机构)动画动画正弦机构正弦机构双滑块机构双滑块机构正切机构正切机构了解了解机械设计基础 平面连杆机构7/22/202486机械设计基础2-3 平面四杆机构的特点及其设计简介平面四杆机构的特点及其设计简介一、平面四杆机构的特点二、平面连杆机构的应用三、平面四杆机构的设计了解了解机械设
47、计基础 平面连杆机构7/22/202487机械设计基础一、平面四杆机构的特点一、平面四杆机构的特点v全低副（面接触），承受冲击力，易润滑，不易磨损全低副（面接触），承受冲击力，易润滑，不易磨损v运动副结构简单，易加工运动副结构简单，易加工v运动规律多样化、点的运动轨迹多样化运动规律多样化、点的运动轨迹多样化v运动副累积误差大，效率低运动副累积误差大，效率低v惯性力难以平衡，不宜用于高速惯性力难以平衡，不宜用于高速v不能精确实现复杂的运动规律，设计计算较复杂不能精确实现复杂的运动规律，设计计算较复杂123ABC4机架连杆连架杆A1B2C3D44A12B3C56DE机械设计基础 平面连杆机构7/2
48、2/202488机械设计基础1 实现有轨迹、位置或运动规律要求的运动2 实现从动件运动形式及运动特性的改变3 实现较运距离的传动或操纵4 调节、扩大从动件行程5 获得较大的机械增益：输出力(矩)与输入力(矩)之比二、平面连杆机构的应用二、平面连杆机构的应用机械设计基础 平面连杆机构7/22/202489机械设计基础1 实现有轨迹、位置或运动规律要求的运动实现有轨迹、位置或运动规律要求的运动v圆轨迹复制机构圆轨迹复制机构vAMF保龄球置瓶机扫瓶机构保龄球置瓶机扫瓶机构CDABM机械设计基础 平面连杆机构7/22/202490机械设计基础2 实现从动实现从动件件运动形式运动形式及及运动运动特性的特
49、性的改变改变v步进式工件传送机构步进式工件传送机构v运动形式改变实例运动形式改变实例机械设计基础 平面连杆机构7/22/202491机械设计基础3 实现实现较运较运距离距离的的传动传动或操纵或操纵v应用实例：应用实例：自行车手闸自行车手闸机械设计基础 平面连杆机构7/22/202492机械设计基础4 调节调节、扩大从动扩大从动件件行程行程v可变行程滑块机构可变行程滑块机构特点：特点：调节调节 可改变滑块可改变滑块D的行程的行程v汽车用空气泵机构汽车用空气泵机构特点：特点：曲辆曲辆CD短，滑块短，滑块行程大行程大ABCDABCDEF机械设计基础 平面连杆机构7/22/202493机械设计基础5
50、获得较大获得较大的机械的机械增益增益:输出力输出力(矩矩)与输入力与输入力(矩矩)之比之比v肘节机构肘节机构特点：特点：机械增益大机械增益大v剪切机构剪切机构特点：特点：机械增益大机械增益大EABCD机械设计基础 平面连杆机构7/22/202494机械设计基础其它其它机械设计基础 平面连杆机构7/22/202495机械设计基础1 实现刚体给定位置的设计实现刚体给定位置的设计机构能引导刚体（如连杆）通过一系列给定位置机构能引导刚体（如连杆）通过一系列给定位置2 实现已知运动规律的设计实现已知运动规律的设计1）给定连架杆对应位置）给定连架杆对应位置 2）给定行程速比变化系数）给定行程速比变化系数3
51、 实现预定轨迹的设计实现预定轨迹的设计连杆上某点通过某一预定给定轨迹的功能连杆上某点通过某一预定给定轨迹的功能v图解法图解法、解析法、解析法、实验法实验法三、平面四杆机构的设计三、平面四杆机构的设计机械设计基础 平面连杆机构7/22/202496机械设计基础1 1 刚体导引机构的设计刚体导引机构的设计(1)应用概述(2)刚体导引机构设计分析(3)刚体导引机构的设计机械设计基础 平面连杆机构7/22/202497机械设计基础(1) 应用概述应用概述实现刚体给定位置的设计实现刚体给定位置的设计如实现预定的连杆位置要求如实现预定的连杆位置要求机构能引导刚体（一般为连杆）通过一系列给定位置机构能引导刚
52、体（一般为连杆）通过一系列给定位置例：例：飞机起落架机构飞机起落架机构: :v要要求求实实现现机机轮轮放放下下和和收收起两个位置起两个位置铸造翻砂机构铸造翻砂机构: :v要求实现两个翻转位置要求实现两个翻转位置机械设计基础 平面连杆机构7/22/202498机械设计基础v条件：条件：给定连杆对应位置给定连杆对应位置v铰链四杆机构的设计铰链四杆机构的设计, ,在于确定四个铰点的位置在于确定四个铰点的位置, ,且关键在且关键在确定连杆两铰点的位置确定连杆两铰点的位置v连杆上的铰点一定落在以固定铰为中心的圆上连杆上的铰点一定落在以固定铰为中心的圆上v即即: :刚体导引机构转变成已知圆弧上的点求圆心刚
53、体导引机构转变成已知圆弧上的点求圆心(2) 刚体导引机构设计分析刚体导引机构设计分析ABCD机械设计基础 平面连杆机构7/22/202499机械设计基础v选定连杆上两活动选定连杆上两活动铰链，即确定连杆铰链，即确定连杆长长lBC，定比例尺，定比例尺 l作图作图v活动铰链相对于固活动铰链相对于固定铰链的运动轨迹定铰链的运动轨迹为圆为圆v用三点定心法确定用三点定心法确定两固定铰链两固定铰链D,Cv计算待求杆长计算待求杆长lAB=AB l mlCD=CD l mlAD=AD l m(3) 刚体导引机构的设计刚体导引机构的设计IIIIIIB1B2B3C2C3C1DA讨论：讨论：v三点唯一确定一个圆三点
54、唯一确定一个圆,故确定故确定B、C点后，固定铰链点后，固定铰链A、D也唯一确定也唯一确定v连杆上连杆上B、C位置应根据实际情况位置应根据实际情况而定而定机械设计基础 平面连杆机构7/22/2024100机械设计基础2 函数生成机构的设计函数生成机构的设计(1)应用概述(2)函数生成机构设计分析机械设计基础 平面连杆机构7/22/2024101机械设计基础(1) 函数生成机构的应用函数生成机构的应用v函数生成机构：函数生成机构：实现预定运动规律的设计实现预定运动规律的设计v即即要要求求机机构构的的主主动动件件和和从从动动件件的的运运动动关关系系能能满满足足给给定定函函数数（精确或近似实现）精确或
55、近似实现）v例：例：车门开闭机构车门开闭机构要求两连架杆转角相同，转向相反要求两连架杆转角相同，转向相反v汽车前轮转向机构汽车前轮转向机构要求两连架杆满足某种函数关系，要求两连架杆满足某种函数关系，保证顺利转弯保证顺利转弯ABCD1234B1j j1010B2j j2 2E1y y1212E2EAD机械设计基础 平面连杆机构7/22/2024102机械设计基础v工程要求：工程要求：实现两连架杆的一系列对应位置实现两连架杆的一系列对应位置(2) 函数生成机构设计函数生成机构设计j3j2j1321E1E2E3F1F2F3DB1B2B3A倒置ABCDABCD-j12-j13v即，已知机架长即，已知机
56、架长lAD和两连和两连架杆对应位置，设计四杆架杆对应位置，设计四杆机构（求其它三杆长）问机构（求其它三杆长）问题题v与刚体导引问题的比较与刚体导引问题的比较反转法反转法(反转机构法反转机构法)：v利用相对运动原理法，采利用相对运动原理法，采用机构倒置，将已知连架用机构倒置，将已知连架杆两位置的设计问题转变杆两位置的设计问题转变为已知连杆两位置的设计为已知连杆两位置的设计问题问题机械设计基础 平面连杆机构7/22/2024103机械设计基础v思路：思路：v先定一个连架杆的长度先定一个连架杆的长度v转化机构，使转化机构，使C1D成为机架，成为机架，成为刚体导引机构成为刚体导引机构v以以CD为机架时
57、所观察到的为机架时所观察到的AB2C1D 相当于把以相当于把以AB为机为机架时所观察到的架时所观察到的AB2C2D位置位置刚化，以刚化，以D为轴转了一个角度为轴转了一个角度得到的得到的v此时，此时，AB2由连架杆变为连杆，由连架杆变为连杆，故利用刚化反转法原理可故利用刚化反转法原理可将已将已知连架杆两位置的设计问题知连架杆两位置的设计问题转转化为化为已知连杆两位置的设计问已知连杆两位置的设计问题题设计要点设计要点B2C2 j jyAB1C1DyyB2AC2v已知已知: 二固定铰链和一个活动铰链，求另一活动二固定铰链和一个活动铰链，求另一活动铰链，或已知两杆长，铰链，或已知两杆长，求求:另两杆长
58、另两杆长机械设计基础 平面连杆机构7/22/2024104机械设计基础3 轨迹生成机构的应用轨迹生成机构的应用v轨迹生成机构：轨迹生成机构：实现预定轨迹的设计实现预定轨迹的设计v即即要要求求机机构构中中连连杆杆上上某某点点的的轨轨迹迹能能与与给给定定的的曲曲线线相相一一致致,或或能能通通过过给给定定曲线上的若干有系列的点曲线上的若干有系列的点v例：例：鹤式起重机鹤式起重机要求连杆上某点能生成近似直线轨迹要求连杆上某点能生成近似直线轨迹v搅拌器机构搅拌器机构要求连杆上某点按搅拌材料生成某种轨迹要求连杆上某点按搅拌材料生成某种轨迹机械设计基础 平面连杆机构7/22/2024105机械设计基础轨迹生成机构设计轨迹生成机构设计v实验法实验法v图谱法图谱法v解析法解析法v平平面面四四杆杆机机构构, 最最多多能能精精确实现九个给定的轨迹点确实现九个给定的轨迹点参考数目参考数目:v孟宪源孟宪源: “现代机构手册现代机构手册”，机械工业出版社，机械工业出版社 1994v李学荣李学荣: “连杆曲线图谱连杆曲线图谱” 机械设计基础 平面连杆机构7/22/2024106机械设计基础
