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1、主讲：林明军永春职业中专机械基础第一章 绪论1-2 铰链四杆机构的基本形式1-3 铰链四杆机构的演化第一章 机械设计概论1-1 平面机构运动简图1-4 铰链四杆机构的基本性质1-5 图解法设计四杆机构学习目标：1.1.掌握运动副概念；掌握运动副概念；2.2.熟悉运动副的类型、符号；熟悉运动副的类型、符号；3.3.掌握运动副的特点和应用；掌握运动副的特点和应用；4.4.了解常用运动副的运动简图了解常用运动副的运动简图1-1 平面机构运动简图一、运动副的概念两构件直接接触而又能产生一定相对运动的连接两构件直接接触而又能产生一定相对运动的连接二、运动副的种类二、运动副的种类按两构件接触形式不同分低副
2、和高副按两构件接触形式不同分低副和高副1.低副：低副：两构件以面接触的运动副两构件以面接触的运动副（1）移动副：）移动副：组成运动副的两构件只能作相对直线组成运动副的两构件只能作相对直线移动移动图1-2 移动副a)实物图 b)简图动画演示动画演示（2 2）转动副）转动副组成运动副的两构件只能作相对转动的运动副组成运动副的两构件只能作相对转动的运动副 a) b)图1-1 转动副a)实物图 b)简图动画动画2.2.高副高副高副是两构件间以点或线接触的运动副如齿轮副、凸轮副、钢轮钢轨接触等，如：图 1-4 高副动画动画低副与高副的特点：低副与高副的特点：低副是面接触的运动副，接触面为平面或圆柱面，制
3、造容易、承受载荷时单位面积上压力小，不能传递较复杂运动。高副是点或线接触的运动副，承受载荷时，单位面积上压力大，易磨损，制造维修困难，能传递较复杂运动。3.3.低副机构和高副机构低副机构和高副机构所有运动副都是低副的机构称为低副机构。只要有一个运动副是高副的机构称为高副机构三、平面机构运动简图的测绘三、平面机构运动简图的测绘 机构运动简图机构运动简图这种说明机构各构件间相对运动关系的简化图形。1 1机构分析机构分析 （1）分清各运动单元，确定原动件、机架、传动部件和执行部件，从而确定组成机构的构件数目和运动副的数目。 （2）确定各个运动副的种类。 （3）选择最能表现机构特征的平面作为视图平面。
4、 （4）在稿纸上按规定的符号及构件的连接次序逐步画出机构运动简图的草图，然后用数字1、2、3分别标出各构件，用A、B、C分别标出各运动副。 （5）仔细测量机构各运动尺寸，对于高副则应仔细测出高副的轮廓曲线及其位置，然后以适当的比例作机构运动简图。2 2绘制机构运动简图的步骤绘制机构运动简图的步骤（1）了解清楚机械的实际构造、动作原理和运动情况。 （2）沿运动传递路线，逐一分析每两个构件之间相对运动的性质，确定运动副的类型和数目。 （3）选择恰当的运动简图视图平面（通常选择机械中多数构件的运动平面）。 （4）选择恰当的作图比例。 （5）确定各运动副的相对位置，用各运动副的代表符号、常用机构运动简
5、图符号和简单线条，绘制机构运动简图。 （6）在原动件上标出箭头以表示其运动方向。三、机构运动简图三、机构运动简图用简单的线条和符号表示构件和运动副，并按比例用简单的线条和符号表示构件和运动副，并按比例绘制各运动位置，表示机构间相对运动关系的简绘制各运动位置，表示机构间相对运动关系的简化图形化图形鄂式破碎机鄂式破碎机练习123465ABCDEOF1-2 铰链四杆机构的基本形式学习目标学习目标:1.了解铰链四杆机构的基本类型了解铰链四杆机构的基本类型；铰链四杆机构铰链四杆机构 按两连架杆的运动分类：l曲柄摇杆机构l双曲柄机构l双摇杆机构铰链四杆机构曲柄曲柄与机架用转动副相连，且能绕该转动副轴线整周
6、旋转的构件。摇杆摇杆与机架用转动副相连，但只能绕该转动副轴线摆动的构件。连杆连杆连接两连架杆的杆成为连杆。一、铰链四杆机构的基本类型一、铰链四杆机构的基本类型1.1.曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构铰链四杆机构两连架杆中，若一个连架杆是曲柄，铰链四杆机构两连架杆中，若一个连架杆是曲柄，另一个连架杆为摇杆，则此机构为曲柄摇杆机构另一个连架杆为摇杆，则此机构为曲柄摇杆机构例：例：雷达天线俯仰角度调整装置雷达天线俯仰角度调整装置曲柄主动曲柄主动曲柄摇杆机构应用曲柄摇杆机构应用剪板机剪板机刮雨器刮雨器搅拌机搅拌机破碎机破碎机功能功能: :将主动曲柄等速回转运动转变将主动曲柄等速回转运动转变为从动摇杆的往复摆动
7、为从动摇杆的往复摆动, ,或将主动或将主动摇杆的往复摆动转变为从动曲柄摇杆的往复摆动转变为从动曲柄的连续转动的连续转动2.双曲柄机构铰链四杆机构的两个连架杆均为曲柄的机构功能:将主动曲柄等速回转转变成从动曲柄的变速回转惯性筛惯性筛插床主运动插床主运动(1)平行四边形机构连杆与机架长度相等,两曲柄长度相等且回转方向相同机车联动装置机车联动装置特点特点: :两曲柄转向相同、角速度相同两曲柄转向相同、角速度相同（2）反向平行双曲柄机构连杆与机架长度相等，两曲柄长度也相等但转向相连杆与机架长度相等，两曲柄长度也相等但转向相反的四杆机构反的四杆机构车门启闭机构车门启闭机构特点：两曲柄回转方向相反，角速度
8、不相等特点：两曲柄回转方向相反，角速度不相等3.双摇杆机构双摇杆机构铰链四杆机构中，若两连架杆均为摇杆，则为双摇铰链四杆机构中，若两连架杆均为摇杆，则为双摇杆机构杆机构港口起重机港口起重机飞机起落架飞机起落架自卸翻斗车自卸翻斗车功能：将从动摇杆的摆动转变为从动摇杆的摆动功能：将从动摇杆的摆动转变为从动摇杆的摆动练习说出以下的机构类型曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构0001http:/ 铰链四杆机构的演化【学习目标】【学习目标】1 1了解铰链四杆机构的演化方法及常见的演了解铰链四杆机构的演化方法及常见的演化类型。化类型。2 2了解曲柄滑块机构的演化过程、运动特点了解曲柄滑块机构的演化过程、运动特点及应用
9、。及应用。3 3了解导杆机构的演化过程、种类、运动特了解导杆机构的演化过程、种类、运动特点及应用。点及应用。 在实际工作机械中，铰链四杆机构还远远不能满足需要，生产实践中，常常采用多种不同外形、结构和特性的四杆机构，都可以认为是铰链四杆机构的演化形式。 常用的的演化方法： （1）转动副转化为移动副； （2）扩大转动副； （3）取不同的构件作机架。 一、曲柄滑块机构一、曲柄滑块机构通过将摇杆改变为滑块，摇杆长度增至无穷大，可得到曲柄滑块机构曲柄滑块机构，进而还可演化出双滑块机构双滑块机构和正弦正弦机构机构等。下图所示为曲柄摇杆机构(图a)，演化为曲线导轨的曲曲柄柄滑滑块块机机构构(图b、c)、偏
10、偏置置曲曲柄柄滑滑块块机机构构(图d)和对对心心曲曲柄柄滑滑块块机机构构(图e)的过程。曲柄滑块机构广泛应用于冲床、内燃机、压缩机等装置中。一、一、 转动副转化为移动副转动副转化为移动副应用案例：内燃机、空气压缩机、冲床和送料机构等。活塞式内燃机活塞式内燃机冲床冲床 B B副扩大副扩大二、二、 扩大转动副扩大转动副图图a 对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构1B24AC3h=2lAB 图图b 偏心轮机构偏心轮机构4C231BA 如下图a对心曲柄滑块机构中若将转动副B逐渐增大到包含A，如图b所示，构件1就成为回转轴线在A点的偏心轮，A、B两点间的距称为偏心距，他等于曲轴的长度，而其相对运动性质不变，
11、这种由曲柄转化为偏心轮的机构称为偏心轮机构。这种机构广泛应用于剪床、冲床、内燃机等机械中。曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双曲柄机构双摇杆机构双摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构三、三、取不同的构件作机架取不同的构件作机架3 3作机架作机架2 2作机架作机架作机架作机架 曲柄滑块机构曲柄滑块机构BA1234C导杆机构导杆机构转动导杆机构转动导杆机构摆动导杆机构摆动导杆机构应用：应用：牛头刨床机构牛头刨床机构BA1234C曲柄摇块机构曲柄摇块机构 应用：应用：液压驱动筒液压驱动筒 车厢举升机构车厢举升机构A1234CB定块机构定块机构 应用：应用：手动唧筒机构手动唧筒机构A234CB1图 四杆机
12、构及其演化1-4 铰链四杆机构的基本性质【学习目标】1.1.掌握曲柄存在的条件；掌握曲柄存在的条件； 2.2.认识急回运动特性，了解其参数及应用认识急回运动特性，了解其参数及应用；3 3. . 理解压力角定义理解压力角定义；4 4. . 了解了解“死点死点”的产生及克服方法。的产生及克服方法。一一、曲柄存在的条件、曲柄存在的条件 如右图：曲柄1、连杆2、摇杆3、机架4的长度分别用a、b、c、d来表示。为了保证曲柄1作整周运动，曲柄1必须能与连杆2处于两次共线。 曲柄位于AB1时，它与连杆重叠共线，机构形成三角形AC1D，在三角形AC1D中： 即 曲柄位于AB2时，它与连杆拉直共线，机构形成AC
13、2D，在AC2D中： a+bc+d 由中三个公式化简得到：曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄存在与机构中各杆的相对尺寸大小有关曲柄存在与机构中各杆的相对尺寸大小有关 得: ab ac ad 即即曲柄存在的条件曲柄存在的条件: : 1.1.连架杆与机架必有一个是最短杆连架杆与机架必有一个是最短杆; ; 2.2.最短杆与最长杆长度之和必小于等于其余两杆最短杆与最长杆长度之和必小于等于其余两杆 长度之和长度之和 两个条件必须同时满足两个条件必须同时满足曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构铰链四杆机构基本类型的判别铰链四杆机构基本类型的判别1 1若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和小于若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长
14、度之和小于或等于其余两杆长度之和，则：或等于其余两杆长度之和，则：（1)1)取最短杆取最短杆1 1的邻杆的邻杆2 2或或4 4为为机机架时，构成曲柄摇杆架时，构成曲柄摇杆机构；机构；（2)2)取最短杆为机架时，构成双曲柄机构；取最短杆为机架时，构成双曲柄机构；（3)3)取最短杆取最短杆对边的杆件对边的杆件为为机架机架时，构成双摇杆机时，构成双摇杆机构构。2 2若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和大于若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则无曲柄存在，只能构成双其余两杆长度之和，则无曲柄存在，只能构成双摇杆机构。摇杆机构。链链四杆机构基本类型的判别方法链链四杆机构基本类型
15、的判别方法1.1.基本概念基本概念：（以曲柄摇杆机构为例，曲柄为原动件） （1）四杆机构的极限位置：当曲柄与连杆二次共线时，摇杆位于机构的最左或最右的位置。 （2）极位夹角（）：连杆处于二个极限位置时，相对应的原动件曲柄所夹的锐角。 （3）摆角（）：摇杆在两极限位置之间的夹角。 二二、急回特性、急回特性与行程数比系数与行程数比系数动画动画http:/ 2、急回特性、急回特性与行程数比系数与行程数比系数生产设备都是在慢速运动的行程中工作（称为工作生产设备都是在慢速运动的行程中工作（称为工作行程），在快速运动的行程中返回（称为空回行行程），在快速运动的行程中返回（称为空回行程）。机构的这种工作特性
16、称为急回特性，机构的程）。机构的这种工作特性称为急回特性，机构的急回特性用行程速比系数急回特性用行程速比系数K K表示，即表示，即曲柄摇杆机构急回特性曲柄摇杆机构急回特性 机构有无急回特性，取决于行程速比系数机构有无急回特性，取决于行程速比系数K K。K K11，机构具有急回特性，且，机构具有急回特性，且K K值愈大，急回值愈大，急回特性愈显著，也就是从动件空回行程愈快；特性愈显著，也就是从动件空回行程愈快；K K=1=1时，机构无急回特性。时，机构无急回特性。 行程速比系数行程速比系数K K与极位夹角与极位夹角有关：有关：=0=0，K K=1=1，机构无急回特性；，机构无急回特性；00，机构
17、有急，机构有急回回特性，且特性，且愈大，急回特性愈显著。愈大，急回特性愈显著。得得常用机构的急回方向分析：偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构摆动导杆机构摆动导杆机构3 3压力角与传动角压力角与传动角 作用在从动件上的驱动力F与该力作用点的速度vc方向之间所夹锐角称为压力角，以表示。 Ft=Fcos 有效分力 Fn=Fsin 有害分力压力角越小，有效分力Ft就越大，对传动越有利；反之越大，有效分力Ft就越小，对传动越不利。 为测量方便，常用压力角的余角来判断传力性能，称为传动角。压力角越小，越大，机构传力性能越好4.传动角（）：压力角的余角，即=90-称为传动角。 讨论：（） Fn传力性能差。 （
18、 ） Fn 传力性能好。 为保证机构的传力性能良好，必须限定机构的最小传动角，通常 min 。 对于一般机械，通常min 40, =4050;对于传递功率大的 机械min 50，对于一些非传力机构，也可取 min 40,但不能过小。 5.min 的确定 （1）曲柄摇杆机构的min位置 摇杆CD为从动件，曲柄AB为原动时，当原动件AB与机架AD共线时，传动角最小。比较两者两次共线的min，并取小值为该机构的最小传动角min 。三、死点位置 连杆连杆BCBC作用于从动件曲柄作用于从动件曲柄ABAB上的力上的力F F通过通过其转动中心其转动中心A A, ,转动力矩为零转动力矩为零，从动件不转，从动件
19、不转，机构停顿。机构的这种位置，称为死点位置机构停顿。机构的这种位置，称为死点位置 曲柄摇杆机构，摇杆为曲柄摇杆机构，摇杆为主动件时死点位置主动件时死点位置双摇杆死点位置双摇杆死点位置克服死点位置的方法：1.1.是利用从动件本身的质量或附加一转动惯量是利用从动件本身的质量或附加一转动惯量较大的飞轮，依靠其惯性来通过死点位置。较大的飞轮，依靠其惯性来通过死点位置。2.2.是增设辅助构件。是增设辅助构件。3.3.是采取多组机构错列。是采取多组机构错列。机车车轮多组错列机车车轮多组错列利用死点位置的快速夹具利用死点位置的快速夹具项目训练 习2-1 如图6-41所示，设已知四杆机构各构件的长度AB=2
20、40mm、BC=600mm、CD=400mm、AD=500mm。试回答下列问题： （1）当取构件4为机架时，是否有曲柄存在？ （2）若各构件长度不变，能否以选不同构件为机架的办法获得双曲柄机构和双摇杆机构？如何获得？项目训练 习2-2 一铰链四杆机构，已知lBC=500mm，lCD=350mm、lAD=300mm，AD为机架，试问： （1）若此机构为曲柄摇杆机构，且AB为曲柄，求lAB的最大值； （2）若此机构为双曲柄机构，求lAB的最小值 （3）若此机构为双摇杆机构，求lAB的取值范围答案2-1 (1) 最短杆AB为连架杆且AB+BCCD+AD， 即240+600400+500 所以有曲柄存
21、在。 （2）双曲柄：以AB杆为机架 双摇杆：以CD杆为机架2-2 （1）依题意得LAB+LBCLCD+LAD LABmax=LCD+LAD-LBC =350+300-500 =150 （2）圆的特性 平面四杆机构的设计，主要考虑给定的运动条件，确定机构运动简图。有时为了使设计可靠、合理，还应考虑几何条件和动力条件。 生产实践中的四杆机构设计问题可归纳为两类： （1）实现给定的从动件运动规律,或使从动件具有急回特性。 （2）实现给定的运动规律。 平面四杆机构运动设计的方法有图解法、实验法和解析法。本节主要介绍图解法。1-5 图解法设计四杆机构一按一按给给定定连连杆两个位置杆两个位置设计设计四杆机
22、构四杆机构 已知连杆的两个位置B1C1、B2C2、及其长度BC，设计铰链四杆机构。 设计分析：按给定条件，画出设想的四杆机构。由图可知，待求的铰链中心点A、D分别是B点的轨迹B1B2和C点的轨迹C1C2的圆心。（如图若无其他条件有无穷解） 若给定连杆三个已知位置，其设计过程与上述基本相同。但三个确定位置，相应可定一圆，故一般情况下有确定解。设计步骤：设计步骤： 选定连杆上两活选定连杆上两活动铰链的位置。动铰链的位置。用三点定心法确用三点定心法确定两固定铰链定两固定铰链A A、D D。B B1 1B B2 2B B3 3C2C3C1DA若已知连杆的三位置：若已知连杆的三位置：注意：注意：1 1）
23、若连杆长度给定，已知三位置，有唯一解；）若连杆长度给定，已知三位置，有唯一解；2 2）若已知两位置，有无穷多解；）若已知两位置，有无穷多解；3 3）若已知四位置，）若已知四位置， BCBC不能任意选定。但总可以在连杆上找到不能任意选定。但总可以在连杆上找到一些点，其四个位置在同一圆上，涉及布尔梅斯特尔理论。一些点，其四个位置在同一圆上，涉及布尔梅斯特尔理论。 4 4）若已知五位置，可能有解，也可能无解。）若已知五位置，可能有解，也可能无解。例例1 设计一砂箱翻转机构。翻台在位置处造型，在位置起模，翻台与连杆B固连成一整体，BC=05m，B1C1、B2C2确定，AD=BC且A、D在同一水平线上 。C2C1D2-4 （2.按急回特性要求设计 1）曲柄摇杆机构）二按二按给给定行程速比系数定行程速比系数设计设计四杆机构四杆机构按急回特性要求设计（作图法）1）曲柄摇杆机构已知：摇杆长CD、摆角和行程速比系数K设计思路？r=EF900- 圆心oFB1AC1B1C2B2BDAC900- 设计步骤：作出摇杆两极限位置；作圆O；求极位夹角定A；EB2讨论：1）无其它条件，有无穷多解；2） 有其它条件，如最小传动角要求时，要检验最小传动角。练习
