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1、第八章第八章 平面连杆机构平面连杆机构基本内容：基本内容： 1)平面连杆机构的定义、类型及应用；平面连杆机构的定义、类型及应用； 2)四杆机构的四杆机构的基本型式及演化基本型式及演化; 3)平面四杆机构的平面四杆机构的基本特性基本特性; 4)平面四杆机构的平面四杆机构的运动设计运动设计( (尺寸综合尺寸综合) )。连杆机构的定义：连杆机构的定义： 由若干个由若干个刚性构件用低副刚性构件用低副（转动副、移动副）（转动副、移动副）连接连接而成的机构而成的机构连杆机构，又称为低副机构。连杆机构，又称为低副机构。 用四个转动副连接而成的四杆机构用四个转动副连接而成的四杆机构铰链四杆铰链四杆机构机构，是
2、平面四杆机构中最基本的形式，是平面四杆机构中最基本的形式。 连杆运行曲线的形式主要取决与各构件的相对连杆运行曲线的形式主要取决与各构件的相对长度变化。长度变化。1.实际应用举例：实际应用举例：雷达天线俯仰机构雷达天线俯仰机构飞机起落架飞机起落架2.连杆机构的基本型式及演化连杆机构的基本型式及演化1. 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构牛头刨床横向自动进给机构牛头刨床横向自动进给机构 构件构件2作作整周转动整周转动； 构件构件4作作在一定范围内摆动在一定范围内摆动。3.2. 双曲柄机构双曲柄机构 两连架杆均可作整周转动的四杆机构。两连架杆均可作整周转动的四杆机构。 图图(a) ：正平行四边形机构。连架杆：
3、正平行四边形机构。连架杆1、3均可作均可作整周转动；整周转动； 正平行四边形机构的正平行四边形机构的最大特点是曲柄的转向及最大特点是曲柄的转向及大小均相同大小均相同。 图图(b) ：保证运动确定性的机构形式保证运动确定性的机构形式(虚约束虚约束)。 反平行四边形机构的反平行四边形机构的最大特点是曲柄的转向及最大特点是曲柄的转向及大小均不相同大小均不相同。P113 图图8-10(a)4.3. 双摇杆机构双摇杆机构 两连架杆均不两连架杆均不可作整周转动的四可作整周转动的四杆机构。杆机构。 与机架相连接与机架相连接的构件只能作一定的构件只能作一定范围内的摆动。范围内的摆动。 图示与连杆形图示与连杆形
4、成的转动副为摆转成的转动副为摆转副。副。 因此，因此，机构命名显然与活动构件的运动形式机构命名显然与活动构件的运动形式有关有关。 形成的运动方式与可运动构件的转动范围、形成的运动方式与可运动构件的转动范围、运动形式有关运动形式有关( (如：正、反平行四边形机构如：正、反平行四边形机构) )。5.平面四杆机构的演化平面四杆机构的演化 1. 扩大转动副扩大转动副6.2. 转动副转动副移动副移动副图图(a) ：对心曲柄滑块机构。：对心曲柄滑块机构。 偏距偏距 e 等于零。滑块等于零。滑块 C 的行程等于的行程等于2 ；往；往返的平均速度也相同。返的平均速度也相同。图图(b)：偏置曲柄滑块机构。：偏置
5、曲柄滑块机构。 偏距偏距 e 不等于零。滑块不等于零。滑块 C 的行程不等的行程不等2 ；往返的平均速度也不相同。往返的平均速度也不相同。7.3. 取不同的构件为机架取不同的构件为机架 (1)曲柄滑块机构曲柄滑块机构 杆杆2长度长度杆杆1长度长度，形，形成转动导杆机构；成转动导杆机构； 杆杆2长度长度杆杆1长度长度，形，形成摆动导杆机构。成摆动导杆机构。 P115 图图8-18，19转动导杆机构转动导杆机构曲柄摇块机构曲柄摇块机构移移动动导导杆杆机机构构8.(2)曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 a)以杆以杆BC或或AD为机架为机架，得到，得到曲柄摇曲柄摇杆机构；图杆机构；图(a) (b)杆杆AB可以
6、作整周转动，可以作整周转动，杆杆CD作一定范围内作一定范围内的摆动。的摆动。 b)以杆以杆AB为机为机架架，得到双，得到双曲柄机构；曲柄机构；图图(c)杆杆BC、AD均可均可作整周转动。作整周转动。 c)以杆以杆CD为机为机架，得到双架，得到双摇杆机构。摇杆机构。图图(d)杆杆BC、AD作一作一定范围内的摆动。定范围内的摆动。 显然，显然，形成的机构运动形形成的机构运动形式与取哪个构件为机架式与取哪个构件为机架( (固定构固定构件件) )有关有关。9. 双摇杆机构也可存在双摇杆机构也可存在周转副周转副。 对于移动副而言，对于移动副而言，将移动副两元素的包容关将移动副两元素的包容关系进行逆换，并
7、不影响两构件间的相对运动系进行逆换，并不影响两构件间的相对运动，却，却可形成不同的机构。可形成不同的机构。10.平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性 整转副整转副(曲柄曲柄)存在条件：存在条件： 主要分析：主要分析：杆杆 可可以整周转动的条件以整周转动的条件。结论：结论：整转副整转副(曲柄曲柄)存在存在(必要必要)条件条件 1.最短杆是连架杆或机架。最短杆是连架杆或机架。 2.最短杆和最长杆之和小于等于其它两杆长度最短杆和最长杆之和小于等于其它两杆长度之和之和。 杆杆 与杆与杆 两次共两次共线后，形成两个三角形线后，形成两个三角形( )、 ( )，可导出三个不等式，可导出三个不等式以便
8、于分析。以便于分析。11.分析：分析：( (充分条件充分条件) )1)最短杆最短杆为为机架时，得到机架时，得到双曲柄机构双曲柄机构； 2)最短杆的对边最短杆的对边为为机架时，得到机架时，得到双摇杆机构双摇杆机构；3)最短杆的邻边最短杆的邻边为为机架时，得到机架时，得到曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构。注意：注意： 若最短杆和最长杆之和若最短杆和最长杆之和大于大于其它两杆长度之和，其它两杆长度之和，无论取哪个构件作为机架，均为无论取哪个构件作为机架，均为双摇杆机构双摇杆机构。12.例例1： 已知已知 , ， ， 为固定件。试求：为固定件。试求： 1)如果该机构欲成为曲如果该机构欲成为曲柄摇杆机构，且柄摇
9、杆机构，且 为曲柄，为曲柄，求求 的值；的值； 2) 如果该机构欲成为双如果该机构欲成为双曲柄机构，求曲柄机构，求 的值；的值； 3)如果该机构欲成为双如果该机构欲成为双摇杆机构，求摇杆机构，求 的值。的值。13.解解: (1)最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和，且杆长度之和，且AB为最短杆。为最短杆。(曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构) (2)最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和，且两杆长度之和，且AD为最短杆。为最短杆。(双曲柄机构双曲柄机构) 1)若若BC为最长杆为最长杆2)若若AB为最长杆为最长
10、杆结论：结论：14.(3)若欲成为若欲成为双摇杆机构双摇杆机构，则应分析两种情况：，则应分析两种情况： 1)机构各杆件长度满足机构各杆件长度满足“杆长之和条件杆长之和条件”，但以，但以最短杆的对边为机架；最短杆的对边为机架； 2)机构各杆件长度不满足机构各杆件长度不满足“杆长之和条件杆长之和条件”。 *本题只存在第二种情况。本题只存在第二种情况。# #：AB为最短杆，为最短杆，BC为最长杆；为最长杆； # #：AD为最短杆，为最短杆，BC为最长杆；为最长杆；# #：AD为最短杆，为最短杆，AB为最长杆。为最长杆。装配条件：装配条件：15.结论：结论：( (双摇杆机构双摇杆机构) )AB杆的取值
11、范围杆的取值范围：其他形式机构的曲柄存在条件：其他形式机构的曲柄存在条件： 曲柄滑块机构曲柄滑块机构AB杆为曲柄的条件：杆为曲柄的条件： 转动导杆机构转动导杆机构BC杆为曲柄的条件：杆为曲柄的条件：16.例例2： 在图示机构中，已知：在图示机构中，已知：杆长杆长， ，试求该机，试求该机构欲成为有曲柄存在的机构构欲成为有曲柄存在的机构时时 的取值范围。的取值范围。解：解：结论：结论：17.例例3：习题集：习题集P49 题题8-2(3)机架为机架为c：(不满足必要条件不满足必要条件)装配条件：装配条件：满足必要条件满足必要条件(不满足充分条件不满足充分条件)：18.急回特性急回特性 左上图为左上图
12、为对心对心曲柄滑块机构曲柄滑块机构。 完成行程完成行程H所所用平均时间相同。用平均时间相同。 左下图为左下图为偏置偏置曲柄滑块机构曲柄滑块机构。 完成行程完成行程H所所用平均时间不相同，用平均时间不相同，因此因此必定具有急回必定具有急回特性特性。 机构具有急回特性的最大优点在于可减少辅机构具有急回特性的最大优点在于可减少辅助工作时间，以提高机械的工作效率助工作时间，以提高机械的工作效率。19.曲柄摇杆机构：曲柄摇杆机构： 通常把从通常把从动件往复运动动件往复运动平均速度的比平均速度的比值值(大于大于1)，称，称为行程速比系为行程速比系数，用数，用K表示。表示。极位夹角的计算：极位夹角的计算：分
13、析：分析：1) 行程速比系数与极位夹角呈正比例关系；行程速比系数与极位夹角呈正比例关系； 2) 行程速比系数行程速比系数K值愈大，表示急回的作用值愈大，表示急回的作用愈明显，生产效率愈高愈明显，生产效率愈高。20.压力角和传动角压力角和传动角 压力角压力角：在铰链四杆机构中，如果不考虑构件：在铰链四杆机构中，如果不考虑构件的惯性力和铰链中的摩擦力，则原动件的惯性力和铰链中的摩擦力，则原动件AB通过连通过连杆杆BC作用到从动件作用到从动件CD上的力上的力F的作用线与力作用的作用线与力作用点点C点绝对速度点绝对速度Vc所夹的锐角称为压力角所夹的锐角称为压力角。 传动角传动角：压力角的余角称为传动角
14、。：压力角的余角称为传动角。21.最小传动角位置分析最小传动角位置分析 ( (曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构) ) 图解法图解法的关键在于的关键在于找到找到主动件主动件( (曲柄曲柄) )与机与机架共线架共线的两的两个位置。个位置。 1)若两个位置的最小传动角均小于若两个位置的最小传动角均小于 ，则最，则最小的为机构的最小传动角小的为机构的最小传动角 。 2)若两个位置的最小传动角之一为钝角时，若两个位置的最小传动角之一为钝角时， ，再确定机构的最小传动角，再确定机构的最小传动角 。22.最小传动角位置分析最小传动角位置分析 ( (曲柄滑块机构曲柄滑块机构) ) 用于牛头刨床主传动机构的摆动导杆机构
15、。用于牛头刨床主传动机构的摆动导杆机构。若不计摩擦损耗，则工作时若不计摩擦损耗，则工作时其压力角等于零其压力角等于零( (常常数数) )。 设计时必须同时考虑运动及动力特性。设计时必须同时考虑运动及动力特性。偏置偏置曲柄滑块机构曲柄滑块机构摆摆动动导导杆杆机机构构23.例例4:24.25.平面四杆机构设计平面四杆机构设计 机构设计亦称为：机构设计亦称为：运动综合运动综合。( (不考虑构件本身不考虑构件本身的强度、刚度及具体的结构的强度、刚度及具体的结构) )给定条件给定条件：(1)运动条件运动条件 ( (通常为主要的设计条件通常为主要的设计条件) )； (2)几何条件几何条件 ( (设计后的校
16、核条件设计后的校核条件) )； (3)动力条件动力条件 ( (设计后的校核条件设计后的校核条件) )。 设计结果：设计结果： 给出可以绘制机构运动简图的数据。给出可以绘制机构运动简图的数据。 1)固定铰链点的相对坐标位置；固定铰链点的相对坐标位置； 2)各杆的长度；各杆的长度； 3)相邻构件间的运动副形式。相邻构件间的运动副形式。 设计方法：设计方法： 图解法。图解法。学习的重点学习的重点 解析法、实验法。自学解析法、实验法。自学26. 1) 按行程按行程速比系数速比系数K设计设计 1.1 曲柄曲柄摇杆机构摇杆机构参见教材参见教材P132。27.1.2 偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构28.2
17、) 按给定的连杆位置设计按给定的连杆位置设计2.1 给定活动铰链给定活动铰链(B,C)29.2.2 给定固定铰链给定固定铰链(A,D)30.给定固定铰链给定固定铰链:31.3) 按给定的连架杆对应位置设计按给定的连架杆对应位置设计3.1 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构32.3.2 偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构33.例例5: 拟设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆拟设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆 摆角摆角 ， ，机架，机架 试用图解试用图解法确定：法确定：(1)曲柄和连杆的长度曲柄和连杆的长度 ；(2)机构机构的的 。 拟设计一偏置曲柄滑块机构。已知滑块行程拟设计一偏置曲柄滑块机构。已知滑块行程 ，偏距，偏距 ， ，试用图解法确定：，试用图解法确定： (1)曲柄和连杆的长度曲柄和连杆的长度 ； (2)曲柄为原动件时机构的曲柄为原动件时机构的 ； (3)滑块为原动件时机构的死点位置。滑块为原动件时机构的死点位置。 34.35.
