2平面连杆机构讲解实用教案

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1、1 平面连杆机构:由若干个刚性构件，用低副（转动(zhun dng)副或移动副）相互联接而组成的在同一平面或相互平行的平面内运动的机构，也称为平面低副机构。第第2 2章章 平面平面(pngmin)(pngmin)连杆机构连杆机构 由四个构件通过低副联接而成的平面连杆机构称为平面四杆机构。它的应用非常(fichng)广泛，而且是组成多杆机构的基础。 构件之间全部是用构件之间全部是用转动副转动副联接的平面四连杆机构联接的平面四连杆机构，称为，称为铰链四连杆机构。 它是平面四杆机构中最基本的形式它是平面四杆机构中最基本的形式, 其他形式的四杆机构其他形式的四杆机构都是在它的基础上演化而成的。都是在它

2、的基础上演化而成的。第1页/共25页第一页，共26页。 铰链铰链(jiolin)四四杆机构杆机构22.1 2.1 平面平面(pngmin)(pngmin)四杆机构的四杆机构的基本形式基本形式1234ABCD连杆(lin n)连架杆连架杆机架机架机架参考系（固定件）参考系（固定件）连架杆与机架相联连杆不与机架相联基基本本构构件件连接架中能够相对于机架做360整圆周运动的构件； 称为曲柄；连架杆中不能够相对于机架做连架杆中不能够相对于机架做360 整圆运动，而只能整圆运动，而只能在小于在小于360 的范围内做的范围内做往复摆动往复摆动的构件，的构件， 称为称为摇杆。第2页/共25页第二页，共26页

3、。32.1 2.1 平面平面(pngmin)(pngmin)四杆机构的四杆机构的基本形式基本形式 2.1.1 2.1.1 铰链铰链(jiolin)(jiolin)四杆机构的基本类型和应用四杆机构的基本类型和应用一曲一摇一曲一摇二曲二曲二摇二摇第3页/共25页第三页，共26页。42.1 2.1 平面平面(pngmin)(pngmin)四杆机构的四杆机构的基本形式基本形式1、曲柄、曲柄(qbng)摇杆机构摇杆机构特征特征(tzhng)：曲柄摇杆：曲柄摇杆作用作用：曲柄(一般)原动件圆周转动（匀速）摇杆(一般)从动件往复摆动（变速）应用应用： 雷达天线、雷达天线、搅拌机、缝纫机、刮雨器、搅拌机、缝纫

4、机、刮雨器、 破碎机破碎机雷达天线俯仰机构雷达天线俯仰机构缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构（ 摇杆主动 ）（ 曲柄主动曲柄主动 ）搅拌机构搅拌机构第4页/共25页第四页，共26页。52.1 2.1 平面四杆机构平面四杆机构(jgu)(jgu)的基本的基本形式形式2、双曲柄、双曲柄(qbng)机构机构特特征征(tzhng)：两两连连架架杆杆均均为为曲曲柄柄作用作用：应用应用：惯性筛：惯性筛主动曲柄主动曲柄: 匀速转动匀速转动从动曲柄从动曲柄: 变速（或匀速）转动变速（或匀速）转动 惯性筛惯性筛第5页/共25页第五页，共26页。62.1 2.1 平面四杆机构平面四杆机构(jgu)(jgu)的基的基本形

5、式本形式平行四边形机构(jgu)特性：两曲柄同速同向转动 连杆作圆周(yunzhu)平动AB = CDBC = AD相对两杆平行且相等的双曲柄机构。摄影平台升降机构机车车轮联动机构机车车轮联动机构挖土机挖掘机构挖土机挖掘机构第6页/共25页第六页，共26页。72.1 2.1 平面四杆机构平面四杆机构(jgu)(jgu)的的基本形式基本形式平行四边形机构在共线位置出现运动平行四边形机构在共线位置出现运动(yndng)(yndng)不确定；不确定；B B2 2C C2 2A AB B1 1C C1 1D D1 12 23 3B B3 3C C3 3 C C3 3措措施施：采采用用两两组组机机构构错

6、错开开(cu ki)排列。排列。机车轮联动机构机车轮联动机构第7页/共25页第七页，共26页。82.1 2.1 平面平面(pngmin)(pngmin)四杆机构四杆机构的基本形式的基本形式反平行四边形机构(jgu)相对两杆相等但不平行的双曲柄(qbng)机构。特性：两曲柄转动方向相反 且角速度不相等门窗启闭机构门窗启闭机构第8页/共25页第八页，共26页。92.1 2.1 平面平面(pngmin)(pngmin)四杆机构的四杆机构的基本形式基本形式3、双摇杆机构、双摇杆机构(jgu)特特征征(tzhng)：两两连连架架杆均为摇杆杆均为摇杆作用作用：应用应用：风扇摇头机构、起重机、风扇摇头机构、

7、起重机、飞机起落架飞机起落架 主动摇杆主动摇杆: 摆动摆动从动摇杆从动摇杆: 摆动摆动 车辆前轮转向机构车辆前轮转向机构ABDC风扇座蜗轮蜗杆电机电机ABDC风扇座蜗轮蜗杆电机ABDC风扇座蜗轮蜗杆第9页/共25页第九页，共26页。102.1 2.1 平面平面(pngmin)(pngmin)四杆机构的四杆机构的基本形式基本形式 2.1.2 曲柄(qbng)存在的条件重重 叠叠拉直共线拉直共线B1C1B2C2ADDAa ab bc cd d在在B1C1D中中:a+db+c 在在B2C2D中中:b (d-a)+c即即 a+bd+c c(d-a)+b即即 a+cd+b a d ， a b ， a c

8、 将上式两两相加，可得：即即AB杆为最短杆杆为最短杆。第10页/共25页第十页，共26页。112.1 2.1 平面四杆机构平面四杆机构(jgu)(jgu)的基的基本形式本形式 由上述关系可推出在铰链(jiolin)四杆机构中，存在曲柄的条件：（1）最短杆与最长杆之和小于或等于(dngy)其余两杆长度之和；（2）最短杆或其相邻杆为机架。（1）在最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆长度之和条件下： a a、取最短杆为机架时，两连架杆同时成为曲柄，则得双曲柄 机构。 （2）在最短杆与最长杆之和大于其余两杆长度之和条件下，该机构只能是双摇杆机构。根据曲柄存在的条件，推论：c c、取与最短杆相对的杆件为

9、机架，两连架杆都不能整周回转， 则得双摇杆机构。b b、取最短杆相邻的杆件为机架，两连架杆中一个为曲柄，另 一个为摇杆，则得曲柄摇杆机构。第11页/共25页第十一页，共26页。122.1 2.1 平面四杆机构的基本平面四杆机构的基本(jbn)(jbn)形式形式e.g.1 如图，当分别(fnbi)取1、2、3、4为机架各获得何种机构？ 第12页/共25页第十二页，共26页。132.2 2.2 平面平面(pngmin)(pngmin)四杆机构的四杆机构的特性特性 2.2.1 2.2.1 急回运动急回运动(yndng)(yndng)特性特性BACDC1B1C2B2u摇杆摆角摇杆摆角：摇杆：摇杆CD两

10、极限两极限(jxin)位置间的夹角。位置间的夹角。 极位夹角极位夹角 ：此时曲柄此时曲柄AB对应位置所夹的对应位置所夹的锐角锐角。 1= 180+； 2= 180-曲 柄摇 杆工作行程B1B2 (1，t1) C1C2 (，t1)空回空回行程行程B2B1 (2，t2) C2C1 (，t2) 即 1 2 , t t1 1tt2 2 v v2 2 =C=C1 1C C2 2/t/t2 2 v v1 1 =C=C1 1C C2 2/t/t1 1铰链铰链C的的平均速度平均速度：v v1 1vK1；设计新机械时，往往先给定K值，于是: 第13页/共25页第十三页，共26页。142.2 2.2 平面平面(p

11、ngmin)(pngmin)四杆机构的四杆机构的特性特性 2.2.2 2.2.2 压力压力(yl)(yl)角与传动角角与传动角FnFvcACDl2l4l1Bl311234CBC”B”Ft压力角：从动件受力点受力方向(fngxing)与速度方向(fngxing)之间所夹之锐角。作用在从动件受力点的力为作用在从动件受力点的力为F, ,有效分力有效分力无效分力无效分力 分解分解: :传动角：压力角压力角 的余角。的余角。即： 900- 。传力要求传力要求 min 400500。常用常用 来检验来检验传力性能。传力性能。 愈大，机构传力性能愈好。愈大，机构传力性能愈好。 第14页/共25页第十四页，共

12、26页。152.2 2.2 平面平面(pngmin)(pngmin)四杆机构的四杆机构的特性特性 2.2.3 2.2.3 死点位置死点位置(wi zhi)(wi zhi)（主动件条件）（主动件条件）蒸汽机车车轮联动机构蒸汽机车车轮联动机构 当摇杆为主动件，连杆和曲柄共线时（传动角 =00 ），过铰链中心(zhngxn)A的力，对A点不产生力矩，不能使曲柄转动，机构的这种位置称为死点位置。B1C1=00=00u 克服止点位置的克服止点位置的措施措施 利用惯性力（如缝纫机踏板）利用惯性力（如缝纫机踏板） 相同机构错位排列相同机构错位排列4ABCD231B2C2AD当摇杆为主动件，机构的这种位置称为

13、死点位置 。第15页/共25页第十五页，共26页。162.2 2.2 平面四杆机构平面四杆机构(jgu)(jgu)的特的特性性 死点位置死点位置(wi zhi)的利用的利用 夹紧夹紧(ji jn)装置装置飞机起落架飞机起落架分合闸机构分合闸机构第16页/共25页第十六页，共26页。172.3 2.3 其他形式其他形式(xngsh)(xngsh)的四杆的四杆机构机构 2.3.1 2.3.1 含有含有(hn yu)(hn yu)一个移动副的四杆机构一个移动副的四杆机构1、曲柄、曲柄(qbng)滑块机构滑块机构（改变构件的形状和运动副改变构件的形状和运动副）第17页/共25页第十七页，共26页。18

14、2.3 2.3 其他形式其他形式(xngsh)(xngsh)的四杆的四杆机构机构2、导杆机构、导杆机构(jgu)导杆机构导杆机构(jgu)314A2BC 曲柄滑块机构曲柄滑块机构314A2BC转动转动导杆机构导杆机构摆动摆动导杆机构导杆机构（选用不同的构件为机架选用不同的构件为机架）第18页/共25页第十八页，共26页。 导杆机构导杆机构(jgu) 摇块机构摇块机构(jgu) 定块机构定块机构(jgu) 192.3 2.3 其他其他(qt)(qt)形式的四杆机形式的四杆机构构3、摇块机构、摇块机构(jgu)和定块机构和定块机构(jgu)（选用不同的构件为机架选用不同的构件为机架）自卸货车自卸货

15、车（摇块机构）（摇块机构）手压抽水机手压抽水机 （定快机构）（定快机构）第19页/共25页第十九页，共26页。202.3 2.3 其他其他(qt)(qt)形式的四杆机形式的四杆机构构 2.3.2 2.3.2 含有含有(hn yu)(hn yu)两个移动副的四杆机构两个移动副的四杆机构1、双滑块机构、双滑块机构(jgu)（改变构件的形状和运动副改变构件的形状和运动副）椭圆仪机构椭圆仪机构对心曲柄滑块对心曲柄滑块 双滑块双滑块第20页/共25页第二十页，共26页。212.3 2.3 其他其他(qt)(qt)形式的四杆机构形式的四杆机构平平面面(pngmin)四四杆杆机机构构铰链铰链(jiolin)

16、(jiolin)四四杆机构杆机构 ( (全全转动副转动副) )含有含有一个移动副一个移动副的的平面四杆机构平面四杆机构 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 双滑块机构双滑块机构 含有含有二个移动副二个移动副的平面四杆机构的平面四杆机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构 曲柄导杆机构曲柄导杆机构 曲柄摇块机构曲柄摇块机构 移动导杆机构移动导杆机构 第21页/共25页第二十一页，共26页。222.4 2.4 平面四杆机构平面四杆机构(jgu)(jgu)的的设计设计平面四杆机构设计的任务：平面四杆机构设计的任务： 根据机构的工作要求和设计条件根据机构的工作要求和设计条件(ti

17、ojin)，选定机构的，选定机构的形式，确定出机构各构件的尺寸参数，并绘出机构运动简图。形式，确定出机构各构件的尺寸参数，并绘出机构运动简图。 平面四杆机构设计的类型：（1）按照给定(idn)的点的运动轨迹设计四杆机构，称为轨迹设计；（2）按照给定(idn)的运动规律（位置、速度、加速度）设计四杆机构，称为位置设计。平面四杆机构设计的方法：平面四杆机构设计的方法： 图解法图解法、几何作图法、实验法、几何作图法、实验法第22页/共25页第二十二页，共26页。232.4 2.4 平面四杆机构平面四杆机构(jgu)(jgu)的设的设计计解：解： 分别作分别作 和和 的垂的垂直平分线，其交点为铰链直平

18、分线，其交点为铰链中心中心A的位置的位置 ； 分别作分别作 和和 的垂的垂直平分线，其交点为铰链直平分线，其交点为铰链中心中心D的位置的位置 。 设计有唯一解。设计有唯一解。1、按照给定连杆(linn)位置设计四杆机构 已知连杆长度和给定已知连杆长度和给定(i dn)的三个位置，试设计一铰链四的三个位置，试设计一铰链四杆机构。杆机构。C1B1B2C2B3C3b12c12b23c23B1AD第23页/共25页第二十三页，共26页。242.4 2.4 平面平面(pngmin)(pngmin)四杆机构四杆机构的设计的设计2、按照给定的运动(yndng)规律设计四杆机构已知摇杆长已知摇杆长 、摆角、摆

19、角 和行程速比和行程速比(s b)(s b)系数系数K K，设计曲柄摇杆机构。，设计曲柄摇杆机构。 MNPB2B1C2EADC1思路思路：搞清搞清A A、C C1 1、 C C2 2三点所在圆和三点所在圆和 角的角的 关系。关系。设计步骤：设计步骤：1）求出）求出2）任取固定铰链）任取固定铰链D的位置，确定比例尺的位置，确定比例尺 ，作出摇杆极限两位置，作出摇杆极限两位置 。 3）几何作图（略）。）几何作图（略）。6）求未知杆长）求未知杆长要点要点：确定固定铰链中心：确定固定铰链中心A 的位置的位置.求出求出其它其它 三杆长度三杆长度 、 、 。4）作）作C1PC2的外接圆，的外接圆，在圆上任

20、取在圆上任取A为曲柄的固定铰链。为曲柄的固定铰链。5 5）以以A为圆心，为圆心，ECEC2 2/2/2为半径作圆，交为半径作圆，交C C1 1A A的延长线和的延长线和C C2 2A A于于B B1 1和和B B2 2。第24页/共25页第二十四页，共26页。25谢谢(xi xie)大家观赏！第25页/共25页第二十五页，共26页。内容(nirng)总结1。由四个构件通过低副联接而成的平面(pngmin)连杆机构称为平面(pngmin)四杆机构。构件之间全部是用转动副联接的平面(pngmin)四连杆机构，称为铰链四连杆机构。曲柄(一般)原动件圆周转动（匀速）。摇杆(一般)从动件往复摆动（变速）。a+db+c。将上式两两相加，可得：。（1）在最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆长度之和条件下：。一个为摇杆，则得曲柄摇杆机构。摇杆摆角：摇杆CD两极限位置间的夹角。机构的这种运动特性称为急回运动特性第二十六页，共26页。