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1、第03章平面连杆机构郑州轻工学院专用 第1页，共35页，编辑于2022年，星期日郑州轻工学院专用 应用实例：应用实例：内内燃燃机机、鹤鹤式式吊吊、火火车车轮轮、急急回回冲冲床床、牛牛头头刨刨床床、翻翻箱箱机机、椭椭圆圆仪仪、机机械械手手爪爪、开开窗窗、车车门门、折折叠叠伞伞、折折叠叠床床、牙牙膏筒拔管机、单车等。膏筒拔管机、单车等。特征：特征：有一作平面运动的构件，称为连杆。有一作平面运动的构件，称为连杆。特点：特点：采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损 形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。改变
2、杆的相对长度，从动件运动规律不同。改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。连杆曲线丰富。可满足不同要求。连杆曲线丰富。可满足不同要求。定义：定义：由低副（转动、移动）连接组成的平面机构。由低副（转动、移动）连接组成的平面机构。331 铰链四杆机构的基本型式和特性铰链四杆机构的基本型式和特性第2页，共35页，编辑于2022年，星期日郑州轻工学院专用 缺点：缺点：构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低。产生动载荷（惯性力），不适合高速。产生动载荷（惯性力），不适合高速。设计复杂，难以实现精确的轨迹。设计复杂，难以实现精确的轨迹。分类分类:平面连杆
3、机构平面连杆机构空间连杆机构空间连杆机构常以构件数命名：常以构件数命名：四杆机构四杆机构、多杆机构多杆机构。本章重点内容是介绍本章重点内容是介绍四杆机构。四杆机构。第3页，共35页，编辑于2022年，星期日郑州轻工学院专用 平面四杆机构的基本型式平面四杆机构的基本型式:基基本本型型式式铰铰链链四四杆杆机机构构，其其它它四四杆杆机机构构都都是是由由它它演演变得到的。变得到的。名词解释：名词解释：曲柄曲柄作整周定轴回转的构件；作整周定轴回转的构件；三种基本型式：三种基本型式：（1 1）曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构特征：特征：曲柄摇杆曲柄摇杆作用：作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。将曲柄的整周
4、回转转变为摇杆的往复摆动。如雷达天线。如雷达天线。连杆连杆作平面运动的构件；作平面运动的构件；连架杆连架杆与机架相联的构件；与机架相联的构件；摇杆摇杆作定轴摆动的构件；作定轴摆动的构件；周转副周转副能作能作360 360 相对回转的运动副；相对回转的运动副；摆转副摆转副只能作有限角度摆动的运动副。只能作有限角度摆动的运动副。曲柄曲柄连杆连杆摇杆摇杆第4页，共35页，编辑于2022年，星期日郑州轻工学院专用 ABC1243DABDC1243（2 2）双曲柄机构双曲柄机构特征特征：两个曲柄：两个曲柄作用：作用：将等速回转转变为将等速回转转变为等速等速或或变速变速回转。回转。雷达天线俯仰机构雷达天线
5、俯仰机构曲柄主动曲柄主动缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构应用实例：应用实例：如如叶片泵叶片泵、惯性筛惯性筛等。等。2143摇杆主动摇杆主动3124第5页，共35页，编辑于2022年，星期日郑州轻工学院专用 A AD DC CB B1 12 23 34 4旋转式叶片泵旋转式叶片泵A AD DC CB B1 12 23 3ABDC1234E6惯性筛机构惯性筛机构31第6页，共35页，编辑于2022年，星期日郑州轻工学院专用 ABCD耕地耕地料斗料斗DCAB耕地耕地料斗料斗DCAB实例：实例：火车轮火车轮特例：特例：平行四边形机构平行四边形机构AB=CD特征：特征：两连架杆等长且平行，两连架杆等长且平行
6、，连杆作平动连杆作平动BC=ADABDC摄影平台摄影平台ADBCBC天平天平播种机料斗机构播种机料斗机构第7页，共35页，编辑于2022年，星期日郑州轻工学院专用 反平行四边形机构反平行四边形机构-车门开闭机构车门开闭机构反向反向FAEDGBCABEFDCG平平行行四四边边形形机机构构在在共共线线位位置置出出现现运运动动不不确定。确定。采用两组机构错开排列。采用两组机构错开排列。第8页，共35页，编辑于2022年，星期日郑州轻工学院专用 ABDCE（3 3）双摇杆机构双摇杆机构特征：特征：两个摇杆两个摇杆应用举例：铸造翻箱机构应用举例：铸造翻箱机构特例：特例：等腰梯形机构汽车转向机构等腰梯形机
7、构汽车转向机构、风扇摇头机构、风扇摇头机构BCABDC风扇座风扇座蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆电机电机ABDCEABDCE电机电机ABDC风扇座风扇座蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆电机电机ABDC风扇座风扇座蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆ABDC第9页，共35页，编辑于2022年，星期日郑州轻工学院专用 ABCDB1C1AD1.1.急回运动急回运动在在曲曲柄柄摇摇杆杆机机构构中中，当当曲曲柄柄与与连连杆杆两两次次共共线线时时，摇摇杆杆位位于于两两个极限位置，简称极位。个极限位置，简称极位。当曲柄以当曲柄以逆时针转过逆时针转过180+180+时，摇杆从时，摇杆从C1D位置位置摆到摆到C2D。所花时间为所花时间为t1,平均速度为平均速度
8、为V1,那么有：那么有：曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 3D此两处曲柄之间的夹角此两处曲柄之间的夹角 称为称为极位夹角极位夹角。180180C2B2第10页，共35页，编辑于2022年，星期日郑州轻工学院专用 B1C1ADC2当曲柄以当曲柄以继续转过继续转过180-180-时，摇杆从时，摇杆从C2D,置摆到置摆到C1D，所花时间为所花时间为t2,平均速度为平均速度为V2,那么有：那么有：180-180-因曲柄转角不同，故摇杆来回摆动的时间不一样，平均速度也不等。显然：显然：t t1 1 tt2 2 V V2 2 V V1 1摇杆的这种特性称为摇杆的这种特性称为急回运动急回运动。用以下比值表示急回程度
9、称称K为为行程速比系数行程速比系数。且且越大，越大，K值越大，急回性质越明显。值越大，急回性质越明显。只要只要 0，就有就有 KK1所以可通过分析机构中是否存在以及的大小来判断机构是否有急回运动或运动的程度。设计新机械时，往往先给定设计新机械时，往往先给定K值，于是值，于是:第11页，共35页，编辑于2022年，星期日郑州轻工学院专用 FF F”当当BCD90BCD90时，时，BCDBCD2.压力角和传动角压力角和传动角压力角压力角：从动件驱动力从动件驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹锐角。与力作用点绝对速度之间所夹锐角。ABCD设计时要求设计时要求:minmin5050minmin出现的位置
10、：出现的位置：当当BCD90BCD90时，时，180-BCD180-BCD切向分力切向分力:F F=Fcos=Fcos法向分力法向分力:F F”=Fcos=Fcos F F对传动有利对传动有利。=Fsin=Fsin称称为为传动角传动角。此位置一定是：此位置一定是：主动件与机架共线两处之一。主动件与机架共线两处之一。CDBAF可用可用的大小来表示机构传动力性能的好坏的大小来表示机构传动力性能的好坏,F”F当当BCDBCD最小或最大时，都有可能出现最小或最大时，都有可能出现minmin为了保证机构良好的传力性能第12页，共35页，编辑于2022年，星期日郑州轻工学院专用 C1B1abcdDA车门车
11、门由余弦定律有：由余弦定律有：B B1 1C C1 1D Darccosbarccosb2 2+c+c2 2-(d-a)-(d-a)2 2/2bc/2bc BB2 2C C2 2D Darccosbarccosb2 2+c+c2 2-(d+a)-(d+a)2 2/2bc/2bc若若BB1 1C C1 1D90D90,则则若若BB2 2C C2 2D90D90,则则1 1BB1 1C C1 1D D2 2180-B180-B2 2C C2 2D D机机构构的的传传动动角角一一般般在在运运动动链链最最终一个从动件上度量。终一个从动件上度量。v1 1minminBB1 1C C1 1D,180-BD
12、,180-B2 2C C2 2DDminminC2B22 2F F第13页，共35页，编辑于2022年，星期日郑州轻工学院专用 F3.机构的死点位置机构的死点位置摇杆为主动件，且连杆与曲摇杆为主动件，且连杆与曲柄两次共线时，有：柄两次共线时，有：此时机构不能运动此时机构不能运动.避免措施：避免措施：两组机构错开排列，如两组机构错开排列，如火车轮机构火车轮机构;称此位置为：称此位置为：“死点死点”0 0靠靠飞轮的惯性飞轮的惯性（如内燃机、缝纫机等）。（如内燃机、缝纫机等）。FAEDGBCABEFDCG0 0F0 0第14页，共35页，编辑于2022年，星期日郑州轻工学院专用 工件工件ABCD12
13、34PABCD1234工件工件P钻孔夹具钻孔夹具=0=0TABDC飞机起落架飞机起落架ABCD=0=0F也可以利用死点进行工作也可以利用死点进行工作：飞机起落架、钻夹具起落架、钻夹具等。等。第15页，共35页，编辑于2022年，星期日郑州轻工学院专用 l1l2l4l3CBAD平面平面四杆机构四杆机构具有具有整转副整转副可能存在可能存在曲柄。曲柄。杆杆1 1为曲柄，作整周回转，必有两次与机架共线为曲柄，作整周回转，必有两次与机架共线l2(l4 l1)+l3则由则由BCD可得：可得：三角形任意两边之和大于第三边则由则由B”C”D可得：可得：l1+l4 l2+l3l3(l4 l1)+l2AB为最短杆
14、为最短杆最长杆与最短杆的长度之和其他两杆长度之和332 铰链四杆机构有整转副的条件铰链四杆机构有整转副的条件 l1+l2 l3+l4C”l1l2l4l3ADl4-l1将以上三式两两相加的：将以上三式两两相加的：l1 l2,l1 l3,l1 l4 l1+l3 l2+l4第16页，共35页，编辑于2022年，星期日郑州轻工学院专用 2.连架杆或机架之一为最短杆。连架杆或机架之一为最短杆。可可知知：当当满满足足杆杆长长条条件件时时，其其最最短短杆杆参参与与构构成成的的转转动动副副都是整转副。都是整转副。曲柄存在的条件：曲柄存在的条件：1.最长杆与最短杆的长度之和应最长杆与最短杆的长度之和应其他两杆长
15、度之和其他两杆长度之和此时，铰链此时，铰链A为整转副。为整转副。若取若取BC为机架，则结论相同，可知铰链为机架，则结论相同，可知铰链B也是整转副。也是整转副。称为称为杆长条件杆长条件。ABCDl1l2l3l4第17页，共35页，编辑于2022年，星期日郑州轻工学院专用 当当满满足足杆杆长长条条件件时时，说说明明存存在在整整转转副副，当当选选择择不不同同的的构构件作为机架时，可得不同的机构。如：件作为机架时，可得不同的机构。如：曲柄摇杆曲柄摇杆、双曲柄双曲柄、双摇杆机构双摇杆机构。第18页，共35页，编辑于2022年，星期日郑州轻工学院专用 (1)(1)改变构件的形状和运动尺寸改变构件的形状和运
16、动尺寸偏心曲柄滑块机构偏心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构双滑块机构双滑块机构 正弦机构正弦机构s=l sin l333 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化第19页，共35页，编辑于2022年，星期日郑州轻工学院专用 (2)(2)改变运动副的尺寸改变运动副的尺寸(3)(3)选不同的构件为机架选不同的构件为机架偏心轮机构偏心轮机构导杆机构导杆机构摆动导杆机构摆动导杆机构转动导杆机构转动导杆机构314A2BC曲柄滑块机构曲柄滑块机构314A2BC第20页，共35页，编辑于2022年，星期日郑州轻工学院专用 牛头刨床牛头刨床应用实例应用实
17、例:ABDC1243C2C1小型刨床小型刨床ABDCE123456第21页，共35页，编辑于2022年，星期日郑州轻工学院专用 应用实例应用实例B234C1A自卸卡车举升机构自卸卡车举升机构(3)(3)选不同的构件为机架选不同的构件为机架ACB1234应用实例应用实例B34C1A2应用实例应用实例4A1B23C应用实例应用实例13C4AB2应用实例应用实例A1C234B导杆机构导杆机构314A2BC曲柄滑块机构曲柄滑块机构314A2BC摇块机构摇块机构314A2BC第22页，共35页，编辑于2022年，星期日郑州轻工学院专用 (3)(3)选不同的构件为机架选不同的构件为机架314A2BC直动滑
18、杆机构直动滑杆机构手摇唧筒手摇唧筒这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法称为：称为：机构的倒置机构的倒置BC3214A导杆机构导杆机构314A2BC曲柄滑块机构曲柄滑块机构314A2BC摇块机构摇块机构314A2BCABC3214第23页，共35页，编辑于2022年，星期日郑州轻工学院专用 椭圆仪机构椭圆仪机构例：选择双滑块机构中的不同构件例：选择双滑块机构中的不同构件 作为机架可得不同的机构作为机架可得不同的机构1234正弦机构正弦机构3214第24页，共35页，编辑于2022年，星期日12A2(A1)B2(B1)334 速度瞬心及其
19、在机构速度分析中的应用速度瞬心及其在机构速度分析中的应用机机构构速速度度分分析析的的图图解解法法有有：速速度度瞬瞬心心法法、相相对对运运动动法法、线线图图法法。瞬瞬心心法法尤尤其其适适合合于简单机构的运动分析。于简单机构的运动分析。一、一、速度瞬心及其求法速度瞬心及其求法绝对瞬心绝对瞬心重合点绝对速度为零。重合点绝对速度为零。P21相对瞬心相对瞬心重合点绝对速度不为零。重合点绝对速度不为零。VA2A1VB2B1Vp2=Vp10 Vp2=Vp1=0两两个个作作平平面面运运动动构构件件上上速速度度相相同同的的一一对对重重合合点点，在在某某一一瞬瞬时时两两构构件件相相对对于于该该点点作作相对转动相对
20、转动，该点称瞬时速度中心。该点称瞬时速度中心。求法？1)1)速度瞬心的定义速度瞬心的定义第25页，共35页，编辑于2022年，星期日特点：特点：该点涉及两个构件。该点涉及两个构件。绝对速度相同，相对速度为零。绝对速度相同，相对速度为零。相对回转中心。相对回转中心。2）瞬心数目）瞬心数目 每两个构件就有一个瞬心每两个构件就有一个瞬心 根据排列组合有根据排列组合有P12P23P13构件数构件数 4 5 6 8瞬心数瞬心数 6 10 15 281 2 3若机构中有若机构中有n个构件，则个构件，则N Nn(n-1)/2n(n-1)/2第26页，共35页，编辑于2022年，星期日121212tt123）
21、机构瞬心位置的确定）机构瞬心位置的确定1.直接观察法直接观察法 适用于求通过运动副直接相联的两构件瞬心位置。适用于求通过运动副直接相联的两构件瞬心位置。nnP12P12P122.三心定律三心定律V12定定义义：三三个个彼彼此此作作平平面面运运动动的的构构件件共共有有三三个个瞬瞬心心，且且它它们们位位于于同同一一条条直直线线上上。此此法法特特别别适适用用于于两两构构件件不直接相联的场合。不直接相联的场合。第27页，共35页，编辑于2022年，星期日123P21P31E3D3VE3VD3A2VA2VB2A2E3P32结论：结论：P21、P 31、P 32 位于同一条直线上。位于同一条直线上。B2第
22、28页，共35页，编辑于2022年，星期日3214举例：求曲柄滑块机构的速度瞬心。举例：求曲柄滑块机构的速度瞬心。P141234P12P34P13P24P23解：瞬心数为：解：瞬心数为：1.作瞬心多边形圆作瞬心多边形圆2.直接观察求瞬心直接观察求瞬心3.三心定律求瞬心三心定律求瞬心N Nn(n-1)/2n(n-1)/26 n=46 n=4第29页，共35页，编辑于2022年，星期日1 1123二、速度瞬心在机构速度分析中的应用二、速度瞬心在机构速度分析中的应用1.求线速度求线速度已知凸轮转速已知凸轮转速1 1，求推杆的速度。，求推杆的速度。P23解：解：直接观察求瞬心直接观察求瞬心P13、P2
23、3。V2求瞬心求瞬心P12的速度的速度。V2V P12l(P13P12)1 1长度长度P13P12直接从图上量取。直接从图上量取。nnP12P13 根据三心定律和公法线根据三心定律和公法线 nn求瞬心的位置求瞬心的位置P12。第30页，共35页，编辑于2022年，星期日2 223412.求角速度求角速度解：解：瞬心数为瞬心数为6个个直接观察能求出直接观察能求出4个个余下的余下的2个用三心定律求出。个用三心定律求出。P24P13求瞬心求瞬心P24的速度的速度。VP24l(P24P14)4 4 2(P24P12)/P24P14 a)铰链机构铰链机构已知构件已知构件2的转速的转速2 2，求构件，求构
24、件4的角速度的角速度4 4。4 4 VP24l(P24P12)2VP24P12P23P34P14方向方向:CW,与与2 2相同。相同。相对瞬心位于两绝对瞬心的同一侧，两构件转向相同第31页，共35页，编辑于2022年，星期日3 3b)高副机构高副机构已知构件已知构件2的转速的转速2 2，求构件，求构件3的角速度的角速度3 3。2 2n nn n解解:用三心定律求出用三心定律求出P P2323。求瞬心求瞬心P P2323的速度的速度:VP23l(P23P13)3 3 3 32 2(P13P23/P12P23)P P2323P P1212P P1313方向方向:CCW,与与2 2相反。相反。VP2
25、3VP23l(P23P12)2 2相对瞬心位于两绝对瞬心之间，两构件转向相反。312第32页，共35页，编辑于2022年，星期日3.求传动比求传动比定义：两构件角速度之比传动比。定义：两构件角速度之比传动比。3 3/2 2 P12P23/P13P23推广到一般：推广到一般：i i/j j P1jPij/P1iPij结论结论:两构件的角速度之比等于绝对瞬心至相对两构件的角速度之比等于绝对瞬心至相对瞬心的距离之反比瞬心的距离之反比。角速度的方向为：角速度的方向为：相对瞬心位于两绝对瞬心的相对瞬心位于两绝对瞬心的同一侧同一侧时，两构件时，两构件转向相同转向相同。相对瞬心位于两绝对瞬心相对瞬心位于两绝
26、对瞬心之间之间时，两构件时，两构件转向相反。转向相反。123P P2323P P1212P P13132 23 3第33页，共35页，编辑于2022年，星期日4.4.用瞬心法解题步骤用瞬心法解题步骤绘制机构运动简图；绘制机构运动简图；求瞬心的位置；求瞬心的位置；求出相对瞬心的速度求出相对瞬心的速度;瞬心法的优缺点：瞬心法的优缺点：适合于求简单机构的速度，机构复杂时因适合于求简单机构的速度，机构复杂时因 瞬心数急剧增加而求解过程复杂。瞬心数急剧增加而求解过程复杂。有时瞬心点落在纸面外。有时瞬心点落在纸面外。仅适于仅适于求速度求速度V V,使应用有一定局限性。使应用有一定局限性。求构件绝对速度求构件绝对速度V V或角速度或角速度。第34页，共35页，编辑于2022年，星期日第35页，共35页，编辑于2022年，星期日