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1、第二章平面连杆机构本讲稿第一页，共五十六页平面连杆机构n用低副连接组成的平面机构。n特点：低副面接触耐磨损；n制造简便；n应用广泛；n缺点：n设计较复杂；n不易精确实现复杂的运动规律。本讲稿第二页，共五十六页本章研究的内容n平面四连杆机构n由四个构件组成n应用最广n基本类型n几何特点n运动特性、其它特性n常用设计方法本讲稿第三页，共五十六页2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性n铰链四杆机构全部由回转副组成的平面四杆机构n组成：n机架固定构件4n连架杆与机架相连的构件1、3n连杆机架对面的构件2本讲稿第四页，共五十六页一、铰链四杆机构n整转副组成转动副的两构件能作整周相对转动n曲柄与机架组成整转
2、副的连架杆n摇杆与机架组成摆动副的连架杆n按连架杆是曲柄或摇杆分类：n曲柄摇杆机构n双曲柄机构n双摇杆机构本讲稿第五页，共五十六页1.曲柄摇杆机构n连架杆：n一个为曲柄一般为原动件一般作匀速转动n一个为摇杆一般为从动件一般作变速摆动本讲稿第六页，共五十六页曲柄摇杆机构实例本讲稿第七页，共五十六页2.双曲柄机构n两个连架杆均为曲柄。n若主动曲柄等速回转，则从动曲柄变速回转。本讲稿第八页，共五十六页双曲柄机构实例n平行四边形机构应用最多，但其死点为止存在不确定状态。本讲稿第九页，共五十六页3.双摇杆机构n两个连架杆均为摇杆n如：飞机起落架本讲稿第十页，共五十六页双摇杆机构实例n等腰梯形机构两个摇杆
3、长度相等的双摇杆机构n如：车辆的转向机构本讲稿第十一页，共五十六页二、含一个移动副的四杆机构n铰链四杆机构的演化为其它机构：n移动副代换回转副n改变杆长n改变机架n扩大运动副本讲稿第十二页，共五十六页1.曲柄滑块机构n对心曲柄滑块机构n偏置曲柄滑块机构 当曲柄等速转动时，滑块可实现急回运动。本讲稿第十三页，共五十六页2.导杆机构曲柄滑块机构转动导杆机构曲柄摆动导杆机构本讲稿第十四页，共五十六页导杆机构n传动角始终等于90。n有良好的传力性能。n例：牛头刨床，插床等。本讲稿第十五页，共五十六页3.摇块机构和定块机构曲柄滑块机构摇块机构定块机构本讲稿第十六页，共五十六页摇块机构和定块机构的应用 定
4、块机构摇块机构本讲稿第十七页，共五十六页三、含两个移动副的四杆机构（双滑块机构）n两移动副不相邻（如：正切机构）。n两移动副相邻，且一个与机架相邻（如：正弦机构）。本讲稿第十八页，共五十六页双滑块机构n两移动副相邻，且都不与机架相联。n如：滑块联轴器。本讲稿第十九页，共五十六页双滑块机构n两移动副相邻，且都与机架相联。n如：椭圆仪。本讲稿第二十页，共五十六页四、具有偏心轮的四杆机构n提高曲柄强度、刚度；n简化结构。n应用：剪床、冲床、颚式破碎机等。本讲稿第二十一页，共五十六页偏心轮机构本讲稿第二十二页，共五十六页五、四杆机构的扩展n手动冲床 晒料机n六杆机构，两次增力。本讲稿第二十三页，共五十
5、六页2-2 平面四杆机构的基本特性n运动特性n传力特性本讲稿第二十四页，共五十六页一、铰链四杆机构有整转副的条件n整转副两构件能相对转动360o的转动副n整转副是否存在取决于：n各杆的相对长度n机架的选择本讲稿第二十五页，共五十六页分析曲柄摇杆机构的几何关系nl1、l2、l3、l4分别为各杆长，l1为曲柄。n当曲柄处于AB时，因三角形两边之和第三边，ACD有：本讲稿第二十六页，共五十六页分析曲柄摇杆机构的几何关系n当曲柄处于AB时，因三角形两边之和第三边，ACD有：n由(1，2，3)式得:本讲稿第二十七页，共五十六页铰链四杆机构有整转副的条件:n铰链四杆机构有整转副的条件 最短杆+最长杆其余两
6、杆之和；n整转副是由最短杆与其相邻杆组成；本讲稿第二十八页，共五十六页曲柄存在的条件n曲柄存在的必要条件有整转副；n曲柄是否真正存在，要看哪个构件为机架：n最短杆为机架 双曲柄机构；n以最短杆相邻杆为机架 曲柄摇杆机构；n最短杆对面的杆为机架 双摇杆机构；n最短杆+最长杆其余两杆之和：n无整转副存在n以任何杆为机架双摇杆机构；本讲稿第二十九页，共五十六页二、急回特性n曲柄AB转动一周，有两次极限位置：n曲柄与连杆共线 B1AC1，AB2C2 其所夹锐角 极位夹角n摇杆处于极限位置 C1D，C2D 其夹角 摆角本讲稿第三十页，共五十六页急回特性n假定曲柄匀速转动，则摇杆往复摆动快慢不同急回特性n
7、用行程速度变化系数（行程速比系数）K表示本讲稿第三十一页，共五十六页行程速比系数K极位夹角越大，K值越大，急回运动性质越显著。设计时：一般先定K，再算本讲稿第三十二页，共五十六页具有急回特性的四杆机构n曲柄摇杆机构n偏置曲柄滑块机构n摆动导杆机构本讲稿第三十三页，共五十六页三、压力角和传动角n压力角 作用在从动件上的驱动力与该力作用点速度VC之间所夹锐角n判断机构传动性能的标志n传动角=90-n越小，越大，Pt越大，传力性能 越好。本讲稿第三十四页，共五十六页传动角n机构运转时，是不断变化的n当AB与AD重合时，角最小n为保证机构正常工作，要限制最小min值的下限，n一般min 40n大功率机
8、械min 50本讲稿第三十五页，共五十六页四、死点位置n摇杆为主动件，且处于极限位置时，从动件出现卡死或运动的不定状态。n解决的办法：n在从动件上加外力n利用惯性冲过死点位置n设计两个相同机构连动本讲稿第三十六页，共五十六页死点位置应用n在夹紧装置中，用于防松本讲稿第三十七页，共五十六页2-3 平面四杆机构的设计n根据：n给定运动条件；n几何条件；n运动条件。n选择机构类型；n确定尺寸参数；n绘制机构运动简图。本讲稿第三十八页，共五十六页设计问题的类型n实现给定从动件的运动规律n实现给定的运动轨迹本讲稿第三十九页，共五十六页设计方法n解析法解析法n建立数学模型，通过计算得到机构参数；n设计精确
9、，应用逐渐广泛。n作图法作图法n直观、简单，能满足一般工程上的精度要求；n在实际中应用较多。n实验法实验法 简便易行，试凑结果。本讲稿第四十页，共五十六页一、按给定的行程速比变化系数K设计四杆机构n有急回要求的机构，按K设计。n有急回特性的机构：n曲柄摇杆机构；n偏心式曲柄滑块机构；n摆动导杆机构。本讲稿第四十一页，共五十六页1、曲柄摇杆机构n已知条件：n摇杆长度l3；n摇杆摆角 ；n行程速比系数K。n求：n各杆长度；n铰链的位置。n解题思路。本讲稿第四十二页，共五十六页解题步骤：1.由K求极位夹角2.任定固定铰链中心D的位置，由l3、定C1D1、C2D2 极限位置；3.过C1C2作一圆，使C
10、1C2圆弧角=；4.在圆上任选一点A，为固定铰链中心位置；5.极限位置有:AC1=l2-l1,AC2=l2+l1；即：l1=（AC2-AC1）/2，l2=AC1+l1，l4=AD。本讲稿第四十三页，共五十六页DC1C2本讲稿第四十四页，共五十六页曲柄摇杆机构nA点有无穷解；n可选min 40或其它条件定A点。本讲稿第四十五页，共五十六页2、摆动导杆机构n已知：K，机架长度n设计：导杆机构n分析：n设计步骤：1.求2.任选C点，作Cm、Cn，夹角 ；3.作 角平分线，取AC=l4，得铰链A的位置；4.过A点作 Cm垂线，交B1点，A B1为曲柄长度。本讲稿第四十六页，共五十六页二、按给定连杆位置
11、设计四杆机构n已知：n连杆长度l3=BC；n两个位置B1C1、B2C2；n设计铰链四杆机构；n设计步骤：1.画出已知连杆位置B1C1、B2C2；2.连接B1B2、C1C2，作其垂直平分线b12、c12；3.A点在b12上任选，D点在c12上任选，或按其它条件定。本讲稿第四十七页，共五十六页已知连杆三个位置n已知：n连杆长度l3=BC；n三个位置B1C1、B2C2、B3C3；n设计铰链四杆机构；n设计步骤：1.画出已知连杆位置B1C1、B2C2、B3C3；2.连接B1B2、B2B3，C1C2、C2C3；3.作B1B2、B2B3垂直平分线b12、b23，交于A点；4.作C1C2、C2C3垂直平分线
12、c12、c23，交于D点。本讲稿第四十八页，共五十六页三、按给定两连架杆对应位置设计四杆机构n已知：连架杆AB、CD三个位置，对应角度为11、22、33；n求：各杆长l1、l2、l3、l4；n用解析法解；n解：取l1=1 四杆机构在x和y轴上投影，可得：本讲稿第四十九页，共五十六页解析法设计四杆机构n将前两式中的 削去，整理后得：n为简化上式，令n则有本讲稿第五十页，共五十六页解析法设计四杆机构n将11、22、33分别代入前式，可得方程组：n由方程组可解出P0、P1、P2、代入前式n可求出l2、l3、l4；本讲稿第五十一页，共五十六页按给定两连架杆的位置设计n已知连架杆三个位置有唯一解；n已知
13、连架杆两个位置有无穷解；n给定连架杆超过三个位置无精确解；可用实验法等方法近似求解。本讲稿第五十二页，共五十六页四、按照给定点的运动轨迹设计四杆机构n连杆曲线连杆上每一点都描出一条封闭曲线；n连杆曲线形状的多样性，使其可能用于设计完成复杂轨迹。本讲稿第五十三页，共五十六页2、运用连杆曲线图谱设计n图谱法利用事先编好的连杆曲线图谱，从中找出需要的曲线，直接查处该四杆机构的各尺寸参数。本讲稿第五十四页，共五十六页根据机构运动形式转化，选择连杆机构 从动主动回转摆动往复移动回转双曲柄机构回转导杆机构曲柄摇杆机构摆动导杆机构曲柄滑块机构摆动曲柄摇杆机构双摇杆机构摇杆滑块机构定块机构往复移动曲柄滑块机构滑块机构摇块机构双滑块机构本讲稿第五十五页，共五十六页具有死点位置的机构n曲柄摇杆机构n曲柄滑块机构n曲柄摆动导杆机构本讲稿第五十六页，共五十六页