平面连杆机构及其分析与设计.ppt

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1、第第 2 章章 连杆机构连杆机构 若干刚性构件通过低副联接而成的若干刚性构件通过低副联接而成的机构，称为连杆机构。机构，称为连杆机构。第第 2 章章 连杆机构连杆机构2.1 平面连杆机构的类型平面连杆机构的类型2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性2.3 平面连杆机构的特点及功能平面连杆机构的特点及功能2.4 平面连杆机构的运动分析平面连杆机构的运动分析2.5 平面连杆机构的运动设计平面连杆机构的运动设计2.1 平面连杆机构的类型平面连杆机构的类型2.1.1 平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式AD：机架：机架AB、CD：连架杆：连架杆BC：连杆：连杆A、B：整转副：整转

2、副C、D：摆动副：摆动副铰链四杆机构铰链四杆机构连架杆：定轴转动连架杆：定轴转动连连 杆：平面一般运动杆：平面一般运动ABCD应用：应用：特征：有一作平面运动的构件，称为连杆。特征：有一作平面运动的构件，称为连杆。定义：定义：由低副连接刚性构件组成的机构。由低副连接刚性构件组成的机构。内内燃燃机机、牛牛头头刨刨床床、机机械械手手爪爪、开开窗窗户户支支撑撑、公共汽车开关门、折叠伞、折叠椅等。公共汽车开关门、折叠伞、折叠椅等。分类分类:平面连杆机构平面连杆机构空间连杆机构空间连杆机构平面连杆机构常以构件数命名：平面连杆机构常以构件数命名：四杆机构、五杆机构、多杆机构等。四杆机构、五杆机构、多杆机构

3、等。一一.连杆机构的特点连杆机构的特点2.1.1 平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式缺点：缺点：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。设计较复杂，难以实现精确的轨迹。设计较复杂，难以实现精确的轨迹。本章重点介绍四杆机构。本章重点介绍四杆机构。构件和运动副多，累积误差大，运动精度和效率构件和运动副多，累积误差大，运动精度和效率 较低较低。优点：优点：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。改变杆的相对长度，从动件运动规律不同

4、。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。平面连杆机构的类型平面连杆机构的类型二二.平面连杆机构的类型和应用平面连杆机构的类型和应用1.平面四杆机构的平面四杆机构的基本型式基本型式和应用和应用全全部部由由转转动动副副组组成成的的平平面面四四杆机构称为杆机构称为铰链四杆机构铰链四杆机构。连架杆连架杆与机架相联的构件；与机架相联的构件；机架机架固定不动的构件；固定不动的构件；连杆连杆连连接两接两连连架杆且架杆且作平面运动的构件；作平面运动的构件；曲柄曲柄作整周定轴回转的构件；作整周定轴回转的构件；摇杆摇杆作定轴摆动的构件；作定轴摆动的构件；

5、平面连杆机构的类型平面连杆机构的类型（1 1）曲柄摇杆机构）曲柄摇杆机构特征：曲柄摇杆特征：曲柄摇杆作用：将曲柄的作用：将曲柄的整周回转整周回转转转变为变为摇杆的摇杆的往复摆动往复摆动。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（摇杆主动摇杆主动）（曲柄主动曲柄主动）平面连杆机构的类型平面连杆机构的类型搅拌机构搅拌机构（2 2）双曲柄机构）双曲柄机构特征：两个曲柄特征：两个曲柄作用：将作用：将等速回转等速回转转变为转变为 等速或变速回转等速或变速回转。惯性筛惯性筛平面连杆机构的类型平面连杆机构的类型机车车轮联动机构机车车轮联动机构特例：平行四边形机构特例：平行四边形机构特征：

6、特征：两连架杆等长且平行两连架杆等长且平行，连杆作平动。连杆作平动。AB=CD BC=AD摄影平台升降机构摄影平台升降机构平面连杆机构的类型平面连杆机构的类型平行四杆机构平行四杆机构反平行四边形机构反平行四边形机构平平行行四四边边形形机机构构存存在在运动不确定运动不确定位置位置。可可采采用用两两组组机机构构错错开开排排列列的方法予以克服的方法予以克服。平面连杆机构的类型平面连杆机构的类型（3 3）双摇杆机构）双摇杆机构特征：两个摇杆特征：两个摇杆应用举例：鹤式起重机应用举例：鹤式起重机特例：等腰梯形机构特例：等腰梯形机构 汽车转向机构汽车转向机构 平面连杆机构的类型平面连杆机构的类型曲柄摇杆机

7、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平面连杆机构平面连杆机构铰链四杆机构铰链四杆机构四杆机构四杆机构(1)(1)将转动副演化成移动副将转动副演化成移动副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正弦机构正弦机构 2.1.2 2.1.2 平面四杆机构的演化型式平面四杆机构的演化型式平面连杆机构的类型平面连杆机构的类型(2)(2)选不同的构件为机架选不同的构件为机架整转副整转副能作能作360360 相对回转的运动副；相对回转的运动副；摆转副摆转副只只能作有限角度摆动的运动副。能作有限角度摆动的运动副。平面连杆机构的类型平面连杆机构的类

8、型曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双摇双摇杆机构杆机构双双曲柄曲柄机构机构 低副运动可逆性低副运动可逆性(2)(2)选不同的构件为机架选不同的构件为机架曲柄滑块机构曲柄滑块机构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动导杆机构移动导杆机构平面连杆机构的类型平面连杆机构的类型(3)(3)变换构件的形态变换构件的形态将将低低副副两两运运动动副副元元素素的的包包容容关关系系进进行行逆逆换换，不不影影响响两两构件之间的相对运动。构件之间的相对运动。平面连杆机构的类型平面连杆机构的类型摆动导杆机构摆动导杆机构曲柄摇块机构曲柄摇块机构牛头刨床牛头刨床应用实例应用实例:小型刨床小型刨床（摆动导杆机构）（摆

9、动导杆机构）（转动导杆机构）（转动导杆机构）平面连杆机构的类型平面连杆机构的类型(4)(4)扩大转动副扩大转动副偏心轮机构偏心轮机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构将转动副将转动副B B加大，直至把加大，直至把转动副转动副A A包括进去，成为包括进去，成为几何中心是几何中心是B B，转动中心，转动中心为为A A的偏心圆盘。的偏心圆盘。平面连杆机构的类型平面连杆机构的类型2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性 运动特性运动特性传递和变换运动。传递和变换运动。传力特性传力特性实现力的传递和变换。实现力的传递和变换。了解平面连杆机构运动特性和传力特性的意义了解平面连杆机构运动特性和传力特性的意

10、义指导正确选择平面连杆机构的类型，进行机构设计。指导正确选择平面连杆机构的类型，进行机构设计。一、运动特性一、运动特性一、运动特性一、运动特性1.1.转动副为整转副的条件转动副为整转副的条件转动副为整转副的条件转动副为整转副的条件 机机机机构构构构中中中中具具具具有有有有整整整整转转转转副副副副的的的的构构构构件件件件是是是是关关关关键键键键构构构构件件件件。具具具具有有有有整整整整转转转转副副副副的的的的连连连连架架架架杆杆杆杆即即即即为为为为曲曲曲曲柄柄柄柄。机机机机构构构构中中中中有有有有没没没没有有有有曲曲曲曲柄柄柄柄，有有有有多多多多少少少少曲曲曲曲柄柄柄柄，是是是是一一一一个个个个

11、十十十十分重要的问题。分重要的问题。分重要的问题。分重要的问题。影响平面铰链四杆机构中曲柄存在的因素影响平面铰链四杆机构中曲柄存在的因素影响平面铰链四杆机构中曲柄存在的因素影响平面铰链四杆机构中曲柄存在的因素 构成四杆运动链的各构件长度构成四杆运动链的各构件长度构成四杆运动链的各构件长度构成四杆运动链的各构件长度 运动链中选取的机架与其它构件的相对位置运动链中选取的机架与其它构件的相对位置运动链中选取的机架与其它构件的相对位置运动链中选取的机架与其它构件的相对位置2.2.1 运动特性运动特性 具有整转副的条件具有整转副的条件一、平面四杆机构有曲柄的条件一、平面四杆机构有曲柄的条件BDAC1 1

12、2 23 34 4a ab bc cd dB2ACB1DEFGFEGd+ad+a|d-a|d-a|b-c|b-c|b+cb+c欲使连架杆欲使连架杆ABAB成为曲柄，则必须使成为曲柄，则必须使ABAB通过与通过与机架共线的两个位置，即必须满足机架共线的两个位置，即必须满足 a+db+c (4-1)a+db+c (4-1)|d-a|b-c|(4-2)|d-a|b-c|(4-2)(1)(1)若若dada，则可得，则可得 a+bc+d (a+bc+d (若若bc)bc)a+cb+d (a+cb+d (若若cb)cb)从而可得从而可得 ab ab ac ac ad ad平面连杆机构有曲柄的条件：平面连杆

13、机构有曲柄的条件：1 1）连架杆与机架中必有一杆为四杆机构中的最）连架杆与机架中必有一杆为四杆机构中的最短杆；短杆；2 2）最短杆与最长杆之和应小于或等于其余两杆）最短杆与最长杆之和应小于或等于其余两杆的杆长之和。（杆长和条件）的杆长之和。（杆长和条件）(2)(2)若若da da 则可得则可得铰链四杆机构类型的判断条件：铰链四杆机构类型的判断条件：2 2）若不满足杆长和条件若不满足杆长和条件，该机构只能是双摇杆，该机构只能是双摇杆机构。机构。注意：铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭多边形注意：铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭多边形条件：条件：最长杆的杆长最长杆的杆长 其余三杆长度之和其余

14、三杆长度之和。1 1）在满足杆长和的条件下：）在满足杆长和的条件下：（1 1）以最短杆的相邻构件为机架，则最短杆为曲柄，另）以最短杆的相邻构件为机架，则最短杆为曲柄，另一连架杆为摇杆，即该机构为一连架杆为摇杆，即该机构为曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构；（2 2）以最短杆为机架，则两连架杆为曲柄，）以最短杆为机架，则两连架杆为曲柄，该机构为双该机构为双该机构为双该机构为双曲柄机构曲柄机构曲柄机构曲柄机构；（3 3）以最短杆的对边构件为机架，均无曲柄存在，即该）以最短杆的对边构件为机架，均无曲柄存在，即该机构机构为双摇杆机构为双摇杆机构为双摇杆机构为双摇杆机构。曲柄滑块机构有曲柄

15、的条件曲柄滑块机构有曲柄的条件1 1）a a为最短杆为最短杆2)a+eb.2)a+eb.C”C”a abABCB B eCC导杆机构有曲柄的条件导杆机构有曲柄的条件ACBa ad de e1)a1)a为最短杆，为最短杆，a+e d2)d2)d为最短杆，且满足为最短杆，且满足d+e a摆动导杆机构摆动导杆机构转动导杆机构转动导杆机构ABCDB2C22.急回运动特性急回运动特性曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 极限位置极限位置1连杆与曲柄拉伸共线连杆与曲柄拉伸共线极限位置极限位置2连杆与曲柄重叠共线连杆与曲柄重叠共线 极极位位夹夹角角 机机构构从从动动件件处处于于两两极极限限位位置置时时，原原动动件件在在

16、对应位置所夹的锐角。对应位置所夹的锐角。工工作作行行程程(慢慢行行程程)曲曲柄柄转转过过180 ，摇摇杆杆摆摆角角，耗时耗时t1，平均角速度平均角速度 m1 t1 180 180 返返回回行行程程(快快行行程程)曲曲柄柄转转过过180 ，摇摇杆杆摆摆角角，耗时耗时t2，平均角速度平均角速度 m2 t2B1C1AD常常用用行行程程速速度度变变化化系系数数(Advance-to return-time ratio)K来衡量急回运动的相对程度。来衡量急回运动的相对程度。设计具有急回要求的机构时，应先确定设计具有急回要求的机构时，应先确定K值，再计算值，再计算。B2C2 B1C1AD 180-180+

17、180 180 曲柄滑块机构的极位夹角曲柄滑块机构的极位夹角 180 180 摆动导杆机构的极位夹角摆动导杆机构的极位夹角 摆动导杆机构摆动导杆机构 慢行程慢行程快行程快行程 慢行程慢行程快行程快行程思考思考对对心心式式曲曲柄柄滑滑块块机机构构的极位夹角的极位夹角3.3.运动的连续性运动的连续性运动的连续性运动的连续性设设计计曲曲柄柄摇摇杆杆机机构构时时，不不能能要要求求从从动动摇摇杆杆在在两两个个不不连连通通的可行域内运动。的可行域内运动。摇杆在哪个可行域内运动，取决于机构的初始位置。摇杆在哪个可行域内运动，取决于机构的初始位置。C1C2C 1C 2C CADB摇杆运动摇杆运动可行域可行域摇

18、杆运动摇杆运动可行域可行域摇杆运动摇杆运动非可行域非可行域摇杆运动摇杆运动非可行域非可行域二、传力特性二、传力特性二、传力特性二、传力特性 1.1.压力角和传动角压力角和传动角压力角和传动角压力角和传动角 有效分力有效分力 F Fcos Fsin 径向压力径向压力 F Fsin=Fcos 角越大，角越大，F 越大，越大，F 越小，对机构的传动越有利。越小，对机构的传动越有利。连连杆杆机机构构中中，常常用用传传动动角角的的大大小小及及变变化化情情况况来来衡衡量量机机构构传力性能的优劣。传力性能的优劣。F F F 压压力力角角 作作用用在在从从动动件件上上的的力力的的方方向向与与着着力力点点速速度

19、度方方向向所所夹夹锐锐角。角。传传动动角角 压压力力角角的的余角。余角。ABDC传动角传动角传动角传动角 出现极值的位置及计算出现极值的位置及计算出现极值的位置及计算出现极值的位置及计算C1B1abcdDA 1 2 min为为 1和和 2中的较小值者。中的较小值者。为为保保证证机机构构具具有有良良好好的的传传力力性性能能，设设计计时时通通常常 min 40；高速和大功率传动机械，高速和大功率传动机械，min 50。传动角总取锐角传动角总取锐角B2C22.2.死点死点死点死点(Dead pointDead point)位置位置位置位置F=0 连连杆杆与与曲曲柄柄在在两两个个共共线线位位置置时时，

20、原原动动件件摇摇杆杆通通过过连连杆杆作作用用于于从从动动件件曲曲柄柄上上的的力力F通通过过其其回回转转中中心心，0，曲曲柄柄不不能能转转动。动。F =0不不管管在在主主动动件件上上作作用用多多大大的的驱驱动动力力，都都不不能能在在从从动动件件上上产生有效分力的机构位置，称为机构的产生有效分力的机构位置，称为机构的死点位置死点位置。如何使机构顺利通过死点位置？如何使机构顺利通过死点位置？如何使机构顺利通过死点位置？如何使机构顺利通过死点位置？利用飞轮惯性利用飞轮惯性机构错位排列机构错位排列ABDC利用死点位置利用死点位置利用死点位置利用死点位置飞机起落架飞机起落架 0F工件工件PABCD1234

21、工件工件ABCD1234工件工件P钻孔夹具钻孔夹具 T 0ABCDF 一、平面连杆机构的功能及其应用一、平面连杆机构的功能及其应用一、平面连杆机构的功能及其应用一、平面连杆机构的功能及其应用根据平面连杆机构的功能与用途分类根据平面连杆机构的功能与用途分类根据平面连杆机构的功能与用途分类根据平面连杆机构的功能与用途分类第三节第三节 平面连杆机构的功能平面连杆机构的功能与运动分析与运动分析 常常用用两两连连架架杆杆的的传传动动函函数数来来反反映映传传动动机机构构的的基基本本传传动动特特性，以连杆作为导引物体运动的主要构件。性，以连杆作为导引物体运动的主要构件。传动机构传动机构(Transmissi

22、on mechanism)传递运动与动力传递运动与动力导引机构导引机构(Guidance mechanism)导引物体运动导引物体运动平面连杆机构的特点平面连杆机构的特点平面连杆机构的特点平面连杆机构的特点 低低低低副副副副连连连连接接接接，可可可可以以以以传传传传递递递递较较较较大大大大的的的的动动动动力力力力，且且且且结结结结构构构构简简简简单单单单，容容容容易易易易加加加加工；工；工；工；构件运动形式具有多样性；构件运动形式具有多样性；构件运动形式具有多样性；构件运动形式具有多样性；连杆运动曲线具有多样性；连杆运动曲线具有多样性；连杆运动曲线具有多样性；连杆运动曲线具有多样性；运运运运动

23、动动动过过过过程程程程中中中中易易易易产产产产生生生生惯惯惯惯性性性性力力力力，使使使使机机机机器器器器产产产产生生生生强强强强迫迫迫迫振振振振动动动动，故故故故不不不不适用于高速场合；适用于高速场合；适用于高速场合；适用于高速场合；运动传递过程中累积误差较大。运动传递过程中累积误差较大。运动传递过程中累积误差较大。运动传递过程中累积误差较大。平面连杆机构的功能可以归纳为以下四个方面平面连杆机构的功能可以归纳为以下四个方面平面连杆机构的功能可以归纳为以下四个方面平面连杆机构的功能可以归纳为以下四个方面 实现运动形式的转换和运动性质的变换实现运动形式的转换和运动性质的变换实现运动形式的转换和运动

24、性质的变换实现运动形式的转换和运动性质的变换 实现运动规律的变换和运动函数的再现实现运动规律的变换和运动函数的再现实现运动规律的变换和运动函数的再现实现运动规律的变换和运动函数的再现 实现轨迹运动实现轨迹运动实现轨迹运动实现轨迹运动 导引刚体按一定的位置和姿态运动导引刚体按一定的位置和姿态运动导引刚体按一定的位置和姿态运动导引刚体按一定的位置和姿态运动 (一一一一)实现多种运动形式的转换和运动性质的变换实现多种运动形式的转换和运动性质的变换实现多种运动形式的转换和运动性质的变换实现多种运动形式的转换和运动性质的变换 1.1.转动转动转动转动转动转动转动转动输入转动与输出转动运动参数相同输入转动

25、与输出转动运动参数相同输入转动与输出转动运动参数相同输入转动与输出转动运动参数相同火车车轮联动机构火车车轮联动机构平行四边形机构平行四边形机构Parallel-crank mechanism十字滑块联轴器十字滑块联轴器双转块机构双转块机构Double rotating block mechanism输入转动与输出转动运动参数不同输入转动与输出转动运动参数不同输入转动与输出转动运动参数不同输入转动与输出转动运动参数不同车门启闭机构车门启闭机构反平行四边形机构反平行四边形机构Anti parallel-crank mechanism惯性振动筛惯性振动筛非平行四边形机构非平行四边形机构Nonpara

26、llel-crank mechanism2.2.转动转动转动转动往复运动往复运动往复运动往复运动转动转换为往复移动转动转换为往复移动转动转换为往复移动转动转换为往复移动对心式曲柄滑块机构对心式曲柄滑块机构In-line slider-crank mechanism偏置式曲柄滑块机构偏置式曲柄滑块机构Offset slider-crank mechanism雷达天线俯仰机构雷达天线俯仰机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构转动转换为往复摆动转动转换为往复摆动颚式破碎机颚式破碎机曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构往复摆动转换为转动往复摆动转换为转动往复移动转换为转动往复移动转换为转动内燃机

27、曲柄滑块机构内燃机曲柄滑块机构3.往复运动往复运动转动转动电风扇摇头机构电风扇摇头机构双摇杆机构双摇杆机构汽车转向机构汽车转向机构双摇杆机构双摇杆机构4.摆动摆动摆动摆动(二二二二)实现运动规律的变换与运动函数的再现实现运动规律的变换与运动函数的再现实现运动规律的变换与运动函数的再现实现运动规律的变换与运动函数的再现机机机机构构构构中中中中任任任任意意意意两两两两构构构构件件件件的的的的位位位位置置置置、速速速速度度度度和和和和加加加加速速速速度度度度存存存存在在在在着着着着一一一一一一一一对对对对应的函数关系。应的函数关系。应的函数关系。应的函数关系。正弦机构正弦机构Sine mechani

28、sm函函数数发发生生机机构构(Function generator)能能够够实实现现某某种种传传动函数的机构。动函数的机构。通通过过两两连连架架杆杆的的角角位位置置与与位位移移量量的的关关系系再再现现正正弦函数弦函数l s=l sin s近似再现函数近似再现函数近似再现函数近似再现函数 y y lg lg x x的平面四杆机构的平面四杆机构的平面四杆机构的平面四杆机构通过两连架杆的角位移关系再现给定函数通过两连架杆的角位移关系再现给定函数 用用数数学学表表达达式式描描述述机机构构的的传传动动函函数数比比较较复复杂杂，常常用用直直角角坐标曲线来对机构的性能进行分析和比较。坐标曲线来对机构的性能进

29、行分析和比较。以以横横坐坐标标表表示示主主动动构构件件的的角角位位移移，纵纵坐坐标标表表示示从从动动件件的的(角角)位移、位移、(角角)速度和速度和(角角)加速度。加速度。位移线图位移线图(Displacement diagram)速度线图速度线图(Velocity diagram)加速度线图加速度线图(Acceleration diagram)统称为统称为运动线图运动线图(Motion diagram)。对心式曲柄滑块机构对心式曲柄滑块机构lAB 0.2mlBC 0.6m 20rad sACB 机构运动线图机构运动线图00.80.60.40.260180240360120300 s(m)40

30、80-40060180240360120300 a(m s2)-120-80064260180240360300 v(m s)-2-6-4120(三三三三)实现轨迹运动实现轨迹运动实现轨迹运动实现轨迹运动搅拌机机构搅拌机机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构摄影机抓片机构摄影机抓片机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构鹤式起重机鹤式起重机双摇杆机构双摇杆机构契贝谢夫四足步行机构契贝谢夫四足步行机构多杆机构多杆机构Multi-bar linkage(四四四四)导引刚体实现一定的位置姿态要求导引刚体实现一定的位置姿态要求导引刚体实现一定的位置姿态要求导引刚体实现一定的位置姿态要求摄影平台升降机构摄影平台升降机构平行四

31、边形机构平行四边形机构(五五五五)平面连杆机构的其它应用平面连杆机构的其它应用平面连杆机构的其它应用平面连杆机构的其它应用翻斗车翻转机构翻斗车翻转机构摇块机构摇块机构Rocking-block mechanism车门启闭机构车门启闭机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构飞机起落架机构飞机起落架机构双摇杆机构双摇杆机构滑块内置偏心轮机构滑块内置偏心轮机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构 二、平面连杆机构的运动分析二、平面连杆机构的运动分析二、平面连杆机构的运动分析二、平面连杆机构的运动分析对机构进行运动分析的目的对机构进行运动分析的目的对机构进行运动分析的目的对机构进行运动分析的目的 校核所设计的机构是否达到预期

32、的运动要求校核所设计的机构是否达到预期的运动要求校核所设计的机构是否达到预期的运动要求校核所设计的机构是否达到预期的运动要求 为机械运动性能和动力学性能研究提供必要的参数为机械运动性能和动力学性能研究提供必要的参数为机械运动性能和动力学性能研究提供必要的参数为机械运动性能和动力学性能研究提供必要的参数 为正确选用机构提供依据等为正确选用机构提供依据等为正确选用机构提供依据等为正确选用机构提供依据等 运动分析要解决的问题运动分析要解决的问题运动分析要解决的问题运动分析要解决的问题 掌握必要的运动分析的方法及其相关理论掌握必要的运动分析的方法及其相关理论掌握必要的运动分析的方法及其相关理论掌握必要

33、的运动分析的方法及其相关理论 确确确确定定定定机机机机构构构构上上上上任任任任意意意意点点点点的的的的轨轨轨轨迹迹迹迹(PathPath)、位位位位置置置置(PositionPosition)、位位位位移移移移(DisplacementDisplacement)、速速速速 度度度度(VelocityVelocity)、加加加加 速速速速 度度度度(AccelerationAcceleration)计计计计算算算算机机机机构构构构中中中中任任任任意意意意构构构构件件件件的的的的角角角角位位位位置置置置(Angular Angular positionposition)、角角角角位位位位移移移移(

34、Angular Angular displacementdisplacement)、角角角角速速速速度度度度(Angular Angular velocityvelocity)、角加速度角加速度角加速度角加速度(Angular accelerationAngular acceleration)位移分析位移分析 考考察察某某构构件件或或构构件件上上某某点点能能否否实实现现预预期期的的位位置置和和轨轨迹迹要要求求 确定某些构件在运动时所需的空间确定某些构件在运动时所需的空间 判断各构件之间是否发生运动干涉判断各构件之间是否发生运动干涉 确定机器的外壳尺寸确定机器的外壳尺寸 速度分析速度分析 确定机

35、构中从动件速度的变化能否满足工作要求确定机构中从动件速度的变化能否满足工作要求 进行进行加速度分析及确定机器动能的前提加速度分析及确定机器动能的前提 加速度分析加速度分析 进行构件惯性力计算的前提进行构件惯性力计算的前提 对机械的强度、振动和动力性能进行计算提供依据对机械的强度、振动和动力性能进行计算提供依据机构运动分析的方法机构运动分析的方法机构运动分析的方法机构运动分析的方法 实验法实验法实验法实验法(Experimental methodExperimental method)图解法图解法图解法图解法(Graphical methodGraphical method)解析法解析法解析法解

36、析法(Analytical methodAnalytical method)图解法的适用场合图解法的适用场合图解法的适用场合图解法的适用场合 为运动分析解析法建立分析模型和进行校核。为运动分析解析法建立分析模型和进行校核。为运动分析解析法建立分析模型和进行校核。为运动分析解析法建立分析模型和进行校核。确确确确定定定定或或或或验验验验证证证证机机机机构构构构运运运运动动动动的的的的某某某某些些些些特特特特殊殊殊殊参参参参数数数数。例例例例如如如如确确确确定定定定从从从从动动动动件件件件的的的的运运运运动动动动极极极极限限限限位位位位置置置置、构构构构件件件件的的的的行行行行程程程程或或或或角角角

37、角位位位位移移移移范范范范围围围围、机机机机构构构构急急急急回回回回运运运运动动动动参参参参数数数数、机机机机构构构构死死死死点点点点位位位位置置置置、了了了了解解解解构构构构件件件件在在在在运运运运动动动动中中中中的的的的位位位位置置置置与与与与姿姿姿姿态态态态、机机机机构的瞬时传动比及构件的瞬心位置等等。构的瞬时传动比及构件的瞬心位置等等。构的瞬时传动比及构件的瞬心位置等等。构的瞬时传动比及构件的瞬心位置等等。分析精度分析精度分析精度分析精度与作图精度有关。作图时应确定恰当的作图比例尺与作图精度有关。作图时应确定恰当的作图比例尺与作图精度有关。作图时应确定恰当的作图比例尺与作图精度有关。作

38、图时应确定恰当的作图比例尺 l l l l 构件的实际长度构件的实际长度构件的实际长度构件的实际长度(mm)/构件作图的实际长度构件作图的实际长度构件作图的实际长度构件作图的实际长度(mmmm)按按按按作作作作图图图图比比比比例例例例尺尺尺尺，准准准准确确确确地地地地绘绘绘绘制制制制有有有有足足足足够够够够精精精精度度度度的的的的清清清清晰晰晰晰的的的的机机机机构构构构运运运运动简图动简图动简图动简图 。BCAD 例例例例2 2 2 2 已已已已知知知知铰铰铰铰链链链链四四四四杆杆杆杆机机机机构构构构ABCDABCD，ABAB 10mm10mm，ABAB为为为为原原原原动动动动件件件件BCBC

39、 40mm40mm，CDCD 30mm30mm，ADAD 35mm35mm，ADAD为为为为机机机机架架架架，判判判判断断断断该该该该铰链四杆机构的类型？用图解法求作从动件铰链四杆机构的类型？用图解法求作从动件铰链四杆机构的类型？用图解法求作从动件铰链四杆机构的类型？用图解法求作从动件CDCD的最大角位移。的最大角位移。的最大角位移。的最大角位移。解解 1）AB BC 50mm CD AD 65mm，AB杆杆上上的的转转动动副副A、B是是整整转转副副，CD杆杆上上的的转转动动副副C、D是是摆摆转转副副。该该机机构是曲柄摇杆机构，构是曲柄摇杆机构，AB是曲柄，是曲柄，CD是摇杆。是摇杆。(一一)

40、平面连杆机构的位移分析平面连杆机构的位移分析C1B1C C2B2BC C 2B 2 2）选选择择适适当当的的长长度度比比例例尺尺 l，在在图图纸纸上上的的适适当当位位置置水水平平画画 出出 机机 架架 AD(35 l)mm，以以 D为为 圆圆 心心，摇摇 杆杆CD(30 l)mm为半径画圆。为半径画圆。3 3）以以以以连连连连杆杆杆杆与与与与曲曲曲曲柄柄柄柄长长长长度度度度之之之之和和和和(BCBC ABAB)l l (5050 l l)mmmm和和和和连连连连杆杆杆杆与与与与曲曲曲曲柄柄柄柄长长长长度度度度之之之之差差差差(BCBC ABAB)l l (3030 l l)为为为为半半半半径径

41、径径画画画画圆圆圆圆弧弧弧弧，与与与与以以以以摇摇摇摇杆杆杆杆长长长长CDCD画画画画的的的的圆圆圆圆交交交交于于于于C C1 1、C C 1 1 和和和和C C2 2、C C 2 2。得得到到四四杆杆长长度度相相同同，但但装装配配形形式式不不同同的的两两个个曲曲柄柄摇摇杆杆机机构构ABCD和和ABCD。C 1B 1AD极位夹角极位夹角 摇杆摆角摇杆摆角 例例例例 3 3 已已已已 知知知知 摆摆摆摆 动动动动 导导导导 杆杆杆杆 机机机机 构构构构 导导导导 杆杆杆杆 的的的的 摆摆摆摆 角角角角 6060 ，机机机机 架架架架ADAD 300mm300mm，求求求求作作作作该该该该机机机机

42、构构构构的的的的机机机机构构构构运运运运动动动动简简简简图图图图，并并并并计计计计算算算算其其其其行行行行程程程程速速速速度变化系数度变化系数度变化系数度变化系数K K之值。之值。之值。之值。解解 1)在在图图纸纸上上选选择择合合适适的的位位置置作作导导杆杆摆摆角角C DC=，得得导导杆摆动中心铰链位置杆摆动中心铰链位置D。DC C 2)过过D作作 C DC 的的角角平平分分线线Da，选选择择适适当当的的 l，在在角角平平分分线线上上作作DA(d l)mm，得得曲曲柄柄AB的的转转动动中中心心铰铰链链位位置置A和和曲曲柄柄长长度度 AB AB l 150mm。导导杆杆长长度度应应大大于于300

43、 150 450mm。作作出出机机构构运动简图。运动简图。a B B A3)极位夹角极位夹角 60，行程速度变化系数，行程速度变化系数 K=2。B2C2 例例4 已已知知偏偏置置式式曲曲柄柄滑滑块块机机构构偏偏距距为为e，曲曲柄柄与与连连杆杆长长度度分别为分别为AB、BC，求作该机构的极位夹角，求作该机构的极位夹角 和滑块行程和滑块行程H。解解 1)在在图图纸纸上上合合适适的的位位置置确确定定曲曲柄柄转转动动中中心心的的位位置置A，选选择择适当的长度比例尺适当的长度比例尺 l作与作与A的距离为的距离为e l的导轨直线的导轨直线dd。HeAdd 2 2)以以以以A A为为为为圆圆圆圆心心心心，以

44、以以以(BCBC ABAB)l l和和和和(BCBC ABAB)l l为为为为半半半半径径径径画画画画圆圆圆圆弧弧弧弧，与与与与直直直直线线线线dddd 分分分分别别别别交交交交于于于于C C1 1点点点点和和和和C C2 2点点点点。作作作作出出出出机机机机构构构构运运运运动动动动简图。简图。简图。简图。C1AC2 H=C1C2 lC1B1(二二二二)平面连杆机构的速度分析和加速度分析平面连杆机构的速度分析和加速度分析平面连杆机构的速度分析和加速度分析平面连杆机构的速度分析和加速度分析 方法方法方法方法速度瞬心法、速度瞬心法、速度瞬心法、速度瞬心法、相对运动图解法、杆组法相对运动图解法、杆组

45、法相对运动图解法、杆组法相对运动图解法、杆组法 1.1.平面连杆机构速度分析的瞬心法平面连杆机构速度分析的瞬心法平面连杆机构速度分析的瞬心法平面连杆机构速度分析的瞬心法 瞬瞬瞬瞬心心心心(Instant Instant centercenter)法法法法是是是是对对对对机机机机构构构构进进进进行行行行速速速速度度度度分分分分析析析析的的的的一一一一种种种种图图图图解解解解法法法法。应应应应用用用用瞬瞬瞬瞬心心心心法法法法分分分分析析析析简简简简单单单单平平平平面面面面机机机机构构构构的的的的速速速速度度度度，非常简便清晰。非常简便清晰。非常简便清晰。非常简便清晰。速度瞬心速度瞬心速度瞬心速度瞬

46、心 1)速度瞬心的概念速度瞬心的概念等速重合点等速重合点2）速度瞬心的数目）速度瞬心的数目3）速度瞬心的位置）速度瞬心的位置 直接成副的两构件直接成副的两构件不直接成副的两构件不直接成副的两构件三心定理三心定理例例例例5 5 图图图图示示示示铰铰铰铰链链链链四四四四杆杆杆杆机机机机构构构构，原原原原动动动动件件件件1 1以以以以 1 1沿沿沿沿顺顺顺顺时时时时针针针针方方方方向向向向转转转转动动动动，求机构在图示位置时构件求机构在图示位置时构件求机构在图示位置时构件求机构在图示位置时构件3 3的角的角的角的角速度速度速度速度 3 3的大小和方向。的大小和方向。的大小和方向。的大小和方向。P24

47、P13VP13P14P12P23P34 解解 瞬心数瞬心数N 4(4 3)2 6 直接观察求出直接观察求出4个瞬心个瞬心 用三心定理确定其余用三心定理确定其余2个瞬心个瞬心P12、P23、P13 P14、P34、P13P13 P12、P14、P24 P23、P34、P24P24 瞬心瞬心P13的速度的速度 VP13 l(P13P14)1 l(P13P34)3 3 1(P13P14)(P13P34)机构瞬时传动比机构瞬时传动比1234 1 3 1123例例例例6 6 已知凸轮转速已知凸轮转速已知凸轮转速已知凸轮转速 1 1，求从动件速度，求从动件速度，求从动件速度，求从动件速度V V2 2。解解

48、 瞬心数瞬心数N 3(3-2)2 3 直接观察求出直接观察求出P13、P23 根根据据三三心心定定理理和和公公法法线线n n求求瞬心瞬心P12的位置的位置 瞬心瞬心P12的速度的速度 V2 VP12 l(P13P12)1长度长度P13P12直接从图上量取。直接从图上量取。P23 V2P12P13nn 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 确定瞬心位置确定瞬心位置 求构件绝对速度求构件绝对速度V或角速度或角速度 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，机构复杂时因瞬心数急剧增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使求解过程复杂加而使求解过

49、程复杂 有时瞬心点落在纸面外，造成求解困难有时瞬心点落在纸面外，造成求解困难 不能用于机构加速度分析不能用于机构加速度分析 2.2.平面连杆机构速度分析和加速度分析的解析法平面连杆机构速度分析和加速度分析的解析法平面连杆机构速度分析和加速度分析的解析法平面连杆机构速度分析和加速度分析的解析法 2.1 2.1图解法的缺点图解法的缺点图解法的缺点图解法的缺点 分析精度较低分析精度较低分析精度较低分析精度较低;加加加加速速速速度度度度分分分分析析析析困困困困难难难难、效效效效率率率率低低低低，不不不不适适适适用用用用于于于于一一一一个个个个运运运运动动动动周周周周期期期期的的的的分分分分析析析析;不

50、便于把机构分析与机构综合问题联系起来不便于把机构分析与机构综合问题联系起来不便于把机构分析与机构综合问题联系起来不便于把机构分析与机构综合问题联系起来;随随随随着着着着对对对对机机机机构构构构设设设设计计计计要要要要求求求求的的的的不不不不断断断断提提提提高高高高以以以以及及及及计计计计算算算算机机机机技技技技术术术术的的的的不不不不断断断断发发发发展展展展，解解解解析析析析法法法法得得得得到到到到愈愈愈愈来来来来愈愈愈愈广广广广泛泛泛泛的的的的应应应应用用用用，成成成成为为为为机机机机构构构构运运运运动分析的主要方法。动分析的主要方法。动分析的主要方法。动分析的主要方法。2.2 解析法思路解