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1、第第8章章 平面连杆机构平面连杆机构及其设计及其设计8-1 连杆机构及其传动特点连杆机构及其传动特点一、一、连杆机构连杆机构(Linkage)的组成和分类的组成和分类由若干个杆件通过低副连接而组成的机构称由若干个杆件通过低副连接而组成的机构称为连杆机构，又称为低副机构。为连杆机构，又称为低副机构。原动件原动件连杆连杆(中间构件中间构件)从动件从动件几个例子几个例子:1 假肢膝关节假肢膝关节p252 收放式折叠收放式折叠支架支架 p273 引擎油门控引擎油门控制装置制装置4 飞剪机飞剪机 p46分类分类:平面连杆机构：平面连杆机构：所有构件均在同一平面或在相所有构件均在同一平面或在相互平行的平面
2、内运动的连杆机构。互平行的平面内运动的连杆机构。空间连杆机构空间连杆机构：所有构件不全在相互平行的平所有构件不全在相互平行的平面内运动的连杆机构。如并联机构。面内运动的连杆机构。如并联机构。根据所含杆数分根据所含杆数分 四杆机构四杆机构，六杆机构六杆机构等等二、二、连杆机构的特点连杆机构的特点(1)低副机构，运动副为面接触，压强小，承载能力大，低副机构，运动副为面接触，压强小，承载能力大，耐冲击，磨损小。耐冲击，磨损小。(2)其运动副元素多为平面或圆柱面，制造比较容易，结其运动副元素多为平面或圆柱面，制造比较容易，结构简单构简单,工作可靠。工作可靠。(3)可以实现不同的运动规律和特定轨迹要求。
3、可以实现不同的运动规律和特定轨迹要求。改变构件的相对长度改变构件的相对长度 连杆上的不同点连杆上的不同点 三三.连杆机构的缺点：连杆机构的缺点：1）由于连杆机构的运动必须经过中间构件进行传递，因而传）由于连杆机构的运动必须经过中间构件进行传递，因而传递路线较长，易产生较大的误差积累，同时也使机械效率降递路线较长，易产生较大的误差积累，同时也使机械效率降低。低。2）连杆和滑块的质心做变速运动，所以连杆机构所产生的惯）连杆和滑块的质心做变速运动，所以连杆机构所产生的惯性力难于用一般平衡方法加以消除，因而会增加机构的动载性力难于用一般平衡方法加以消除，因而会增加机构的动载荷，所以连杆机构不宜用于高速
4、运动。荷，所以连杆机构不宜用于高速运动。四四.应用应用连杆机构常用于以下场合：连杆机构常用于以下场合：1)用于受力较大的挖掘机。用于受力较大的挖掘机。(破碎机破碎机)2)用于实现各种不同的运动规律要求。用于实现各种不同的运动规律要求。(惯性筛惯性筛)3)可以实现给定轨迹要求。可以实现给定轨迹要求。(搅拌机搅拌机)平面四杆机构的应用广泛，而且是研究多杆机构的基础。平面四杆机构的应用广泛，而且是研究多杆机构的基础。本章重点讨论本章重点讨论平面四杆机构平面四杆机构的有关基本知识和设计问题。的有关基本知识和设计问题。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、手手动动冲冲床床、牛牛头
5、头刨刨床床、椭椭圆圆仪仪、机机械械 手手爪爪、开开窗窗户户支支撑撑、开开关关门门机机构构、折折叠叠伞伞、折叠床折叠床、制动操作机构制动操作机构等。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。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。82 铰链四杆铰链四杆机构的类型和应用机构的类型和应用一、平面四杆机构的基本类型及应用一、平面四杆机构的基本类型及应用基本型式基本型式铰链四杆机构铰链四杆机构：全部运动副为转动副的全部运动副为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构。四杆机构称为铰链四杆机构。其他四杆机构都是其演化型式。其
6、他四杆机构都是其演化型式。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。将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。如如雷达天线雷达天线,雨刷雨刷。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360360度相对回转的运动副；度相对回转的运动副；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。曲柄曲柄连杆连杆摇
7、杆摇杆设计：潘存云设计：潘存云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。雷达天线雷达天线俯仰机构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：如如惯性筛惯性筛、磨碎机磨碎机等。等。2143摇杆主动摇杆主动3124设计：潘存云设计：潘存云ABDC1234E6惯性筛机构惯性筛机构31设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云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1 1：平行四边形机构平行四边形机
8、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 两曲柄同速同方向转动两曲柄同速同方向转动 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设计：潘存云设计：潘存云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不确定。动不确定。采用采用两组机构错开排列两组机构错开排列。特例特例2：反平行四边形机构反平行四边形机构:两对相对杆长度相等但不平行两对相对杆长度相等但不平行 特点：长边为机架，两曲柄转向相反特点：长边为机架，两曲柄转向相反 短边为机架，两曲柄转向相同短边为机架，两曲柄转向相同设
9、计：潘存云设计：潘存云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设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云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：应用举例：铸造翻箱机构铸造翻箱机构特例：特例：等腰梯形机构等腰梯形机构(两摇杆长度相等两摇杆长度相等)汽车转向汽车转向机构机构、风扇摇头风扇摇头机构机构、起重吊车起重吊车、钻床夹具钻床夹具CBABDC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转向时汽车各轮纯转向时汽车各轮纯转向时汽车各轮
10、纯转向时汽车各轮纯滚动的条件：滚动的条件：滚动的条件：滚动的条件：梯形转向机构梯形转向机构转向条件转向条件:所有车轮形成一个转动中心所有车轮形成一个转动中心.BL1.1.1.1.内、外导向轮的内、外导向轮的内、外导向轮的内、外导向轮的转速：外转速：外转速：外转速：外 内。内。内。内。2.2.2.2.内外驱动轮的转内外驱动轮的转内外驱动轮的转内外驱动轮的转速：外速：外速：外速：外 内。内。内。内。（靠差速器保证）（靠差速器保证）（靠差速器保证）（靠差速器保证）二、平面二、平面四杆四杆机构机构的的演化型式演化型式由平面四杆机构的基本形式演化而来由平面四杆机构的基本形式演化而来满足运动要求满足运动要
11、求改善受力改善受力满足结构设计满足结构设计演化方法有四种：演化方法有四种：设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云1、改变构件形状和运动尺寸改变构件形状和运动尺寸偏心曲柄偏心曲柄 滑块机构滑块机构对心曲柄对心曲柄 滑块机构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 l举例举例2、改变运动副尺寸改变运动副尺寸当当曲柄的实际尺寸很短曲柄的实际尺寸很短并传递较大的动力时，可并传递较大的动力时，可将曲柄做成几何中心与回转中心距离等于曲柄长将曲柄做成几何中心与回转中心距离等于曲柄长度的圆盘，即度的圆盘，即改
12、变运动副尺寸改变运动副尺寸,形成偏心轮机构。形成偏心轮机构。设计：潘存云偏心轮机构偏心轮机构偏心轮机构实质举例：真空泵3 3 选不同的构件为机架选不同的构件为机架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设计：潘存云设计：潘存云牛头刨床牛头刨床应用实例应用实例:ABDC1243C2C1小型刨床小型刨床ABDCE1234563 3 选不同的构件为机架选不同的构件为机架ACB1234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摇块摇块 机构机构设计：潘存云应用实例应用实例
13、B234C1A自卸卡车举升机构自卸卡车举升机构应用实例应用实例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设计：潘存云3 3 选不同的构件为机架选不同的构件为机架314A2BC直动滑杆直动滑杆机构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：方法称为：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(a)曲柄滑块机构曲柄滑块机构;(b)转动导杆机构转动导杆机构;(c
14、)摆动摆动滑杆摇块机构滑杆摇块机构;(d)移动滑杆定块机构。移动滑杆定块机构。其他机构演化：其他机构演化：选不同的构件为机架选不同的构件为机架双双转转块块机机构构应用应用4、运动副元素的逆换运动副元素的逆换将运动副两元素的包容关系进行逆换，并不影响两将运动副两元素的包容关系进行逆换，并不影响两构件之间的相对移动，但却能演化成不同的机构。构件之间的相对移动，但却能演化成不同的机构。如摆动导杆机构和曲柄摇块机构。这两种机构的运如摆动导杆机构和曲柄摇块机构。这两种机构的运动特性是相同的。动特性是相同的。将将2,3的包容关系逆换的包容关系逆换:曲柄摇块摆动导杆机构四杆机构的型式虽然多种多样，但根据演化
15、的四杆机构的型式虽然多种多样，但根据演化的概念，可为我们概念，可为我们归类研究这些四杆机构归类研究这些四杆机构提供方便；提供方便；我们也可根据演化的概念，我们也可根据演化的概念，设计出型式各异的设计出型式各异的四杆机构四杆机构。83 平面四杆机构的基本知识平面四杆机构的基本知识设计：潘存云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BCD可得：可得：l1+l4 l2+l3l
16、3(l4 l1)+l2AB为最短杆为最短杆最长杆与最短杆的长度之和其他两杆长度之和一、铰链四杆机构有曲柄的条件一、铰链四杆机构有曲柄的条件 l1+l2 l3+l4Cl1l2l4l3ADl4-l1将以上三式两两相加得：将以上三式两两相加得：l1 l2,l1 l3,l1 l4 l1+l3 l2+l4设计：潘存云2.组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆。组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆。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都是周转副。副都是周转副。而其余的转动副则是摆转副。而其余的转动副则是摆转副。曲柄存在的条件：曲柄存在的条件：1.最长杆与
17、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度之和其他两杆长度之和此时，铰链此时，铰链A为周转副。为周转副。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也是周转副。也是周转副。称为称为杆长条件杆长条件。ABCDl1l2l3l4即：即：A,B为周转副为周转副C,D为摆转副为摆转副作者：潘存云教授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1 1、曲柄摇杆曲柄摇杆2 2、双曲柄双曲柄、双摇杆机构双摇杆机构。因此，因此，四杆机构有曲柄
18、的条件四杆机构有曲柄的条件是：是：各杆的长度应满足各杆的长度应满足杆长条件杆长条件（前提），且最短杆为连架杆或机架。（前提），且最短杆为连架杆或机架。当最短杆为连架杆时，机构为当最短杆为连架杆时，机构为曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构。当最短杆为机架时则为当最短杆为机架时则为双曲柄机构双曲柄机构。满足杆长条件的四杆机构中，当最短杆为连杆时，为满足杆长条件的四杆机构中，当最短杆为连杆时，为双摇杆机构双摇杆机构。如果铰链四杆机构各杆的长度如果铰链四杆机构各杆的长度不满足杆长条件不满足杆长条件，则无，则无周转副，此时无论以何杆为机架，均为周转副，此时无论以何杆为机架，均为双摇杆机构双摇杆机构。例等腰梯形机构
19、例等腰梯形机构Y双摇杆机构双摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双摇杆机构双摇杆机构双曲柄机构双曲柄机构以最短杆相邻杆为机架以最短杆相邻杆为机架以与最短杆相对的杆为机架以与最短杆相对的杆为机架以最短杆为机架以最短杆为机架N如果四杆机构两相邻杆两两相等，则为泛菱形机构如果四杆机构两相邻杆两两相等，则为泛菱形机构p117泛菱形机构有三个周转副，一个摆转副泛菱形机构有三个周转副，一个摆转副 泛菱形机构当以短杆为机架时，为双曲柄机构泛菱形机构当以短杆为机架时，为双曲柄机构 泛菱形机构当以长杆为机架时，为曲柄摇杆机构泛菱形机构当以长杆为机架时，为曲柄摇杆机构 泛菱形机构当相邻两杆重合时，为二杆机构泛菱形机构
20、当相邻两杆重合时，为二杆机构 例：例：折叠架折叠架 设计：潘存云ABCDB1C1AD二、二、急回运动急回运动和行程速度变化系数和行程速度变化系数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，摇摇杆杆位于两个极限位置，简称极位。位于两个极限位置，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设计：潘存云B1C1AD
21、C2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位置摆位置摆到到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称称K为为行程速度变化系行程速度变化系数数。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
22、。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:在曲柄摇杆机构中，当曲柄等速回转情况下，通在曲柄摇杆机构中，当曲柄等速回转情况下，通常把摇杆往复摆动速度快慢不同的运动称为急回常把摇杆往复摆动速度快慢不同的运动称为急回运动。运动。曲柄摇杆机构的急回运动程度可以用从动件空回曲柄摇杆机构的急回运动程度可以用从动件空回行程平均速度行程平均速度v2和工作行程平均速度和工作行程平均速度v1的比值的比值K来衡量，称为行程速度变化系数。来衡量，称为行程速度变化系数。K 1K=v2/v1=(180+)/(180-)急回可减少空行程时间，提高劳动生产率急回可减少空行程时间，提高劳动生产率摆动
23、导杆机构有无急回特性？偏置曲柄滑块机构有无急回特性？行程速度变化系数行程速度变化系数 K 与与极位夹角极位夹角间的关系为：间的关系为：越大越大,K越大越大,急回性质急回性质越显著越显著对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构:=0,K=1,无急回特性无急回特性偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构:0,K1有急回特性有急回特性摆动导杆机构摆动导杆机构:0，有，有急回特性急回特性,摆角摆角=极位夹极位夹角角对心曲柄滑块机构有无急回特性？行程速度变化系数在工程上的应用：行程速度变化系数在工程上的应用：p118 双曲柄机构的行程速度变化系数双曲柄机构的行程速度变化系数K：p118 设计：潘存云FF F”当当BCD
24、90BCD90时，时，BCDBCD三、压力角与传动角和死点位置三、压力角与传动角和死点位置压力角压力角：若不考虑机构中各运动副的摩擦力及构件的重力和惯性力的影响，若不考虑机构中各运动副的摩擦力及构件的重力和惯性力的影响，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出现的出现的位置位置：当当BCD90BCD90时，时，180-BCD180-BCD切向分力切向分力:F F=FcosFcos法法 向向 分分 力力:F F=FcosFcos F F 对传动有利对传动有利。=FsinFsin称称为
25、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设计：潘存云C1B1l1l2l3l4DA由余弦定律有：由余弦定律有：B B1 1C C1 1D Darccosarccosl22 2+l32 2-(-(l4-l1)2 2/2/2l2 l3 B B2 2C C2 2D Darccosarccosl22 2+l32 2-(-(l4+l1)2 2/2/2l2 l
26、3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终一个从动件上度量。最终一个从动件上度量。v1 1minminBB1 1C C1 1D,180-BD,180-B2 2C C2 2DDminmin2 2F F车门车门C2B2曲柄滑块机构曲柄滑块机构,主动曲柄处在主动曲柄处在与滑块移动方向两次垂直位置与滑块移动方向两次垂直位置之一时之一时,出现最小传动角。出现最小传动角。曲柄为主动件，曲柄滑块曲柄为主动件，曲柄滑块机构机构最
27、小传动角在哪？最小传动角在哪？滑块为主动件，曲柄滑块滑块为主动件，曲柄滑块机构机构最小传动角在哪？最小传动角在哪？对于导杆机构，曲柄为主动件时传动对于导杆机构，曲柄为主动件时传动角为（角为（）滑块对导杆的作用力方向始终垂直于滑块对导杆的作用力方向始终垂直于导杆，其传动角恒为导杆，其传动角恒为90度。度。设计：潘存云设计：潘存云F机构的死点位置机构的死点位置摇杆为主动件，摇杆为主动件，且且连杆连杆与曲柄两次共线与曲柄两次共线时时，有：有：此时此时机构不能运动机构不能运动.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
28、靠飞轮的惯性飞轮的惯性（如（如内燃机内燃机、缝纫机缝纫机等）。等）。FAEDGBCABEFDCG0 0F0 0设计：潘存云设计：潘存云工件工件ABCD1234PABCD1234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：飞机起落架起落架、钻夹具钻夹具等。等。摆动导杆机构死点位置死点位置？偏置曲柄滑块机构死点位置死点位置？对心曲柄滑块机构死点位置死点位置？对心曲柄滑块机构，滑块对心曲柄滑块机构，滑块为主动件时，死点位于曲为主动件时，死点位于曲柄与连杆两次共线位置柄与连杆两次共线位置偏置曲柄滑块机构，滑块偏置曲柄滑
29、块机构，滑块为主动件时，死点位于曲为主动件时，死点位于曲柄与连杆两次共线位置柄与连杆两次共线位置摆动导杆机构，导杆为主摆动导杆机构，导杆为主动件时，死点位于导杆与动件时，死点位于导杆与曲柄两次垂直位置曲柄两次垂直位置极位与死点极位与死点是机构的同一位置，原动件不同。是机构的同一位置，原动件不同。死点位置死点位置指从动件的传动角等于零，指从动件的传动角等于零，压力角等于压力角等于90度时机构所处的位置。度时机构所处的位置。机构处于死点位置，驱动从动件的有机构处于死点位置，驱动从动件的有效回转力矩为零，此时机构不能运动效回转力矩为零，此时机构不能运动在曲柄摇杆机构中，当摇杆为主动件，在曲柄摇杆机构
30、中，当摇杆为主动件，曲柄与连杆两次共线时，从动件曲柄曲柄与连杆两次共线时，从动件曲柄的传动角为零，机构此时处于的传动角为零，机构此时处于死点位死点位置置。在曲柄摇杆机构中，若以曲柄在曲柄摇杆机构中，若以曲柄AB为主为主动件，曲柄与连杆两次共线时，摇杆动件，曲柄与连杆两次共线时，摇杆处于两处于两极限位置极限位置称称返回位置。返回位置。极位与死点极位与死点是机构的同一位置，原动是机构的同一位置，原动件不同。件不同。在曲柄摇杆机构中，若以曲柄在曲柄摇杆机构中，若以曲柄AB为主为主动件，曲柄与机架两次共线位置时，动件，曲柄与机架两次共线位置时，出现出现最小传动角最小传动角。机构处于机构处于极位极位位置
31、，由于从动件速度接近零，位置，由于从动件速度接近零，所以可以获得较大的增力效果。所以可以获得较大的增力效果。例：例：p121拉铆机拉铆机四、铰链四杆机构的四、铰链四杆机构的连杆曲线连杆曲线设计：潘存云ABCDNEM应用：应用：摄影机抓片机构摄影机抓片机构连杆曲线连杆曲线尖点处尖点处瞬时速度为零瞬时速度为零应用：应用：步行机器人腿部步行机器人腿部机构机构有的有的连杆曲线连杆曲线具有对称性具有对称性对称对称连杆曲线连杆曲线具有一段具有一段非常近似圆弧或直线的线段非常近似圆弧或直线的线段双摇杆机构的双摇杆机构的连杆曲线连杆曲线常应用于常应用于生成近似直线生成近似直线应用：应用：p123五、铰链四杆机
32、构的五、铰链四杆机构的运动连续性运动连续性铰链四杆机构的运动连续性是指连杆机构在运动过铰链四杆机构的运动连续性是指连杆机构在运动过程中，能否连续实现给定的各个位置的问题。程中，能否连续实现给定的各个位置的问题。可行域、不可行域、可行域、不可行域、错位不连续错位不连续:从动件不能在两个不连通的可行域内连从动件不能在两个不连通的可行域内连续运动。续运动。错序不连续错序不连续:原动件按同一方向转动时，连杆不能按原动件按同一方向转动时，连杆不能按顺序通过给定的各个位置。顺序通过给定的各个位置。在设计四杆机构时，必须检查所设计机构是否满足在设计四杆机构时，必须检查所设计机构是否满足运动连续性要求。运动连
33、续性要求。例例8.1 p12484 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 一、一、连杆机构设计的基本问题连杆机构设计的基本问题 机构选型机构选型根据给定的运动要求选择机根据给定的运动要求选择机 构的类型；构的类型；尺度综合尺度综合确定各构件的尺度参数确定各构件的尺度参数(长度长度 尺寸尺寸)。同时要满足其他辅助条件：同时要满足其他辅助条件：a)结构条件（如要求有曲柄、杆长比恰当、结构条件（如要求有曲柄、杆长比恰当、运动副结构合理等）运动副结构合理等）;b)动力条件（如动力条件（如minmin）;c)运动连续性条件等。运动连续性条件等。设计：潘存云三种设计要求：三种设计要求：1)满足预定的连杆位
34、置要求，如满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构铸造翻箱机构。要求连杆在两个位置要求连杆在两个位置垂直地面且相差垂直地面且相差180 CBABDC设计：潘存云设计：潘存云ADCB飞机起落架飞机起落架BC三种设计要求三种设计要求：2)满足预定的运动规律满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如，两连架杆转角对应，如:飞机飞机起落架起落架、函数机构、函数机构、仪表仪表。函数机构函数机构要求两连架杆的转角要求两连架杆的转角满足函数满足函数 y=logxxy=logxABCD设计：潘存云QABCDE设计：潘存云鹤式起重机鹤式起重机搅拌机构搅拌机构要求连杆上要求连杆上E点的轨点的轨迹为一条卵形曲线迹为一条
35、卵形曲线要求连杆上要求连杆上E点的轨点的轨迹为一条水平直线迹为一条水平直线QCBADE三种设计要求：三种设计要求：3)满足预定的轨迹要求，如满足预定的轨迹要求，如:鹤式起重机鹤式起重机、搅拌机搅拌机等。等。给定的设计条件：给定的设计条件：1)几何条件几何条件（给定连架杆或连杆的位置）（给定连架杆或连杆的位置）2)运动条件运动条件（给定（给定K）3)动力条件动力条件（给定（给定minmin）设计方法：设计方法：图解法、解析法、实验法图解法、解析法、实验法二、二、作图法设计四杆机构作图法设计四杆机构1、按连杆预定位置设计四杆机构按连杆预定位置设计四杆机构1）已知活动铰链中心的位置）已知活动铰链中心
36、的位置2）已知固定铰链中心的位置）已知固定铰链中心的位置例例8.2 p127设计：潘存云1、按连杆预定位置设计四杆机构按连杆预定位置设计四杆机构1）已知活动铰链中心的位置）已知活动铰链中心的位置(a)给定给定连杆两组位置连杆两组位置有唯一解。有唯一解。B2C2AD将将铰铰链链A、D分分别别选选在在B1B2，C1C2连连线线的的垂垂直直平平分分线线上上任任意意位置都能满足设计要求。位置都能满足设计要求。(b)给定连杆上铰链给定连杆上铰链BC的的三组位置三组位置有无穷多组解。有无穷多组解。ADB2C2B3C3ADB1C1B1C1在给定连杆的两个位置要求设计四杆机在给定连杆的两个位置要求设计四杆机构
37、时，可得无穷多组解。一般还应该考构时，可得无穷多组解。一般还应该考虑其它辅助条件，例如，满足合理的结虑其它辅助条件，例如，满足合理的结构要求，使机械在运转中的最小传动角构要求，使机械在运转中的最小传动角最大，等等。最大，等等。2）已知固定铰链中心的位置）已知固定铰链中心的位置设计活动铰链位置设计活动铰链位置机构倒置机构倒置:设改取四杆机构的连杆为机架，则设改取四杆机构的连杆为机架，则原机构中的固定铰链原机构中的固定铰链A、D将变为活动铰链，将变为活动铰链，而活动铰链而活动铰链B、C将变为固定铰链。将变为固定铰链。这样，就将已知固定铰链中心的位置设计四杆这样，就将已知固定铰链中心的位置设计四杆机
38、构的问题转化成了已知活动铰链中心的位置机构的问题转化成了已知活动铰链中心的位置设计四杆机构的问题。设计四杆机构的问题。(a).已知两个连杆位置已知两个连杆位置，找活动铰链位，找活动铰链位置置(b).已知三个连杆位置已知三个连杆位置，找活动铰链位，找活动铰链位置置AD已知已知:固定铰链中心固定铰链中心A、D的位置，及在运动过程中的位置，及在运动过程中连杆连杆BC占据的两个位置占据的两个位置确定：两活动铰链中心确定：两活动铰链中心BC的位置。的位置。已知已知:固定铰链中心固定铰链中心A、D的位置，及在的位置，及在运动过程中连杆运动过程中连杆BC占据的三个位置占据的三个位置确定：两活动铰链确定：两活
39、动铰链中心中心BC的位置。的位置。p127图图8-48AD例例8.2二、二、作图法设计四杆机构作图法设计四杆机构1、按连杆预定位置设计四杆机构按连杆预定位置设计四杆机构1）已知活动铰链中心的位置）已知活动铰链中心的位置2）已知固定铰链中心的位置）已知固定铰链中心的位置2、按、按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构两连架杆预定的对应位置设计四杆机构3)、按两连架杆多对对应角位移设计按两连架杆多对对应角位移设计2)、按两连架杆三对对应角位移设计按两连架杆三对对应角位移设计1)、按两连架杆两对对应角位移设计按两连架杆两对对应角位移设计2、按、按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构两连架杆预定的对应位置设
40、计四杆机构已知：四杆机构机架长度已知：四杆机构机架长度d d，原动件和从动件沿某，原动件和从动件沿某方向依次转过对应的角度方向依次转过对应的角度设计此四杆机构。设计此四杆机构。方法：方法：机构倒置机构倒置：若改取连架杆：若改取连架杆CDCD为机架，则构件为机架，则构件ABAB变为变为连杆，在此情况下，只要找出新连杆连杆，在此情况下，只要找出新连杆ABAB相对新机架相对新机架CDCD运动时的活动铰链运动时的活动铰链A A、B B的位置，应用已知连杆的的位置，应用已知连杆的预定位置设计四杆机构的方法求解即可。预定位置设计四杆机构的方法求解即可。1).按连架杆两预定的对应位置设计按连架杆两预定的对应
41、位置设计 2).2).按两连架杆三个对应位置设计四杆机构按两连架杆三个对应位置设计四杆机构例例:下下图图所示所示铰链铰链四杆机构，四杆机构，已知机架已知机架长长度度d d，该该四杆机构的两四杆机构的两连连架杆架杆应满应满足的三足的三组组对应对应位置位置为为机构倒置方法机构倒置方法:取取CD为机架为机架,则则AB为连杆为连杆,找出活动找出活动铰链铰链B的位置的位置,则应用则应用“由活动铰链位置求固定铰链由活动铰链位置求固定铰链位置位置”的方法。的方法。P221图图8-48选取固定铰链中心选取固定铰链中心A、D的位置的位置适当选取原动件适当选取原动件AB的长度，任取第一位置的长度，任取第一位置AB
42、1，再取再取AB2、AB3机构倒置方法机构倒置方法:取取C1D为机架。为机架。连接连接B2D、B3D，且绕，且绕D转转 、，得到，得到B2、B3 做做B2B3、B1B2垂直平分线，交点垂直平分线，交点C1则则AB1C1D为所求四杆机构为所求四杆机构3)、按两连架杆多对对应位置设计按两连架杆多对对应位置设计设计：潘存云设计：潘存云3、按预定的运动轨迹设计四杆机构按预定的运动轨迹设计四杆机构ABCDE14325 传送机构传送机构搅拌机构搅拌机构CBADE6步进式步进式设计：潘存云ABCDNEM连杆作平面运动连杆作平面运动,其上各点的其上各点的轨迹均不相同轨迹均不相同。B,C点的轨迹为圆弧点的轨迹为
43、圆弧;其其余余各各点点的的轨轨迹迹为为一一条条 封闭曲线封闭曲线。设设计计目目标标:就就是是要要确确定定一一组组杆杆长长参参数数,使使连连杆杆上上某某点的轨迹满足设计要求点的轨迹满足设计要求。按预定的运动轨迹设计四杆机构按预定的运动轨迹设计四杆机构设计：潘存云连杆曲线生成器ABCD连杆曲线图谱连杆曲线图谱4、按给定的急回要求设计四杆机构按给定的急回要求设计四杆机构1)曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构C1C2O2A A C2=l2-l1 A A C1=l1+l2设计：潘存云E 1)曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构计算计算180(K-1)/(K+1);已知已知：CD杆长，摆角杆长，摆角及及K，设计此机构。步骤如下
44、：设计此机构。步骤如下：任取一点任取一点D D，作等腰三角形作等腰三角形 腰长为腰长为CDCD，夹角为夹角为;作作C2PC1C2，作，作C1P使使作作P P C1C2的外接圆，则的外接圆，则A A点必在此圆上。点必在此圆上。选定选定A A，设曲柄为设曲柄为l1 ，连杆为连杆为l2 ，则，则:以以A A为圆心，为圆心，A A C2为半径作弧交于为半径作弧交于E,E,得：得：l1=EC1/2 l2=A=A C1EC1/2,A,A C2=l2-l1=l1=(A A C1A A C2)/2 C2C1P=90,交于交于P;P;90-P A A C1=l1+l2C1C2DA讨论：由于讨论：由于A点可在点可
45、在C1PC2的外接圆周的弧的外接圆周的弧C1PC2上任意选取，所以，若仅按行程速度变上任意选取，所以，若仅按行程速度变化系数化系数K来设计，可以得到无穷多组解。来设计，可以得到无穷多组解。因此，在未给出其它附加条件的情况下，如欲因此，在未给出其它附加条件的情况下，如欲获得良好的传动质量，可按照传动角最优或其获得良好的传动质量，可按照传动角最优或其它辅助条件来确定它辅助条件来确定A点的位置。点的位置。2)曲柄滑块机构曲柄滑块机构已已知知K K，滑滑块块行行程程H H，偏偏距距e e，设计此机构设计此机构 。O2A A C2=l2-l1 A A C1=l1+l2设计：潘存云E222ae2)曲柄滑块
46、机构曲柄滑块机构H已已知知K K，滑滑块块行行程程H H，偏偏距距e e，设计此机构设计此机构 。计算计算:180(K-1)/(K+1);180(K-1)/(K+1);作作C1 C2H H作射线作射线C1O O 使使C2C1O=90,以以O O为圆心，为圆心，C1O O为半径作圆。为半径作圆。以以A A为圆心，为圆心，A A C1为半径作弧交于为半径作弧交于E,E,得：得：作射线作射线C2O O使使C1C2 O=90。作偏距线作偏距线e e，交圆弧于交圆弧于A A，即为所求。即为所求。C1C290-90-o90-90-Al1=EC2/2l2=A=A C2EC2/23)导杆机构导杆机构已知：已知
47、：机架长度机架长度d，K，设计此机构。设计此机构。分析：分析：由由于于与与导导杆杆摆摆角角相相等等，设设计计此此机机构构时时，仅需要确定曲柄仅需要确定曲柄 a。=设计：潘存云设计：潘存云ADmn=D3)导杆机构导杆机构分析：分析：由于由于与与导杆摆角导杆摆角相等，设计此相等，设计此 机构时，仅需要确定曲柄机构时，仅需要确定曲柄 a。计算计算180(K-1)/(K+1);180(K-1)/(K+1);任选任选D D作作mDnmDn，取取A A点，使得点，使得AD=d,AD=d,则则:a=dsin(a=dsin(/2)/2)。=Ad作角分线作角分线;已知：已知：机架长度机架长度d，K，设计此机构。
48、设计此机构。三、解析三、解析法设计四杆机构法设计四杆机构四、四、四杆机构四杆机构的优化设计的优化设计1、解析、解析法法按预定连杆位置按预定连杆位置设计四杆机构设计四杆机构2、解析、解析法法按预定运动轨迹按预定运动轨迹设计四杆机构设计四杆机构3、解析、解析法法按预定运动规律按预定运动规律设计四杆机构设计四杆机构(1)、按预定两连架杆对应位置、按预定两连架杆对应位置设计四杆机构设计四杆机构(2)、按期望函数、按期望函数设计四杆机构设计四杆机构(3)、按急回运动要求设计、按急回运动要求设计四杆机构四杆机构85 多杆机构多杆机构二、二、多杆机构的类型多杆机构的类型一、一、多杆机构的功用多杆机构的功用本章重点：本章重点：1.四杆机构的基本形式、演化及应用；四杆机构的基本形式、演化及应用；2.曲曲柄柄存存在在条条件件、传传动动角角、压压力力角角、死死点点、急急回回特特性性：极极位位夹夹角角和和行行程程速速度度变变化化系系数数等等物物理含义，并熟练掌握其确定方法；理含义，并熟练掌握其确定方法；3.掌掌握握按按连连杆杆二二组组位位置置、三三组组位位置置、连连架架杆杆三三组组对对应应位位置置、行行程程速速度度变变化化系系数数设设计计四四杆杆机机构构的原理与方法。的原理与方法。