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1、应用实例：特征：有一作平面运动的构件，称为连杆。特点：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。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。定义：由低副（转动、移动）连接组成的平面机构。70 概述内燃机、鹤式吊、火车轮、手动冲床、牛头刨床、椭圆仪、机械手爪、开窗户支撑、公共汽车开关门、折叠伞、折叠床、牙膏筒拔管机、单车制动操作机构等。第1页/共38页缺点：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。设计复杂，难以实现精确的轨迹。分类:本章重点内容是介绍四杆机构。平面连杆机构空间连杆机构常
2、以构件数命名：四杆机构、多杆机构。第2页/共38页曲柄作整周回转的构件；（1 1）曲柄摇杆机构连杆作平面运动的构件；连架杆(与机架相联的构件)摇杆作摆动的构件；曲柄连杆摇杆71 平面四杆机构的类型和应用一、平面四杆机构的基本型式铰链四杆机构的基本型式(类型)机架（2 2）双曲柄机构（3 3）双摇杆机构1 1、曲柄摇杆机构作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。如雷达天线。机架固定件铰链四杆机构组成:第3页/共38页作者：潘存云教授作者：潘存云教授ABC1243DABDC12432 2、双曲柄机构特征：两个曲柄作用：将等速回转转变为等速或变速回转。雷达天线俯仰机构曲柄主动缝纫机踏板机构应用实
3、例：如叶片泵、惯性筛等。2143摇杆主动3124第4页/共38页作者：潘存云教授A AD DC CB B1 12 23 34 4旋转式叶片泵作者：潘存云教授A AD DC CB B1 12 23 3ABDC1234E6惯性筛机构31第5页/共38页作者：潘存云教授ABCD耕地料斗DCAB作者：潘存云教授耕地料斗DCAB实例：火车轮特例：平行四边形机构AB=CD特征：两连架杆等长且平行，连杆作平动BC=ADABDC摄影平台作者：潘存云教授ADBC作者：潘存云教授BC天平播种机料斗机构第6页/共38页作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授反平行四边形机构-车门开闭机构反向FAEDGBCA
4、BEFDCG平行四边形机构在共线位置出现运动不确定。采用两组机构错开排列。火车轮第7页/共38页作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授ABDCE3 3、双摇杆机构特征：两个摇杆应用举例：铸造翻箱机构特例：等腰梯形机构汽车转向机构、风扇摇头机构BCABDC风扇座蜗轮蜗杆电机ABDCEABDCE电机ABDC风扇座蜗轮蜗杆电机ABDC风扇座蜗轮蜗杆ABDC第8页/共38页作者：潘存云教授1 1、改变构件的形状和运动尺寸偏心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构曲柄摇杆机构曲柄滑块机构双滑块机构 正弦机构s=l sin l二、平面四杆机构的演化型式第9页/共38页作者：潘存云教授2 2、改变运动副的尺
5、寸3 3、选不同的构件为机架偏心轮机构导杆机构摆动导杆机构转动导杆机构314A2BC曲柄滑块机构314A2BC第10页/共38页牛头刨床应用实例:作者：潘存云教授ABDC1243C2C1小型刨床作者：潘存云教授ABDCE123456第11页/共38页作者：潘存云教授应用实例B234C1A自卸卡车举升机构3 3、选不同的构件为机架ACB1234应用实例B34C1A2应用实例4A1B23C应用实例13C4AB2应用实例A1C234B导杆机构314A2BC曲柄滑块机构314A2BC摇块机构314A2BC第12页/共38页作者：潘存云教授3 3、选不同的构件为机架314A2BC直动滑杆机构手摇唧筒这种
6、通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法称为：机构的倒置BC3214A导杆机构314A2BC曲柄滑块机构314A2BC摇块机构314A2BCABC3214第13页/共38页作者：潘存云教授abdcCBADb(d a)+c则由BCD可得：则由B”C”D可得：a+d b+cc(d a)+b即AB为最短杆 a+b c+d72 平面四杆机构的工作特性一、整转副的条件C”abdcADd-a在曲柄摇杆机构中,连架杆若能整周回转，必有两次与机架共线 a+c b+d将以上三式两两相加得：a b,ac,ad 同时,由1,2,3式可以获得:最短杆+任意杆其余两杆之和第14页/共38页与最段相邻的两个转动副为整
7、转副整转副的条件：最长杆与最短杆的长度之和其他两杆长度之和 也称为杆长和条件。整转副的位置：铰链四杆机构类型的判定：当满足杆长条件时，说明存在整转副，当选择不同的构件作为机架时，可得不同的机构。如：曲柄摇杆1 1、曲柄摇杆2 2、双曲柄、双摇杆机构。第15页/共38页作者：潘存云教授ABCD二、急回运动与行程速比系数在曲柄摇杆机构中，当曲柄与连杆两次共线时，摇杆位于两个极限位置，简称极位。当曲柄以逆时针转过180+180+时，摇杆从C1D位置摆到C2D。所花时间为t1,平均速度为V1,那么有：B1C1AD曲柄摇杆机构 3D180180C2B2此两处曲柄之间的夹角 称为极位夹角。第16页/共38
8、页作者：潘存云教授B1C1ADC2当曲柄以继续转过180-180-时，摇杆从C2D,置摆到C1D，所花时间为t2,平均速度为V2,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：t t1 1 tt2 2 V V2 2 V V1 1摇杆的这种特性称为急回运动。用以下比值表示急回程度称K为行程速比系数。且越大，K值越大，急回性质越明显。只要 0，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K值，于是:第17页/共38页作者：潘存云教授作者：潘存云教授曲柄滑块机构的急回特性应用：节省返程时间
9、，如牛头刨、往复式输送机等。180180180-180-导杆机构的急回特性 180180180-180-思考题：对心曲柄滑块机构的急回特性如何？对于需要有急回运动的机构，常常是根据需要的行程速比系数K,先求出，然后在设计各构件的尺寸。第18页/共38页作者：潘存云教授FF F”当BCD90BCD90时，BCDBCD三、压力角和传动角压力角：从动件驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹锐角。设计时要求:minmin5050minmin出现的位置：当BCD90BCD90时，180-BCD180-BCD切向分力:F F=Fcos=Fcos法向分力:F F”=Fcos=Fcos F F对传动有利。=Fsi
10、n=Fsin称为传动角。此位置一定是：主动件与机架共线两处之一。为了保证机构良好的传力性能ABCDCDBAFF”F可用的大小来表示机构传动力性能的好坏,当BCDBCD最小或最大时，都有可能出现minmin第19页/共38页作者：潘存云教授车门C1B1abcdDA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B B1 1C C1 1D90D90,则若B B2 2C C2 2D90D
11、90,则1 1B B1 1C C1 1D D2 2180-B180-B2 2C C2 2D D机构的传动角一般在运动链最终一个从动件上度量。v1 1minminBB1 1C C1 1D,180-BD,180-B2 2C C2 2DDminminC2B22 2F F第20页/共38页作者：潘存云教授F四、机构的死点位置摇杆为主动件，且连杆与曲柄两次共线时，有：此时机构不能运动.避免措施：两组机构错开排列，如火车轮机构;称此位置为：“死点”0 0靠飞轮的惯性（如内燃机、缝纫机等）。FAEDGBCABEFDCG0 0F0 0第21页/共38页作者：潘存云教授作者：潘存云教授工件ABCD1234PAB
12、CD1234工件P钻孔夹具=0=0TABDC飞机起落架ABCD=0=0F也可以利用死点进行工作：飞机起落架、钻夹具等。第22页/共38页73 平面四杆机构的设计 1.连杆机构设计的基本问题2.用解析法设计四杆机构3.用作图法设计四杆机构4.用实验法设计四杆机构第23页/共38页73 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 机构选型根据给定的运动要求选择机 构的类型；尺度综合确定各构件的尺度参数(长度 尺寸)。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、运动副结构合理等）;b)动力条件（如minmin）;c)运动连续性条件等。第24页/共38
13、页给定的设计条件：1)几何条件（给定连架杆或连杆的位置）2)运动条件（给定K）3)动力条件（给定minmin）设计方法：图解法、解析法、实验法二、二、用解析法设计四杆机构用解析法设计四杆机构思路：首先建立包含机构的各尺度参数和运动变量在内的解析关系式，然后根据已知的运动变量求解所需的机构尺度参数。1)按预定的运动规律设计四杆机构第25页/共38页作者：潘存云教授xyABCD12341)按给定的运动规律设计四杆机构给定连架杆对应位置：构件3和构件1满足以下位置关系：abcd建立坐标系,设构件长度为：a、b、c、d在x,yx,y轴上投影可得：a+b=c+d机构尺寸比例放大时，不影响各构件相对转角.
14、a coc1i i+bcos2i i=c cos3i i+d a sin1i i+b sin2i i=c sin3i i 3i if(1i i)i=1,2,3n设计此四杆机构(求各构件长度)。1i i3i i2i i 令：a/a=1 b/a=l c/a=m d/a=n第26页/共38页P1P2令:P0消去2i2i整理得：coscos(1i1i)m cos(3i)-(m/n)cos(3i-1i)+(m2+n2+1-l2)/(2n)代入移项得：lcos2 i=n+mcos(3i)cos(1i)lsin2 i=msin(3i)sin(1i)则上式简化为：coccoc(1i 1i)P0cos(3i)P
15、1 cos(3i-1i)+P2式中包含有p0，p1，p2三个待定参数,故四杆机构最多可按两连架杆的三组对应未知精确求解。当i3i3时，一般不能求得精确解，只能用最小二乘法近似求解。当i3i=a=(A A C1A A C2)/2 A A C1=a+b第30页/共38页作者：潘存云教授E222ae(2)曲柄滑块机构H已知K K，滑块行程H H，偏距e e，设计此机构 。计算:180(K-1)/(K+1);180(K-1)/(K+1);作C1 C2 H H作射线C1O O 使C2C1O=90,以O O为圆心，C1O O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,
16、E,得：得：作射线C2O O使C1C2 O=90。作偏距线e e，交圆弧于A A，即为所求。C1C290-90-o90-90-Al1=EC2/2l2=A=A C2EC2/2第31页/共38页作者：潘存云教授作者：潘存云教授ADmn=D(3)导杆机构分析：由于与导杆摆角相等，设计此 机构时，仅需要确定曲柄 a。计算180(K-1)/(K+1);180(K-1)/(K+1);任选D D作mDnmDn，取A A点，使得AD=d,AD=d,则:a=dsin(a=dsin(/2)/2)=Ad作角分线;已知：机架长度d，K，设计此机构。第32页/共38页作者：潘存云教授D四、实验法设计四杆机构四、实验法设
17、计四杆机构当给定连架杆位置超过三对时，一般不可能有精确解。只能用优化或试凑的方法获得近似解。1)首先在一张纸上取固定轴A的位置，作原动件角位移i i2)任意取原动件长度AB3)任意取连杆长度BC，作一系列圆弧;4)在透明纸上取固定轴D，作角位移iDk15)取一系列从动件 长度作同心圆弧。6)两图叠加，移动透明 纸，使ki落在同一圆 弧上。iiAC1B11）按两连架杆多组对应位置设计四杆机构位置 i i 位置 i i 12 15 10.8 45 15 15.8 23 15 12.5 56 15 17.5 34 15 14.2 67 15 19.2 第33页/共38页作者：潘存云教授ABCDNEM连杆作平面运动,其上各点的轨迹均不相同。B,C点的轨迹为圆弧;其余各点的轨迹为一条 封闭曲线。设计目标:就是要确定一组杆长参数,使连杆上某点的轨迹满足设计要求。2）按预定的运动轨迹设计四杆机构第34页/共38页作者：潘存云教授连杆曲线生成器ABCD第35页/共38页作者：潘存云教授连杆曲线图谱第36页/共38页作者：潘存云教授作者：潘存云教授2）按预定的运动轨迹设计四杆机构ABCDE14325 输 送 机构搅拌机构CBADE6步进式第37页/共38页谢谢您的观看！第38页/共38页