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1、 第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构 第一节第一节 概述概述 平面连杆机构平面连杆机构是由若干个刚性构件全用低副是由若干个刚性构件全用低副联接而成的平面机构。联接而成的平面机构。二、平面连杆机构的特点二、平面连杆机构的特点1）适用于传递较大的动力，常用于动力机械。）适用于传递较大的动力，常用于动力机械。2 2）依靠运动副元素的几何形面保持构件间的相互接触，）依靠运动副元素的几何形面保持构件间的相互接触，易于制造，易于保证所要求的制造精度。易于制造，易于保证所要求的制造精度。3 3）能够实现多种运动规律或多种运动轨迹，工程上常用）能够实现多种运动规律或多种运动轨迹，工程上常用来作为直接完成某
2、种轨迹要求的执行机构；来作为直接完成某种轨迹要求的执行机构；缺点：缺点：1）惯性力难以平衡，）惯性力难以平衡，不易于传递高速运动。不易于传递高速运动。2 2）由于设计参数较少，一般只能近似地实现所要求的）由于设计参数较少，一般只能近似地实现所要求的 运动。运动。3 3）可能产生较大的运动累积误差。可能产生较大的运动累积误差。三、四杆机构的多种形式三、四杆机构的多种形式第二节第二节 铰链四杆机构的基本类型及其演化铰链四杆机构的基本类型及其演化一、铰链四杆机构的基本类型一、铰链四杆机构的基本类型曲柄：能绕其轴线回转曲柄：能绕其轴线回转360360的连架杆；的连架杆；摇杆：仅能绕其轴线往复摆动的连架
3、杆。摇杆：仅能绕其轴线往复摆动的连架杆。曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构机架机架连架杆连架杆连架杆连架杆连杆连杆4 41 12 23 3BACDBACD双双曲曲柄柄机机构构双双摇摇杆杆机机构构惯性筛惯性筛鹤鹤式式起起重重机机二、平面四杆机构的演变二、平面四杆机构的演变1 1）转动副转化为移动副）转动副转化为移动副ABCDD2 2）取不同构件为机架）取不同构件为机架（机构的倒置机构的倒置）例：例：曲柄摇杆机构的变异曲柄摇杆机构的变异例：曲柄滑块机构的变异例：曲柄滑块机构的变异三、三、平面四杆机构曲柄存在的条件平面四杆机构曲柄存在的条件B2ACB1DEFGFEGBDAC1 12 23 34 4a ab b
4、c cd dd+ad+a|d-a|d-a|b-c|b-c|b+cb+ca+db+c|d-a|b-c|欲使连架杆欲使连架杆AB成为成为曲柄，则必须使曲柄，则必须使AB通过与机架共线的通过与机架共线的两个位置，即必须两个位置，即必须满足满足(2)(2)若若da da 则可得则可得(1)(1)若若d d a a 则可得则可得 平面连杆机构有曲柄的条件：平面连杆机构有曲柄的条件：（1 1）连架杆与机架中必有一杆为四杆机构中的最短杆；）连架杆与机架中必有一杆为四杆机构中的最短杆；（2 2）最短杆与最长杆之和应小于或等于其余两杆的杆长）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）之和。
5、（杆长和条件）铰链四杆机构类铰链四杆机构类型的判定型的判定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：1 1）在满足杆长和的条件下：）在满足杆长和的条件下：（1 1）以最短杆为机架，则两连架杆为曲柄，该机构为）以最短杆为机架，则两连架杆为曲柄，该机构为双曲柄机构；双曲柄机构；（2 2）以最短杆的相邻构件为机架，则最短杆为曲柄，）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，即该机构为曲柄摇杆机构；另一连架杆为摇杆，即该机构为曲柄摇杆机构；（3 3）以最短杆的对边构件为机架，均无曲柄存在，即）以最短杆的对边构件为机架，均无曲柄存在，即该机构为双摇杆机构。该机构为双摇杆机
6、构。2 2）若不满足杆长和条件，该机构只能是双摇杆）若不满足杆长和条件，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：最长杆的杆长条件：最长杆的杆长 tt2 2,v v1 1v00。=v=v2 2/v/v1 1=（C C1 1C C2 2/t/t2 2）/（C C1 1C C2 2/t/t1 1）=t t1 1/t/t2 2=（180+180+）/（180-180-）B BA AC CB1B1B2B2C2C2C1C1B1B1C2C2A AC1C1B BB2B2C CA AB B二、二、压力角、传动角压力角、传
7、动角 和死点和死点C CD D F Fv vc cF F1 1F F2 21 1、压力角、压力角:在不计摩擦力、惯性力和重力的在不计摩擦力、惯性力和重力的条件下，机构中驱使输出件运动的力的方向条件下，机构中驱使输出件运动的力的方向线与输出件上受力点的速度方向间所夹的锐线与输出件上受力点的速度方向间所夹的锐角，称为机构压力角，通常用角，称为机构压力角，通常用 表示。表示。2 2、传动角：压力角的余角传动角：压力角的余角当当=锐角时，锐角时，=当当=钝角时，钝角时，=180-=180-minmin ；=30 60=30 60；maxmax A AB BC CD D F FvcF1F1F2F2通常用
8、通常用 表示表示A AB BC C1 12 23 3v vB3B3F F v vF FF Fv vB3B3A AB BC C1 12 23 3=0=0 =90=90A AB BC C2 23 31 1F Fv vB3B3 3 3、机构的死点位置、机构的死点位置1)1)在不计构件的重力、惯性力和运动副中在不计构件的重力、惯性力和运动副中的摩擦阻力的条件下，当机构处于传动的摩擦阻力的条件下，当机构处于传动角角 =0=0（或（或 =90=90）的位置称为）的位置称为机构的死点位置。机构的死点位置。A AB BC CD DA AB BC CD DF1=FcosF1=Fcos F2=FsinF2=Fsi
9、n F FF F v vv v1、利用惯性闯过死点。、利用惯性闯过死点。2、利用并列机构错位组合的方法、利用并列机构错位组合的方法通过死点。通过死点。3、利用死点实现定位夹紧的功能。、利用死点实现定位夹紧的功能。第四节第四节 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计一、按给定行程速度变化系数设计四杆机构一、按给定行程速度变化系数设计四杆机构C1C1D DB1B1C2C2B2B2O O9090-A A 已知摇已知摇杆长度杆长度CD，摆角摆角 和行程和行程速比系数速比系数K，设计铰链四设计铰链四杆机构。杆机构。2 2 具体作图步骤：具体作图步骤：C1C1D DB1B1C2C2B2B2O O9090-A
10、 A AB=(AC2-AC1)/2AB=(AC2-AC1)/2BC=(AC1+AC2)/2BC=(AC1+AC2)/2AC1=BC-ABAC1=BC-ABAC2=BC+ABAC2=BC+AB180180（K-K-1 1）（K+1K+1）=选取适当的比例尺选取适当的比例尺 l,C1D=lCD/ll lABAB=AB =AB l ll lBCBC=BC =BC l l二二、给定连杆的两个或三个位置的设计四杆机构给定连杆的两个或三个位置的设计四杆机构A AB1B1B3B3B2B2C1C1C3C3C2C2D D一、一、给定连杆的两个或三个位置的设计四杆机构给定连杆的两个或三个位置的设计四杆机构A AB
11、1B1B3B3B2B2C1C1C3C3C2C2D DB1B1D DB2B2B3B3E1E1E3E3A AB2B2E2E2B2B2E2E2A AD DB3B3E3E3A AD DB3B3E3E3C C三、三、给定两连架杆上三对对应位置的设计给定两连架杆上三对对应位置的设计刚化反转法刚化反转法E2E2 1 1 1 1 2 2 3 3 2 2 3 3二、解析法二、解析法一）铰链四杆机构的传动特性及其设计一）铰链四杆机构的传动特性及其设计1、传动特性、传动特性所以，从动杆所以，从动杆DC的转角的转角 为：为：从动杆的角速度：从动杆的角速度：1 1 2 2ADCB 1 2传动比传动比i为：为：2、近似线
12、性铰链四杆机构设计、近似线性铰链四杆机构设计主动杆的角速度为主动杆的角速度为 B g g a a b bbAaSOc(c(c c c c)A gA B a bB3、误差验算、误差验算 A、B从动杆在两极限位置时线性转角从动杆在两极限位置时线性转角,设计时一般设计时一般取取a、b从动杆在两极限从动杆在两极限位置时实际转角位置时实际转角 B g g a a b bbAaSOc(c(c c c c)A gA B a bB 例例5-1 试设计某一波纹管差压计的铰链四杆机构，要求试设计某一波纹管差压计的铰链四杆机构，要求其误差其误差2%，已知：传动比，已知：传动比i=3.75，主动杆，主动杆AB工作摆角
13、工作摆角 a=8，根据结构条件，选，根据结构条件，选AD=118mm,AB=55.6mm。解：解：1）从动杆的摆动范围）从动杆的摆动范围2）计算杆）计算杆BC和和CD的长度的长度 P3）确定切点）确定切点c（c、c）4）计算）计算 A、A及及 B、B5）计算）计算 a、b得得 B g a bbAaSOc(c c)A gA B a bB 6）计算误差）计算误差结束结束作业作业5-9，5-14，5-15翻翻砂砂机机构构刚化反转法刚化反转法B Bi iC Ci i A Ai iB Bi iC Ci iA Ai iC Ci iA Ai iB Bi iB Bi iC Ci iA Ai ix xy yA
14、A1 1D D1 1B B1 1B Bi iC C1 1C Ci i i i i i -i iB Bi iC Ci iC C1 1A A1 1y yx xD D1 1B B1 1五、运动的连续性五、运动的连续性连杆机构的运动连续性：指该机构在运动中能够连续连杆机构的运动连续性：指该机构在运动中能够连续实现给定的各个位置。实现给定的各个位置。连杆机构的运动不连续的问题：错位不连续；错连杆机构的运动不连续的问题：错位不连续；错序不连续。序不连续。A(B)BCC1C2C1CC2 1 1 2 2DB1B3B2C1C3C2ADB1C2B290-AAB=(AC2-AC1)/2AB=(AC2-AC1)/2BC=(AC1+AC2)/2BC=(AC1+AC2)/2AC1=BC-ABAC1=BC-ABAC2=BC+ABAC2=BC+AB180180（K-K-1 1）（K+1K+1）=2、已知行程速比系数、已知行程速比系数K，滑块的行程，滑块的行程H和偏距和偏距e，设，设计偏置曲柄滑块机构。计偏置曲柄滑块机构。O2HC1eD2 D1