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1、案例案例导导导导入入第三章第三章 平面连杆机构平面连杆机构已知条件已知条件行程行程 S=400mm行程速比系数行程速比系数 K=1.4传力性能好传力性能好要求要求确定各构件的运动尺寸确定各构件的运动尺寸 牛头刨床牛头刨床极限位置极限位置行程速比系数行程速比系数第三章第三章 平面连杆机构平面连杆机构S=400mm初步分析初步分析1）构件间为平面运动；）构件间为平面运动；2）运动副均为低副；）运动副均为低副；3）包含连杆构件；）包含连杆构件；4)构件多为杆状。构件多为杆状。平面连杆机构动画平面连杆机构动画平面连杆机构的特征平面连杆机构的特征连杆连杆优点优点平面或圆柱面接触，承载能力大，制造容易；运
2、动平面或圆柱面接触，承载能力大，制造容易；运动形式多样，能实现多种运动规律和轨迹。形式多样，能实现多种运动规律和轨迹。缺点缺点构件数较多，低副中存在间隙，运动累积误差大；构件数较多，低副中存在间隙，运动累积误差大；惯性力不易平衡；设计较难，不易精确实现复杂的运动规律。惯性力不易平衡；设计较难，不易精确实现复杂的运动规律。应用应用广泛应用于各种机械和仪器中。广泛应用于各种机械和仪器中。第三章第三章 平面连杆机构平面连杆机构第一节第一节 平面四杆机构的类型及应用平面四杆机构的类型及应用第三节第三节 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计第二节第二节 平面四杆机构的运动和动力特性平面四杆机构的运动和动
3、力特性第三章第三章 平面连杆机构平面连杆机构相关知识相关知识连杆连杆连架杆连架杆连架杆连架杆机架机架定义定义全为转动副全为转动副一、铰链四杆机构的基本形式一、铰链四杆机构的基本形式铰链四杆机构铰链四杆机构曲柄转角大于曲柄转角大于360 的连架杆。的连架杆。摇杆转角小于摇杆转角小于360 的连架杆。的连架杆。第一节第一节 平面四杆机构的类型及应用平面四杆机构的类型及应用一曲一摇一曲一摇双曲双曲双摇双摇按两连架杆的运动情况可分为按两连架杆的运动情况可分为第一节第一节 平面四杆机构的类型及应用平面四杆机构的类型及应用1.曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构雷达天线俯仰机构雷达天线俯仰机构
4、缝纫机驱动机构缝纫机驱动机构自动送料机机构自动送料机机构牛头刨进给机构牛头刨进给机构自行车自行车曲柄曲柄转动转动摇杆摇杆摆动摆动变速变速变向变向第一节第一节 平面四杆机构的类型及应用平面四杆机构的类型及应用一般双曲柄机构一般双曲柄机构平行四边形机构平行四边形机构反平行四边形机构反平行四边形机构惯性筛惯性筛机车驱动机构机车驱动机构机械手机械手车门启闭机构车门启闭机构曲柄曲柄转动转动曲柄曲柄转动转动变速变速变向变向第一节第一节 平面四杆机构的类型及应用平面四杆机构的类型及应用2.双曲柄机构双曲柄机构双摇杆机构双摇杆机构等腰梯形机构等腰梯形机构起重机起重机机机 构构飞机起落飞机起落架架 机机 构构炉
5、门启炉门启闭机构闭机构汽车转汽车转向机构向机构摇头扇机构摇头扇机构摇杆摇杆摆动摆动摇杆摇杆摆动摆动变速变速变向变向第一节第一节 平面四杆机构的类型及应用平面四杆机构的类型及应用3.双摇杆机构双摇杆机构二、铰链四杆机构的演化形式二、铰链四杆机构的演化形式1.改变构件的形状和尺寸改变构件的形状和尺寸对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构内燃机内燃机 曲柄压力机曲柄压力机 机械手机械手 车门启闭车门启闭曲柄曲柄转动转动滑块滑块移动移动变速变速变向变向第一节第一节 平面四杆机构的类型及应用平面四杆机构的类型及应用2.取不同的构件为机架取不同的构件为机架
6、曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机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曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构第一节第一节 平面四杆机构的类型及应用平面四杆机构的类型及应用2.取不同的构件为机架取不同的构件为机架曲柄滑块机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构回转导杆机构回转导杆机构牛头刨床牛头刨床摇块机构摇块机构自卸汽车自卸汽车定块机构定块机构手动压水机手动压水机第一节第一节 平面四杆机构的类型及应用平面四杆机构的类型及应用2.取不同的构件为机架取不同的构件为机架双滑块机构双滑块机构1432143214321432正弦机构正弦机构椭圆机构椭圆机构双转块机构双转块机构正切机构正切机构第一节第
7、一节 平面四杆机构的类型及应用平面四杆机构的类型及应用3.运动副元素逆换运动副元素逆换摆动导杆机构摆动导杆机构（牛头刨床牛头刨床）摇块机构摇块机构第一节第一节 平面四杆机构的类型及应用平面四杆机构的类型及应用ABCA AB BC Ce e4.扩大运动副尺寸扩大运动副尺寸扩大转动副扩大转动副扩大移动副扩大移动副便于联接便于联接便于装配便于装配传递较大载荷传递较大载荷第一节第一节 平面四杆机构的类型及应用平面四杆机构的类型及应用偏心轮机构偏心轮机构一、铰链四杆机构中曲柄存在的条件一、铰链四杆机构中曲柄存在的条件曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构平行四边形机构平行四边形机构双摇杆机构双摇杆机构最短杆长最短杆长
8、+最长杆长最长杆长 其它两杆长之和其它两杆长之和最短杆两端为周转副，其余为摆转副最短杆两端为周转副，其余为摆转副第二节第二节 平面四杆机构的运动和动力特性平面四杆机构的运动和动力特性1.周转副存在条件周转副存在条件周转副转角大于周转副转角大于360 的转动副。的转动副。摆转副转角小于摆转副转角小于360 的转动副。的转动副。第二节第二节 平面四杆机构的运动和动力特性平面四杆机构的运动和动力特性例：例：周转副判别周转副判别1）杆长条件（必要条件）杆长条件（必要条件）最短杆最短杆+最长杆最长杆 其他两杆其他两杆2）机架条件（充分条件）机架条件（充分条件）最短杆或其临杆为机架最短杆或其临杆为机架 第
9、二节第二节 平面四杆机构的运动和动力特性平面四杆机构的运动和动力特性2.曲柄存在条件曲柄存在条件1）最短杆）最短杆+最长杆最长杆 其他两杆：其他两杆：最短杆为机架最短杆为机架(含两个周转副含两个周转副)双曲双曲 最短杆临杆为机架最短杆临杆为机架(含一个周转副含一个周转副)曲摇曲摇 最短杆对杆为机架最短杆对杆为机架(不含周转副不含周转副)双摇双摇2）最短杆）最短杆+最长杆最长杆 其他两杆其他两杆双摇双摇动画动画动画动画第二节第二节 平面四杆机构的运动和动力特性平面四杆机构的运动和动力特性3.基本类型判别基本类型判别双曲双曲曲摇曲摇双摇双摇双摇双摇第二节第二节 平面四杆机构的运动和动力特性平面四杆
10、机构的运动和动力特性例：例：机构类型判别机构类型判别1180+二、二、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摇杆摆角摇杆摆角极位夹角极位夹角 曲柄转角曲柄转角 2180 1B1B2212慢速慢速快速快速意义：意义：牛头刨床牛头刨床第二节第二节 平面四杆机构的运动和动力特性平面四杆机构的运动和动力特性行程速比系数行程速比系数K=0，K=1，无急回特性，无急回特性，K，急回特性越显著，急回特性越显著 K=1.11.4快快程程与与慢程的平均角速度慢程的平均角速度之比，衡量急回程度。之比，衡量急回程度。第二节第二节 平面四杆机构的运动和动力特性平面四杆机构的运动和动力特性对心
11、曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构=0，K=1，无急回特性，无急回特性第二节第二节 平面四杆机构的运动和动力特性平面四杆机构的运动和动力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，有急回特性第二节第二节 平面四杆机构的运动和动力特性平面四杆机构的运动和动力特性摆动导杆机构摆动导杆机构 0，K1有急回特性有急回特性第二节第二节 平面四杆机构的运动和动力特性平面四杆机构的运动和动力特性三、压力角三、压力角 和和传动角传动角 不考虑摩擦力不考虑摩擦力有用分力有用分力有害分力有害分力压力角压力角 越小越小传动角传动角 越大越大传力性能越好传力性能越好第二节第二节 平面四杆机构的运动和动力特性
12、平面四杆机构的运动和动力特性考虑摩擦力考虑摩擦力有用分力有用分力有害分力有害分力不自锁的条件不自锁的条件摩擦力摩擦力第二节第二节 平面四杆机构的运动和动力特性平面四杆机构的运动和动力特性第二节第二节 平面四杆机构的运动和动力特性平面四杆机构的运动和动力特性分析对象分析对象-力的作用点力的作用点-力的方向力的方向-速度方向速度方向传动角传动角是变化的是变化的曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构最小最小传动角传动角min可以证明可以证明一般机械一般机械min4050曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构ADFvC曲柄与机架内共线曲柄与机架内共线vCAFD曲柄与机架外共线曲柄与机架外共线第二节第二节 平面四杆机构的运动和动力
13、特性平面四杆机构的运动和动力特性321F23vC3第二节第二节 平面四杆机构的运动和动力特性平面四杆机构的运动和动力特性分析对象分析对象-力的作用点力的作用点-力的方向力的方向-速度方向速度方向传动角传动角是变化的是变化的偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构第二节第二节 平面四杆机构的运动和动力特性平面四杆机构的运动和动力特性偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构CBF23AvCACB321vB3F23B2332F23F23第二节第二节 平面四杆机构的运动和动力特性平面四杆机构的运动和动力特性摆动导杆机构摆动导杆机构分析对象分析对象-力的作用点力的作用点-力的方向力的方向-速度方向速度方向传动角传动角不
14、变，不变，90B22vB1vB1四、四、止点（死点）位置止点（死点）位置定义定义=0（=90）的位置）的位置1B1vB1vB2后果后果卡死不动；运动方向不确定。卡死不动；运动方向不确定。缝纫机缝纫机曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构，摇杆主动，摇杆主动第二节第二节 平面四杆机构的运动和动力特性平面四杆机构的运动和动力特性D曲柄滑块机构滑块曲柄滑块机构滑块主动时的死点位置主动时的死点位置摆动导杆机构导杆摆动导杆机构导杆主动时的死点位置主动时的死点位置第二节第二节 平面四杆机构的运动和动力特性平面四杆机构的运动和动力特性夹紧机构夹紧机构止止点的克服点的克服1 1）利用自身或飞轮的）利用自身或飞轮的惯性惯性2
15、）多组机构，止点错开多组机构，止点错开止止点的利用点的利用第二节第二节 平面四杆机构的运动和动力特性平面四杆机构的运动和动力特性四杆机构四杆机构a、b、c、d运动特性运动特性动力特性动力特性分析分析设计设计第三节第三节 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计设计的两类问题设计的两类问题1）按给定运动规律（位置、速度、加速度）设计）按给定运动规律（位置、速度、加速度）设计2）按给定点的运动轨迹设计）按给定点的运动轨迹设计设计方法设计方法 图解法：形象，直观，概念清楚。图解法：形象，直观，概念清楚。解析法：利用计算机进行，精确，效率高。解析法：利用计算机进行，精确，效率高。实验法：可解决一些复杂的设
16、计问题，简便，实用。实验法：可解决一些复杂的设计问题，简便，实用。第三节第三节 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计1曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构一、按给定行程速比系数一、按给定行程速比系数K设计（图解法）设计（图解法）已知：摇杆长度已知：摇杆长度lCD 摇杆摆角摇杆摆角 行程速比系数行程速比系数K求解：曲柄长度求解：曲柄长度lAB 连杆长度连杆长度lBC 机架长度机架长度lAD第三节第三节 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计C2 DC1A已知：摇杆长度已知：摇杆长度lCD 摇杆摆角摇杆摆角 行程速比系数行程速比系数KAC1=AB+BCAC2=BC-ABAB=(AC1-AC2)/2BC=(AC1
17、+AC2)/2AD可直接量出可直接量出关键是按关键是按 确定确定A点点A1A2第三节第三节 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计C2 DC1AA1A2PO外接圆作法分析外接圆作法分析第三节第三节 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计C2 DC1PO外接圆作法一外接圆作法一2QNM第三节第三节 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计C2 DC1O外接圆作法二外接圆作法二2QN第三节第三节 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计PNMO有无数解有无数解AB1B2AB=(AC1-AC2)/2BC=(AC1+AC2)/2AD可直接量出可直接量出C2 DC1完整的作法完整的作法第三节第三节 平面连杆机构的设
18、计平面连杆机构的设计2曲柄滑块机构曲柄滑块机构S已知：已知：滑块滑块行程行程S 偏距偏距e 行程速比系数行程速比系数K求解：曲柄长度求解：曲柄长度lAB 连杆长度连杆长度lBC第三节第三节 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计S已知：已知：滑块滑块行程行程S 偏距偏距e 行程速比系数行程速比系数KAC2=AB+BCAC1=BC-ABAB=(AC2-AC1)/2BC=(AC1+AC2)/2关键是作外接圆关键是作外接圆eSC1C2A第三节第三节 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计eAB=(AC2-AC1)/2 BC=(AC1+AC2)/2 有唯一解有唯一解SC1C2OAB1B2完整的作法二完整的
19、作法二第三节第三节 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计已知：机架长已知：机架长lAD 行程速比系数行程速比系数K求解：曲柄长度求解：曲柄长度lAB。3.3.摆动导杆机构摆动导杆机构第三节第三节 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计唯一解唯一解mnAB1 1B2完整的作法完整的作法D第三节第三节 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计二、按给定连杆位置设计（作图法）二、按给定连杆位置设计（作图法）1.已知已知连杆连杆两个位置两个位置B1C1、B2C2求：连架杆求：连架杆lAB、连架杆、连架杆lCD、机架机架lADB1C1B2C2b12c12AD无数解无数解关键是找圆心关键是找圆心A、D点点第三节
20、第三节 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计例题：设计例题：设计炉门启闭机构炉门启闭机构b12c12AD已知：已知：炉门炉门关闭和开启关闭和开启两个两个 位置位置B1C1、B2C2；固定铰链中心固定铰链中心A、D 在在yy上上求：连架杆求：连架杆lAB 连架杆连架杆lCD 机架机架lAD第三节第三节 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计2.已知已知连杆连杆三个位置三个位置B1C1、B2C2、B3C3求：连架杆求：连架杆lAB、连架杆、连架杆lCD、机架机架lADB1C1B2C2b12c12AD唯一解唯一解B3C3c23b23关键是找圆心关键是找圆心A、D点点第三节第三节 平面连杆机构的设计平面
21、连杆机构的设计三、按给定两连架杆对应位置设计（解析法）三、按给定两连架杆对应位置设计（解析法）已知：两已知：两连连架架杆杆三组对应位置三组对应位置求：求：lAB、lBC、lCD、lADAD122331第三节第三节 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计解：建立坐标系解：建立坐标系杆矢量封闭杆矢量封闭杆矢量投影杆矢量投影消去中间变量消去中间变量xy第三节第三节 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计列线性方程组列线性方程组求出求出P0、P1、P2取适当的取适当的a，可求出，可求出b、c、d五组对应位置有解，五组以上为近似解（五组对应位置有解，五组以上为近似解（实验法实验法）AD122331第三节第三
22、节 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计四、按给定点的运动轨迹设计（实验法）四、按给定点的运动轨迹设计（实验法）已知：连杆上已知：连杆上M点的预定轨迹曲线点的预定轨迹曲线求：求：lAB、lBC、lCD、lAD实验法设计实验法设计第三节第三节 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计案例分析案例分析已知条件已知条件行程行程 S=400mm行程速比系数行程速比系数 K=1.4传力性能好传力性能好要求要求确定各构件的运动尺寸确定各构件的运动尺寸 第三节第三节 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计解解 1）求出极位夹角）求出极位夹角 2）选定比例尺作图）选定比例尺作图 参照摆动导杆机构参照摆动导杆机构第三节第三节 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计本章完！本章完！曲柄摇杆机构的最小传动角曲柄摇杆机构的最小传动角在在ABD中，中，在在BCD中，中，曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构当当=0时，即曲柄与机架，即曲柄与机架内共内共线，BCD最小，即为最最小，即为最小传动角小传动角 。当当=180时，即曲柄与机时，即曲柄与机架外共线，架外共线，BCD最大，若为最大，若为钝角，其补角也可能为最小传钝角，其补角也可能为最小传动角动角 分析分析 连接连接BD