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机械原理平面连杆机构及其设计本讲稿第一页，共六十二页8-1 连杆机构及其传动特点连杆机构及其传动特点 1.连杆机构连杆机构 连杆机构共同连杆机构共同的特点是，原动件的特点是，原动件都要通过不与机架都要通过不与机架相连的中间构件才相连的中间构件才能传动从动件，这能传动从动件，这个不与机架相连的个不与机架相连的中间构件称为连杆，中间构件称为连杆，而把具有连杆的这而把具有连杆的这些机构统称为些机构统称为连杆连杆机构机构。本讲稿第二页，共六十二页2传动特点传动特点(1)主要优点：主要优点：1)连杆机构中的运动副一般均为低副连杆机构中的运动副一般均为低副(也称低副机构也称低副机构),可承受较大可承受较大的载荷，几何形状简单，便于加工制造。的载荷，几何形状简单，便于加工制造。2)从动件可以实现不同的运动规律；从动件可以实现不同的运动规律；3)在连杆机构中，连杆上不同点的轨迹称为在连杆机构中，连杆上不同点的轨迹称为连杆曲线连杆曲线。当改。当改变连杆相对长度时，可得到不同形状的曲线。变连杆相对长度时，可得到不同形状的曲线。(2)主要缺点：主要缺点：1)一般具有较长的运动链，所以累积误差较大；一般具有较长的运动链，所以累积误差较大；2)连杆及滑块的质心作变速运动，它们所产生的惯性力难以连杆及滑块的质心作变速运动，它们所产生的惯性力难以 平衡，增加了机构的动载荷，因此不宜用于高速。平衡，增加了机构的动载荷，因此不宜用于高速。本讲稿第三页，共六十二页3连杆机构的分类连杆机构的分类(1)根据连杆机构中各构件间相对运动范围分：根据连杆机构中各构件间相对运动范围分：平面连杆机构平面连杆机构空间连杆机构空间连杆机构(2)根据连杆机构所含构件数分：根据连杆机构所含构件数分：四杆机构四杆机构 六杆机构六杆机构 多杆机构多杆机构本讲稿第四页，共六十二页8-2 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.平面四杆机构的基本类型平面四杆机构的基本类型铰链四杆机构铰链四杆机构 铰链四杆机构的组成：铰链四杆机构的组成：机架机架 4 连架杆连架杆1、3 连杆连杆2曲柄：连架杆中，能作整周回转者。曲柄：连架杆中，能作整周回转者。摇杆：连架杆中，只能在一定范围内摆动者。摇杆：连架杆中，只能在一定范围内摆动者。所有的运动副都是转动副所有的运动副都是转动副(周转副和摆动副周转副和摆动副)本讲稿第五页，共六十二页1.1 曲柄摇杆机构本讲稿第六页，共六十二页本讲稿第七页，共六十二页1.2 双曲柄机构本讲稿第八页，共六十二页 当两曲柄相互平行且长度相当两曲柄相互平行且长度相等时，双曲柄机构成为等时，双曲柄机构成为平行四边平行四边形机构。形机构。本讲稿第九页，共六十二页本讲稿第十页，共六十二页平行四边形机构的运动不确定现象：平行四边形机构的运动不确定现象：运动不确定现象的消除：运动不确定现象的消除：错开一定角度再安装一组错开一定角度再安装一组平行四边形机构。平行四边形机构。本讲稿第十一页，共六十二页逆平行逆平行(或反平行或反平行)四边形机构四边形机构车门开闭机构车门开闭机构本讲稿第十二页，共六十二页1.3 双摇杆机构本讲稿第十三页，共六十二页 本讲稿第十四页，共六十二页两摇杆长度相等的双摇杆机构，称为两摇杆长度相等的双摇杆机构，称为等腰梯形机构等腰梯形机构。本讲稿第十五页，共六十二页2铰链四杆机构的演化形式铰链四杆机构的演化形式 2.1 改变构件的形状和运动尺寸改变构件的形状和运动尺寸 1、曲柄滑块机构、曲柄滑块机构: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本讲稿第十六页，共六十二页本讲稿第十七页，共六十二页2、双滑块机构、双滑块机构本讲稿第十八页，共六十二页十字滑块联轴器十字滑块联轴器椭圆仪椭圆仪本讲稿第十九页，共六十二页2.2 改变运动副尺寸改变运动副尺寸偏心轮机构偏心轮机构本讲稿第二十页，共六十二页2.3 选不同构件为机架选不同构件为机架(称为机构的倒置称为机构的倒置)本讲稿第二十一页，共六十二页本讲稿第二十二页，共六十二页本讲稿第二十三页，共六十二页2.4 运动副元素的逆换运动副元素的逆换(包容关系逆换包容关系逆换)本讲稿第二十四页，共六十二页8-3 有关平面连杆机构的一些基本知识有关平面连杆机构的一些基本知识 1平面四杆机构有曲柄的条件平面四杆机构有曲柄的条件 在在BCD中中 a+db+c在在BCD中中 b(da)+c 即即 a+bd+c c(da)+b 即即 a+cd+b 将上三式两两相加，得将上三式两两相加，得ab、ac、ad 所以，所以，AB为最短杆，且为最短杆，且 a与任意一杆长度之和都小于其他两杆长度之和。与任意一杆长度之和都小于其他两杆长度之和。设设a、b、c、d 为各杆长度。为各杆长度。且设且设a d，A为周转副。为周转副。本讲稿第二十五页，共六十二页转动副转动副A为周转副的条件是：为周转副的条件是：1、最短杆、最短杆+最长杆长度最长杆长度其余两杆长度之和，其余两杆长度之和，此条件为杆长条件；此条件为杆长条件；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。四杆机构有曲柄的条件为：四杆机构有曲柄的条件为：1、各杆的长度应满足杆长条件；、各杆的长度应满足杆长条件；2、最短杆为连架杆或机架。、最短杆为连架杆或机架。本讲稿第二十六页，共六十二页铰链四杆机构三种基本形式的判别依据：铰链四杆机构三种基本形式的判别依据：(1)当铰链四杆机构满足杆长条件时，若当铰链四杆机构满足杆长条件时，若 1)最短杆为连架杆时最短杆为连架杆时曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构;2)最短杆为机架时最短杆为机架时双曲柄机构双曲柄机构;3)最短杆为连杆时最短杆为连杆时双摇杆机构。双摇杆机构。(2)当铰链四杆机构不满足杆长条件时当铰链四杆机构不满足杆长条件时双摇杆机构双摇杆机构本讲稿第二十七页，共六十二页2平面四杆机构的急回运动和行程速比系数平面四杆机构的急回运动和行程速比系数 2.1 名词解释名词解释极位夹角极位夹角当机构在两极限位置时，原动件当机构在两极限位置时，原动件AB所处两所处两 个位置之间所夹的锐角，用个位置之间所夹的锐角，用表示。表示。极限位置极限位置C1D和和C2D 摆摆 角角两极限位置所两极限位置所 夹的锐角，用夹的锐角，用 表示。表示。本讲稿第二十八页，共六十二页2.2 急回运动急回运动 当曲柄以等角速度当曲柄以等角速度1顺时针旋转时顺时针旋转时 摇杆的这种运动性质称为摇杆的这种运动性质称为急回运动急回运动。c）设两过程的平均速度分别为）设两过程的平均速度分别为v1、v2，则，则 v2v1 本讲稿第二十九页，共六十二页2.3 行程速比系数行程速比系数用来表明急回运动的急回程度，用来表明急回运动的急回程度，用用K表示。表示。本讲稿第三十页，共六十二页例题分析例题分析1、对心曲柄滑块机构、对心曲柄滑块机构 K=1 (滑块在正反行程中平均速度相等滑块在正反行程中平均速度相等)故，没有急回运动故，没有急回运动本讲稿第三十一页，共六十二页例题分析例题分析2、偏置曲柄滑块机构、偏置曲柄滑块机构故，有急回运动故，有急回运动本讲稿第三十二页，共六十二页例题分析例题分析3、导杆机构、导杆机构所以，有急回运动所以，有急回运动本讲稿第三十三页，共六十二页3四杆机构的传动角与死点四杆机构的传动角与死点 3.1 压力角与传动角压力角与传动角1、压力角压力角作用于作用于C点的力与点的力与C点的速度方向之间所夹的锐角，点的速度方向之间所夹的锐角，用用表示。表示。2、传动角、传动角压力角的余角，用压力角的余角，用表示。表示。=90 通常取通常取min40，力矩较大时，要求，力矩较大时，要求min50。Pt=P cos Pn=Psin 本讲稿第三十四页，共六十二页本讲稿第三十五页，共六十二页连接连接BD，得，得 3、最小传动角的位置、最小传动角的位置本讲稿第三十六页，共六十二页3.2 死点死点 注意：注意：机构有无死点与原动件选取有关。机构有无死点与原动件选取有关。若若=90 、=0，则机构处于死，则机构处于死点位置。点位置。本讲稿第三十七页，共六十二页例题分析例题分析本讲稿第三十八页，共六十二页通过死点的措施：通过死点的措施：1)使各组机构的死点相互错开排列；使各组机构的死点相互错开排列；2)采用安装飞轮，借惯性作用闯过死点。采用安装飞轮，借惯性作用闯过死点。利用死点的机构，如：利用死点的机构，如：飞机起落架；工件夹紧机构飞机起落架；工件夹紧机构等。等。本讲稿第三十九页，共六十二页4铰链四杆机构的运动连续性铰链四杆机构的运动连续性包括：错位不连续包括：错位不连续错序不连续错序不连续连杆机构在运动过程中能否连续实现给定的各个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。位置的问题。本讲稿第四十页，共六十二页8-4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计1.连杆机构设计的基本问题连杆机构设计的基本问题按给定运动要求选定机构，并确定其各构件的尺度参数。按给定运动要求选定机构，并确定其各构件的尺度参数。1.1 设计要求设计要求(1)满足预定的运动规律要求满足预定的运动规律要求本讲稿第四十一页，共六十二页(2)满足预定的连杆位置要求满足预定的连杆位置要求本讲稿第四十二页，共六十二页1.2 设计方法：解析法设计方法：解析法 图解法图解法 实验法实验法(3)满足预定的运动轨迹满足预定的运动轨迹本讲稿第四十三页，共六十二页2.用作图法设计四杆机构用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 已知：连杆上两活动铰链的中心已知：连杆上两活动铰链的中心B、C及其在运动过程中及其在运动过程中 的两个位置的两个位置B1C1、B2C2。求：设计此四杆机构。求：设计此四杆机构。1)已知活动铰链中心的位置已知活动铰链中心的位置本讲稿第四十四页，共六十二页B1C1B2C2b12c12ADl无穷多解无穷多解本讲稿第四十五页，共六十二页已知：连杆上两活动铰链的中心已知：连杆上两活动铰链的中心B、C及其在运动过程中的及其在运动过程中的 三个位置三个位置B1C1、B2C2、B3C3。求：设计此四杆机构。求：设计此四杆机构。本讲稿第四十六页，共六十二页B1C1B2B3C2C3ADb12b23c23c12唯一解唯一解本讲稿第四十七页，共六十二页本讲稿第四十八页，共六十二页AD2)已知固定铰链中心已知固定铰链中心的的位置位置(即已知即已知LAD)本讲稿第四十九页，共六十二页AB1C1DB2C21212ADE2F2E1F1本讲稿第五十页，共六十二页E1F1E2E3F2F3ADADAB1C1D已知：两固定铰链的中心已知：两固定铰链的中心A、D，及在运动过程中连杆上的标线及在运动过程中连杆上的标线EF分别占据的三个位置分别占据的三个位置E1F1、E2F2、E3F3。求：设计此四杆机构。求：设计此四杆机构。唯一解唯一解本讲稿第五十一页，共六十二页(2)按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构 本讲稿第五十二页，共六十二页本讲稿第五十三页，共六十二页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已知：机架长度已知：机架长度LAD=d、两连架杆对应转角、两连架杆对应转角 12、12，13、13。求：设计此四杆机构求：设计此四杆机构本讲稿第五十四页，共六十二页ADB1B2-1212B3C113-13d12131231213123B2B3无穷多解无穷多解本讲稿第五十五页，共六十二页ADB1B221B2-12 12 12B3C13 13 13-13B3已知：机架长度已知：机架长度LAD、一连架杆长度、一连架杆长度 LAB及其起始位置、及其起始位置、两连架杆对应转角两连架杆对应转角 12、12 ，13、13。1、2、3为为 CD杆上标线占据的三个位置。杆上标线占据的三个位置。求：设计此四杆机构求：设计此四杆机构唯一解唯一解本讲稿第五十六页，共六十二页(3)按给定的行程速比系数按给定的行程速比系数K设计四杆机构设计四杆机构 1)曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 已知：已知：K、LCD、辅辅 助条件。助条件。求：设计此曲柄摇杆机构求：设计此曲柄摇杆机构 本讲稿第五十七页，共六十二页 设曲柄长度为设曲柄长度为a，连杆长度为，连杆长度为b，则，则:C1C2DAB1B2O 2 GF注意：注意：A点可取在圆上除了点可取在圆上除了弧弧FG以外任何点。因此，该以外任何点。因此，该题有题有无穷多解无穷多解。90-本讲稿第五十八页，共六十二页2)曲柄滑块机构曲柄滑块机构90-90-2 C2C1B1B2AOe已知：已知：K、H、偏距偏距e。求：设计此曲柄滑块机构求：设计此曲柄滑块机构H本讲稿第五十九页，共六十二页3)导杆机构导杆机构本讲稿第六十页，共六十二页 按照预定的运动轨迹按照预定的运动轨迹设计四杆机构设计四杆机构(4)用实验法设计四杆机构用实验法设计四杆机构本讲稿第六十一页，共六十二页作业：作业：8-4,5,6,8,9,14,16,23 本讲稿第六十二页，共六十二页