平面连杆机构及其运动设计课件.ppt

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1、平面连杆机构及其运动设计平面连杆机构及其运动设计平面四杆机构的基本知识平面四杆机构的基本知识平面四杆机构的运动设计平面四杆机构的运动设计1平面四杆机构的基本知识平面四杆机构的基本知识平面四杆机构有曲柄的条件平面四杆机构有曲柄的条件急回特性和行程速度变化系数急回特性和行程速度变化系数压力角和传动角压力角和传动角死点死点返回2一、平面四杆机构有曲柄的条件一、平面四杆机构有曲柄的条件1.1.有整转副的条件有整转副的条件 铰链四杆机构具有铰链四杆机构具有整转副的条件为：整转副的条件为：1 1）满足杆长条件）满足杆长条件 最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他二杆最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他二杆长

2、度之和。长度之和。2 2）组成该整转副的两杆中必有一杆为最短杆。）组成该整转副的两杆中必有一杆为最短杆。最短杆参与组成的转动副是整转副，其余的是摆动副。最短杆参与组成的转动副是整转副，其余的是摆动副。32.2.铰链四杆机构三种类型的铰链四杆机构三种类型的判据判据 取最短杆的邻杆为机架取最短杆的邻杆为机架,v当满足杆长条件时，当满足杆长条件时，最短杆参与组成的转动副是整转副，其余的是摆动副。最短杆参与组成的转动副是整转副，其余的是摆动副。则为曲柄摇杆机构；则为曲柄摇杆机构；4v当满足杆长条件时，当满足杆长条件时，取最短杆为机架，取最短杆为机架，铰链四杆机构铰链四杆机构则为双曲柄机构；则为双曲柄机

3、构；5v当满足杆长条件时当满足杆长条件时，取最短杆的对杆为机架，取最短杆的对杆为机架，v当不满足杆长条件时，当不满足杆长条件时，铰链四杆机构铰链四杆机构不论取何杆为机架，均为双摇杆机构。不论取何杆为机架，均为双摇杆机构。则为双摇杆机构则为双摇杆机构；6v结论结论机构类型机构类型 杆长条件杆长条件 机架机架 曲柄摇杆曲柄摇杆 满足满足 最短杆的邻杆最短杆的邻杆 双曲柄双曲柄 满足满足 最短杆最短杆 满足满足 最短杆的对杆最短杆的对杆 双摇杆双摇杆 不满足不满足 任意杆任意杆 7v铰链四杆机构有曲柄的条件铰链四杆机构有曲柄的条件 1 1）满足杆长条件，）满足杆长条件，2 2）取最短杆或最短杆的邻杆

4、为机架）取最短杆或最短杆的邻杆为机架。83.3.铰链四杆机构三种类型的倒置铰链四杆机构三种类型的倒置v 对于铰链四杆机构，当杆长条件满足时，机构的三种对于铰链四杆机构，当杆长条件满足时，机构的三种 类型具有内在联系。类型具有内在联系。v 倒置：倒置：在机构学中将变换机架称为倒置。在机构学中将变换机架称为倒置。94 43 32 21 1曲柄摇杆曲柄摇杆双曲柄双曲柄双摇杆双摇杆曲柄摇杆曲柄摇杆作作为为机机架架的的构构件件104.4.曲柄滑块机构有曲柄的条件曲柄滑块机构有曲柄的条件偏置曲柄滑块机构有曲柄的条件偏置曲柄滑块机构有曲柄的条件 a+e b,且最短杆为连架杆。且最短杆为连架杆。对心曲柄滑块机

5、构有曲柄的条件对心曲柄滑块机构有曲柄的条件 a b,且最短杆为连架杆且最短杆为连架杆。其中其中a a为连架杆的长度、为连架杆的长度、b b为连杆的长度。为连杆的长度。返回11二、急回特性和行程速度变化系数二、急回特性和行程速度变化系数v急回特性急回特性 当机构的原动件作连续当机构的原动件作连续转动，而从动件作往复运动时，转动，而从动件作往复运动时，从动件的从动件的回程速度大于工作行回程速度大于工作行程速度的特性。程速度的特性。v行程速度变化系数行程速度变化系数 =回程平均速度工作行程平均速度回程平均速度工作行程平均速度12q在图示曲柄摇杆机构中，在图示曲柄摇杆机构中，曲柄为原曲柄为原动件。动件

6、。摇杆的两极限位置摇杆的两极限位置 曲柄与连杆两次共线曲柄与连杆两次共线时，从动摇杆时，从动摇杆CD分别处于分别处于极限位置极限位置C1D和和C2D。行程速度变化系数行程速度变化系数13极位夹角极位夹角 从动摇杆位于两极限位置时，从动摇杆位于两极限位置时，相应曲柄两位置所夹的锐角。相应曲柄两位置所夹的锐角。0 0 ，K K 1,1,机构有急回特性机构有急回特性；值越值越大，大，K值越大值越大，急回特性越急回特性越显著。显著。若若=0 0 ，K=1K=1，机构无急回特性机构无急回特性。14q偏置曲柄滑块机构是否有急回特性偏置曲柄滑块机构是否有急回特性？q对心曲柄滑块机构是否有急回特性对心曲柄滑块

7、机构是否有急回特性？有急回特性有急回特性 没有急回特性没有急回特性15q摆动导杆机构是否有急回特性摆动导杆机构是否有急回特性？有急回特性有急回特性返回16三、运动的连续性三、运动的连续性v运动的连续性：运动的连续性：当主动件连续运动时，从动件也能连续地占据预定的当主动件连续运动时，从动件也能连续地占据预定的各个位置各个位置。v运动的可行域：运动的可行域：从动件运动范围。从动件运动范围。从动件只能在某一可行域内运动，而不能从一个可行域从动件只能在某一可行域内运动，而不能从一个可行域跨入另一个可行域。跨入另一个可行域。返回17四、四、压力角和传动压力角和传动角角v压力角：压力角：作用在从动件（连架

8、作用在从动件（连架杆）上的力与该力作用点杆）上的力与该力作用点的速度之间所夹的锐角。的速度之间所夹的锐角。记记作作.不计惯性力、重力、摩擦力不计惯性力、重力、摩擦力v传动角：传动角：压力角的余角压力角的余角 (F与与Fn所夹的锐角）。所夹的锐角）。记作记作。，对机构的传力愈有利。，对机构的传力愈有利。18 当当BCD为锐角时，为锐角时，=BCD=因传动角因传动角易于从机构位置图观察和测量，易于从机构位置图观察和测量，故常故常用用衡量机构传力的性能。衡量机构传力的性能。当当BCD为钝角时，为钝角时，=180 19 、随机构位置的变化随机构位置的变化而变化。而变化。为了保证机构传力性能良好，应使为

9、了保证机构传力性能良好，应使 min 4050。或或是是针对机构中的从针对机构中的从动连架杆而言，与主、从动连架杆而言，与主、从动件的选取有关；动件的选取有关；20v最小传动角最小传动角 min出现的位置出现的位置q 对于曲柄摇杆机构，对于曲柄摇杆机构，minmin出现在曲柄与机架共线的出现在曲柄与机架共线的两位置之一。两位置之一。min=min 1 1=min ，2 2=180 max min为为 1 1和和 2 2中的较小者中的较小者。min max max min max为锐角为锐角 max为钝角为钝角21q 偏置曲柄滑块机构的偏置曲柄滑块机构的 minmin出现在出现在主动曲柄主动曲柄

10、的动铰链的动铰链B距距导路最远的位置导路最远的位置（主动曲柄与滑块导路方向垂直的位置之（主动曲柄与滑块导路方向垂直的位置之一）一）。q摆动导杆机构（曲柄为原动件）的压力角恒为零，故摆动导杆机构（曲柄为原动件）的压力角恒为零，故其传动角其传动角 恒为恒为90返回22五、五、死点死点死点位置：死点位置：=00（=90=90）当作用在从动件（连架杆）上的力恰好通过其当作用在从动件（连架杆）上的力恰好通过其转动中心时，从动件不能继续转动，出现转动中心时，从动件不能继续转动，出现“顶死顶死”现象，现象，机构的这种位置称为机构的这种位置称为“死点死点”。23v曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构v曲柄滑块机构曲柄滑块

11、机构 以摇杆以摇杆3为原动件为原动件，连连杆杆2与从动曲柄与从动曲柄1共线时共线时，则机构处于则机构处于死点位置死点位置。以滑块以滑块3为原动件为原动件，连杆连杆2与从动曲柄与从动曲柄1共线时共线时，则机，则机构处于构处于死点位置死点位置。24v摆动导杆机构摆动导杆机构 以摆杆以摆杆3为原动件为原动件，当摆杆当摆杆3与从动曲柄与从动曲柄1垂直时垂直时，则，则机构处于死点位置机构处于死点位置。25v死点的克服死点的克服利用构件的惯性或对从动曲柄施加外力利用构件的惯性或对从动曲柄施加外力 实例：家用缝纫机。实例：家用缝纫机。26用多套机构错位排列。用多套机构错位排列。死点的克服死点的克服实例：蒸汽

12、机车车轮联动机构实例：蒸汽机车车轮联动机构27蒸汽机车车轮联动机构蒸汽机车车轮联动机构28v死点的利用死点的利用飞机起落架机构飞机起落架机构夹紧工件的夹具夹紧工件的夹具返回29平面四杆机构的运动设计平面四杆机构的运动设计 根根据据给给定定的的要要求求选选定定机机构构的的型型式式，确确定定各各构构件件的的尺尺寸寸，同同时时满满足足运运动动条条件件（如如存存在在曲曲柄柄等等），动力条件（如传动角等）和运动连续条件等。动力条件（如传动角等）和运动连续条件等。返回图解法30一、平面四杆机构设计的基本问题一、平面四杆机构设计的基本问题问题一：问题一：实现给定的运动规律实现给定的运动规律实现连杆给定位置（

13、刚体导引）实现连杆给定位置（刚体导引）炉门的开闭机构炉门的开闭机构铸造造型机砂箱翻转机构铸造造型机砂箱翻转机构 要求所设计的机构能引导刚体（连杆）顺序通过要求所设计的机构能引导刚体（连杆）顺序通过一系列给定的位置。一系列给定的位置。31实现实现两连架杆给定的对应位置两连架杆给定的对应位置要求所设计的机构的要求所设计的机构的主、从动连架杆的位主、从动连架杆的位置（转角）满足预定置（转角）满足预定的对应关系。的对应关系。标线标线：构件上标志其位：构件上标志其位置的线段。置的线段。如：线段如：线段AF,DEAF,DE。B1B2E2E1F1F2C1C232实现给定的运动特性要求实现给定的运动特性要求3

14、3问题二：问题二：实现给定的运动轨迹实现给定的运动轨迹要求在机构的运动过程中，连杆上某点的轨迹能要求在机构的运动过程中，连杆上某点的轨迹能符合预定的轨迹要求。符合预定的轨迹要求。v设计方法设计方法：图解法、解析法和实验法：图解法、解析法和实验法.34二、实现给定运动规律的平面四杆机构运动设计的二、实现给定运动规律的平面四杆机构运动设计的图解法图解法v按连杆的给定位置设计四杆机构按连杆的给定位置设计四杆机构（刚体导引）刚体导引）用图解法进行设计就是利用各铰链之间相对运动的几用图解法进行设计就是利用各铰链之间相对运动的几何关系，通过作图确定各铰链的位置何关系，通过作图确定各铰链的位置(作出机构位置

15、图），作出机构位置图），从而由从而由“图图”定出各构件的尺寸。定出各构件的尺寸。v按行程速度变化系数设计四杆机构按行程速度变化系数设计四杆机构返回v按给定两连架杆的对应位置按给定两连架杆的对应位置设计四杆机构设计四杆机构v机构设计的倒置原理机构设计的倒置原理k例题v习题课习题课v总结总结351.1.机构设计的倒置原理机构设计的倒置原理 当待求因素是活动铰链的位置时，需要利用当待求因素是活动铰链的位置时，需要利用 “倒置原理倒置原理”求解，该方法称为求解，该方法称为“机构机构倒置倒置法法”。只是各构件的只是各构件的“绝对运动绝对运动”（在变换后的（在变换后的“机架机架”上观上观察到的运动）发生了

16、变化。察到的运动）发生了变化。同一运动链，取不同的构件为同一运动链，取不同的构件为“机架机架”时，根据相时，根据相对运动原理，各构件间的相对运动关系并未改变（机构位对运动原理，各构件间的相对运动关系并未改变（机构位置图全等）。置图全等）。AB1C1DB1C1DA36v实现两连架杆对应位置实现两连架杆对应位置倒置原理倒置原理 铰链四杆机构在运动过铰链四杆机构在运动过程中程中，连架杆，连架杆ABAB的位置的位置和连和连架杆架杆CDCD上标上标线线DEDE的的位置相对应。位置相对应。标线标线：构件上标志其位置的线段。：构件上标志其位置的线段。37 在原机构在原机构(a)(a)中中,取待求的活动铰链取

17、待求的活动铰链C C所在所在连架杆连架杆CDCD为为“新新机架机架”，标线，标线DE1DE1为为“新新机架机架”的位置。的位置。在所得在所得“倒置机构倒置机构”(b)中，原机构中的活动铰中，原机构中的活动铰链链C C变为变为“固定铰链固定铰链”，构件构件A AB变为变为“新连杆新连杆”。38 在在“倒置机构倒置机构”中，铰链中心中，铰链中心B的的“运动轨迹运动轨迹”是以是以C1为圆心的圆弧。为圆心的圆弧。将将求求活动铰链活动铰链C的位置问题转化为求的位置问题转化为求“固定铰链固定铰链C1”的问题。的问题。返例连架返回39v 已知连杆上活动铰链已知连杆上活动铰链B、C的位置的位置例例12.2.按

18、给定连杆的位置设计四杆机构（刚体导引）按给定连杆的位置设计四杆机构（刚体导引）返回40例例1 ：设计一铰链四杆机构。已知连杆上铰链设计一铰链四杆机构。已知连杆上铰链B B、C C的位的位置（连杆的长度已知），在机构的运动过程中，连杆依次置（连杆的长度已知），在机构的运动过程中，连杆依次占据占据B B1 1C C1 1、B B2 2C C2 2、B B3 3C C3 3 三个位置三个位置(下角标下角标1、2、3表示位表示位置的序号）置的序号）。求机构中其余三个构件的长度。求机构中其余三个构件的长度。41 作图依据作图依据 固定铰链中心固定铰链中心A、D分分 别是连杆上活动铰链别是连杆上活动铰链B

19、、C的的轨迹圆弧的圆心轨迹圆弧的圆心。q分分 析析设计的关键设计的关键 确定固定铰链中心确定固定铰链中心A、D的位置。的位置。设计方法设计方法 中垂线法中垂线法(三点定圆的圆心）三点定圆的圆心）42q作图步骤：作图步骤：选适当的长度比例尺选适当的长度比例尺 l l，作出连杆的三个位置。作出连杆的三个位置。43 分别作连线分别作连线B1B2、B2B3 的中垂线，其交点为固定的中垂线，其交点为固定铰链中心铰链中心A；再分别作连线再分别作连线C1C2、C2C3 的中垂线，其交点为固定的中垂线，其交点为固定铰链中心铰链中心D。AD44则：则：AB1C1D为机构在第一位置时的机构运动简图。为机构在第一位

20、置时的机构运动简图。从图中量出图长从图中量出图长AB1、C1D 及及AD，各构件的长度为：各构件的长度为：l lABAB=l lAB1,l lCDCD=l lC1D,l lADAD=l lADAD45机构的运动情况机构的运动情况46v讨论讨论：1）若给定连杆的三个位置，有唯一解）若给定连杆的三个位置，有唯一解。2）若只给定连杆的两个位置，若只给定连杆的两个位置，当再给一个附加条件时（如固定铰链的方位等），才能当再给一个附加条件时（如固定铰链的方位等），才能得到唯一解。得到唯一解。有无穷多个解；有无穷多个解；D返回473.按给定两连架杆的对应位置设计四杆机构按给定两连架杆的对应位置设计四杆机构

21、例例2 讨论讨论 小结小结 返回 例例148 例例1：设计一铰链四杆机构。已知设计一铰链四杆机构。已知连架杆连架杆AB 的三个位的三个位置置AB1、AB2、AB3 分别与另一连分别与另一连架杆架杆CD 上的一标线上的一标线DE 的三个位置的三个位置DE1、DE2、DE3 对应对应，机架，机架AD的长度。要求的长度。要求其余两个构件的长度其余两个构件的长度。q分析分析设计关键设计关键：连架杆连架杆CD上动铰链上动铰链C的位置。的位置。设计方法设计方法 利用利用“倒置原理倒置原理”进行设进行设计计C149设计思路：设计思路：取待求的动铰链取待求的动铰链C C所在的连架杆所在的连架杆CDCD为为“新

22、新机架机架”，其上，其上的标线的标线DEDE1 1 为为“新新机架机架”的位置。的位置。铰链中心铰链中心B B 相对相对“新机架新机架”DEDE1 1 的的“轨迹圆弧轨迹圆弧”的的圆心就是动铰链圆心就是动铰链C C的位置的位置C1C1。因此只要作出铰链中心因此只要作出铰链中心B B相对于相对于“新新机架机架”DE1 DE1 的另的另外两个位置外两个位置,B,B的三个位置点所定圆弧的圆心就是待求动的三个位置点所定圆弧的圆心就是待求动铰链铰链C C的位置的位置C C1 1。E150选取长度比例尺选取长度比例尺 l l，作出连架杆作出连架杆ABAB和标和标线线DEDE的三组对应位置的三组对应位置。q

23、作图步骤作图步骤51取标线取标线DEDE1 1 为为“新机架新机架”的位置的位置，DEDE1 1B B2 2，表示表示“倒置机倒置机构构”在第二位置时，标线在第二位置时，标线BEBE与点与点D D之间的相对位置之间的相对位置。注意：注意：DEDE2 2B B2 2 和和 DEDE1 1B B2 2顶角字母的顺序相同顶角字母的顺序相同（动铰链（动铰链B B与标线与标线DEDE的相对方位不变）。的相对方位不变）。DEDE2 2B B2 2 表示原机构在第表示原机构在第二位置时，标线二位置时，标线DEDE与点与点B B之间的相对位置。之间的相对位置。以以DEDE1 1 为边，为边，作作 DEDE1

24、1B B2 2 DEDE2 2B B2 2,得得点点B B2 2 。B252取标线取标线DEDE1 1 为为“新机架新机架”的位置的位置，DEDE1 1B B3 3，表示表示“倒置机倒置机构构”在第三位置时，标线在第三位置时，标线BEBE与点与点D D之间的相对位置之间的相对位置。DEDE3 3B B3 3 表示原机构在第表示原机构在第三位置时，标线三位置时，标线DEDE与点与点B B之间的相对位置。之间的相对位置。再以再以DEDE1 1 为边，为边，作作 DEDE1 1B B3 3 DEDE3 3B B3 3，得点得点B B3 3。B2B353C1点点B B1 1、B B2 2、B B3 3

25、所定圆弧的圆心就是动铰链所定圆弧的圆心就是动铰链C C的位置的位置C C1 1。从图中量出从图中量出:图长图长B1 1C1、C1D，返回则各构件的长度为：则各构件的长度为：l lBCBC=l l B1C1,l lCDCD=l lC1DB2B3ABAB1 1C C1 1D D即为所求的铰链四杆机构在第一位置时的机构即为所求的铰链四杆机构在第一位置时的机构位置图。位置图。54例例2：如图所示如图所示,已知摇杆已知摇杆ABAB上一标线上一标线AEAE和滑块的三组对应和滑块的三组对应位置位置（按按 l l作出作出）。用图解法设计该摇杆滑块机构。）。用图解法设计该摇杆滑块机构。设计关键设计关键：机构倒置

26、法机构倒置法B1q分析分析设计方法设计方法连架杆连架杆AB 上动铰链上动铰链B的位置。的位置。返回55q作图步骤作图步骤取标线取标线AEAE1 1为为“新机架新机架”的位置的位置，AEAE2 2C C2 2 表示原机构在第二表示原机构在第二位置时，标线位置时，标线AEAE与点与点C C之间之间的相对位置。的相对位置。AE1C2AE1C2，表示表示“倒置机构倒置机构”在第二位置时，标线在第二位置时，标线AEAE与与点点C C之间的相对位置。之间的相对位置。注意：注意：AEAE2 2C C2 2 和和 AEAE1 1C C2 2顶角字母的顺序相同顶角字母的顺序相同（动铰链动铰链C C与标线与标线A

27、EAE的相对方位不变的相对方位不变）。以以AEAE1 1为边，为边，作作 AEAE1 1C C2 2 AEAE2 2C C2 2,得得点点C C2 2。C2 提问：如何简化确定点提问：如何简化确定点C C2 2的方法的方法？12-1256取标线取标线AEAE1 1为为“新机架新机架”的位置的位置，AEAE3 3C C3 3 表示原机构在第表示原机构在第三位置时，标线三位置时，标线AEAE与点与点C C之之间的相对位置。间的相对位置。AE1C3AE1C3表示表示“倒置机构倒置机构”在第三位置时，标线在第三位置时，标线AEAE与点与点C C之间的相对位置。之间的相对位置。再以再以AEAE1 1为边

28、，为边，作作 AEAE1 1C C3 3 AEAE3 3C C3 3，得得点点C C3 3 。C2C3 13-1357点点C C1 1、C C2 2和和C C2 2所定圆弧的圆心就是动铰链所定圆弧的圆心就是动铰链B B的位置的位置B1B1。B1ABAB1 1C C1 1为摇杆滑块机构为摇杆滑块机构ABCABC在第一位置时的机构位置图。在第一位置时的机构位置图。量取量取ABAB1 1、B B1 1C C1 1,得得l lABAB=l lABAB1 1 ，l lBCBC=l lB B1 1C C1 1返回C3C258q小结小结（按两连架杆的对应位置设计四杆机构）按两连架杆的对应位置设计四杆机构）设

29、计关键：设计关键：确定连架杆上一动铰链的位置确定连架杆上一动铰链的位置。B2B3返回设计方法：机构倒置法设计方法：机构倒置法 取待求的动铰链所在的连架杆取待求的动铰链所在的连架杆为为“新机架新机架”，取其上标线的一，取其上标线的一个位置为个位置为“新机架新机架”的位置。的位置。将求活动铰链的设计问题转化将求活动铰链的设计问题转化为求为求“固定铰链固定铰链”的设计问题。的设计问题。59q讨论讨论：1）若给定两连架杆的三）若给定两连架杆的三组对应位置组对应位置，2）若只给定两连架杆的两）若只给定两连架杆的两组对应位置，有无穷多个组对应位置，有无穷多个解；解；当再给一个附加条件时当再给一个附加条件时

30、（如待求动铰链的方位等）（如待求动铰链的方位等），才能得到唯一解。，才能得到唯一解。C1B2B3B1C2有唯一解。有唯一解。返回604.按行程速度变化系数设计四杆机构按行程速度变化系数设计四杆机构 设计思路设计思路：按：按K计算出极位夹角计算出极位夹角，根据机构在极限位根据机构在极限位置时的几何关系，及有关附加条件，作出在极限位置时置时的几何关系，及有关附加条件，作出在极限位置时的机构运动简图；的机构运动简图；由由“图图”确定出构件的运动尺寸确定出构件的运动尺寸。C2C1B2B1DA返回61曲柄摇杆机构在极限位置时的几何关系曲柄摇杆机构在极限位置时的几何关系 机构的极限位置机构的极限位置：当曲

31、柄与连杆两次共线当曲柄与连杆两次共线，摇杆分别处于两极限位置，摇杆分别处于两极限位置时，机构所处的位置。时，机构所处的位置。C2C1B2B1DA =C1AC2AB=AB=(AC2AC1)/2BC=BC=(AC2+AC1)/2返例1返例262 机构的极限位置机构的极限位置：当曲柄与连杆两次共线当曲柄与连杆两次共线，滑块分别处于两极限位置，滑块分别处于两极限位置时，机构所处的位置。时，机构所处的位置。=C1AC2AB=AB=(AC2AC1)/2BC=BC=(AC2+AC1)/2偏置曲柄滑块机构在极限位置时的几何关系偏置曲柄滑块机构在极限位置时的几何关系返例363 =B1DB2摆动导杆机构在极限位置

32、时的几何关系摆动导杆机构在极限位置时的几何关系 机构的极限位置：机构的极限位置：当曲柄与导杆垂直当曲柄与导杆垂直，导杆分别处于两极限位置时，导杆分别处于两极限位置时，机构所处的位置。机构所处的位置。64例例1：设计曲柄摇杆机构（：设计曲柄摇杆机构（K 1)小结小结例例3：偏置曲柄滑块机构：偏置曲柄滑块机构返回例例2：曲柄：曲柄摇杆摇杆机构机构65例例1：已知摇杆的长度已知摇杆的长度 l lCDCD 和和 摆角摆角，及行程速度变化系，及行程速度变化系数数K，及一个附加条件及一个附加条件（机架的长度（机架的长度l l ADAD）；）；曲柄的固定曲柄的固定铰链铰链A位于摇杆的左侧。要求设计此曲柄摇杆

33、机构位于摇杆的左侧。要求设计此曲柄摇杆机构。q分析分析 C2C1D作图依据作图依据满足满足C1AC2=设计关键设计关键 确定曲柄的固定铰链确定曲柄的固定铰链A的位置的位置。66选择长度比例尺选择长度比例尺 l l，由摇杆的长度由摇杆的长度 l lCDCD 和和 摆角摆角，作出摇杆的两个极限位置作出摇杆的两个极限位置C1D、C2D。按按K计算出极位夹角计算出极位夹角，q作图步骤作图步骤：67该圆上任一点与点该圆上任一点与点C1、C2连线的夹角连线的夹角均均等于等于极位夹角极位夹角 。曲柄的固定铰链曲柄的固定铰链A应在辅助圆应在辅助圆 上上。90 O连接连接C1和和C2，作作C1C2O=C2C1O

34、=90 ,得得O点点以以O为圆心，为圆心，OC1为为半径作圆半径作圆 ，68再根据给定的附加条件再根据给定的附加条件（机架的长度（机架的长度l lCDCD），），确定固定铰链确定固定铰链A的位置。的位置。90 OA 69(5)从图中从图中量取量取AC1、AC2，求得曲柄、连杆的长度。求得曲柄、连杆的长度。则则AB1C1D为机构的为机构的左极限位置图左极限位置图。AB=AB=(AC2AC1)/2BC=BC=(AC2+AC1)/290 B1B2l lABAB=l l(AC2AC1)/2l lBCBC=l l(AC2+AC1)/270机构的运动情况机构的运动情况71讨论讨论：1)若没有给出其他附若没

35、有给出其他附加条件，加条件，则曲柄的固定铰链中则曲柄的固定铰链中心心A可在辅助圆可在辅助圆 上上（圆弧（圆弧C1E、C2F）任意选取任意选取。故有无穷多解。故有无穷多解。2）当给出）当给出 一个附加条件时，有唯一解。一个附加条件时，有唯一解。附加条件：机架的长度；或在某一极位的传动角等。附加条件：机架的长度；或在某一极位的传动角等。当给定当给定l lCDCD 、及及K，要求要求设计曲柄摇杆机构时，设计曲柄摇杆机构时，返回90 72例例2：已知：固定铰链：已知：固定铰链A、D的位置，摇杆的长度的位置，摇杆的长度 l lCDCD ，摇杆的左极限位置摇杆的左极限位置C1D与机架的夹角为与机架的夹角为

36、，行程，行程速度变化系数速度变化系数K，要求设计此曲柄摇杆机构。要求设计此曲柄摇杆机构。q分析分析：设计关键：设计关键：确定从动摇杆的右极限位置。确定从动摇杆的右极限位置。满足满足C1AC2=作图依据：作图依据：73以以AC1为边，作为边，作C1AC2=，C2 选择长度比例尺选择长度比例尺 l l，根据摇杆的长度根据摇杆的长度 和和 夹夹角角 ，作出摇杆的左极，作出摇杆的左极限位置限位置C1D。q作图步骤作图步骤：按按K计算出极位夹角计算出极位夹角，C1DC2即为摇杆的右极限位置即为摇杆的右极限位置。射线射线AC2和点和点C 的轨迹的轨迹圆弧交于点圆弧交于点C2，74从图中量取从图中量取AC1

37、、AC2，则求得曲柄、连杆的长度。则求得曲柄、连杆的长度。l lABAB=l l(AC2AC1)/2l lBCBC=l l(AC2+AC1)/2AB1C1D即为所求机即为所求机构的左极限位置图。构的左极限位置图。AB=AB=(AC2AC1)/2BC=BC=(AC2+AC1)/2返回75 当曲柄的固定铰链当曲柄的固定铰链A的位置待的位置待求时求时，需作辅助圆，需作辅助圆，以满足以满足C1AC2=。当当曲柄的固定铰链曲柄的固定铰链A的位置已知，的位置已知，摇杆的另一极限位置待求时摇杆的另一极限位置待求时，直，直接根据接根据C1AC2=来作图。来作图。v小结小结返回90 76q分析分析设计关键设计关

38、键：确定曲柄的固定铰链确定曲柄的固定铰链A的位置的位置。作图依据作图依据满足满足C1AC2=C1C2ABCHe例例3：设计一曲柄滑块机构。已知行程速度变化系数：设计一曲柄滑块机构。已知行程速度变化系数K，滑块的行程滑块的行程H，偏距偏距e；曲柄的固定铰链曲柄的固定铰链A位于水平导路的位于水平导路的左下方。试用图解法确定其余二杆的长度。左下方。试用图解法确定其余二杆的长度。77q 作图步骤作图步骤：按按K计算出极位夹角计算出极位夹角，选择长度比例尺选择长度比例尺 l l，按按滑块的行程滑块的行程H，作出作出滑块滑块的的两个极限位置两个极限位置C1、C2。78连接连接C1和和C2，作作C1C2O=

39、C2C1O=90 ,得得O点点以以O为圆心，为圆心，OC1为半径作圆为半径作圆 ，90 O曲柄的固定铰链曲柄的固定铰链A应在辅助圆应在辅助圆 上上。O在导路在导路的下方的下方79根据偏距根据偏距e，在，在O的一侧，作导路的平行线，该直线与的一侧，作导路的平行线，该直线与辅助圆辅助圆 交点即为交点即为曲柄的固定铰链曲柄的固定铰链A。返回90 OA则：则：l lABAB=l l(AC2AC1)/2l lBCBC=l l(AC2+AC1)/2B1B2AB=AB=(AC2AC1)/2BC=BC=(AC2+AC1)/280机构的运动情况机构的运动情况81总结总结 分析分析：首先，根据已知条件和首先，根据

40、已知条件和设计要求，确定设计要求，确定命题类型命题类型；然后结合设计目标确定设然后结合设计目标确定设计关键（待求因素）。计关键（待求因素）。实现连杆的预定位置实现连杆的预定位置（其上动铰链已知、未知）（其上动铰链已知、未知）实现给定实现给定两连架杆的对两连架杆的对应位置应位置按行程速度变化系数按行程速度变化系数 再根据命题类型，确定应采取的设计方法，写出作图再根据命题类型，确定应采取的设计方法，写出作图步骤。步骤。82v命题类型：实现连杆上一标线的命题类型：实现连杆上一标线的预定位置。预定位置。待求因素：连杆上动铰链。待求因素：连杆上动铰链。设计方法：设计方法：机构倒置法机构倒置法 v命题类型

41、：实现给定两连架杆命题类型：实现给定两连架杆的对应位置。的对应位置。待求因素：连架杆上动铰链的待求因素：连架杆上动铰链的位置。位置。设计方法：设计方法：机构倒置法机构倒置法 C1C2ABCHev命题类型：命题类型：按行程速度变化系数按行程速度变化系数K设计四杆机构。设计四杆机构。待求因素：确定曲柄的固定铰链待求因素：确定曲柄的固定铰链A的位置。的位置。83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 整转副存在条件、四杆机构类型、整转副存在条件、四杆机构类型、急回特性、急回特性、死点死点平面四杆机构运动设计的图解法平面四杆机构运动设计的图解法 学习分析问题和解决问题的方法学习分析问题和解决问题的方法 本章重点本章重点返回84