机械原理——第5章平面连杆机构.ppt

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1、第第5 5章章 平面连杆机构平面连杆机构5.1 5.1 平面四杆机构的类型及应用平面四杆机构的类型及应用5.2 5.2 平面四杆机构的基本知识平面四杆机构的基本知识5.3 5.3 平面四杆机构设计的图解法平面四杆机构设计的图解法5.4 5.4 平面四杆机构设计的解析法平面四杆机构设计的解析法常用其所含的杆数而命名，常用其所含的杆数而命名，应用举例应用举例契贝谢夫四足步行机构（动画）曲柄滑块机构曲柄滑块机构摆动摆动导杆机构导杆机构共同特点：共同特点：机构的原动件机构的原动件1和从动件和从动件3的运动都需要经过的运动都需要经过连杆连杆2来传动。来传动。机构中的运动副均为低副。机构中的运动副均为低副

2、。故也称故也称低副机构低副机构。构件多呈现杆的形状，构件多呈现杆的形状，如如四杆机构、四杆机构、六杆机构六杆机构等。等。例例 铰链四杆机构铰链四杆机构 故常称构件为故常称构件为杆杆。第第5 5章章 平面连杆机构平面连杆机构故称故称连杆机构连杆机构图片构件多呈现杆的形状：可实现多种运动变换和运动规律；连杆曲线形状丰富，可满足各种轨迹要求。缺点：运动链长，累积误差大，效率低；惯性力难以平衡，动载荷大，不宜用于高速运动；一般只能近似满足运动规律要求。运动副一般为低副：优点：第第5 5章章 平面连杆机构平面连杆机构5.15.1 平面四杆机构的类型和应用平面四杆机构的类型和应用5.1.15.1.1平面四

3、杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式铰链四杆机构铰链四杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双双曲柄机构曲柄机构双双摇杆机构摇杆机构第第5 5章章 平面连杆机构平面连杆机构5.1.2 5.1.2 平面四杆机构的演化形式平面四杆机构的演化形式5.1 5.1 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.转动副转化成移动副转动副转化成移动副2.选取不同的构件为机架（机构的倒置）选取不同的构件为机架（机构的倒置）3.改变运动副的尺寸改变运动副的尺寸铰链四杆机构的倒置铰链四杆机构的倒置曲柄滑块机构的倒置曲柄滑块机构的倒置演化型式四杆机构的应用演化型式四杆机构的应用基本型式四杆机构的应用基本型式四杆机构

4、的应用5.2 5.2 平面四杆机构的基本知识平面四杆机构的基本知识1.1.铰链四杆机构有曲柄的条件铰链四杆机构有曲柄的条件最短杆长度最长杆长度最短杆长度最长杆长度其余两杆长度之和；其余两杆长度之和；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。（2）铰链四杆机构有曲柄的条件）铰链四杆机构有曲柄的条件最短杆为连架杆或机架。最短杆为连架杆或机架。（1）周转副的条件周转副的条件各杆长度应满足杆长条件；各杆长度应满足杆长条件；杆长条件各杆长度满足杆长条件各杆长度满足杆长条件此时不论以何杆为机架，机构均为双摇杆机构。则机构为双曲柄机构；当最短杆为连架杆时，如果各杆长度不满足

5、杆长条件，则机构无周转副，则机构为曲柄摇杆机构；当最短杆的相对杆为机架时，当最短杆为机架时，机构为双摇杆机构。结论：如果铰链四杆机构各杆长度满足杆长条件，5.2 5.2 平面四杆机构的基本知识平面四杆机构的基本知识含移动副四杆机构的曲柄存在条件偏置曲柄滑块机构有曲柄的条件：最短杆长度偏距连杆的长度；连架杆为最短杆。对心曲柄滑块机构有曲柄的条件：最短杆长度连杆的长度；连架杆为最短杆。5.2 5.2 平面四杆机构的基本知识平面四杆机构的基本知识压力角压力角a a ：从动件的受力方向和速度方向所夹的锐角：从动件的受力方向和速度方向所夹的锐角传动角传动角 ：压力角的余角压力角的余角g g=900-a

6、aFvg gmin405.2 5.2 平面四杆机构的基本知识平面四杆机构的基本知识5.2.2 5.2.2 压力角与传动角压力角与传动角从动件与连从动件与连杆的夹角杆的夹角从动件与连杆所夹锐角从动件与连杆所夹锐角最小传动角的确定最小传动角的确定：5.2.2 5.2.2 压力角与传动角压力角与传动角曲柄摇杆机构的曲柄摇杆机构的 min出现在主动件曲柄与机架共出现在主动件曲柄与机架共线的两位置之一。线的两位置之一。曲柄滑块机构的曲柄滑块机构的 minmin出现在曲柄与导路垂直的位置出现在曲柄与导路垂直的位置g gmin导杆机构导杆机构在任何位置在任何位置 minmin都等于都等于9090o o。5.

7、2.2 5.2.2 压力角与传动角压力角与传动角5.2.3 5.2.3 急回运动和行程速比系数急回运动和行程速比系数5.2 5.2 平面四杆机构的基本知识平面四杆机构的基本知识（1 1）急回运动急回运动t2t1（2 2）行程速比系数行程速比系数K Kv2v1K=180 180=结论结论极位夹角极位夹角 0，机构有急回运动特性机构有急回运动特性偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构摆动导杆机构摆动导杆机构F =0连连杆杆与与曲曲柄柄在在两两个个共共线线位位置置时时，主主动动件件摇摇杆杆通通过过连连杆杆作作用用于于从从动动件件曲曲柄柄上上的的力力F通通过过其其回回转转中中心心，0，曲柄不能转动。曲柄不能

8、转动。F =0=0 =90有效分力等于零有效分力等于零5.2.4 5.2.4 死点位置死点位置5.2 5.2 平面四杆机构的基本知识平面四杆机构的基本知识 机构的这种位置称为机构的这种位置称为“死点死点”。曲柄滑块机构曲柄滑块机构摆动导杆机构摆动导杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构如何使机构顺利通过死点位置？如何使机构顺利通过死点位置？利用飞轮惯性利用飞轮惯性机构错位排列机构错位排列5.2 5.2 平面四杆机构的基本知识平面四杆机构的基本知识利用死点位置利用死点位置飞机起落架飞机起落架工件工件PABCD1234工件工件ABCD1234工件工件P钻孔夹具钻孔夹具 T 0ABCDFF 0ABDC5.2

9、 5.2 平面四杆机构的基本知识平面四杆机构的基本知识5.3.1 5.3.1 平面四杆机构设计的两类基本问题平面四杆机构设计的两类基本问题实现连杆工作要求的设计问题实现连杆工作要求的设计问题满足预定的连杆位置满足预定的连杆位置例例1 1 小型电炉炉门的开闭机构小型电炉炉门的开闭机构满足预定轨迹要求满足预定轨迹要求 例例1 1 鹤式起重机鹤式起重机例例2 2 搅拌机构搅拌机构5.35.3 平面四杆机构设计的图解法平面四杆机构设计的图解法实现连架杆工作要求的设计问题实现连架杆工作要求的设计问题满足两连架杆预定的对应位置要求满足两连架杆预定的对应位置要求例例1 1 流量指示机构流量指示机构满足给定行

10、程速比系数满足给定行程速比系数K的要求。的要求。例例2 2 牛头刨床机构牛头刨床机构5.35.3 平面四杆机构设计的图解法平面四杆机构设计的图解法ABCDBiCi基本方法：作图求解各铰链中心的位置基本方法：作图求解各铰链中心的位置各铰链间的运动关系：各铰链间的运动关系：基本任务：作图确定各构件运动尺寸基本任务：作图确定各构件运动尺寸5.3.15.3.1 平面四杆连杆机构设计的基本问题平面四杆连杆机构设计的基本问题5.3.25.3.2 按给定连杆的位置设计连杆机构按给定连杆的位置设计连杆机构 给定连杆两位置或三位置及活动铰链给定连杆两位置或三位置及活动铰链B B、C C找圆心找圆心A A、D D

11、（固定铰链）（固定铰链）给定连杆一直线的两位置或三位置及固定铰链给定连杆一直线的两位置或三位置及固定铰链A A、DD机构反转法机构反转法(倒置倒置)：E E1 1F F1 1新机架新机架B B、C C固定铰链固定铰链5.3.2 按给定连杆的位置设计连杆机构按给定连杆的位置设计连杆机构 5.3.3 按给定连架杆对应位置设计四杆机构按给定连架杆对应位置设计四杆机构机构反转法（倒置）：将机构反转法（倒置）：将E E2 2D D转化为新机架转化为新机架C转化为固定铰链转化为固定铰链机构反转法（倒置）：机构反转法（倒置）：B 3C3C2B3 3 3E3 1B1 1E1 2B2 2E2B 2AdDC1 1

12、 2 1 35.3.3 按给定连架杆对应位置设计四杆机构按给定连架杆对应位置设计四杆机构机构反转法（倒置）：将机构反转法（倒置）：将E E1 1D D转化为新机架转化为新机架C转化为固定铰链转化为固定铰链机构反转法（倒置）：机构反转法（倒置）：1.按给定连杆位置设计四杆机构按给定连杆位置设计四杆机构例1 已知活动铰链中心的位置例2 已知固定铰链中心的位置2.按给定两连架杆对应位置设计四杆机构按给定两连架杆对应位置设计四杆机构例3 已知两连架杆三对对应位置5.35.3 平面四杆机构设计的图解法平面四杆机构设计的图解法EFE 90-90-PC2B1从图中量出：从图中量出：计算计算 找找 A 点：点

13、：找找 B 点点联接联接AB1C1D确定确定D、C1、C2点点步骤：步骤：作作圆圆5.3.4 按给定行程速比系数按给定行程速比系数K设计四杆机构设计四杆机构2aC1DA2.2.已知：已知：K K，滑块行程滑块行程H H，偏距偏距e e；要求：设计曲柄滑块机构要求：设计曲柄滑块机构180180180-180-5.3.4 按给定行程速比系数按给定行程速比系数K设计四杆机构设计四杆机构H22aC1C2e90-oAE90-从图中量出：从图中量出：计算计算 找找 A 点：点：找找 B 点点联接联接AB2C2步骤：步骤：作作圆圆5.3.4 按给定行程速比系数按给定行程速比系数K设计四杆机构设计四杆机构作作

14、C1C2 HC1C2180180180-180-3.3.已知：已知：K K，机架长度，机架长度d d；要求：设计摆动导杆机构要求：设计摆动导杆机构5.3.4 按给定行程速比系数按给定行程速比系数K设计四杆机构设计四杆机构mn=DAd计算计算任选任选D D，取取A A点，使得点，使得AD=d,AD=d,作角平分线作角平分线;本章本章小结小结2.2.平面四杆机构的基本知识；平面四杆机构的基本知识；1.1.四杆机构的基本形式及演化形式；四杆机构的基本形式及演化形式；3.3.作图法设计四杆机构。作图法设计四杆机构。课后学习课后学习思考题：思考题：1 17 7练习题：练习题：8 8（9 9）；）；1212；1616；1717 习题习题5-85-8 C2ADadB2C1B1BCbcminB4B3C3C4契贝谢夫四足机器人契贝谢夫四足机器人 它是利用连杆曲线特性，当一对角足运动处在曲线的直线段时则着地静止不动，而另一对角足则处在曲线段作迈足运动，从而可实现类似动物的足行运动。导杆机构的极位夹角导杆机构的极位夹角 180 180 摆动导杆机构摆动导杆机构 慢慢行程行程快行程快行程转动导杆机构转动导杆机构:0转动导杆机构转动导杆机构L L1 1LLL2 2 机构反转法（倒置原理）机构反转法（倒置原理）机构反转法（倒置原理）机构反转法（倒置原理）