(3.1)--美化-第3章平面连杆机构.ppt

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1、第三章 平面连杆机构3.13.2平面四杆机构的工作特性3.3机械设计基础平面四杆机构的设计3.4平面连杆机构的类型及其演化平面四杆机构曲柄存在的条件第三章 平面连杆机构连杆机构：若干刚性构件用低副连接而成的机构。平面连杆机构：各运动构件均在相互平行的平面内运动的连杆机构。空间连杆机构：各运动构件不都在相互平行平面内运动的连杆机构。本章着重介绍平面连杆机构 应用实例：契贝谢夫步行机器人点击画面观看动画第三章 平面连杆机构应用：各种机械设备、仪器仪表中。特点1由于低副是面接触，压强低，磨损量小。特点2 制造方便，容易获得较高的精度。特点3容易实现常见的转动、移动及其转换。特点4 低副中存在的间隙不

2、易消除，会引起运动误差。3.1平面连杆机构的类型及其演化3.1平面连杆机构的类型及其演化四四 杆杆 机机 构：构：具有四个构件的低副机构。具有四个构件的低副机构。主 要 讨 论：平面四杆机构的类型、特性及设计点击画面观看动画3.1平面连杆机构的类型及其演化点击画面观看动画3.1.1 3.1.1 平面四杆机构的基本型式平面四杆机构的基本型式铰链四杆机构：全部运动副均为转动副的四杆机构。3.1平面连杆机构的类型及其演化点击画面观看动画具有一个或两个移动副的平面四杆机构。含有移动副的四杆机构：含有移动副的四杆机构：3.1平面连杆机构的类型及其演化机架：构件AD。（机构中相对静止的杆件）铰链四杆机构的

3、组成及名称铰链四杆机构的组成及名称点击画面观看动画连杆：不直接与机架相连的构件BC。连架杆:直接与机架相连的构件AB和CD。曲柄作整周回转运动的连架杆。摇杆作往复摆动的连架杆。整转副（A、B）：能做整周相对运动的转动副。摆动副（C、D）：仅能做相对摆动的转动副。3.1平面连杆机构的类型及其演化基本类型基本类型(按连架杆能否做整周转动按连架杆能否做整周转动 )曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构点击画面观看动画1.曲柄摇杆机构两连架杆中一个是曲柄，一个是摇杆的铰链四杆机构。3.1平面连杆机构的类型及其演化摇动等速转动 运动特点:点击画面观看动画3.1平面连杆机构的类型及其演化以曲柄为原动件：将转动转

4、变为摇动以曲柄为原动件：将转动转变为摇动点击画面观看动画搅拌器机构 3.1平面连杆机构的类型及其演化以曲柄为原动件：将转动转变为摇动以曲柄为原动件：将转动转变为摇动搅拌器机构 点击画面观看动画3.1平面连杆机构的类型及其演化以曲柄为原动件：将转动转变为摇动以曲柄为原动件：将转动转变为摇动点击播放牛头刨床的进给机构3.1平面连杆机构的类型及其演化以摇杆为原动件：将摇动转变为转动以摇杆为原动件：将摇动转变为转动缝纫机脚踏驱动机构 点击画面观看动画2.双曲柄机构两个连架杆都是曲柄的铰链四杆机构。3.1平面连杆机构的类型及其演化（1）普通双曲柄机构从动曲柄变速转动主动曲柄等速转动 运动特点:点击画面观

5、看动画3.1平面连杆机构的类型及其演化普通双曲柄机构应用举例普通双曲柄机构应用举例惯性筛点击画面观看动画（2）平行双曲柄机构（平行四边形机构）3.1平面连杆机构的类型及其演化运动特点:两曲柄转动的角速度始终相等;连杆作平动，且始终平行于机架。点击画面观看动画（ABCD,AB/CD)3.1平面连杆机构的类型及其演化平行双曲柄机构应用举例（平行双曲柄机构应用举例（1 1）点击播放天平机构3.1平面连杆机构的类型及其演化平行双曲柄机构应用举例（平行双曲柄机构应用举例（2 2）点击画面观看动画3.1平面连杆机构的类型及其演化平行双曲柄机构应用举例（平行双曲柄机构应用举例（3 3）点击播放平行夹紧机构3

6、.1平面连杆机构的类型及其演化平行双曲柄机构应用举例（平行双曲柄机构应用举例（4 4）点击播放摄影车座斗升降机构（3）逆平行四边形机构3.1平面连杆机构的类型及其演化连杆与机架长度相等，双曲柄的转向相反且角速度不等。点击画面观看动画运动不确定应用两曲柄等速同向回转时，应注意消除运动不确定性。消除方法：利用从动件自身惯性或加虚约束3.1平面连杆机构的类型及其演化应用平行双曲柄机构时，应注意消除运动不确定性应用平行双曲柄机构时，应注意消除运动不确定性消除方法：利用从动件自身惯性或加虚约束加虚约束消除运动不确定性点击播放3.1平面连杆机构的类型及其演化逆平行四边形机构应用举例逆平行四边形机构应用举例

7、车门的启闭机构点击播放3.双摇杆机构两个连架杆都是摇杆的铰链四杆机构。3.1平面连杆机构的类型及其演化摆幅相等或不相等从动摇动 运动特点:摇动点击画面观看动画3.1平面连杆机构的类型及其演化双摇杆机构应用举例双摇杆机构应用举例（1 1）点击播放铸造造型翻箱机构铸造造型翻箱机构铸造造型机翻箱机构3.1平面连杆机构的类型及其演化双摇杆机构应用举例双摇杆机构应用举例（2 2）鹤式起重机点击播放3.1平面连杆机构的类型及其演化双摇杆机构应用举例双摇杆机构应用举例（3 3）车轮转向机构点击播放3.1平面连杆机构的类型及其演化双摇杆机构应用举例双摇杆机构应用举例（4 4）飞机起落架机构点击播放3.1平面连

8、杆机构的类型及其演化双摇杆机构应用举例双摇杆机构应用举例（5 5）炉门启闭机构点击播放3.1平面连杆机构的类型及其演化3.1.2 3.1.2 平面四杆机构的演化平面四杆机构的演化机构演化：在各构件相对运动关系保持不变的情况下，对某些构件的形状、长度、以及运动副尺寸、机架等进行改变，以得到其他类型的平面四杆机构。机构演化目的：（1）揭示各种平面四杆机构之间内在联系；（2）满足运动方面要求；（3）改善构件受力以及满足运动副结构强度需要。3.1平面连杆机构的类型及其演化1.转动副变移动副曲柄摇杆机构曲柄滑块机构e零：对心曲柄滑块机构e零：偏置曲柄滑块机构点击画面播放3.1平面连杆机构的类型及其演化具

9、有两个移动副的四杆机构具有两个移动副的四杆机构正弦机构 3.1平面连杆机构的类型及其演化2选取不同构件为机架以低副相连接的两构件之间的相对运动关系，不会因取其中哪一个构件为机架而改变。低副运动可逆性：曲柄摇杆机构 双曲柄机构 曲柄摇杆机构 双摇杆机构 3.1平面连杆机构的类型及其演化3.1平面连杆机构的类型及其演化曲柄滑块机构应用举例曲柄滑块机构应用举例点击画面观看动画3.1平面连杆机构的类型及其演化转动导杆机构应用举例转动导杆机构应用举例点击画面观看动画3.1平面连杆机构的类型及其演化曲柄摇块机构应用举例曲柄摇块机构应用举例点击画面观看动画3.1平面连杆机构的类型及其演化摆动导杆机构应用举例

10、摆动导杆机构应用举例点击画面观看动画3.1平面连杆机构的类型及其演化摆动导杆机构应用举例摆动导杆机构应用举例点击画面观看动画3.1平面连杆机构的类型及其演化点击画面观看动画3.1平面连杆机构的类型及其演化3变换构件的形态曲柄摇块机构滑块3绕C 点作定轴往复摆动摆动导杆机构将杆件2做成块状，块件3做成杆状两机构运动实质相同3.1平面连杆机构的类型及其演化4.扩大转动副尺寸当曲柄的尺寸很小时，由于结构和强度的需要，可通过扩大转动副尺寸，将曲柄改作成为一个几何中心与回转中心不重合的圆盘。3.1平面连杆机构的类型及其演化四杆机构各种类型之间具有一定的内在联系，演化方式：四杆机构各种类型之间具有一定的内

11、在联系，演化方式：（1）转动副转化成移动副。（2）选取不同的构件为机架。（3）变换构件的形态。（4）扩大转动副的尺寸。3.2平面四杆机构曲柄存在的条件3.2 平面四杆机构曲柄存在的条件铰链四杆机构中存在曲柄必然有转动副为整转副曲柄摇杆机构整转副（A、B）能做整周相对运动的转动副摆动副（C、D）仅能做相对摆动的转动副3.2 平面四杆机构曲柄存在的条件在B1C1D中，据三角形任意两边之和必大于等于第三边，可得：移项可得：在B2C2D中以上三式两两相加并化简可得：铰链四杆机构中整转副存在的条件：铰链四杆机构中整转副存在的条件：（1）机构中最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。（2）组成转

12、动副的两构件中必有一个为机构中最短杆；3.2 平面四杆机构曲柄存在的条件在满足最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和时，取不同的构件为机架时，可得三种不同性质的铰链四杆机构：取最短杆的邻杆为机架 曲柄摇杆机构 取最短杆为机架 双曲柄机构 取最短杆的对杆为机架 双摇杆机构(第类)最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和 无论取那个构件作为机架，都不存在曲柄 (第类双摇杆机构)3.2 平面四杆机构曲柄存在的条件判别铰链四杆机构基本类型的框图铰链四杆机构条件1曲柄摇杆机构双曲柄机构可能有曲柄考察机架双摇杆机构无曲柄以最短杆邻边为机架以最短杆为机架以最短杆对边为机架无论取哪个杆为机架否是判

13、别铰链四杆机构基本类型铰链四杆机构基本类型的判别（满足整转副存在条件1）曲柄摇杆机构双曲柄机构曲柄摇杆机构双摇杆机构点击播放按钮观看动画判别铰链四杆机构基本类型无论以哪个构件为机架，都是双摇杆机构。铰链四杆机构基本类型的判别（不满足整转副存在条件1）点击画面观看动画3.2 平面四杆机构曲柄存在的条件课堂练习课堂练习1 1曲柄摇杆机构3.2 平面四杆机构曲柄存在的条件课堂练习课堂练习2 2双摇杆机构3.2 平面四杆机构曲柄存在的条件课堂练习课堂练习3 3双曲柄机构3.2 平面四杆机构曲柄存在的条件课堂练习课堂练习4 4双摇杆机构3.2 平面四杆机构曲柄存在的条件曲柄滑块机构存在曲柄条件曲柄滑块机

14、构存在曲柄条件 在B1位置时，在B2位置时，所以，偏置曲柄滑块机构存在曲柄条件：若e=0,即对心曲柄滑块机构存在曲柄条件为：3.2 平面四杆机构曲柄存在的条件例：在平面四杆机构ABCD 中，已知AB、BC、CD三杆的长度分别为：LAB100mm，LBC200mm，LCD300mm，机架AD的长度LAD为变量。试求：（1）当此机构为曲柄摇杆机构时，LAD的取值范围；（2）当此机构为双曲柄机构时，LAD的取值范围；（3）当此机构为双摇杆机构时，LAD的取值范围。3.2 平面四杆机构曲柄存在的条件解（1）欲使此机构成为曲柄摇杆机构时，需满足：最短+最长其余两杆长度之和 最短杆的邻杆为机架所以：AB杆

15、一定为最短杆，即曲柄。a、若LADmax，即LAD 300 则LAB+LAD LBC+LCD 100+LAD200+300 得：LAD 400 即：300 LAD 400b、若LCDmax，即LAD 300 则LAB+LCDLBC+LAD 100+300200+LAD 得：LAD 200 即：200 LAD 300综合a、b，LAD的取值范围为200 LAD 400时，此机构可成为曲柄摇杆机构3.2 平面四杆机构曲柄存在的条件（2）欲使此机构成为双曲柄机构时，需满足：最短+最长其余两杆长度之和 最短杆为机架所以：AD杆一定为最短杆，即LAD 100 则LAD+LCD LAB+LBC LAD+3

16、00100+200 得：LAD 0所以，此机构不可能成为双曲柄机构3.2 平面四杆机构曲柄存在的条件（3）欲使此机构成为第类双摇杆机构时，需满足：最短+最长其余两杆长度之和 取最短杆的对杆为机架 由已知条件知：BC杆不为最短杆所以：此机构不可能成为第类双摇杆机构3.2 平面四杆机构曲柄存在的条件欲使此机构成为第类双摇杆机构时，需满足：最短+最长其余两杆长度之和 a、若LADmax、LABmin，即限制为LAD 300 则LAB+LAD LBC+LCD 100+LAD 200+300 得：LAD 400 另外，LAD 应小于其他三杆长度之和 LAD 100+200+300=600 即：400 L

17、AD 600 b、若LCDmax、LABmin，即限制为100 LAD 300 则LAB+LCD LBC+LAD 100+300 200+LAD 得：LAD 200 即：100 LAD 2003.2 平面四杆机构曲柄存在的条件 c、若LADmin、LCDmax，即限制为LAD 100 则LAD+LCD LBC+LAB LAD+300 200+100 得：LAD 0 即：0 LAD 100综合a、b、c，LAD的取值范围为400LAD 600或0LAD200时，此机构可成为第类双摇杆机构3.3平面四杆机构的工作特性3.3.1 3.3.1 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3.3

18、 平面四杆机构的工作特性 极位：曲柄等速回转时，连杆与曲柄两次共线时，摇杆所处的两个极限位置。从动件的摆角（极限夹角）极位夹角：摇杆处于两极限位置时，对应的曲柄两位置AB1与AB2之间所夹的锐角。3.3 平面四杆机构的工作特性AB1AB2，1=180+，C2D C1D，t1，摇杆平均速度1AB2AB1，2=180-，C1D C2D，t2，摇杆平均速度2曲柄匀速转动，由于1 2，得t1t2所以摇杆往复摆动的平均速度21摇杆的这种往复摆动快慢不同的运动急回运动。观察急回运动3.3 平面四杆机构的工作特性结论：当0时，机构具有急回运动特性；角愈大，K 值愈大，急回运动特性愈显著。急回运动的程度可以用

19、行程速度变化系数K 来衡量：设计机构时，通常先给定K 值，然后求出极位夹角 3.3 平面四杆机构的工作特性曲柄滑块机构急回特性曲柄滑块机构急回特性偏置曲柄滑块机构，其0，有急回特性。对心曲柄滑块机构，其0，故无急回特性。3.3 平面四杆机构的工作特性摆动导杆机构急回特性摆动导杆机构急回特性=，0 机构具有急回特性3.3.2 3.3.2 压力角和传动角压力角和传动角传力性能传力性能3.3 平面四杆机构的工作特性压力角：在不考虑摩擦时机构从动件上作用的力F 与该力作用点的速度方向所夹的锐角3.3 平面四杆机构的工作特性传力角：压力角的余角。min出现在曲柄与机架拉直和重叠共线的两个位置之一。常用传

20、动角的大小和变化来衡量机构传力性能的好坏。设计时通常要求min40，对于高速和大功率的传动机械，min50。3.3 平面四杆机构的工作特性分析曲柄滑块机构最小传动角出现的位置（曲柄为主动件）分析曲柄滑块机构最小传动角出现的位置（曲柄为主动件）最小传动角min出现在曲柄与滑块移动方向线垂直的位置3.3 平面四杆机构的工作特性分析曲柄滑块机构最小传动角出现的位置（曲柄为主动件）分析曲柄滑块机构最小传动角出现的位置（曲柄为主动件）在任何情况下：=0=903.3.3 3.3.3 死点位置死点位置3.3 平面四杆机构的工作特性从动件的传动角等于零时机构所处的位置。连杆与曲柄共线时，机构的传动角为零，此位

21、置为机构死点。曲柄摇杆机构（摇杆为主动件）3.3 平面四杆机构的工作特性曲柄滑块机构（滑块为主动件）曲柄滑块机构（滑块为主动件）死点出现在曲柄与连杆共线的位置3.3 平面四杆机构的工作特性摆动导杆机构（以导杆为主动件）摆动导杆机构（以导杆为主动件）死点出现在曲柄与导杆垂直的位置3.3 平面四杆机构的工作特性利用和克服死点利用和克服死点死点不利的一面克服死点用惯性力有利的一面利用死点3.3 平面四杆机构的工作特性克服死点克服死点（机构的错位排列）（机构的错位排列）点击画面观看动画3.3 平面四杆机构的工作特性克服死点克服死点（加大飞轮）（加大飞轮）点击画面观看动画3.3 平面四杆机构的工作特性克

22、服死点克服死点（加大飞轮）（加大飞轮）点击画面观看动画3.3 平面四杆机构的工作特性克服死点克服死点（飞机起落架）（飞机起落架）点击画面观看动画3.3 平面四杆机构的工作特性克服死点克服死点（夹紧工件）（夹紧工件）点击画面观看动画3.4平面四杆机构的设计3.4.1 3.4.1 平面连杆机构设计的基本问题平面连杆机构设计的基本问题3.4 平面连杆机构的设计主要任务：根据机构的工作要求、运动特性和设计条件选定机构形式，并确定出各构件的尺寸参数。连杆机构设计两类问题：（1）实现给定从动件的运动规律（2）实现给定的运动轨迹平面四杆机构的设计方法1.图解法2.解析法 3.实验法3.4.2 3.4.2 按

23、给定的行程速度变化系数设计按给定的行程速度变化系数设计3.4 平面连杆机构的设计设计的关键是确定曲柄与机架组成的转动副中心A的位置。设已知曲柄摇杆机构中，摇杆CD 的长度为c，其摆角为，行程速度变化系数为K，试设计此平面四杆机构。解：（1）计算极位夹角。（2）任取一点D 为摇杆固定铰链中心，作等腰三角形C1C2D，两腰长度等于CD，C1DC2=。DC1C23.4 平面连杆机构的设计（3）以C1C2为一条边，分别作OC1C2=OC2C1=90。以O为圆心，OC1为半径作圆。DC1C2mnO2 90 3.4 平面连杆机构的设计（4）圆弧上任意一点A到C1和C2的连线的夹角C1AC2都等于极位夹角。

24、曲柄轴心A点可在圆弧上选取。设曲柄长度为a，连杆长度为 b DC1C2mnOAB1B22 90 3.4 平面连杆机构的设计（5）检验机构的传动角。最小传动角在曲柄与机架共线时的两个位置AB3C3D和AB4C4D。3.4 平面连杆机构的设计已知：摇杆的行程比系数K、摇杆长度LCD和摇杆摆角。求作：四杆机构DC1C2mn根据：，求得极位夹角。OAB1B22 90 任选支点D，作摇杆摆角。利用平面几何知识，作图，取支点A的位置。量取AC1、AC2，求得：A点在圆O上的位置有无穷多解，因此最后必须验证机构的压力角。如压力角不能满足要求，则重选A点位置或摇杆长度，再求解。l1l23.4.3 3.4.3

25、按给定连杆位置设计平面四杆机构按给定连杆位置设计平面四杆机构3.4 平面连杆机构的设计1.按给定连杆的长度及两个位置设计平面四杆机构连杆上两转动副中心B 和C 分别沿以机架上面铰链中心A 和D 为圆心，以两连架杆的长度为半径的圆弧运动。3.4 平面连杆机构的设计 例：图示是热处理加热炉的炉门启闭机构，图（b）是炉门处于关闭位置和开启位置的情况。设炉门2的尺寸及其上的转动副中心B 和C 的位置已选定，要求炉门上BC 位于图示两位置。试设计此四杆机构。点击画面观看动画3.4 平面连杆机构的设计nnmmhh已知：炉门即为机构的连杆，其关闭位置和开启位置已知。求作：四杆机构B2C2B1C1AD作B1B

26、2的垂直平分线mm作C1C2的垂直平分线nn作铅垂线 hh，与mm、nn分别交于A、D两点以A、D为固定铰链，设计机构AB1C1D 若无其他附加条件，则有无穷多解。动画演示B2C2ADB1C13.4 平面连杆机构的设计 例：设计一振实造型机的反转机构，要求反转台位于位置（实线位置）时，在砂箱内填砂造型振实，反转台转至位置（虚线线位置）时起模，已知连杆BC长0.5m和两个位置B1C1、B2C2。要求固定铰链中心A、D在同一水平线上并且AD=BC。自己可以试着在纸上按比例作出图形，再求出各杆长度。点击B点演示设计过程3.4 平面连杆机构的设计2.按给定连杆的长度及三个位置设计平面四杆机构点击B点演

27、示设计过程当已知连杆长度及其三个位置时，所求四杆机构是唯一解 3.4 平面连杆机构的设计 例：试设计一曲柄滑块机构，利用连杆来实现车门启闭过程中到达的三个给定位置、，如图（a）所示。其中位置I是车门关闭状态，位置是中间的一个状态，位置是车门全开状态。连杆上铰链中心B、C 的三个位置分别为B1、C1；B2、C2；B3、C3。3.4.43.4.4按给定两连架杆的对应位置设计平面四杆机构按给定两连架杆的对应位置设计平面四杆机构3.4 平面连杆机构的设计已知：连架杆AB和机架AD长度，两连架杆三组对应位置AB1、AB2、AB3和DE1、DE2、DE3。要求：设计该铰链四杆机构。3.4 平面连杆机构的设

28、计实质：确定连杆与连架杆相联的转动副C。方法：转换机架法刚化、反转 1、以连架杆DE的第一个位置DE1作为反转的基准位置。作DE1B2DE2B2,得到B2点在机构转化过程中的新位置B2。求解步骤如下：3.4 平面连杆机构的设计 2、继续以连架杆DE的第一位置DE1作为反转的基准位置，作DE1B3DE2B3,得到B3点在机构转化过程中的新位置B3。3.4 平面连杆机构的设计 3、作过B1、B2和B3三点圆弧的圆心，即分别作B1B2和B2B3的中垂线，两直线的交点就是所求的圆心C1点，也就是连杆BC与连架杆CD铰链点C的第一个位置。AB1C1D就是所要求的铰链四杆机构第一位置时的机构图。3.4 平

29、面连杆机构的设计 例：设计一曲柄滑块机构，已知曲柄AB的长度a，曲柄与滑块的三组对应位置如图（a）所示。当曲柄1由位置转到位置和时，滑块3由位置I向右依次移动到位置和，求连杆长度b和偏距值e。平面连杆机构设计扩展内容1、按照给定点的运动轨迹设计铰链四杆机构CBF在连杆上BC固定一多孔板。实验法一：机构运动时，平板上每一个孔的运动轨迹都是一条连杆曲线，绘出这些曲线。设计目标：若曲线中某一曲线与预期的运动轨迹相同或相近，则该曲线的孔即为连杆上的另一铰链点。AD平面连杆机构设计扩展内容连杆作平面运动,其上各点的轨迹均不相同。实验法二：B、C点的轨迹为圆弧;其余各点的轨迹为一条封闭曲线。ABCDEMN

30、设计目标:在这些曲线中，找出某一圆弧或与圆弧相近的曲线，则描绘该曲线的点就是连杆上的另一铰链点，而该曲线的曲率中心就是连架杆与机架的铰接点D。平面连杆机构设计扩展内容2、用解析法设计平面四杆机构简介y3y2y1j3j2j1E1E2E3C1C2C3DB1B2B3A已知：两连架杆AB和CD的三组对应转角j j1 1、y y1 1、j j2 2、y y2 2、j j3 3、y y3 3。求作：各杆件的长度a、b、c、d。解析法一般用于设计精度要求高的场合。平面连杆机构设计扩展内容x xc ca a1234b bd dy yyjCDBAd解：将各构件分别用矢量a、b、c、d表示，建立图示坐标系。其各矢量在x轴和y轴上投影，得到：移项，得：两边平方后相加，消去d d ，得：平面连杆机构设计扩展内容令：则有：将三组对应的转角值，分别代入上式，得：由此可求得R1、R2、R3，选定机架d后，可得：x xc ca a1234b bd dy yyjCDBAd本章结束THANK YOU!