第3章 平面连杆机构精选PPT.ppt

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1、第3章 平面连杆机构1第1页，本讲稿共24页3.1概述概述 连连杆杆机机构构被被广广泛泛地地使使用用在在各各种种机机器器、仪仪表表、操操纵纵装装置置和和生生活活实实践践之之中中，例例如如内内燃燃机机、牛牛头头刨刨、钢钢窗窗启启闭闭机机构构、碎碎石石机机、折折叠叠桌桌椅椅、缝缝纫纫机机等等等等。这这些些机机构构都都有有一一个个共共同同的的特特点点：其其机机构构都都是是通通过过低低副副联联接接而而成成，故故这这些些机机构构又又称称低低副副机机构构。根根据据这这一一特特点点，我我们们定定义义：若若干干构构件件通通过过低低副副（转转动动副副或或移移动动副副）联联接接所所组组成成的的机机构构称称作作连连

2、杆杆机机构构。连连杆杆机机构构中中各各构构件件的的相相对对运运动动是是平平面面运运动动还还是是空空间间运运动动，连连杆杆机机构构又又可可以以分分为为平平面面连连杆杆机机构构和和空空间间连连杆杆机机构构。平平面面连连杆杆机机构构的的类类型型很很多多，单单从从组组成成机机构构的的杆杆件件数数来来看看就就有有四四杆杆、五五杆杆和和多多杆杆机机构构。一一般般多多杆杆机机构构可可以以看看成成是是由由几几个个四四杆杆机机构构所所组组成成，所以平面四杆机构不但结构最简单，应用也最广泛。所以平面四杆机构不但结构最简单，应用也最广泛。高职高专高职高专高职高专高职高专“十一五十一五十一五十一五”规划教材规划教材规

3、划教材规划教材2第2页，本讲稿共24页平面连杆机构的优点平面连杆机构的优点:（1）由于是低副，为面接触，所以承受压强小、便于润滑、磨损较轻，）由于是低副，为面接触，所以承受压强小、便于润滑、磨损较轻，可承受较大载荷；可承受较大载荷；（2）结构简单，加工方便）结构简单，加工方便,构件之间的接触是由构件本身的几构件之间的接触是由构件本身的几何约束来保持的，因此构件工作可靠；何约束来保持的，因此构件工作可靠；（3）可使从动件实现多种形式的运动，满足多种运动规律的要求；）可使从动件实现多种形式的运动，满足多种运动规律的要求；（4）利用平面连杆机构中的连杆可满足多种运动轨迹的要求。）利用平面连杆机构中的

4、连杆可满足多种运动轨迹的要求。平面连杆机构的缺点平面连杆机构的缺点:（1）根据从动件所需要的运动规律或轨迹来设计连杆机构比较）根据从动件所需要的运动规律或轨迹来设计连杆机构比较复杂，精度不高复杂，精度不高;（2）运动时产生的惯性难以平衡，不适用于高速运动场合。）运动时产生的惯性难以平衡，不适用于高速运动场合。高职高专高职高专高职高专高职高专“十一五十一五十一五十一五”规划教材规划教材规划教材规划教材3第3页，本讲稿共24页3.2 铰链四杆机构的基本类型铰链四杆机构的基本类型 当当平平面面四四杆杆机机构构中中的的运运动动副副都都是是转转动动副副时时，称称为为铰铰链链四四杆杆机机构构。如如图图所所

5、示示的的铰铰链链四四杆杆机机构构中中，杆杆4是是固固定定不不动动的的，称称为为机机架架。与与机机架架相相连连的的杆杆1和和杆杆3称称为为连连架架杆杆，不不与与机机架架直直接接相相连连的的杆杆2，称称为为连连杆杆。如如果果杆杆1(或或杆杆3)能能绕绕铰铰链链A(或或铰铰链链D)作作整整周周的的连连续续旋旋转转，则则此此杆杆称称为为曲曲柄柄。如如果果不不能作整周的连续旋转，而只能来回摇摆一个角度，则此杆称为摇杆。能作整周的连续旋转，而只能来回摇摆一个角度，则此杆称为摇杆。高职高专高职高专高职高专高职高专“十一五十一五十一五十一五”规划教材规划教材规划教材规划教材 铰链四杆机构中，机架和连杆总是存在

6、的，因此可按曲柄铰链四杆机构中，机架和连杆总是存在的，因此可按曲柄存在情况，分为三种基本形式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、存在情况，分为三种基本形式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。双摇杆机构。点击进入点击进入铰链四杆机构铰链四杆机构参数化模型参数化模型4第4页，本讲稿共24页高职高专高职高专高职高专高职高专“十一五十一五十一五十一五”规划教材规划教材规划教材规划教材 3.2.1曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 在铰链四杆机构中的两连架杆，如果一个为曲柄，另一个为摇杆，那在铰链四杆机构中的两连架杆，如果一个为曲柄，另一个为摇杆，那么该机构就称为曲柄摇杆机构。取曲柄么该机构就称为曲柄摇杆机构。取曲柄

7、AB为主动件，当曲柄为主动件，当曲柄AB作连续等作连续等速整周转动时，从动摇杆速整周转动时，从动摇杆CD将在一定角度内作往复摆动。由此可见，曲将在一定角度内作往复摆动。由此可见，曲柄摇杆机构能将主动件的整周回转运动转换成从动件的往复摆动。如柄摇杆机构能将主动件的整周回转运动转换成从动件的往复摆动。如图所示的剪切机通过原动机驱动曲柄转动，再由连杆带动摇杆往复运图所示的剪切机通过原动机驱动曲柄转动，再由连杆带动摇杆往复运动，实现剪切工作。动，实现剪切工作。点点击击观观看看曲曲柄柄摇摇杆杆机机 构构实实例例5第5页，本讲稿共24页 在曲柄摇杆机构中，在曲柄摇杆机构中，当摇杆为主动件时，可当摇杆为主动

8、件时，可将摇杆的往复摆动经连将摇杆的往复摆动经连杆转换为曲柄的连续旋杆转换为曲柄的连续旋转运动。在生产中应用转运动。在生产中应用很广泛。如图所示缝纫很广泛。如图所示缝纫机的踏板机构，当脚踏机的踏板机构，当脚踏板（相当于摇杆）作往板（相当于摇杆）作往复摆动时，通过连杆带复摆动时，通过连杆带动曲轴（相当于曲柄）动曲轴（相当于曲柄）作旋转运动，为缝纫机作旋转运动，为缝纫机实现缝纫提供原动力，实现缝纫提供原动力，再在缝纫机头内由另一再在缝纫机头内由另一个曲柄摇杆机构将旋转个曲柄摇杆机构将旋转运动转化成缝纫机针的运动转化成缝纫机针的往复运动，实现缝纫工往复运动，实现缝纫工作。作。高职高专高职高专高职高专

9、高职高专“十一五十一五十一五十一五”规划教材规划教材规划教材规划教材6第6页，本讲稿共24页3.2.2双曲柄机构双曲柄机构高职高专高职高专高职高专高职高专“十一五十一五十一五十一五”规划教材规划教材规划教材规划教材 铰链四杆机构中，若两个连架杆均铰链四杆机构中，若两个连架杆均为曲柄，则该机构称为双曲柄机构，两为曲柄，则该机构称为双曲柄机构，两个曲柄可分别为主动件。个曲柄可分别为主动件。图示惯性筛中，图示惯性筛中，ABCD为双曲柄机构，为双曲柄机构，工作时以曲柄工作时以曲柄AB为主动件，并作等速转动，为主动件，并作等速转动，通过连杆通过连杆BC带动从动曲柄带动从动曲柄CD，作周期性的，作周期性的

10、变速运动，再通过变速运动，再通过E点的联接，使筛子作变点的联接，使筛子作变速往复运动。惯性筛利用从动曲柄的变速转速往复运动。惯性筛利用从动曲柄的变速转动，使筛子具有一定的加速度，筛面上的物动，使筛子具有一定的加速度，筛面上的物料由于惯性来回抖动，达到筛分物料的目的。料由于惯性来回抖动，达到筛分物料的目的。7第7页，本讲稿共24页 双双曲曲柄柄机机构构中中，当当两两个个曲曲柄柄长长度度不不相相等等时时，主主动动曲曲柄柄作作等等速速转转动动，从从动动曲曲柄柄随随之之作作变变速速转转动动，即即从从动动曲曲柄柄在在每每一一周周中中的的角角速速度度有有时时大大于于主主动动曲曲柄柄的的角角速速度度，有有时

11、时小小于于主主动动曲曲柄柄的的角角速速度度。双双曲曲柄柄机机构构中中，常常见见的的还还有有平平行行双双曲曲柄柄机机构构和和反反向向双双曲曲柄柄机机构构，如图所示。如图所示。高职高专高职高专高职高专高职高专“十一五十一五十一五十一五”规划教材规划教材规划教材规划教材 （1）当两曲柄的长度相等且平行时，称为平行双曲）当两曲柄的长度相等且平行时，称为平行双曲柄机构。平行双曲柄机构的两曲柄的旋转方向相同，角柄机构。平行双曲柄机构的两曲柄的旋转方向相同，角速度也相等。平行双曲柄机构应用很广，如图所示机车速度也相等。平行双曲柄机构应用很广，如图所示机车联动装置中，车轮相当于曲柄，保证了各车轮同速同向联动装

12、置中，车轮相当于曲柄，保证了各车轮同速同向转动。此机车联动装置中还增设一个曲柄转动。此机车联动装置中还增设一个曲柄EF作辅助构作辅助构件，以防止平行双曲柄机构件，以防止平行双曲柄机构ABCD变成为反向双曲柄变成为反向双曲柄机构。机构。8第8页，本讲稿共24页 (2)当双曲柄机构对边相等，但互不平行时，当双曲柄机构对边相等，但互不平行时，则称其为反向双曲柄机构。反向双曲柄的旋转方则称其为反向双曲柄机构。反向双曲柄的旋转方向相反，且角速度也不相等。如图（向相反，且角速度也不相等。如图（3-9）所示，）所示，车门启闭机构中，当主动曲柄车门启闭机构中，当主动曲柄AB转动时，通过转动时，通过连杆连杆BC

13、使从动曲柄使从动曲柄CD朝反向转过，从而保证朝反向转过，从而保证两扇车门能同时开启和关闭。两扇车门能同时开启和关闭。高职高专高职高专高职高专高职高专“十一五十一五十一五十一五”规划教材规划教材规划教材规划教材3.2.3双摇杆机构双摇杆机构 在铰链四杆机构中，若在铰链四杆机构中，若两个连架杆均为摇杆时，则两个连架杆均为摇杆时，则该机构称为双摇杆机构。在该机构称为双摇杆机构。在双摇杆机构中，两杆均可作双摇杆机构中，两杆均可作为主动件。主动摇杆往复摆为主动件。主动摇杆往复摆动时，通过连杆带动从动摇动时，通过连杆带动从动摇杆往复摆动。杆往复摆动。点点击击观观看看 翻翻台台机机构构9第9页，本讲稿共24

14、页高职高专高职高专高职高专高职高专“十一五十一五十一五十一五”规划教材规划教材规划教材规划教材 双摇杆机构在机械工程上应用也很多，如图所示双摇杆机构在机械工程上应用也很多，如图所示汽车离合器操纵机构中汽车离合器操纵机构中,当驾驶员踩下踏板时，主动当驾驶员踩下踏板时，主动摇杆摇杆AB往右摆动，由连杆往右摆动，由连杆BC带动从动杆带动从动杆CD也向右摆动，也向右摆动，从而对离合器产生作用。从而对离合器产生作用。如图所示载重车自卸翻斗装置中，当液压缸活塞杆如图所示载重车自卸翻斗装置中，当液压缸活塞杆向右伸出时，可带动双摇杆向右伸出时，可带动双摇杆AB和和CD向右摆动，从而使向右摆动，从而使翻斗车内的

15、货物滑下。如图所示起重机中，在双摇杆翻斗车内的货物滑下。如图所示起重机中，在双摇杆AB和和CD的配合下，起重机能将起吊的重物几乎沿水的配合下，起重机能将起吊的重物几乎沿水平方向移动，以省时省功。平方向移动，以省时省功。10第10页，本讲稿共24页3.3铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化高职高专高职高专高职高专高职高专“十一五十一五十一五十一五”规划教材规划教材规划教材规划教材3.3.1移动副取代转动副的演化移动副取代转动副的演化11第11页，本讲稿共24页高职高专高职高专高职高专高职高专“十一五十一五十一五十一五”规划教材规划教材规划教材规划教材3.3.2变更机架的演化变更机架的演化 机机架

16、架铰链铰链四杆机构四杆机构转动转动副副D转转化成移化成移动动副后的机构副后的机构(e=0)转动转动副副C和和D转转化成移化成移动动副后的机副后的机构构 4曲柄曲柄摇摇杆机构杆机构 曲柄滑曲柄滑块块机构机构用用途途 鄂式破碎机、鄂式破碎机、搅搅拌机等拌机等内燃机、冲床、空气内燃机、冲床、空气压缩压缩机等机等仪仪表、解算装置、表、解算装置、织织布机构、印刷布机构、印刷机械等机械等 1 双曲柄机构双曲柄机构 转动导转动导杆机构杆机构 双双转块转块机构机构用用途途惯惯性性筛筛、插床、平行双曲柄机构用于机、插床、平行双曲柄机构用于机车车轮联动车车轮联动，反向双曲柄机构用于，反向双曲柄机构用于车门车门开关

17、等开关等小型刨床、回小型刨床、回转转式油式油泵泵、插床等、插床等 十字滑十字滑块联轴块联轴器等器等曲曲柄柄移移动动导导杆杆机机构构12第12页，本讲稿共24页高职高专高职高专高职高专高职高专“十一五十一五十一五十一五”规划教材规划教材规划教材规划教材机机架架铰链铰链四杆机构四杆机构转动转动副副D转转化成移化成移动动副后的机构副后的机构(e=0)转动转动副副C和和D转转化成移化成移动动副后的机构副后的机构2曲柄曲柄摇摇杆机构杆机构曲柄曲柄摇块摇块机构与机构与摆动导摆动导杆机构杆机构 用用途途同前曲柄同前曲柄摇摇杆机构杆机构插插齿齿机主机主传动传动、摆动摆动式原式原动动机、液机、液压压驱动驱动装置

18、、气装置、气动动装置等装置等仪仪表、解算装置等表、解算装置等3双双摇摇杆机构杆机构移移动导动导杆（定杆（定块块）机构）机构双移双移动动滑滑块块机构机构用用途途鹤鹤式起重机、式起重机、飞飞机起落架及机起落架及汽汽车车、拖拉机上操、拖拉机上操纵纵前前轮转轮转向等向等 手手摇唧摇唧筒、双作用式水筒、双作用式水泵泵等等 椭圆仪椭圆仪等等AB1234单单移移动动滑滑块块机机构构13第13页，本讲稿共24页高职高专高职高专高职高专高职高专“十一五十一五十一五十一五”规划教材规划教材规划教材规划教材 曲柄滑块机构当以曲柄为机架时，可得导杆机构（若曲柄滑块机构当以曲柄为机架时，可得导杆机构（若导杆不能整周转动

19、则为摆动导杆，若能够整周转动则为转导杆不能整周转动则为摆动导杆，若能够整周转动则为转动导杆），应用实例如牛头刨床或下图所示小型刨床。动导杆），应用实例如牛头刨床或下图所示小型刨床。点点击击观观看看转转动动导导杆杆机机构构实实例例点点击击观观看看曲曲柄柄滑滑块块机机构构实实例例14第14页，本讲稿共24页高职高专高职高专高职高专高职高专“十一五十一五十一五十一五”规划教材规划教材规划教材规划教材 曲柄滑块机构若选滑块为机架则可得移动滑杆机构，应用实例如图所示手曲柄滑块机构若选滑块为机架则可得移动滑杆机构，应用实例如图所示手摇唧筒。这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法称为机构的倒摇唧筒

20、。这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法称为机构的倒置，如选择双滑块机构中的不同构件作为机架可得不同的机构。置，如选择双滑块机构中的不同构件作为机架可得不同的机构。3.3.3运动副元素逆换的演化运动副元素逆换的演化 将两个低副的运动副元素的包容关系进行逆换，将两个低副的运动副元素的包容关系进行逆换，不影响两构件之间的相对运动。如图所示导杆机构不影响两构件之间的相对运动。如图所示导杆机构若将构件若将构件2和和3的包容关系进行逆换则可得摇块机构，的包容关系进行逆换则可得摇块机构，但各构件间的相对运动关系不变。但各构件间的相对运动关系不变。15第15页，本讲稿共24页3.3.4扩大回转副的

21、演化扩大回转副的演化高职高专高职高专高职高专高职高专“十一五十一五十一五十一五”规划教材规划教材规划教材规划教材 曲柄滑块机构中，当曲柄与连杆间的转动副尺寸扩大到曲柄滑块机构中，当曲柄与连杆间的转动副尺寸扩大到超过曲柄中心时，可得如图所示偏心轮机构。超过曲柄中心时，可得如图所示偏心轮机构。16第16页，本讲稿共24页3.4铰链四杆机构的基本特性铰链四杆机构的基本特性高职高专高职高专高职高专高职高专“十一五十一五十一五十一五”规划教材规划教材规划教材规划教材17第17页，本讲稿共24页3.4.2 急回运动急回运动高职高专高职高专高职高专高职高专“十一五十一五十一五十一五”规划教材规划教材规划教材

22、规划教材 如图所示为曲柄摇杆机构，设等速转动的曲柄如图所示为曲柄摇杆机构，设等速转动的曲柄AB为主动为主动件，它在回转一周的过程中，与连杆件，它在回转一周的过程中，与连杆BC有两次共线位置有两次共线位置ABl l和和AB2 2，此时从动件摇杆，此时从动件摇杆CD分别位于左、右两个极限位分别位于左、右两个极限位置置Cl lD和和C2 2D，其夹角称为摇杆的摆角。主动曲柄与连杆在，其夹角称为摇杆的摆角。主动曲柄与连杆在两共线位置时所夹的锐角称为极位夹角，用两共线位置时所夹的锐角称为极位夹角，用 表示。表示。当曲柄等速转动时，摇杆当曲柄等速转动时，摇杆来回摆动的速度是不同的，来回摆动的速度是不同的，

23、其空回行程的平均速度大于其空回行程的平均速度大于工作行程的平均速度，这种工作行程的平均速度，这种性质为机构的急回特性。为性质为机构的急回特性。为了表达这个特征的相对程度，了表达这个特征的相对程度，设设18第18页，本讲稿共24页高职高专高职高专高职高专高职高专“十一五十一五十一五十一五”规划教材规划教材规划教材规划教材可得：可得：由：由：偏置曲柄滑块机构和导杆机构由于存在急回特性，故可用在空行程节省运偏置曲柄滑块机构和导杆机构由于存在急回特性，故可用在空行程节省运动时间中，例如牛头刨、往复式输送机等。动时间中，例如牛头刨、往复式输送机等。设计机构时通常给定值算出角的值作为已知条件，一般设计机构

24、时通常给定值算出角的值作为已知条件，一般 2，为锐角。为锐角。称为从动件的行程速比系数，其大小表示急回的程度。只称为从动件的行程速比系数，其大小表示急回的程度。只要要 0，就有，就有 1，且越大，值越大，急回性质越明显。，且越大，值越大，急回性质越明显。19第19页，本讲稿共24页3.5平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 高职高专高职高专高职高专高职高专“十一五十一五十一五十一五”规划教材规划教材规划教材规划教材 3.5.1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1.平面连杆机构的设计过程：平面连杆机构的设计过程：已知条件（运动条件、几何条件、动力条件）构件尺寸已知条件（运动条件

25、、几何条件、动力条件）构件尺寸；2.平面连杆机构设计的两类基本要求：平面连杆机构设计的两类基本要求：（1）实现给定运动规律（位置设计）；）实现给定运动规律（位置设计）；（2）实现给定运动轨迹（轨迹设计）。）实现给定运动轨迹（轨迹设计）。3.三种设计方法：三种设计方法：（1）作图法）作图法:简明易懂，精确性差。简明易懂，精确性差。（2）解析法）解析法:精确度好，计算繁杂。精确度好，计算繁杂。（3）实验法）实验法:形象直观，过程复杂。形象直观，过程复杂。由于在教学中以作图法解决位置设计问题为主由于在教学中以作图法解决位置设计问题为主,故教材中只介故教材中只介绍平面连杆机构设计的作图法。绍平面连杆机

26、构设计的作图法。20第20页，本讲稿共24页高职高专高职高专高职高专高职高专“十一五十一五十一五十一五”规划教材规划教材规划教材规划教材3.5.2按照给定的行程速比系数设计四杆机构按照给定的行程速比系数设计四杆机构 对于有急回运动的四杆机构，设计时应满足行程速比系数对于有急回运动的四杆机构，设计时应满足行程速比系数K的要求。在这种情况下，可以利用机构的极限位置的几何关系，的要求。在这种情况下，可以利用机构的极限位置的几何关系，再结合其他辅助条件进行设计。再结合其他辅助条件进行设计。3.5.3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3.5.4按照给定两连架杆对应位置设计四杆按照给定两

27、连架杆对应位置设计四杆3.5.5 按给定点运动轨迹设计四杆机构按给定点运动轨迹设计四杆机构 （各种设计的具体举例参见教材）各种设计的具体举例参见教材）21第21页，本讲稿共24页高职高专高职高专高职高专高职高专“十一五十一五十一五十一五”规划教材规划教材规划教材规划教材 本章重点口诀本章重点口诀曲柄摇杆最基型，机构条件细分清；曲柄摇杆最基型，机构条件细分清；曲柄主动有急回，曲柄从动死点停；曲柄主动有急回，曲柄从动死点停；急回特性有急回特性有K 值，极位夹角相对应；值，极位夹角相对应；曲柄摇杆化滑块，曲柄滑块化导杆。曲柄摇杆化滑块，曲柄滑块化导杆。22第22页，本讲稿共24页思思 考考 题题3-

28、1 何谓平面连杆机构？它有哪些优缺点？何谓平面连杆机构？它有哪些优缺点？3-2 铰链四杆机构的基本形式有哪几种？各能进行哪些运动形式铰链四杆机构的基本形式有哪几种？各能进行哪些运动形式 的转换？的转换？3-3 试述铰链四杆机构的曲柄存在条件。试述铰链四杆机构的曲柄存在条件。3-4 平面四杆机构的其他形式有哪几种？各能进行哪些运动形式平面四杆机构的其他形式有哪几种？各能进行哪些运动形式的转换？的转换？3-5 何谓极位夹角？何谓行程速度变化系数？两者之间有何关系？何谓极位夹角？何谓行程速度变化系数？两者之间有何关系？3-6 何谓机构的急回特性？在生产上有何实用意义？何谓机构的急回特性？在生产上有何实用意义？3-7 何谓平面连杆机构的压力角和传动角？为何要限制最小传动角？何谓平面连杆机构的压力角和传动角？为何要限制最小传动角？3-8 何谓机构的死点？如何使机构顺利通过死点？举例说明工程上或何谓机构的死点？如何使机构顺利通过死点？举例说明工程上或生活中利用机构死点进行工作。生活中利用机构死点进行工作。高职高专高职高专高职高专高职高专“十一五十一五十一五十一五”规划教材规划教材规划教材规划教材23第23页，本讲稿共24页高职高专高职高专高职高专高职高专“十一五十一五十一五十一五”规划教材规划教材规划教材规划教材再 见24第24页，本讲稿共24页