机械设计基础第二章-平面连杆机构.ppt

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1、铰链四杆机构的基本类铰链四杆机构的基本类型及其应用型及其应用铰链四杆机构的铰链四杆机构的基本特性基本特性 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计第二章第二章 平面连杆机构平面连杆机构 平面机构平面机构+低副联接低副联接(转动转动、移动副移动副)最常用最常用平面四杆机构（平面四杆机构（四个构件四个构件四根杆四根杆)平面连杆机构平面连杆机构铰链四杆机构铰链四杆机构（全由转动副相联）基本类型基本类型(二二)含含有一个移动副的四杆机构有一个移动副的四杆机构()铰链四杆机构铰链四杆机构2-1平面四杆机构的基本类型及其应用 P.20P.20(三三)含含有两个移动副的四杆机构有两个移动副的四杆机构(四四)具具

2、有偏心轮的四杆机构有偏心轮的四杆机构(五五)四杆机构的扩展四杆机构的扩展应应应应 用用用用1234ABCD连杆连杆连架杆连架杆连架杆连架杆机架机架曲柄曲柄摇杆摇杆(摆杆摆杆)(整转整转)(摆转摆转)机架、连杆、连架杆机架、连杆、连架杆()铰链四杆机构 p.20机架参考系（固定件）机架参考系（固定件）连架杆与机架相联连架杆与机架相联连杆不与机架相联连杆不与机架相联基基本本构构件件曲柄：曲柄：可回转可回转360360的连架杆的连架杆摇杆：摇杆：摆角小于摆角小于360360的连架杆的连架杆滑块：作往复移动的连架杆滑块：作往复移动的连架杆连连架架杆杆全由全由转动副相联转动副相联的平面四杆机构的平面四杆

3、机构一一.铰链四杆机构基本类型铰链四杆机构基本类型 （按连架杆类型）一曲一摇二曲二摇(天线天线摇杆摇杆)调整天线调整天线 俯仰角的大小俯仰角的大小 图图2-3 雷达调整机构雷达调整机构放映机放映机1234ABCD1.曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 连架杆连架杆 曲柄曲柄(一般一般)原动件原动件匀速转动匀速转动 摇杆摇杆(一般一般)从动件从动件变速往复摆动变速往复摆动2.双曲柄机构双曲柄机构：连架杆均为曲柄连架杆均为曲柄 主动曲柄主动曲柄:匀速转动匀速转动 从动曲柄从动曲柄:变速转动变速转动 例例:惯性筛惯性筛中的铰链四杆机构中的铰链四杆机构从动曲柄从动曲柄3变速转动变速转动 使筛子使筛子6产生加速度

4、产生加速度 使不同材料因惯性不同而筛分使不同材料因惯性不同而筛分3.双摇杆机构双摇杆机构连架杆均为摇杆连架杆均为摇杆 例例:门式起重机门式起重机的变速机构的变速机构:CD(杆杆3)为原动件为原动件,悬挂重物的悬挂重物的E 点在连杆上点在连杆上保持保持E点运动轨迹在近似水平线上。点运动轨迹在近似水平线上。（平移货物（平移货物平稳、减小能量消耗）平稳、减小能量消耗）DCBA二、二、含有一个移动副的四杆机构含有一个移动副的四杆机构 P.243.摇块机构摇块机构滑块摆动摆动 例：例：摆动式内燃机、自卸货车摆动式内燃机、自卸货车滑块固定固定 例：例：抽水唧筒、抽油泵抽水唧筒、抽油泵 滑块移动摆动移动摆动

5、 例：例：刨床、插床、油泵刨床、插床、油泵 滑块移动移动 例：例：活塞式内燃机、空气压缩机活塞式内燃机、空气压缩机 1.曲柄滑块机构曲柄滑块机构CABCABCABCAB曲柄滑块机构曲柄滑块机构 导杆机构导杆机构摇块机构摇块机构定块机构定块机构2.导杆机构导杆机构4.定块机构定块机构三、三、含有两个移动副的四杆机构含有两个移动副的四杆机构 P.253.滑块联轴器滑块联轴器 两个移动副不相邻两个移动副不相邻，且均不与机架相关联。，且均不与机架相关联。两个移动副都与机架相关联。两个移动副都与机架相关联。两个移动副相邻，且其中一个移动副与机架相关联。两个移动副相邻，且其中一个移动副与机架相关联。两个移

6、动副不相邻两个移动副不相邻1.正切机构正切机构正切机构正切机构正弦机构正弦机构2.正弦机构正弦机构4.椭圆仪椭圆仪摇块机构摇块机构定定块块机机构构(铰链四杆、曲柄滑块铰链四杆、曲柄滑块)(曲柄很短时曲柄很短时偏心轮机构偏心轮机构)偏心距偏心距=曲柄长曲柄长铰链四杆、曲柄滑块机构铰链四杆、曲柄滑块机构(扩大回转副扩大回转副)偏心轮机构偏心轮机构 四、具有偏心轮的四杆机构四、具有偏心轮的四杆机构 P.27ABC偏心轮机构偏心轮机构曲柄曲柄回转副回转副B(半径半径)曲柄长曲柄长AB原理：原理：ABCe例：例：剪床、冲床、颚式破碎机、内燃机剪床、冲床、颚式破碎机、内燃机五五.平面四杆机构的特点及平面四

7、杆机构的特点及应用应用 1)1)低副，成本低，精度高；低副，成本低，精度高；2)2)面接触面接触,利于润滑及减少磨损利于润滑及减少磨损,传载大传载大,可靠性高可靠性高。1.1.特点特点:1 1）实现已知运动规律）实现已知运动规律2 2）实现给定点的运动轨迹）实现给定点的运动轨迹 1)1)不易精确实现复杂的运动规律，设计也较复杂；不易精确实现复杂的运动规律，设计也较复杂；2)2)当构件数和运动副较多时，效率较低。当构件数和运动副较多时，效率较低。缺点缺点:2.2.应用应用:优点优点1.手动冲床：手动冲床：两个四杆机构组成两个四杆机构组成（双摇杆双摇杆+摇杆滑摇杆滑块机构块机构）2.筛料机构：筛料

8、机构：六杆机构六杆机构两个四杆两个四杆机构组成（机构组成（双曲柄双曲柄 +曲柄滑块曲柄滑块）应用应用:作业：作业：简述铰链四杆机构的基本类型简述铰链四杆机构的基本类型及其应用及其应用主要内容：主要内容：平面四杆机构的基本类平面四杆机构的基本类型及其应用型及其应用二、曲柄存在条件二、曲柄存在条件2-2 平面四杆机构的基本特性 P.28P.28取决于机构各杆的相对长度取决于机构各杆的相对长度ADBBB”CCC”三式相加三式相加 l1l2 l1l3 l1l4当杆当杆1处于处于AB”位置位置 AC”D l1l2l3l4 (2-3)(l2l1)l3 l4 l1l4l2l3 (2-1)(l2l1)l4 l

9、3 l1l3l2l4 (2-2)当杆当杆1处于处于AB 位置位置 AC D (曲柄l1,连杆l2,摇杆l3,机架l4)当AB能摆至与连杆共线的极位AB及AB”时 能顺利通过整转副。L1最短分析分析:一、铰链四杆机构有整转副的条件一、铰链四杆机构有整转副的条件l1l4l3l2结论结论:整转副的条件整转副的条件最短与最长杆之和小于其它两杆之和最短与最长杆之和小于其它两杆之和二二.曲柄存在条件曲柄存在条件（转动副为整转副）1.曲柄存在条件2.推论实例分析:AB70,BC90,CD110,AD40 (1)(1)最短与最长杆之和小于其它两杆和；最短与最长杆之和小于其它两杆和；(2)(2)最短杆在连架杆或

10、机架上。最短杆在连架杆或机架上。(满足条件满足条件1)1)(1)(1)最最短短杆在杆在机架机架上上 (2)(2)最最短短杆在杆在机架邻边机架邻边 (3)(3)最最短短杆在杆在机架对边机架对边双曲柄双曲柄机构机构 曲柄摇杆曲柄摇杆机构机构双摇杆双摇杆机构机构ADADCDCD4040110110150150ABABBCBC160160当：当：ADAD为机架为机架 ABAB或或DCDC为机架为机架 BCBC为机架为机架双曲柄双曲柄机构机构曲柄摇杆曲柄摇杆机构机构双摇杆双摇杆机构机构ABCD二二.死点位置死点位置 三三.压力角和传动角压力角和传动角三、曲柄摇杆机构的主要特性三、曲柄摇杆机构的主要特性

11、P.21（一）急回运动（一）急回运动 工作行程工作行程:空回行程空回行程:B2B1(2)摇杆摇杆C2C1 ()1 2 ,而而不变不变B1B2(1)摇杆摇杆C1C2 ()工作行程时间空回行程时间工作行程时间空回行程时间 曲柄曲柄(主主)匀速转动匀速转动(顺顺)摇杆摇杆(从从)变速往复摆动变速往复摆动图2-4曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构12极位极位:曲柄与连杆共线曲柄与连杆共线(B1、B2)摇杆极位摇杆极位C1、C2 缩短非生产时间缩短非生产时间,提高生产率提高生产率例：牛头刨床、例：牛头刨床、往复式输送机往复式输送机其其运动特性运动特性行程速度变化系数行程速度变化系数(行程速比系数行程速比系数)K极

12、位夹角极位夹角(摇杆处于两极位时，对应曲柄所夹锐角摇杆处于两极位时，对应曲柄所夹锐角)K 急回急回运动性质运动性质(2-5)曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄曲柄主动主动 急回急回图2-4曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构12(2-4)（二）压力角和传动角（二）压力角和传动角 P.301.压力角压力角2.传动角传动角：BC是二力杆是二力杆,驱动驱动 力力F 沿沿BC方向方向 作用在从动件上的驱动力作用在从动件上的驱动力F与该力作用点绝与该力作用点绝对速度对速度VC之间所夹的之间所夹的锐角锐角。连杆与从动杆所夹锐角连杆与从动杆所夹锐角 有效力有效力Fsin 40有效力有效力Fcos （方便）传动角方便）传动角

13、=90 (的余角的余角)BCA压力角VCFVC沿导轨沿导轨(CD)FVCABCD 分析分析压力角压力角（）：）：从动件受力作用点的速度方位线与力从动件受力作用点的速度方位线与力 的作用线所的作用线所 夹的锐角。夹的锐角。传动角传动角（）：=90 压力角越小压力角越小(即传动角越大即传动角越大)，有用的分力越大。，有用的分力越大。所以传动角是衡量机构受力大小的一个重要参数。所以传动角是衡量机构受力大小的一个重要参数。（三）（三）死点位置死点位置 P.31从动件与连杆共线从动件与连杆共线卡死卡死 当摇杆为主动件当摇杆为主动件,而曲柄而曲柄AB与与连杆连杆BC共线时共线时(摇杆摇杆CD处于极位处于极

14、位)CD(主主)通过连通过连杆加于曲柄的驱动力杆加于曲柄的驱动力F正好通过曲柄的转动中心正好通过曲柄的转动中心A 不能产生使曲柄转动的力矩。不能产生使曲柄转动的力矩。图图2-4曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构图2-25 机构运动卡死机构运动卡死 机构运动不确定机构运动不确定存在死点条件存在死点条件：有极限位置（从动件与连杆共线）有极限位置（从动件与连杆共线）措施措施曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构摇杆主动摇杆主动死点死点死点死点 飞轮飞轮 自身惯性自身惯性 =0(=90)作业：作业：P.37 2-1P.37 2-1，2-32-3主要内容：主要内容：1.铰链四杆机构有整转副的条件铰链四杆机构有整转副的条件 2.

15、铰链四杆机构的基本特性（急铰链四杆机构的基本特性（急回特性和死点位置）回特性和死点位置）2-3 2-3 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 P.32P.32根据给定的运动条件根据给定的运动条件运动简图的尺寸参数运动简图的尺寸参数 解析法解析法精确精确 作图法作图法直观直观 实验法实验法简便简便一一.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(作图法作图法)二二.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(作图法作图法)三三.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(解析法解析法)四四.按给定点的运动轨迹设计四杆机构按给定点的运动

16、轨迹设计四杆机构(实验法实验法)实现已知实现已知(从动件从动件)运动规律运动规律 (位置位置,速度速度,加速度加速度)实现给实现给定点的运动轨迹定点的运动轨迹一.按照给定的行程速比 系数设计四杆机构:1.曲柄摇杆机构:2.导杆机构 C1PC2=(1)可求出极位夹角分析分析:(2)C1AC2=如果三点位于 同一圆上,是C1C2弧上 的圆周角如何作此圆如何作此圆 (未知A点)连OC2交圆 于P点 C2C1P=90 C1C2P=90P点可作PO已知:摇杆长度L3,行程速比系数K,摆角C2ADB1B2C1解解:(1)任选D点,作摇杆两极位C1D和C2DOAB1B2C2DC1(2)过C1作C1C2垂线C

17、1M(3)过C1、C2、P 作圆(4)AC1=L2L1,AC2=L2+L1 L1=1/2(AC2AC1)无数解以以L1为半径作圆为半径作圆,交交B1,B2点点 曲柄两位置曲柄两位置MN在圆上任选一点AC1M与C2N交于P点作C1C2N=90,P2.导杆机构:P.33已知已知:机架长L4 ,K解解:(1)任选固定铰链中心C 作导杆两极位Cm和Cn =(2)作摆角的平分线AC,取AC=L4 固定铰中心A(3)过A作导杆极位垂线 AB1(AB2)L1=AB1唯一解唯一解CmnAB1B2CmnAB1B2 DB1C1B2C2无穷多个解无穷多个解A ABCD步骤步骤：1、连接、连接B1B2,C1C2 2、

18、作、作B1B2,C1C2中垂线中垂线 3、在中垂线上取一点作、在中垂线上取一点作A,D 4、连、连AB1C1D二.按给定连杆位置设计四杆机构1.已知已知:连杆BC长L2 及连杆两个位置B1C1,B2C2固定铰固定铰A必在必在B1B2垂直平分线上垂直平分线上固定铰固定铰D必在必在C1C2垂直平分线上垂直平分线上分析(1)连接连接B1B2,C1C2并作其垂直平分线并作其垂直平分线b12,c12(2)在在b12线上任取一点线上任取一点A,在在C12.任取一点任取一点D解:连杆给定的三个位置连杆给定的三个位置 铰点已给定铰点已给定B1C1B2C2B3C3ADABCD步骤步骤：1.连接连接 B1B2,B

19、2B3 ,C1C2,C2C3 2.作各作各连线中垂线连线中垂线 3.B1B2,B2B3中垂线中垂线 之交点即为点之交点即为点A 4.C1C2,C2C3中垂线中垂线 之交点即为点之交点即为点D 5.连接连接AB1C1D即为即为 所求所求2.已知已知:连杆连杆BC长长L2及连杆三个位置及连杆三个位置B1C1,B2C2,B3C3唯一解唯一解 图图2-332-33步进式传送机构步进式传送机构 图图2-352-35连杆曲线连杆曲线 图谱图谱图图2-342-34描绘连杆曲线工具描绘连杆曲线工具四.按给定点的运动轨迹设计四杆机构 P.34作业：作业：P.38 2-6（1），），2-9主要内容：主要内容：1.1.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(作图法作图法)2.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(作图法作图法)本本 章章 小小 结结 1.基本概念：基本概念：连架杆，连杆，曲柄，摇杆、压力连架杆，连杆，曲柄，摇杆、压力 角、角、传动角，死点，急回运动（会作图）传动角，死点，急回运动（会作图）.基本内容：基本内容：平面四杆机构的基本型式及其演化方法、演平面四杆机构的基本型式及其演化方法、演 变型式变型式 识别与应用识别与应用 曲柄存在条件曲柄存在条件判别机构类型判别机构类型 平面四杆机构的平面四杆机构的设计设计作图法作图法