1、myh第二章第二章 平面连杆机构平面连杆机构2-1 2-1 平面四杆机构的基本形式及其演变平面四杆机构的基本形式及其演变2 2、平面连杆机构是若干个构件用平面低副（转动、平面连杆机构是若干个构件用平面低副（转动副、移动副）联接而成，各个构件在相互平行副、移动副）联接而成，各个构件在相互平行的平面内运动的机构，又称为平面低副机构。的平面内运动的机构，又称为平面低副机构。1 1、连杆机构可以根据构件之间的相对运动分为：、连杆机构可以根据构件之间的相对运动分为：平面连杆机构平面连杆机构，空间连杆机构空间连杆机构。我们主要讨论我们主要讨论平面连杆机构平面连杆机构。一、平面一、平面连杆机构的类型及特点连
2、杆机构的类型及特点3 3、根据机构中构件数目分为：、根据机构中构件数目分为：四杆机构、五杆机构、六杆机构等。四杆机构、五杆机构、六杆机构等。3、平面连杆机构的优点：、平面连杆机构的优点：1）适用于传递较大的动力，常用于动力机械。）适用于传递较大的动力，常用于动力机械。2 2）能够实现多种运动轨迹曲线和运动规律，工程上常用）能够实现多种运动轨迹曲线和运动规律，工程上常用来作为直接完成某种轨迹要求的执行机构。来作为直接完成某种轨迹要求的执行机构。3 3）依靠运动副元素的几何形面保持构件间的相互接触，）依靠运动副元素的几何形面保持构件间的相互接触，且易于制造，易于保证所要求的制造精度。且易于制造，易
3、于保证所要求的制造精度。4 4）可实现远距离传递的操纵机构。）可实现远距离传递的操纵机构。4 4、平面连杆机构的缺点平面连杆机构的缺点：1）不易于传递高速运动。不易于传递高速运动。2 2）可能产生较大的运动累积误差。可能产生较大的运动累积误差。3 3）平面连杆机构的设计较为繁难。平面连杆机构的设计较为繁难。机架机架连架杆连架杆连架杆连架杆连杆连杆 在连架杆中，能在连架杆中，能绕其轴线回转绕其轴线回转360360者称为曲柄；仅能者称为曲柄；仅能绕其轴线往复摆动绕其轴线往复摆动者称为摇杆。者称为摇杆。1 1）曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构:两连架杆中，一个为曲柄，而两连架杆中，一个为曲柄，而另一个为摇杆
4、。另一个为摇杆。2 2）双曲柄机构双曲柄机构 两连架杆均为曲柄。两连架杆均为曲柄。3 3）双摇杆机构双摇杆机构 两连架杆均为摇杆。两连架杆均为摇杆。4 41 12 23 3二、二、平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式三、平面四杆机构的演变三、平面四杆机构的演变1 1）取不同构件为机架（）取不同构件为机架（机构的倒置机构的倒置）2 2）转动副转化为移动副）转动副转化为移动副1 12 23 34 4A AC CB BD D3 31 12 24 4A AB BC CD D1 12 23 3A A4 4B BC CD D1 12 23 3A AB BC CD D4 41 12 23 34 4A
5、 AB BC CD D？3)3)扩大转动副（教材扩大转动副（教材P P3333自学）自学）2-2 2-2 平面四杆机构设计中的共性问题平面四杆机构设计中的共性问题一、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BDAC1 12 23 34 4a ab bc cd dB2ACB1DEFGFEGd+ad+a|d-a|d-a|b-c|b-c|b+cb+c欲使连架杆欲使连架杆ABAB成为曲柄，则必须使成为曲柄，则必须使ABAB通过通过与机架共线的两个位置，即必须满足与机架共线的两个位置，即必须满足 a+db+c (2-1)a+db+c (2-1)|d-a|b-c|(2-2)|d-a|b-c|(
6、2-2)(1)(1)若若dada，则可得，则可得 a+bc+d (a+bc+d (若若bc)bc)a+cb+d (a+cb+d (若若cb)cb)从而可得从而可得 abab ac ac ad ad平面连杆机构有曲柄的条件：平面连杆机构有曲柄的条件：1 1）连架杆与机架中必有一杆为四杆机构中的最）连架杆与机架中必有一杆为四杆机构中的最短杆；短杆；2 2）最短杆与最长杆之和应小于或等于其余两杆）最短杆与最长杆之和应小于或等于其余两杆的杆长之和。（杆长和条件）的杆长之和。（杆长和条件）)bc(bacd)cb(cabdcbad(2)(2)若若da da 则可得则可得 cdbdad铰链四杆机构类型的判断
7、条件铰链四杆机构类型的判断条件：1 1）在满足杆长和的条件下：）在满足杆长和的条件下：（1 1）以最短杆的相邻构件为机架，则最短杆为曲柄，另）以最短杆的相邻构件为机架，则最短杆为曲柄，另一连架杆为摇杆，即该机构为曲柄摇杆机构；一连架杆为摇杆，即该机构为曲柄摇杆机构；（2 2）以最短杆为机架，则两连架杆为曲柄，该机构为双）以最短杆为机架，则两连架杆为曲柄，该机构为双曲柄机构；曲柄机构；（3 3）以最短杆的对边构件为机架，均无曲柄存在，即该）以最短杆的对边构件为机架，均无曲柄存在，即该机构为双摇杆机构。机构为双摇杆机构。图例图例2 2）若不满足杆长和条件，该机构只能是）若不满足杆长和条件，该机构只
8、能是双摇杆双摇杆机构。机构。注意：注意：铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭多边形铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭多边形条件：条件：最长杆的杆长最长杆的杆长 2 2,:t,:t1 1tt2 2,v v1 1v00。B BA AC CB B1 1B B2 2C C2 2C C1 1B1C2AC1BB2CA AB B1 1D DC CB B2 2 =H HA AB B三、三、平面四杆机构的平面四杆机构的传动角和死点传动角和死点C CD DF FV VC CF F1 1F F2 2F F1 1=Fcos=FcosF F2 2=Fsin=Fsin1 1、机构压力角、机构压力角:在不计摩擦力、惯性力
9、和重在不计摩擦力、惯性力和重力的条件下，机构中驱使输出件运动的力的力的条件下，机构中驱使输出件运动的力的方向线与输出件上受力点的速度方向间所夹方向线与输出件上受力点的速度方向间所夹的锐角，称为机构压力角，通常用的锐角，称为机构压力角，通常用表示。表示。2 2、传动角：、传动角：压力角的余角。压力角的余角。机构的传动角和压力角作出如下规定：机构的传动角和压力角作出如下规定：minmin ；=30=306060；maxmax。、分别为许用传动角和许用压力角。分别为许用传动角和许用压力角。V VC CA AB BC CD DF FF F1 1F F2 2通常用通常用 表示表示.v vB3B3A AB
10、 BC CF F1 12 23 3v vF Fv vB3B3A AB BC CF F1 12 23 3=0=0 =90=90A AB BC CF F2 23 31 1v vB3B3nv vF F 3 3、最小、最小传动角传动角的确定的确定=arccosb2+c2-d2-a2+2adcos/2bc.=0,min=arccosb2+c2-(d-a)2/2bc =180,max=arccosb2+c2-(d+a)2/2bc min=min,180-maxminF F2 2A AB BC CD D F FV Vc cB BB BC CC Cmaxmaxminmin a ab bc cd d F F1
11、1 minmin=arccos=arccos（a+e)/ba+e)/b 为提高机械传动效率，应使其最小传动角处于工作为提高机械传动效率，应使其最小传动角处于工作阻力较小的空回行程中。阻力较小的空回行程中。B BA AC CB BB BC CC C minminB BC CA ACCB BB BC C a ae eb b4 4、机构的死点位置、机构的死点位置 在不计构件的重力、惯性力和运动副中的摩擦阻力的在不计构件的重力、惯性力和运动副中的摩擦阻力的条件下，当机构处于传动角条件下，当机构处于传动角=0=0（或（或=90=90）的位置）的位置下，无论给机构主动件的驱动力或驱动力矩有多大，均下，无论
12、给机构主动件的驱动力或驱动力矩有多大，均不能使机构运动，这个位置称为机构的死点位置。不能使机构运动，这个位置称为机构的死点位置。B BD DA AC CF FD DA AB BC CF Fv vF F1 1=Fcos=FcosF F2 2=Fsin=Fsin四、运动的连续性四、运动的连续性连杆机构的运动连续性：指该机构在运动中能够连续连杆机构的运动连续性：指该机构在运动中能够连续实现给定的各个位置。实现给定的各个位置。连杆机构的运动不连续的问题：错位不连续；错连杆机构的运动不连续的问题：错位不连续；错序不连续。序不连续。A(B)BCC1C2C1CC2 1 1 2 2DB1B3B2C1C3C2A
13、D一、平面连杆机构的功能及应用一、平面连杆机构的功能及应用1、实现刚体给定位置的设计、实现刚体给定位置的设计:机构具有能引导刚机构具有能引导刚体通过一系列给定位置的功能。体通过一系列给定位置的功能。刚体导引机构刚体导引机构。2-32-3平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计2、实现预定运动规律的设计、实现预定运动规律的设计:能精确或近似地能精确或近似地实现所要求的输出构件相对输入构件的某种函实现所要求的输出构件相对输入构件的某种函数关系。又称数关系。又称函数生成机构函数生成机构。3、实现预定轨迹的设计、实现预定轨迹的设计:连杆上某点通过某连杆上某点通过某一预先给定轨迹的功能。又称一预先给定轨迹的
14、功能。又称轨迹生成机构轨迹生成机构。4、实现、实现综合功能综合功能的设计（剪刀连续通过确的设计（剪刀连续通过确定位置，刀刃按一定轨迹运动）。定位置，刀刃按一定轨迹运动）。二、平面四杆机构的设计方法二、平面四杆机构的设计方法1 1）实验法）实验法3 3）解析法）解析法2 2）几何法）几何法三、平面四杆机构的设计（几何法）三、平面四杆机构的设计（几何法）1 1、根据给定连杆上两铰链中心的位置设计四杆、根据给定连杆上两铰链中心的位置设计四杆机构。机构。A AB B1 1B B3 3B B2 2C C1 1C C3 3C C2 2D D2 2、按给定行程速度变化系数设计四杆机构、按给定行程速度变化系数
15、设计四杆机构C C1 1D DB B1 1C C2 2B B2 2O O9090-A A AB=(ACAB=(AC2 2-AC-AC1 1)/2)/2BC=(ACBC=(AC1 1+AC+AC2 2)/2)/2ACAC1 1=BC-AB=BC-ABACAC2 2=BC+AB=BC+AB180180（K-1K-1）（K+1K+1）=A13 3）根据给定两连架杆的对应位置设计四杆机构）根据给定两连架杆的对应位置设计四杆机构B Bi iC Ci i A Ai iB Bi iC Ci iA Ai iC Ci iA Ai iB Bi iB Bi iC Ci iA Ai i B Bi iC Ci iA A
16、i i1 1、求解两连架杆对应位置设计问题的、求解两连架杆对应位置设计问题的“刚化反转法刚化反转法”x xy yA AA Ai iD D D Di iB BB Bi iC CC Ci i i i 1 1i i-i iC CA Ay yx xD DB B 如果把机构的第如果把机构的第i i个位置个位置A Ai iB Bi iC Ci iD Di i看成一刚体看成一刚体(即刚即刚化化)，并绕点，并绕点D D转过转过(-(-i i)角度角度(即反转即反转)，使输出连架杆，使输出连架杆C Ci iD D与与C C1 1D D重合，称之为重合，称之为“刚化反转法刚化反转法”。B B1 1D DB B2
17、2B B3 3E E1 1E E3 3A AB B2 2E E2 2B B2 2A AD DB B3 3E E3 3A AB B3 3E E3 3C C1 1E E2 2 1 1 1 1 2 2 3 3 2 2 3 3B B1 1D DE E1 1A A2、给定两连架杆上三对对应位置的设计问题给定两连架杆上三对对应位置的设计问题第二章关键号：第二章关键号：3、3、4、33：基本类型、：基本类型、3：演变方法、演变方法、4：共性问题、：共性问题、3：设计方法。：设计方法。结束结束设计制作：靳谦忠等设计制作：靳谦忠等机构的倒置机构的倒置曲柄摇杆机构BACDBACD双曲柄机构双曲柄机构AECDB双摇杆机构双摇杆机构鹤式起重机鹤式起重机函数生成机构函数生成机构组合功能机构组合功能机构轨迹生成机构轨迹生成机构刚体导引机构刚体导引机构刚体刚体导引导引机构机构 搅搅 拌拌 机机冲床冲床O O9090-F2F2F2F2A AB BC CD D F Fv vc cF1F1B BB BC CC Cmaxmaxminmin a ab bc cd d
