1、第三章第三章 平面连杆机构平面连杆机构第一节第一节 铰链四杆机构及其演化铰链四杆机构及其演化第二节第二节 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性 第三节第三节 实现运动要求的机构参数图解实现运动要求的机构参数图解 法实例法实例 第四节第四节 构件和运动副的结构构件和运动副的结构 概念概念 缺点缺点：效率低；累计运动误差较大；高：效率低；累计运动误差较大；高速运转时不平衡动载荷较大，且难于消速运转时不平衡动载荷较大，且难于消除。除。运动副全是转动副运动副全是转动副机架机架连架杆连架杆连架杆连架杆连杆连杆4 41 12 23 3定义定义:全由低副（转动副、移动副）构成全由低副（转动副、移动副
2、）构成的平面机构称为的平面机构称为平面连杆机构平面连杆机构 特点：特点：面接触，承载能力强，耐面接触，承载能力强，耐磨损；易于制造和获得较高的制磨损；易于制造和获得较高的制造精度；能实现多种运动规律造精度；能实现多种运动规律。内容：内容：类型、应用及其特性，平面四杆机构的设计类型、应用及其特性，平面四杆机构的设计 在此机构中，在此机构中，ADAD固定不动，称固定不动，称为为机架机架；ABAB、CDCD两构件与机架两构件与机架组成转动副，称为组成转动副，称为连架杆连架杆；BCBC称为称为连杆。连杆。在连架杆中，能作整周回转的在连架杆中，能作整周回转的构件称为构件称为曲柄曲柄，而只能在一，而只能在
3、一定角度范围内摆动的构件称为定角度范围内摆动的构件称为摇杆摇杆。是平面四杆机构的基本型式，是平面四杆机构的基本型式，其它四杆机构都是由它演变其它四杆机构都是由它演变得到的得到的。构件之间都是构件之间都是转动副转动副连接的平面四杆结构称为连接的平面四杆结构称为铰链四杆机构铰链四杆机构第一节第一节 铰链四杆机构及其演化铰链四杆机构及其演化一、平面四杆机构的基本型式一、平面四杆机构的基本型式铰链四杆机构铰链四杆机构 1 1曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 2 2双曲柄机构双曲柄机构 3 3双摇杆机构双摇杆机构 二、平面四杆机构的演化型式二、平面四杆机构的演化型式 1 1曲柄滑块机构曲柄滑块机构 2 2导杆机
4、构导杆机构 3 3偏心轮机构偏心轮机构 运动副全是转动副运动副全是转动副 1.1.曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 两连架杆中一个为曲柄，另两连架杆中一个为曲柄，另一个为摇杆一个为摇杆。摇杆为主动件时，摇杆为主动件时，则可以将摇杆的摆动转换为则可以将摇杆的摆动转换为曲柄的整周回转运动曲柄的整周回转运动。应用举例应用举例：牛头刨床工作台横向进给机构牛头刨床工作台横向进给机构 缝纫机的踏板机构缝纫机的踏板机构 一、平面四杆机构的基本型式一、平面四杆机构的基本型式 曲柄为主动件时曲柄为主动件时，可以实现由曲柄的整周回转可以实现由曲柄的整周回转运动到摇杆往复摆动的运动运动到摇杆往复摆动的运动转换。转换。7-3
5、 缝纫机踏板机构 缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构 牛头刨床进给机构牛头刨床进给机构 (a)局部结构图;(b)曲柄摇杆机构运动简图 1主动齿轮;2从动齿轮;3连杆;4摇杆（棘爪）;5棘轮;6丝杠;7机架正平行四边形机构正平行四边形机构蒸汽机车的车轮联动机构蒸汽机车的车轮联动机构2.2.双曲柄机构双曲柄机构两个连架杆都能作整周回转运动两个连架杆都能作整周回转运动振动筛（也称为惯性筛）振动筛（也称为惯性筛）在双曲柄机构中，如果在双曲柄机构中，如果组成四边形的对边长度分别组成四边形的对边长度分别相等，即相等，即，则根据曲柄相对位置的不，则根据曲柄相对位置的不同，可得到同，可得到正平行四边形机正平行四边形
6、机构构和和反平行四边形机构。反平行四边形机构。反平行四边形机构反平行四边形机构车门启闭机构车门启闭机构ADBCCDAB,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飞机起落架机构飞机起落架机构起重机中重物平移机构起重机中重物平移机构汽车前轮转向机构汽车前轮转向机构(等腰梯形机构等腰梯形机构)1.1.曲柄滑块机构曲柄滑块机构 一连架杆为曲柄，另一连架杆相对机架作往复移动而称为滑块一连架杆为曲柄，另一连架杆相对机架作往复移动而称为滑块应用举例应用举例：内燃机、空气压缩机、冲床和缝纫机等。：内燃机、空气压缩机、冲床和缝纫机等。对心式曲柄滑块机构对心式曲柄滑块机构偏置式曲柄滑块机构偏置
7、式曲柄滑块机构曲柄滑块机构二、平面四杆机构的演化型式二、平面四杆机构的演化型式（改变构件的形状和长度）（改变构件的形状和长度）取曲柄滑块机构中的取曲柄滑块机构中的不同构件作为机架不同构件作为机架，可以得到以下，可以得到以下四种不同的机构。四种不同的机构。2.2.导杆机构导杆机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构转动导杆机构转动导杆机构摇块导杆机构摇块导杆机构定块机构定块机构 应用应用 曲柄摆动导杆机构(a)曲柄摆动导杆机构;(b)电气开关小型刨床机构 卡车车厢自动翻转卸料机构 手动抽水机 3.3.偏心轮机构偏心轮机构 特点：容易加工；特点：容易加工；工作时润滑条件和受力情况好；工作时润滑条件和受力情况好
8、；可用于较重载荷的传动中。可用于较重载荷的传动中。应用举例：蒸汽机换气阀传动机构、冲压机传动机构等。应用举例：蒸汽机换气阀传动机构、冲压机传动机构等。（a a）等效曲柄滑块机构）等效曲柄滑块机构 （b b）曲柄滑块机构）曲柄滑块机构 （c c）等效曲柄摇杆机构）等效曲柄摇杆机构 （d)d)曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构扩大转动副扩大转动副一、一、曲柄存在条件曲柄存在条件 二、二、急回特性和行程速比系数急回特性和行程速比系数三、三、压力角和传动角压力角和传动角四、死点位置死点位置第二节第二节 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性 整理得整理得 dacaba将式将式、中的三个不等中的三个不等式两
9、两相加，化简后得式两两相加，化简后得 曲柄存在条件：曲柄存在条件：1）连架杆与机架中必有一杆为四杆机构中的最短杆；）连架杆与机架中必有一杆为四杆机构中的最短杆；2）最短杆与最长杆之和应小于或等于其余两杆的杆长之和。）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）（杆长和条件）你会你会判断由不同杆作机架时四杆机构属于哪种机构么？判断由不同杆作机架时四杆机构属于哪种机构么？一、曲柄存在条件一、曲柄存在条件 在在 中中DCB11 在在 中中DCB22双摇杆机构双摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双摇杆机构双摇杆机构双曲柄机构双曲柄机构cbda 以最短杆相邻杆为机架以最短杆相邻杆为机架
10、以与最短杆相对的杆为机架以与最短杆相对的杆为机架以最短杆为机架以最短杆为机架NYdcba、判断由不同杆作机架时四杆机构属于哪种机构判断由不同杆作机架时四杆机构属于哪种机构 注意：铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭多边形条件：最长杆的杆长注意：铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭多边形条件：最长杆的杆长20+1810+2817+22又最短杆AB固定作为机架其中AB、CD都为摇杆其中AB、CD都为曲柄 2.试判别下面二个图分别属于什么类型并说明连架杆的名称？此机构属于曲柄摇杆机构此机构属于双摇杆机构BACD13201924BADC2511261513+2420+19又杆AD是最短杆相邻的杆件其中
11、AB为曲柄、CD为摇杆11+2690BCD90时，时，180-BCDC1B1DA1 12 2C2B2FCDBAF”FFF F”ABCD最小传动角出现的位置最小传动角出现的位置 当当 时，时，=（对顶角关系）；（对顶角关系）；当当 时，时，=-=-（互为补角关系）。（互为补角关系）。由此可见，要判断由此可见，要判断 minmin位置前，首先应判断位置前，首先应判断minmin、maxmax位置。位置。可分以下三种情况讨论：可分以下三种情况讨论：时，时，minmin=minmin ；时，时，minmin=-=-maxmax ；机构中机构中和和两种情况共存时，可先计算当两种情况共存时，可先计算当 时
12、时的的 1min1min=minmin ，然后再计算当，然后再计算当 时的时的 =-=-maxmax 。则则 minminmin min 1min 1min,2min2min。结论：结论：min min 可能发生在主动曲柄与机架两次共线（可能发生在主动曲柄与机架两次共线（ABABABAB）的位置之一处，即的位置之一处，即 处。处。）（或oo1800进一步分析进一步分析与与 的关系的关系min2o90o90o180o90o90o180o90o90o180四、死点位置四、死点位置1 1死点的概念死点的概念 在曲柄摇杆机构中，当摇杆为主动件时，当连杆与从动曲柄共线时，在曲柄摇杆机构中，当摇杆为主动件
13、时，当连杆与从动曲柄共线时，机构的传动角机构的传动角 ，此时主动件，此时主动件CD CD 通过连杆作用于从动曲柄通过连杆作用于从动曲柄ABAB上的力上的力恰好通过其回转中心，所以出现了不能使构件恰好通过其回转中心，所以出现了不能使构件ABAB转动的转动的顶死顶死现象，机构现象，机构的这种位置称为的这种位置称为死点位置或死点死点位置或死点。o0F F1 1=Fcos=FcosF F2 2=Fsin=FsinD DA AB BC CF Fv vB BF FD DA AC Cv v具具夹夹速速快快2死点的利用死点的利用 在工程中也常常应用死点位在工程中也常常应用死点位置实现工作要求。如快速夹具、置实
14、现工作要求。如快速夹具、飞机起落架等。飞机起落架等。3死点的缺陷死点的缺陷 对于传动机构，存在死点位置是一个缺陷，常采用下列对于传动机构，存在死点位置是一个缺陷，常采用下列措施使机构顺利通过死点位置：措施使机构顺利通过死点位置：利用系统的惯性；利用系统的惯性；利用特殊机构。利用特殊机构。利用机构错位排列利用机构错位排列利用惯性利用惯性第三节实现运动要求的机构参数图解法实例第三节实现运动要求的机构参数图解法实例主要任务主要任务根据给定的运动条件，用图解法确定机构的运动尺寸。根据给定的运动条件，用图解法确定机构的运动尺寸。一、一、按给定的行程速比系数设计四杆机构按给定的行程速比系数设计四杆机构 二
15、、二、按给定的连杆位置设计四杆机构按给定的连杆位置设计四杆机构 一、按给定的行程速比系数设计四杆机构一、按给定的行程速比系数设计四杆机构1 1曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构2 2曲柄滑块机构曲柄滑块机构3 3导杆机构导杆机构步骤如下：步骤如下：计算计算180(K-1)/(K+1);任取一点任取一点D，作等腰三角形，作等腰三角形 腰长为腰长为CD，夹角为，夹角为;作作C2PC1C2，作，作C1P使使C2C1P=90,交于交于P;作作P C1C2的外接圆，则的外接圆，则A点必在此圆上。点必在此圆上。选定选定A，设曲柄为，设曲柄为l1，连，连杆为杆为l2，则，则:AC1=l1+l2 AC2=l2-l1=l
16、1=(AC1AC2)/2以以A为圆心，为圆心，A C2为半径作弧交为半径作弧交于于E,得：得：l1=EC1/2 l2=A C1EC1/21 1曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构E 90-PDAC1C2已知：已知：CD杆长，摆角杆长，摆角及及K，设计此机构。，设计此机构。（7）讨论：由于）讨论：由于A点可在点可在C1PC2的外接圆周的弧的外接圆周的弧C1PC2上任意选取，所以，若仅按行程速比系数上任意选取，所以，若仅按行程速比系数K来来设计，可以得到无穷多组解。因此，在未给出其它附设计，可以得到无穷多组解。因此，在未给出其它附加条件的情况下，如欲获得良好的传动质量，可按照加条件的情况下，如欲获得良好的传动
17、质量，可按照传动角最优或其它辅助条件来确定传动角最优或其它辅助条件来确定A点的位置。点的位置。2 2曲柄滑块机构曲柄滑块机构 已知条件：行程速比系数已知条件：行程速比系数K、滑块行程滑块行程H H偏心距偏心距e e 计算极位夹角计算极位夹角;作直线作直线C C1 1C C2 2H H/l，且，且C C1 1、C C2 2作为滑块的两极限位置作为滑块的两极限位置;根据根据C C1 1、C C2 2点求满足极位夹角为点求满足极位夹角为的的A A点（结果为一圆弧点（结果为一圆弧C C1 1PCPC2 2）;作一直线与平行，并使其间的距离等于偏心距作一直线与平行，并使其间的距离等于偏心距e e，则此直
18、线与上，则此直线与上述圆弧的交点即为曲柄的轴心述圆弧的交点即为曲柄的轴心A A 的位置的位置;连接连接ACAC1 1、ACAC2 2，并按上述作图方法，即可得到曲柄的长度，并按上述作图方法，即可得到曲柄的长度 lAB和和连杆的长度连杆的长度 lBC。11180oKKE222ae方法方法2H已知已知K K，滑块行程，滑块行程H H，偏距，偏距e e，设计，设计此机构此机构 。计算计算:180180(K-1)/(K+1);(K-1)/(K+1);作作C1 C2 H H作射线作射线C1O O 使使C2C1O=90,以以O O为圆心，为圆心，C1OC1O为半径作圆。为半径作圆。以以A A为圆心，为圆心
19、，A C1A C1为半径作弧交于为半径作弧交于E,E,得得：作射线作射线C2O O使使C1C2 O=90。作偏距线作偏距线e e，交圆弧于，交圆弧于A A，即为所求，即为所求。C1C29090-o9090-Al1=EC2/2l2=A=A C2EC2/23 3导杆机构导杆机构 分析（分析（机构简图演示机构简图演示）：对于摆动导杆机构，其极位夹角）：对于摆动导杆机构，其极位夹角 等于导杆等于导杆的摆角的摆角，而所需要确定的尺寸是曲柄长度，而所需要确定的尺寸是曲柄长度lACAC。已知条件：行程速比系数已知条件：行程速比系数K、机架长度、机架长度lADAD 计算极位夹角；计算极位夹角；选择适当的比例尺
20、作直线选择适当的比例尺作直线l，任选固定铰链点任选固定铰链点D D；按夹角按夹角（）作出导杆的两极限位置）作出导杆的两极限位置DmDm和和DnDn；作摆角作摆角的角平分线的角平分线ADAD，并在，并在ADAD上截取上截取AD=AD=lADAD/l，即可得到曲柄轴心即可得到曲柄轴心A A点的位置；点的位置；过过A A点作导杆极限位置的垂线点作导杆极限位置的垂线ACAC1 1（或（或ACAC2 2），即得曲柄长度），即得曲柄长度lACAC=lAC。11180oKK二、按给定的连杆位置设计四杆机构二、按给定的连杆位置设计四杆机构B B1 1B B2 2B B3 3C C2 2C C3 3C C1 1
21、A AD Dc c2323c c1212b b2323b b1212已知已知LBC=0.5m，两位置两位置B1C1、B2C2，固定铰固定铰链中心链中心A、D在在同一水平线上同一水平线上，LAD=LBC求摇杆求摇杆AB、CD的长度的长度具有转动副的构件结构具有转动副的构件结构第四节第四节 构件和运动副的结构构件和运动副的结构 一、构件的结构一、构件的结构2.2.具有转动副和移动副的构件结构具有转动副和移动副的构件结构整体式整体式附加轴套式附加轴套式剖分式剖分式滚动轴承式转动副结构滚动轴承式转动副结构滑动轴承式转动副结构滑动轴承式转动副结构二、运动副的结构二、运动副的结构分离式导轨分离式导轨可调间
22、隙式移动副结构可调间隙式移动副结构矩形矩形V形形燕尾形燕尾形组合形组合形几种平面接触式移动副结构几种平面接触式移动副结构平面防转平面防转销轴防转销轴防转圆柱面接触式移动副相对转动的限制圆柱面接触式移动副相对转动的限制滚轮式导轨滚轮式导轨滚珠式导轨滚珠式导轨滚动导轨式移动副结构滚动导轨式移动副结构三、平面连杆机构的调节三、平面连杆机构的调节 在某些情况下，连杆机构的结构要求具备一定的调节在某些情况下，连杆机构的结构要求具备一定的调节能力，以满足实际应用中的一些特殊要求。能力，以满足实际应用中的一些特殊要求。如图所示为采如图所示为采用螺旋机构来调整构件长度的方法。此外，还可以通过偏用螺旋机构来调整
23、构件长度的方法。此外，还可以通过偏心轮来调节构件的长度。心轮来调节构件的长度。调节支座的位置可以采用蜗轮蜗调节支座的位置可以采用蜗轮蜗杆机构、螺旋机构等机构来实现，当然，也可通过调节滑杆机构、螺旋机构等机构来实现，当然，也可通过调节滑块在导槽中的位置来调整。块在导槽中的位置来调整。调节连杆长度调节连杆长度调节曲柄长度调节曲柄长度学习重点学习重点1.1.熟练掌握并能应用四杆机构曲柄存在条件判断是否存熟练掌握并能应用四杆机构曲柄存在条件判断是否存在曲柄及机构类型；在曲柄及机构类型；2.2.理解四杆机构的行程速比系数理解四杆机构的行程速比系数K、急回特性、极位夹、急回特性、极位夹角、传动角、压力角、死点位置等概念，并能熟练通过作角、传动角、压力角、死点位置等概念，并能熟练通过作图确定和求出四杆机构的极限位置、极位夹角、最小传动图确定和求出四杆机构的极限位置、极位夹角、最小传动角（或最大压力角）和死点位置。角（或最大压力角）和死点位置。3.3.能综合运用按给定的行程速比系数能综合运用按给定的行程速比系数K K和连杆的位置等运和连杆的位置等运动条件来熟练设计四杆机构。动条件来熟练设计四杆机构。
