1、机 械 原 理试讲人：XXXXX大学 XX学院机 械 原 理平 面 连 杆 机 构运动及动力特性基本类型及其演化发展史、研究对象和内容绪 论平面四杆机构的设计机 械 原 理1.1 机械发展的历史回顾机 械 原 理1.2 研究对象“机械原理”(Mechanical Principle)研究的对象是机械。机械是机器和机构的总称，可以实现能量转换或完成有用机械功，具有确定的运动。下图所示为一内燃机示意图，主要由以下机构组成：活塞、连杆、曲轴等组成连杆机构；凸轮、推杆和机架组成凸轮机构；齿轮和机架等组成齿轮机构。机 械 原 理1.2 研究对象 除了机器外，实际中存在下图所示的椭圆规，它们借助于人力驱动
2、实现某些特定的功能。这些装置我们称之为机构。机器的特征机器的特征：1.它们是由零件人为装配组合而成的实物体；2.各实物体之间具有确定的相对运动；3.能完成有用的机械功或转化机械能。机构的特征：机构的特征：机构具有机器特征中的前两个特征。机器与机械的共有特征决定了机器与机构可以统称为机械。机 械 原 理1.3 研究内容1.机构的运动设计 机构的组成 典型机构的类型、特点、功能及运动设计方法2.机构的动力设计 机械运转过程中若干动力学问题 改善机械动力性能的设计方法 机械的平衡 机械速度波动调节 机械系统的动力分析3.机械系统方案设计 设计内容 设计方法 设计思想 设计过程方案A方案B方案C 最佳
3、方案机 械 原 理平 面 连 杆 机 构运动及动力特性基本类型及其演化发展史、研究对象和内容绪 论平面四杆机构的设计机 械 原 理2.1 平面连杆机构及其演化马躯干前左脚后左脚前右脚后右脚头例：机械马机 械 原 理2.1 平面连杆机构及其演化ABCDAD：机架；AB、CD：连架杆；BC：连杆；连架杆：定轴转动连 杆：平面一般运动铰链四杆机构 平面连杆机构是许多构件用低副（转动副和移动副）连接组成的平面机构。最简单地平面连杆机构是由四个构件组成的平面四杆机构。优点：l采用低副。承载大、便于润滑、抗磨损、形状简单、易加工并获得较高的制造精度。l改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。l连杆曲线丰富。
4、可满足不同要求。缺点：l构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低。l产生动载荷（惯性力），不适合高速。l设计复杂，难以实现精确的轨迹。机 械 原 理2.1 平面连杆机构及其演化曲柄摇杆机构：具有一个曲柄和一个摇杆的铰链四杆机构。作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动，如雷达天线。AD:机架；AB:曲柄；CD:摇杆；BC:连杆。ABDC1243ABCD曲柄摇杆机构雷达天线机 械 原 理2.1 平面连杆机构及其演化双曲柄机构：若两连接杆均为曲柄，此时四连杆机构称为双曲柄机构。作用：将等速回转转变为等速或变速回转。如叶片泵、惯性筛等。AD:机架；AB:曲柄；CD:曲柄；BC:连杆。ADBC
5、双曲柄机构惯性筛机 械 原 理特例：平行四边形机构2.1 平面连杆机构及其演化特征：两连架杆等长且平行，连杆作平动，如火车轮。ADBCABCDAD:机架；AB:曲柄；CD:曲柄；BC:连杆。平行四边形机构火车轮机 械 原 理2.1 平面连杆机构及其演化双摇杆机构：具有两个摇杆的铰链四杆机构。应用：铸造翻箱机构铸造翻箱机构、风扇摇头、风扇摇头机构机构等。特例：等腰梯形机构汽车转向等。特例：等腰梯形机构汽车转向机构机构。双摇杆机构ADBCAD:机架；AB:摇杆；CD:摇杆；BC:连杆。ABDCE汽车转向汽车转向机构机构机 械 原 理2.1 平面连杆机构及其演化(1)改变构件的形状和运动尺寸偏心曲柄
6、滑块机构对心曲柄滑块机构曲柄摇杆机构曲柄滑块机构双滑块机构 正弦机构s=l sin l机 械 原 理2.1 平面连杆机构及其演化(2)改变运动副的尺寸(3)选不同的构件为机架偏心轮机构导杆机构摆动导杆机构转动导杆机构314A2BC曲柄滑块机构314A2BC曲柄滑块机构摇块机构314A2BC机 械 原 理整转副存在条件：z四杆长度满足杆长条件：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆之和。z构成整转副的构件中必有一个是最短杆。z满足杆长条件时，最短杆两端分别是两个整转副。z此时，若以最短杆或其相邻杆作机架，机构都存在曲柄。z不满足杆长条件则没有整转副，获得双摇杆机构。2.2 平面连杆机构运动及动
7、力特性ABCDabcd若满足杆长条件：a+b c+d以AD或BC作机架均存在曲柄机 械 原 理2.2 平面连杆机构运动及动力特性急回特性：表示回程所用时间小于工作行程所用时间。慢慢j j1j j2q qv1v2快快极位夹角：q q（锐角）曲柄工作行程角：j j1曲柄回程角：j j2行程速比系数：K1122180180tKtjqjqABCD机 械 原 理2.2 平面连杆机构运动及动力特性 运动连续性：表示主动件连续运动时，从动件也能连续占据各个预期的位置。可行域传力特性：FnvFga压力角a a：受力方向和运动方向所夹的锐角；传动角g g：压力角的余角。运动连续性传力特性死点：有效分力等于零，即
8、a a=90、g g=0时四杆机构出于死点位置。机 械 原 理2.3 平面四杆机构的设计连杆机构设计的基本问题：l 机构选型根据给定的运动要求选择机构的类型；l 尺度综合确定各构件的尺度参数(长度尺寸)。给定设计条件设计方法达到设计要求1)几何条件（给定连架杆或连杆的位置）；2)运动条件（给定K）；3)动力条件（给定g gmin）。1)图解法；2)解析法；3)实验法。1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应；2)满足预定的连杆位置要求；3)满足预定的轨迹要求。机 械 原 理2.3 平面四杆机构的设计例：已知CD杆长L，摆角j及K，设计四杆机构。计算1800(K-1)/(K+1);任取一点D，作等腰三角形 腰长为CD，夹角为;作P C1C2的外接圆，则A点必在此圆上。以A为圆心，A C2为半径作弧交于E,得：l1=EC1/2 l2=A C1EC1/2作C2PC1C2，作C1P使 C2C1P=90,交于P;选定A，设曲柄为l1，连杆为l2，则:A C2=l2-l1=l1=(A C1A C2)/2 A C1=l1+l2E 90-PC1C2DAF机 械 原 理
