1、第第 2 章章 连杆机构连杆机构 若干刚性构件通若干刚性构件通过低副联接而成的机过低副联接而成的机构，称为连杆机构。构，称为连杆机构。第第 2 章章 连杆机构连杆机构2.1 平面连杆机构的类型平面连杆机构的类型2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性2.3 平面连杆机构的特点及功能平面连杆机构的特点及功能2.4 平面连杆机构的运动分析平面连杆机构的运动分析2.5 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计2.6 空间连杆机构简介空间连杆机构简介2.1 平面连杆机构的类型平面连杆机构的类型2.1.1 平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式2.1.2 平面四杆机构的演化平面四杆机构的演
2、化2.1.1 平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式铰链四杆机构的组成铰链四杆机构的组成机架：机架：AD连架杆：连架杆：AB、CD连杆：连杆：BC整转副：整转副：A、B摆动副：摆动副：C、D：铰链四杆机构铰链四杆机构ABCD连架杆：连架杆：曲柄、摇杆曲柄、摇杆2.1 平面连杆机构的类型平面连杆机构的类型-基本形式基本形式 根据连架杆的运动形式分：根据连架杆的运动形式分：曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 双曲柄机构双曲柄机构 双摇杆机构双摇杆机构2.1 平面连杆机构的类型平面连杆机构的类型-基本形式基本形式1 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄：曲柄：AB（连架杆作整周转动）连架杆作整周转动）摇杆：摇杆
3、：CD（连架杆不作整周转动）连架杆不作整周转动）ABCD2.1 平面连杆机构的类型平面连杆机构的类型-基本形式基本形式2 双曲柄机构双曲柄机构BC：曲柄：曲柄AD：曲柄：曲柄平行四杆机构平行四杆机构2.1 平面连杆机构的类型平面连杆机构的类型-基本形式基本形式3 双摇杆机构双摇杆机构BC：摇杆：摇杆AD：摇杆：摇杆CABDABCD2.1 平面连杆机构的类型平面连杆机构的类型-基本形式基本形式曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双曲柄机构双摇杆机构双摇杆机构平面连杆机构平面连杆机构铰链四杆机构铰链四杆机构四杆机构四杆机构2.1 平面连杆机构的类型平面连杆机构的类型-基本形式基本形式偏置曲柄滑块机构
4、偏置曲柄滑块机构2.1 平面连杆机构的类型平面连杆机构的类型-演化方式演化方式2.1.2 平面四杆机构的演化平面四杆机构的演化转动副转化为移动副转动副转化为移动副转动副转化为移动副转动副转化为移动副2.1.2 平面四杆机构的演化平面四杆机构的演化2.1 平面连杆机构的类型平面连杆机构的类型-演化方式演化方式对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构2.1.2 2.1.2 平面四杆机构的演化平面四杆机构的演化取不同构件作机架取不同构件作机架 低副运动可逆性低副运动可逆性以低副相连接的两构以低副相连接的两构件之间的相对运动关件之间的相对运动关系不会因取其中哪一系不会因取其中哪
5、一件为机架而改变。件为机架而改变。2.1 平面连杆机构的类型平面连杆机构的类型-演化方式演化方式ABCD曲柄摇杆机构ACDB双曲柄机构CABD双摇杆机构ABCD曲柄摇杆机构ABCD2.1 平面连杆机构的类型平面连杆机构的类型-演化方式演化方式转动副转化为移动副转动副转化为移动副取不同构件作机架取不同构件作机架2.1.2 平面四杆机构的演化平面四杆机构的演化2.1 平面连杆机构的类型平面连杆机构的类型-演化方式演化方式曲柄摇块机构曲柄摇块机构对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构摆动导杆机构摆动导杆机构2.1 平面连杆机构的类型平面连杆机构的类型-演化方式演化方式转动副转化为移动副转动副转化为移动副取
6、不同构件作机架取不同构件作机架变换构件的形态变换构件的形态2.1.2 平面四杆机构的演化平面四杆机构的演化2.1 平面连杆机构的类型平面连杆机构的类型-演化方式演化方式曲柄摇块机构曲柄摇块机构123摆动导杆机构摆动导杆机构1232.1 平面连杆机构的类型平面连杆机构的类型-演化方式演化方式 扩大运动副尺寸扩大运动副尺寸对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构2.1 平面连杆机构的类型平面连杆机构的类型-演化方式演化方式转动副转化为移动副转动副转化为移动副取不同构件作机架取不同构件作机架变换构件的形态变换构件的形态扩大运动副尺寸扩大运动副尺寸2.1.2 平面四杆机构的演化平面四杆机构的演化2.2.1 2
7、.2.1 运动特性运动特性转动副为整转副的条件转动副为整转副的条件急回运动特性急回运动特性运动的连续性运动的连续性2.2.2 2.2.2 传力特性传力特性压力角、传动角压力角、传动角死点位置死点位置2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性2.2.1 运动特性运动特性 具有整转副的条件具有整转副的条件:2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性AB整周转动整周转动B1C1D和和B2C2D成立成立2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性整转副存在条件：整转副存在条件：z 四杆长度满足四杆长度满足杆长条件杆长条件：最短杆与最长杆长度之：最短杆与最长杆
8、长度之和和 小于或等于小于或等于 其他两杆之和。其他两杆之和。z 整转副连接的两构件中必有一个整转副连接的两构件中必有一个最短杆最短杆。z 满足杆长条件时，最短杆两端分别是两个整转副。满足杆长条件时，最短杆两端分别是两个整转副。z 若以最短杆或其相邻杆作机架，机构都存在曲柄。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，总为双摇杆机构。不满足杆长条件则没有整转副，总为双摇杆机构。2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性以最短杆以最短杆AB为机架为机架ACDB双曲柄机构双曲柄机构2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性以最短杆
9、以最短杆AB相邻构件为机架相邻构件为机架曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构ABCD2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性AD为机架为机架ABCD曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构BC为机架为机架以最短杆以最短杆AB对面构件对面构件CD为机架为机架双摇杆机构双摇杆机构CABD2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性杆长条件不成立时杆长条件不成立时双摇杆机构双摇杆机构以上结论为以上结论为Grashoff 定理定理ABCD2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性a+e b2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性思考：曲柄滑块机构及导杆机构
10、具有整转副的条件？思考：曲柄滑块机构及导杆机构具有整转副的条件？偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构摆动导杆机构摆动导杆机构123 急回运动：急回运动：从动件摇杆往复摆动的平均速度不等。从动件摇杆往复摆动的平均速度不等。通常：快速返回，慢速工作，故称急回通常：快速返回，慢速工作，故称急回2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性急回运动的相急回运动的相对程度用行程速对程度用行程速度变化系数度变化系数K衡量衡量 极位夹角极位夹角 q q（锐角）（锐角）行程速度变化系数行程速度变化系数 K2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性偏置曲柄滑块机偏置曲柄滑块机构构2.
11、2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性分析：偏置曲柄滑块机构是否有急回运动特性？分析：偏置曲柄滑块机构是否有急回运动特性？思考：对心曲柄滑块机构是否有急回运动特性？思考：对心曲柄滑块机构是否有急回运动特性？对心曲柄滑块机对心曲柄滑块机构构2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性关键：找从动件极限位置和从动件极限位置和 对应的原动件的极位夹角对应的原动件的极位夹角2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性思考：从动件极限位置？从动件极限位置？对应的原动件的极位夹角？对应的原动件的极
12、位夹角？结论？运动连续性运动连续性 运动连续性：运动连续性：表示主动件连续运动时，从动件也能连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。续占据各个预期的位置。从动件只能在某一可行域内运动，而不能相互跨越。从动件只能在某一可行域内运动，而不能相互跨越。2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性2.2.1 运动特性总结转动副为整转副的条件转动副为整转副的条件急回运动特性急回运动特性运动的连续性运动的连续性2.2.2 传力特性传力特性压力角压力角 a a：从动件从动件受力方向和运动方向所夹的锐角受力方向和运动方向所夹的锐角传动角传动角 g g ：压力角的余角：压力角
13、的余角2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性死点位置：传动角为零。有效分力等于零死点位置：传动角为零。有效分力等于零g g =0 a a=902.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性有死点吗？有死点吗？如果有，何时发生？如果有，何时发生？如何避免死点的出现？如何避免死点的出现？2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性 避免死点避免死点 1.利用构件惯性力利
14、用构件惯性力2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性 避免死点避免死点2.多套机构交错排列多套机构交错排列2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性多套机构交错排列多套机构交错排列2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性 死点的利用死点的利用 1.夹紧装置夹紧装置2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性2.飞机起落架飞机起落架2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性3.3.电气开关分合闸机构电气开关分合闸机构合闸时机构处于死点位置合闸时机构处于死点位置,.分闸时控制杆推动分闸时控制杆推动AB分闸分
15、闸2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性 机械增益机械增益 机械获得的输出力矩大于输入力矩机械获得的输出力矩大于输入力矩实例实例:肘形机构肘形机构用于行程不大但压力要求用于行程不大但压力要求大的冲压、剪切机构大的冲压、剪切机构2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性1、传动角和压力角传动角和压力角2、死点、如何利用和避免死、死点、如何利用和避免死点点传力特性总结传力特性总结分析死点位置时,首先要搞清楚哪个是主动件2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性F=0 死点死点 自锁自锁2.3 平面连杆机构的特点及功能平面连杆机构的特点及功能
16、 运动副形状简单、易制造运动副形状简单、易制造 面接触，可以承受冲击力面接触，可以承受冲击力 构件运动形式多样构件运动形式多样 惯性力不易平衡惯性力不易平衡 运动传递的累积误差较大运动传递的累积误差较大 实现多种运动轨迹实现多种运动轨迹特点：特点：第第 2 章章 连杆机构连杆机构平面连杆机构的功用平面连杆机构的功用1.实现有轨迹、位置或运动规律要求的运动实现有轨迹、位置或运动规律要求的运动2.实现从动件运动形式及运动特性的改变实现从动件运动形式及运动特性的改变3.实现较远距离的传动实现较远距离的传动4.调解、扩大从动件行程调解、扩大从动件行程5.获得较大的机械增益获得较大的机械增益2.4 平面
17、连杆机构的运动分析（平面连杆机构的运动分析（介绍介绍）运动分析内容：位移、速度、加速度运动分析内容：位移、速度、加速度分析方法：图解法分析方法：图解法 解析法解析法 瞬心法瞬心法 相对运动图解法（矢量合成法）相对运动图解法（矢量合成法）杆组法杆组法1.速度瞬心（复习）2.机构瞬心的数目3.瞬心的位置4.应用2.4.1 瞬心法及其应用瞬心法及其应用2.4 平面连杆机构的运动分析平面连杆机构的运动分析3.瞬心的位置通过运动副直接相联的两构件的瞬心三心定理2.4 平面连杆机构的运动分析平面连杆机构的运动分析R jointsP jointsHigher pairsRollRoll-slide2.4 平
18、面连杆机构的运动分析平面连杆机构的运动分析直接相联的两构件的瞬心绝对瞬心绝对瞬心相对瞬心相对瞬心做平面运动的三个构件共有三个瞬心，做平面运动的三个构件共有三个瞬心，它们位于同一条直线。它们位于同一条直线。三心定理2.4 平面连杆机构的运动分析平面连杆机构的运动分析4.应用2.4 平面连杆机构的运动分析平面连杆机构的运动分析分析：构件分析：构件4与构件与构件2之角速比，之角速比，C 点的速度点的速度B2.4 平面连杆机构的运动分析平面连杆机构的运动分析2.4.2 杆组法杆组法2.4 平面连杆机构的运动分析平面连杆机构的运动分析计算流程图计算流程图运动学和动力学分析软件ADAMS2.4 平面连杆机
19、构的运动分析平面连杆机构的运动分析2.5 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计2.5.1 2.5.1 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2.5.2 2.5.2 平面连杆机构设计平面连杆机构设计2.5.1 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问题一：实现刚体给定位置的设计问题一：实现刚体给定位置的设计 即引导一个刚体实现一系列给定位置即引导一个刚体实现一系列给定位置砂箱造型翻转机构砂箱造型翻转机构通常称为刚体导引机构的设计通常称为刚体导引机构的设计问题二：实现预定运动规律的设计问题二：实现预定运动规律的设计 主、从动连架杆运动规律具有给定的函数关系主、从动连架杆
20、运动规律具有给定的函数关系2.5 2.5 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计通常称为函数生成机构的设计通常称为函数生成机构的设计问题三：实现预定轨迹的设计问题三：实现预定轨迹的设计 机构中某点可以实现预期的运动轨迹机构中某点可以实现预期的运动轨迹 通常称为轨迹生成机构的设计通常称为轨迹生成机构的设计2.5 2.5 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计 图解法图解法 解析法解析法 实验法实验法平面连杆机构设计方法：平面连杆机构设计方法：2.5 2.5 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计2.5.2 刚体导引机构的设计刚体导引机构的设计要求：设计四杆机构，使得连杆通过要求：设计四杆机构，使得连杆
21、通过 I、II、III三个位置三个位置2.5 2.5 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计2.5 2.5 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计第第 1 步：选定步：选定 B、C 点位置点位置第第 2 步：找步：找 A、D 点位置点位置刚体导引机构的设计刚体导引机构的设计 第第 3 步：联接步：联接 A、B1、C1、D，获得四杆机构，获得四杆机构 三点唯一确定一个圆，三点唯一确定一个圆，B B、C C确定后，确定后，A A、D D是是确定的；确定的；B B、C C的位置可以根据的位置可以根据实际情况确定，满足实际情况确定，满足设计要求的四杆机构设计要求的四杆机构有无穷多个。有无穷多个。2.5 2
22、.5 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计刚体导引机构的设计刚体导引机构的设计2.5 2.5 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计确定固定铰链点。通过3个位置时，解唯一吗？机构不唯一，不同机构的差别在什么？工程实际中的那些问题可以归纳为这个命题？刚体导引机构的设计关键：刚体导引机构的设计关键：2.5 2.5 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计2.5.3 函数生成机构的设计函数生成机构的设计 已知固定已知固定铰链点铰链点A、D，设计四杆机构，使得两个连，设计四杆机构，使得两个连架杆可以实现三组对应关系架杆可以实现三组对应关系函数生成机构函数生成机构 刚体导引机构刚体导引机构？2.5 2.5 平
23、面连杆机构的设计平面连杆机构的设计d d2.5 2.5 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计刚化反转法刚化反转法 以以CD杆为机架时看到的四杆机构杆为机架时看到的四杆机构ABCD的位置相当的位置相当于把以于把以AD为机架时观察到的为机架时观察到的ABCD的位置刚化，以的位置刚化，以D轴为中心转过轴为中心转过 得到的。得到的。低副可逆性；低副可逆性；机构在某一瞬时，各构机构在某一瞬时，各构件相对位置固定不变，件相对位置固定不变，相当于一个刚体，其形相当于一个刚体，其形状不会随着参考坐标系状不会随着参考坐标系不同而改变。不同而改变。2.5 2.5 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计2.5.3 函
24、数生成机构的设计函数生成机构的设计 已知固定已知固定铰链点铰链点A、D，设计四杆机构，使得两个连，设计四杆机构，使得两个连架杆可以实现三组对应关系架杆可以实现三组对应关系2.5 2.5 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计问题：已知A、D；先选定一个铰链点B，求C点的设计方法：找到站在杆CD上的人看到的B1、B2 、B3 的位置，连接B1、B2 、B3 的中垂线的交点是铰链点C。2.5.3 函数生成机构的设计函数生成机构的设计本章难点本章难点函数生成机构的设计函数生成机构的设计第第 1 步：选铰链点步：选铰链点B，以，以 I 位置为参考位，位置为参考位，DF1 为机架为机架第第 2 步：用刚化
25、反转法求出步：用刚化反转法求出 B2、B3 的转位点的转位点第第 3 步：做中垂线，找步：做中垂线，找C1 点点第第 4 步：联接步：联接AB1C1D2.5 2.5 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计2.5.3 函数生成机构的设计函数生成机构的设计2.5 2.5 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计2.5 2.5 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计函数生成机构设计函数生成机构设计 解析法解析法2.5 2.5 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计2.5.4 急回机构的设计急回机构的设计 已知行程速比系数已知行程速比系数 K，以及从动件两个极限位置，以及从动件两个极限位置，设计四杆机构设计四杆
26、机构2.5 2.5 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计2.5 2.5 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计急回机构的设计急回机构的设计思考：思考：A点可以在点可以在FG弧上选取吗？弧上选取吗？第第 1 步：确定步：确定D、C1、C2点，计算点，计算 q q 第第 2 步：找步：找 A 点点第第 3 步：找步：找 B 点点2.5 2.5 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计2.5 2.5 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计2.5 2.5 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计急回机构的设计小结急回机构的设计小结已知急回特性系数已知急回特性系数K K及从动件的极限位置及从动件的极限位置,求杆长求
27、杆长及铰链点及铰链点A A的位置的位置确定确定,先找到先找到P P点点(根据根据90900 0-),),再定再定A A点点设计方法适用所有有急回特性的机构设计方法适用所有有急回特性的机构思考思考:摆动导杆机构如已知摆动导杆机构如已知K,K,如何设计如何设计?2.5.5 轨迹生成机构的设计轨迹生成机构的设计 设计一个四杆机构，使得机构上设计一个四杆机构，使得机构上 M 点实现给定轨迹点实现给定轨迹2.5 2.5 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计轨迹生成机构的设计轨迹生成机构的设计 解析法解析法M（x，y）a,b,c,d,e,fg,h,j j0 02.5 2.5 平面连杆机构的设计平面连杆机构
28、的设计连杆机构连杆机构因低副的约束多、自由度因低副的约束多、自由度少少,设计灵活度受到限制设计灵活度受到限制减少约束减少约束 增加自由度增加自由度 2.5 2.5 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计减少约束减少约束开式链开式链机构机构轨迹生成机构的设计轨迹生成机构的设计 实验法实验法2.5 2.5 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计ABCD减少约束减少约束增加自由度增加自由度原动件增加原动件增加五杆五杆机构机构组和组和机构机构平面连杆机构设计小结平面连杆机构设计小结一、刚体导引机构设计：实现连杆几个预定位置一、刚体导引机构设计：实现连杆几个预定位置二、函数生成机构设计：实现连架杆对应运动规
29、律二、函数生成机构设计：实现连架杆对应运动规律 作图法：刚化反转法作图法：刚化反转法 解析法：可以精确实现解析法：可以精确实现5组对应关系组对应关系三、急回机构设计：实现具有急回特性的四杆机构三、急回机构设计：实现具有急回特性的四杆机构 问题关键：问题关键：A 点的确定方法点的确定方法四、轨迹生成机构设计：实现预期轨迹四、轨迹生成机构设计：实现预期轨迹 解析法：解析法：9个精确点位置个精确点位置 实验法：增加自由度或者减少约束，增加设计灵活度实验法：增加自由度或者减少约束，增加设计灵活度难难 点：点：如何将工程实际问题归结为设计命题如何将工程实际问题归结为设计命题 设计结果分析设计结果分析重重
30、 点：点：掌握各种设计思路：反推；转化掌握各种设计思路：反推；转化 寻找问题的本质原因，善于总结，举一反三寻找问题的本质原因，善于总结，举一反三基本点：基本点：连杆机构中构件并非一条线，而是代表一个面连杆机构中构件并非一条线，而是代表一个面 刚化反转法一定要理解，熟练使用刚化反转法一定要理解，熟练使用平面连杆机构设计小结平面连杆机构设计小结本章重点小结本章重点小结一、平面四杆机构的基本形式和演化手段一、平面四杆机构的基本形式和演化手段 曲柄摇杆（双曲柄、曲柄滑块、双摇杆摆动摇杆）机构曲柄摇杆（双曲柄、曲柄滑块、双摇杆摆动摇杆）机构二、平面四杆机构的运动和动力特性二、平面四杆机构的运动和动力特性 整转副存在条件、急回特性、压力角（死点）整转副存在条件、急回特性、压力角（死点）三、平面四杆机构的设计三、平面四杆机构的设计四、学习分析问题和解决问题的方法四、学习分析问题和解决问题的方法 复杂问题复杂问题 简单问题简单问题 计算机可以处理的问题计算机可以处理的问题 新问题新问题 已有知识已有知识 假设的解决方案假设的解决方案
