1、,2.1 平面连杆机构的特点及应用,2.2 平面四杆机构的基本类型,2.3 平面四杆机构的演化,2.4 平面四杆机构的设计,思考题,第二章 平面连杆机构设计,平面连杆机构的特点及应用,1. 应用,契贝谢夫四足步行机构,2. 连杆机构,3. 平面连杆机构的特点,运动副一般均为低副；,构件多呈杆状；,多种运动变换和规律；,连杆曲线形状丰富；,但运动链长、误差大、效率低；惯性力难易平衡，不适合于高速。,连杆机构是一种应用十分广泛的机构，它不仅在众多工农业机械和工程机械中得到广泛应用，而且在人造卫星、机器人以及人体假肢等，也都用到连杆机构。,即具有连杆(将原动件运动传递给从动件的构件)的机构。,铰链四
2、杆机构,铰链四杆机构：运动副均为转动副的四杆机构。,组成：机架、连架杆（曲柄、摇杆）、连杆,连架杆：与机架相联的构件；,曲 柄：相对机架作整周定轴回转的构件；,摇 杆：相对机架作定轴摆动的构件；,连 杆：作平面运动的构件；,在平面连杆机构中，结构最简单且应用最广的是由4个构件所组成的平面四杆机构，其他多杆机构均可看成是在此基础上依次增加杆组而组成。,一、曲柄存在条件,四杆机构有曲柄的条件,1) （杆长条件）,2) 连架杆或机架为最短杆,铰链四杆机构,二、铰链四杆机构的基本型式及其特性,1) 急回特性及行程速比系数,急回运动：极位及极位夹角=C1AC2,急回运动为曲柄等速转动时，摇杆的V2V1的
3、性质。,行程速比系数：,机构0，存在急回运动，愈大，急回运动愈显著。,2) 机构的压力角和传动角,压力角：指机构主动件对从动件的作用力与其作用点速度间的锐夹角。,传动角：指连杆与从动件间所夹的锐角。,3) 死点位置 机构的传动角=0的位置。,克服方法：1）同机构错位排列 2）借惯性冲过死点,1.曲柄摇杆机构,作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。,应用：天线摆动机构,风扇摇头机构,缝纫机踏板机构,摄影机抓片机构,飞剪机构,铰链四杆机构,2. 双曲柄机构,两连架杆都为曲柄的铰链四杆机构。,由于连杆与从动曲柄无共线情况，故无死点位置。,实际应用：火车轮联动机构,惯性筛机构,3. 双摇杆机构,
4、应用举例：铸造翻箱机构 、鹤式起重机,两连架杆都为摇杆的铰链四杆机构。,汽车开门机构、,摄影平台升降机,铰链四杆机构的演化,铰链四杆机构演变为其他机构：,可满足运动方面的要求；改善受力情况；满足结构设计需要。,一、曲柄滑块机构,演变过程：,曲柄摇杆机构,曲柄滑块机构 摇杆滑块 转动副D 滑动副,曲柄滑块机构 曲线轨道直线轨道,对心曲柄滑块机构(e=0),偏置曲柄滑块机构(e0）,e,曲柄为主动时，无死点位置。 e=0时无急回特性； e0时有急回特性。,当滑块为主动时，有二个死点位置。,应用：机械手爪,铰链四杆机构的演化,二、曲柄滑块机构的演变,1. 导杆机构,演变过程：,选不同的构件为机架,导
5、杆机构,导杆机构应用:,小型刨床,牛头刨床,极位夹角： 0,导杆机构具有急回运动。, 0， 90 机构传力性能好。,铰链四杆机构的演化,2. 摇块机构,曲柄滑块机构,摇块机构,摇块机构应用：汽车翻斗机构飞机起落架机构,3. 定块机构,取曲柄滑块机构中滑块为机架得定块机构：,应用：唧筒机构,铰链四杆机构的演化,4. 双滑块机构,演化过程：,双滑块机构,正旋机构,选择双滑块机构中的不同构件机架可得不同的机构：,正弦机构,椭圆仪机构,铰链四杆机构的演化,三、偏心轮机构,演变过程：扩大转动副的尺寸。,偏心轮机构,对心曲柄滑块机构,应用：剪床、锻压设备、颚式破碎机等。,铰链四杆机构的设计,机构选型 根据
6、给定的运动要求选择机构的类型；,连杆机构设计的基本问题,尺度综合 确定各构件的尺度参数(长度尺寸)。,同时要满足其他辅助条件：,结构条件(如要求曲柄、杆长比恰当、运动副结构合理等)；, 动力条件（如min）;, 运动连续性条件等。,三类设计要求：,1、满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如:飞机起落架、函数机构。,铰链四杆机构的设计,2、满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机。,如要求连杆在两个位置垂直地面且相差180,3、满足预定的轨迹要求。如: 鹤式起重机、搅拌机等。,要求连杆上E点的轨 迹为一条水平直线,搅拌机构,要求连杆上E点的轨 迹为一条卵形曲线,铰链四杆机构的设计,设计方法：图解法
7、、解析法、实验法,1. 按预定连杆位置设计四杆机构,1) 给定连杆两组位置,作B1B2、C1C2连线的垂直平分线；, 有无穷多组解。,已知：连杆长，连杆两组位置B1C1、B2C2。,试设计四杆机构。,作图：,选适当比例l，作B1C1、B2C2；,分别在两垂直平分线上的任意点处取铰链A、D，连AB1、DC1，即得四杆机构ABCD。,铰链四杆机构的设计, 有唯一解。,2) 给定连杆上铰链BC的三组位置,分别作B1B2、 B2B3 连线的垂直平分线，其交点即为铰链A点；,作C1C2、 C2C3 连线的垂直平分线，其交点即为铰链D点；,连AB1、DC1，即得四杆机构ABCD，满足设计要求。,铰链四杆机
8、构的设计,3. 按给定的行程速比系数K设计四杆机构,1) 曲柄摇杆机构,计算180(K-1)/(K+1);,已知：摇杆CD长c，摆角及K，设计此机构。步骤如下：,任取一点D，作等腰三角形腰长为CD，夹角为;,作C1PC1C2，作C1P使 C1C2P=90-, 交于P， 可知：C1PC2=,作P C1C2的外接圆，则A点必在此圆上。,选定A，连AC1、AC2，C1AC2=，满足急回要求。,铰链四杆机构的设计,设曲柄为a ，连杆为b ，则:,ml AC2=a+b,ml AC1=b-a,a = ml(AC2AC1)/2 b =ml(AC2+AC1)/2,或：以A为圆心，AC1为半径作弧交于E，,则：
9、 a=mlEC2/2 b=ml(AC2EC2/ 2),注意：此时有无数组解。再根据其他条件可确定唯一解。,铰链四杆机构的设计,3) 曲柄滑块机构,已知K，滑块行程H，偏距e，设计此机构。,计算:180(K-1)/(K+1);,取l，作C1 C2H,作射线C1O使C2C1O=90,以O为圆心，C1O为半径作圆。, a = ml (AC2AC1)/2 b =ml (AC2+AC1)/2,作射线C2O使C1C2O=90。,作偏距线e，交圆弧于A，连AC1、AC2，,则C1OC2=2。,可知 C1AC2=，满足急回要求。,本 章 重 点,杆机构的基本形式、演化及应用；,曲柄存在条件、传动角、压力角、死
10、点、急回特性、极位夹角和行程速比系数等物理意义，并熟练掌握其确定方法；, 掌握按连杆二组位置、三组位置、行程速比系数设 计四杆机构的方法。,缝纫机踏板机构,摇杆主动,思 考 题,1. 下列机构中,构件1为原动件，请确定各机构在图示位置时，对于从动件3在C 点的压力角。,=900，=00,=00，=900,在曲柄滑块中，当曲柄为主动，机构有无急回特性？,当偏距e时，机构有无急回特性？,画出导杆机构的极位夹角。,2.图示机构中，LAB=45mm，LBC=50mm，LAO=30mm，r=40mm，当AB以等角速度转动时，机构为 。,由于AO为机架，而LAO+LBC=80LAB+r=85，曲柄存在。机
11、构以最短杆为机架，所以该机构为双曲柄机构。,C1,C2,3. 根据铰连四杆机构的尺寸判别机构的类型。,思 考 题,首先判别机构是否存在曲柄：,200+700=900650+300=950,曲柄存在，且最短杆 a为曲柄。,该机构为曲柄摇杆机构。,60+110=17090+70=160,曲柄不存在。,该机构为双摇杆机构。,思 考 题,4. 设计一曲柄摇杆机构，已知：摇杆长LCD=150mm，摇杆的两个极限位置与机架(水平)的夹角分别为300和900，行程速比系数K=1，用图解法求：,（1）曲柄长度LAB，连杆长LBC，机架长LAD。(取长度比例尺0.003),（2）机构最小传动角。,D,A,C1,C2,B1,B2,解：因K=1 (=0) ，所以AC1与AC2共线。,LAD=ADL=86.60.003=260mm,LAB=ABL=250.003=75mm,LBC=BCL=750.003=225mm,AB= (AC1-AC2)/2,BC=AC1-AB,
