1、第三章 平面机构（2）,34 平面四杆机构的基本型式及其演化,35 平面四杆机构的基本知识,36 平面四杆机构的设计,平面连杆机构：由低副（转动、移动）连接组成的平面机构。,31 平面四杆机构的基本型式及演化,应用实例：,内燃机、鹤式吊、火车轮、翻箱机、椭圆仪、车门启闭机构、惯性筛、飞机起落机构、摄影平台等,作用：实现运动的转换，实现一定动作，实现一定轨迹,应用实例,优点：采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。,改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。,连杆曲线丰富。可满足不同要求。,缺点： 构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低。,产生动
2、载荷（惯性力），不适合高速。,设计复杂，难以实现精确的轨迹。,常以构件数命名： 四杆机构、多杆机构。,本章重点内容是介绍四杆机构。,四杆机构是由四个构件（包括机架）用低副连接成的连杆机构。,四杆机构各构件均用转动副连接，称为铰链四杆机构,一、平面四杆机构的基本型式,基本型式铰链四杆机构，其它四杆机构都是由它演变得到的。,根据连架杆的转动范围可分为：曲柄和摇杆,连杆作平面运动的构件；,连架杆与机架相连的构件；,连架杆,连杆,连架杆,铰链四杆机构的组成：,机架,曲柄：能作整周回转的连架杆,摇杆：仅能在一定角度内摆动的连架杆,根据曲柄和摇杆的数目，铰链四杆机构可以分为三种基本型式,（1）曲柄摇杆机构
3、,特征：曲柄摇杆,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；或将摇杆的往复摆动转变为曲 柄的整周回转，如缝纫机,曲柄,连杆,摇杆,雷达天线俯仰机构 曲柄主动,缝纫机踏板机构,（2）双曲柄机构,特征：两个曲柄,作用：将等速回转转变为等速或变速回转。,应用实例：如机车轮联动机构、惯性筛等。,惯性筛机构,实例：火车轮,特例：平行四边形机构,特征：两曲柄等长且平行，连杆作平动,摄影平台,天平,播种机料斗机构,反平行四边形机构,-车门开闭机构,平行四边形机构在共线位置出现运动不确定。,采用两组机构错开排列。,（3）双摇杆机构,特征：两个摇杆,应用举例：铸造翻箱机构,特例：等腰梯形机构汽车转
4、向机构,(1) 改变构件的形状和运动尺寸,二、平面四杆机构的演化,偏心曲柄滑块机构,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,=l sin ,(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,牛头刨床,应用实例:,小型刨床,(3)选不同的构件为机架,(3)选不同的构件为机架,手摇唧筒,这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法称为：,机构的倒置,例：选择双滑块机构中的不同构件作为机架可得不同的机构,椭圆仪机构,正弦机构,35,平面四杆机构的基本知识,平面四杆机构具有整转副可能存在曲柄。,杆1为曲柄，作整周回转，必
5、有两次与机架共线,l2(l4 l1)+ l3,则由BCD可得：三角形任意两边之和大于第三边,则由B”C”D可得：,l1+ l4 l2 + l3,l3(l4 l1)+ l2,AB为最短杆,最长杆与最短杆的长度之和其他两杆长度之和,一 、 平面四杆机构有曲柄的条件, l1+ l2 l3 + l4,l4- l1,将以上三式两两相加的：l1 l2, l1 l3, l1 l4, l1+ l3 l2 + l4,2.连架杆或机架之一为最短杆，称为短杆条件。,可知：当满足杆长条件时，其最短杆参与构成的转动副都是整转副。,整转副存在的条件：,1. 最长杆与最短杆的长度之和应其他两杆长度之和,此时，铰链A为整转副
6、。,若取BC为机架，则结论相同，可知铰链B也是整转副。,称为杆长条件。,当满足杆长条件时，说明存在整转副，当选择不同的构件作为机架时，可得不同的机构。如：曲柄摇杆、 双曲柄、 双摇杆机构。,二、急回运动和行程速比系数,在曲柄摇杆机构中，当曲柄与连杆两次共线时，摇杆位于两个极限位置，简称极位。,当曲柄以顺时针转过180+时，摇杆从C1D位置 摆到C2D。,所花时间为t1 , 平均速度为V1,那么有：,曲柄摇杆机构 3D,此两处曲柄之间的夹角 称为极位夹角。,180,当曲柄以继续转过180-时，摇杆从C2D,置摆到C1D，所花时间为t2 ,平均速度为V2 ,那么有：,180-,因曲柄转角不同，故摇
7、杆来回摆动的时间不一样，平均速度也不等。,显然：t1 t2 V2 V1,摇杆的这种特性称为急回运动。用以下比值表示急回程度,称K为行程速比系数。,且越大，K值越大，急回性质越明显。,只要 0 ， 就有 K1,所以可通过分析机构中是否存在以及的大小来判断机构是否有急回运动或运动的程度。,设计新机械时，往往先给定K值，于是:,当BCD90时，BCD,三、四杆机构的压力角、传动角和死点,压力角： 从动件驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹锐角。,设计时要求: min50,min出现的位置：,当BCD90时，,180- BCD,切向分力: F= Fcos,法向分力: F”= Fcos, F,对传动有利。
8、,=Fsin,称为传动角。,此位置一定是：主动件与机架共线两处之一。,可用的大小来表示机构传动力性能的好坏,当BCD最小或最大时，都有可能出现min,为了保证机构良好的传力性能,由余弦定律有：B1C1Darccosl22 + l32-(l4 - l1)2/2l2 l3,B2C2Darccosl22 + l32-(l4 + l1)2/2l2 l3,若B1C1D90,则,若B2C2D90, 则,1B1C1D,2180-B2C2D,机构的传动角一般在运动链最终一个从动件上度量。,minB1C1D, 180-B2C2Dmin,机构的死点位置,摇杆为主动件，且连杆与曲柄两次共线时，有：,此时机构不能运动
9、.,避免措施：两组机构错开排列，如火车轮机构;,称此位置为：,“死点”,0,靠飞轮的惯性（如内燃机、缝纫机等）。,0,0,钻孔夹具,飞机起落架,也可以利用死点进行工作：飞机起落架、钻夹具等。,36 平面四杆机构的设计,一、按给定的行程速比系数K设计四杆机构二、按预定连杆位置设计四杆机构,一、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：CD杆长，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C2PC1C2，作C1P使,作P C1C2的外接圆，则A点必在此圆上。,选定A，设曲柄为l1 ，连杆为l2 ，则:,以
10、A为圆心，A C2为半径作弧交于E,得：l1 =EC1/ 2 l2 = A C1EC1/ 2,A C2=l2- l1,= l1 =( A C1A C2)/ 2,C2C1P=90,交于P;,A C1= l1+l2,2) 导杆机构,分析：由于与导杆摆角相等，设计此 机构时，仅需要确定曲柄 a。,计算180(K-1)/(K+1);,任选D作mDn，,取A点，使得AD=d, 则: a=dsin(/2)。,作角分线;,已知：机架长度d，K，设计此机构。,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);,作C1 C2 H,作射线C1O 使C2C1O=90
11、,以O为圆心，C1O为半径作圆。,以A为圆心，A C1为半径作弧交于E,得：,作射线C2O使C1C2 O=90。,作偏距线e，交圆弧于A，即为所求。,l1 =EC2/ 2,l2 = A C2EC2/ 2,二、按预定连杆位置设计四杆机构,a)给定连杆两组位置,有唯一解。,将铰链A、D分别选在B1B2，C1C2连线的垂直平分线上任意位置都能满足设计要求。,b)给定连杆上铰链BC的三组位置,有无穷多组解。,重点：,1.四杆机构的基本形式、演化及应用；,2.曲柄存在条件、传动角、压力角、死点、急回特性：极位夹角和行程速比系数等物理含义，并熟练掌握其确定方法；,3.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原理与方法。,
