1、辽宁信息职业技术学院 机械设计基础精品课程教学目地：1 熟悉平面四杆机构的基本形式的结构特点和运动特点2 掌握铰链四杆机械的工作特性和曲柄存在条件3 了解滑块四杆机构的形式及应用4 掌握图解设计平面四杆机构的方法教学重点：1 铰链四杆机构基本形式的结构特点、工作原理。2 滑块四杆机械的类型及其应用3 设计平面四杆机构教学难点：1 铰链四杆机构的工作特点2 平面四杆机构的图解法设计31 概述平面四杆机构：由四个构件通过低副连接而成的平面连杆机构称为。铰链四杆机构：低副均为转动副的平面四杆机构 3.2 平面四杆机构的基本型式和应用一、四杆机构的基本形式下图所示为铰链四杆机构, 其中 AD 杆为机架
2、, 与机架相连的 AB 杆和 CD 杆称为连架杆, 与机架相对的 BC 杆称为连杆。 其中能作整周回转运动的连架杆称为曲柄； 只能在小于360的范围内摆动的连架杆称为摇杆1、 曲柄摇杆机构。定义：两连架杆中一个为曲柄，另一个为摇杆的四杆机构，成为曲柄摇杆机构作用： 曲柄摇杆机构的主要用途是改变运动形式, 可将回转运动转变为摇杆的摆动例：2. 双曲柄机构 定义：两连架杆均为曲柄的四杆机构 称为双曲柄机构。平行双曲柄机构： 在双曲柄机构中, 若相对的两杆长度分别相等。 作用：等速转变为变速转动例：3. 双摇杆机构 A1BD342C辽宁信息职业技术学院 机械设计基础精品课程定义： 两连架杆均为摇杆的
3、四杆机构称为双摇杆机构。 作用： 摆动变为摆动例：二、四杆机构存在曲柄的条件1 在曲柄摇杆机构中, 曲柄是最短杆； 2 最短杆和最长杆长度之和小于或等于其余两杆的长度之和。 根据有曲柄的条件可得推论：(1) 取与最短杆相邻的杆件为机架, 两连架杆中一个为曲柄, 另一个为摇杆, 则得曲柄摇杆机构； (2) 取最短杆为机架, 两连架杆同时成为曲柄, 则得双曲柄机构； （3） 取与最短杆相对的杆件为机架, 两连架杆都不能整周回转, 则得双摇杆机构。若最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆长度之和时，只能得到双摇杆机构。三、滑块四杆机构的形式及应用1 曲柄滑块机构2 导杆机构3 摇块机构和定块机构课号
4、23.2 平面四杆机构的运动特性M BBCMADC辽宁信息职业技术学院 机械设计基础精品课程1急回特性（曲柄摇杆机构为例）极位：当曲柄为原动件时，摇杆作往复摆动的左、右两个极限位置为；极位夹角：曲柄在摇杆处于两极位时的对应位置所夹的锐角称为，用 表示；最大摆角（ ）：摇杆的两个极位所夹的角度。分析：当主动曲柄顺时针从 AB1 转到 AB2，转过角度 1=180+，摇杆从 C1D 转到C2D，时间为 t1，C 点的平均速度为 v1。曲柄继续顺时针从 AB2 转到 AB1，转过角度=180 ，摇杆从 C2D 回到 C1D，时间为 t2，C 点的平均速度为 v2，曲柄是等速转动，其转过的角度与时间成
5、正比，因 12，故 t1t2，由于摇杆往返的弧长相同，而时间不同，t1t2，所以 v2v1， 急回特性：当曲柄等速转动时，摇杆来回摆动的速度不同，返回速度较大。称为机构的，通常用行程速度变化系数 K 来表示这种特性，即 180212tC从 动 件 工 作 平 均 速 度从 动 件 回 程 平 均 速 度80K说明：机构的急回程度取决于极位夹角的大小，只要 不等于零，即 K1，则机构具有急回特性； 越大，K 值越大，机构的急回作用就越显著。对于对心曲柄滑块机构，因 = 0，则 K=1，机构无急回特性；而对偏置式曲柄滑块机构和摆动导杆机构，因 0，则 K1，机构有急回特性。四杆机构的急回特性可以节
6、省非工作循环时间，提高生产效率，如牛头刨床中退刀速度明显高于工作速度，就是利用了摆动导杆机构的急回特性。2 平面四杆机构的传力特性1）压力角和传动角辽宁信息职业技术学院 机械设计基础精品课程压力角 :从动件上受力点的速度方向与所受作用力方向之间所夹的锐角。 传动角 :压力角的余角， 角更便于观察和测量。在机构运动过程中，压力角和传动角的大小是随机构位置而变化的，为保证机构的传力性能良好，设计时须限定最小传动角或最大压力角 max。通常取 min 4050 。为此，必须确定 = min 时机构的位置并检验 min 的值是否小于上述的最小允许值。铰链四杆机构在曲柄与机架共线的两位置处将出现最小传动
7、角。对于曲柄滑块机构，当主动件为曲柄时，最小传动角出现在曲柄与机架垂直的位置，如图 1 所示。图 2 所示的导杆机构，由于在任何位置时主动曲柄通过滑块传给从动杆的力的方向，与从动杆受力的速度方向始终一致，所以传动角始终等于 90。图 1 图 22死点死点：传动角为 90 度。表现：倒、顺转向不定（图 a）或者从动件卡死不动（图 b）的现象。曲柄滑块机构中，以滑块为主动件、曲柄为从动件时，死点位置是连杆与曲柄共线位置。辽宁信息职业技术学院 机械设计基础精品课程摆动导杆机构中，导杆为主动件、曲柄为从动件时，死点位置是导杆与曲柄垂直的位置。克服死点方法：利用惯性法使机构渡过死点；当一个机构处于死点位
8、置时，可借助另一个机构来越过死点。利用死点：飞机起落架；夹具夹紧。课号 33.3 平面四杆机构的设计各构件的尺寸参数。一般可归纳为两类问题：（1） 实现给定的运动规律（2） 实现给定的运动轨迹。设计方法有图解法、解析法和实验法。1 用图解法设计四杆机构1）按给定连杆位置设计四杆机构（1）按连杆的三个位置设计四杆机构如图所示，已知连杆的长度 BC 以及它运动中的三个必经位置 BC，要求设计该铰链四杆机构。图形分析：由于连杆上的 B 点和 C 点分别与曲柄和摇杆上的 B 点和 C 点重合，而 B 点和 C 点的运动轨迹则是以曲柄和摇杆的固定铰链中心为圆心的一段圆弧，所以只要找到这两段圆弧辽宁信息职
9、业技术学院 机械设计基础精品课程的圆心，此设计即大功告成，由此将四杆机构的设计转化为已知圆弧上的三点求圆心的问题。设计步骤：1) 选取适当的比例尺；2) 确定 B 点和 C 点轨迹的圆心 A 和 D（作法略） ；3) 联接 AB1C1D，则 AB1C1D 即为所要设计的四杆机构。4) 量出 AB 和 CD 长度，由比例尺求得曲柄和摇杆的实际长度。lAB=lAB lCD=lCD（2）按连杆的两个位置设计四杆机构由上面的分析可知，若已知连杆的两个位置，同样可转化为已知圆弧上两点求圆心的问题，而此时的圆心可以为两点中垂线上的任意一点，故有无穷多解。这一问题，在实际设计中，是通过给出辅助条件来加以解决
10、的。2按给定的行程速度变化系数设计四杆机构设已知行程速度变化系数 K、摇杆长度 lCD、最大摆角 ，试用图解法设计此曲柄摇杆机构。解： 图形分析：由曲柄摇杆机构处于极位时的几何特点我们已经知道见图 11-22） ，在已知 lCD、 的情况下，只要能确定固定铰链中心 A 的位置，则可由确定出曲柄的长和连杆的长度，即设计的实质是确定固定铰链中心 A 的位置。这样就把设计问题转化为确定 A点位置的几何问题了。设计步骤：（1）计算出极位夹角 ；（2）任取适当的长度比例尺 L，求出摇杆的尺寸 CD，根据摆角作出摇杆的两个极限位置 C1D 和 C2D。（3）连接 C1C2 为底边，作 C1C2O= C2C1O=90 的等腰三角形，以顶点 O 为圆心，C 1O 为半径作辅助圆，由图 11-33 可知，此辅助圆上 C1C2 所对的圆心角等于 2，故其圆周角为 ；（4）在辅助圆上任取一点 A，连接 A C1、A C 2，即能求得满足 K 要求的四杆机构。lAB=L（AC 2AC 1）/2lBC=L（AC 2AC 1）/2应注意：由于 A 点是任意取的，所以有无穷解，只有加上辅助条件，如机架 AD 长度辽宁信息职业技术学院 机械设计基础精品课程或位置，或最小传动角等，才能得到唯一确定解。由上述分析可见，按给定行程速度变化系数设计四杆机构的关键问题是：已知弦长求作一圆，使该弦所对的圆周角为一给定值。
