1、2019年6月2日星期日,02:36,机械设计基础 第二章 平面连杆机构,02:36,第一节 概述,平面连杆机构是由若干刚性构件用低副（回转副、移动副）联接而成的一种机构。平面连杆机构结构简单，易于制造，杆与杆间又是低副联接，接触面积大、压强小、磨损小，因而在各种机械中获得了广泛的应用。在平面连杆机构中，各构件间因是低副联接，故存在有间隙，传动中将产生较大的位置误差，这是平面连杆机构的主要缺点。,02:36,概述,平面连杆机构的种类很多，一般可分为四杆机构和多杆机构。四杆机构是组成多杆机构的基础，结构最为简单，是最基本的平面连杆机构，在机械中应用最多。,02:36,概述,连杆机构的应用 内燃机
2、、鹤式吊、火车轮、急回冲床、牛头刨床、翻箱机、机械手爪、椭圆仪、开窗、车门、折叠伞、床、牙膏筒、拔管机、自行车等。 特征：至少有一作平面运动的构件，称为连杆。,02:36,第二节 铰链四杆机构的基本型式,所有运动副均为转动副的平面四杆机构称为铰链四杆机构，它是平面四杆机构的最基本的型式。 组成：机架，与机架组成运动副的构件称为连架杆（曲柄和摇杆），不与机架组成运动副的构件称为连杆。,02:36,三种基本型式,曲柄摇杆机构 a) 双曲柄机构 b) 双摇杆机构 c),02:36,常用名词,曲柄作整周定轴回转的构件； 连杆作平面运动的构件； 摇杆作定轴摆动的构件； 连架杆与机架相联的构件； 周转副能
3、作360相对回转的运动副； 摆转副只能作有限角度摆动的运动副。,02:36,曲柄摇杆机构,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。如图所示雷达天线。,02:36,曲柄摇杆机构,在曲柄摇杆机构中，也有以摇杆为原动件的。如图5-4所示的缝纫机踏板机构，便是将原动件摇杆CD（踏板）的往复摆动，转换成从动件曲柄（曲轴）的整周转动。,02:36,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。上图a所示惯性筛等。特例：平行四边形机构，如右图2-9所示,图 a,图 2-9,02:36,双曲柄机构,摄影平台（图a） 播种机料斗机构（图b） 天平（图c）等。,图 a,图
4、b,图 c,02:36,双曲柄机构,机动车轮联动机构，为避免在共线位置出现运动不确定，采用如图a所示两组机构错开排列。 或采用反平行四边形机构，如图b所示车门开闭机构。,图 a,图 b,02:36,双摇杆机构,特征：两个摇杆。 图a 所示铸造翻箱机构。 图b 所示风扇摇头机构。 图c 所示等腰梯形机构汽车转向机构。,图 a,图 b,图 c,02:36,双摇杆机构,图5-6所示的飞机起落架机构 。,02:36,二、铰链四杆机构的演化,在铰链四杆机构中，若改变四个低副的组成情况和各杆的相对长度，选择不同构件为机架时可演化成各种不同型式的四杆机构。,02:36,以不同构件作为机架 构件的尺寸和形状演
5、变,02:36,曲柄滑块机构,若摇杆长度趋于无穷大时，则摇杆CD的回转副中心D将位于无穷远处而中心C的轨迹将变成为直线mm，这时摇杆CD用滑块代替，而回转副D转变成滑块与导路之间的移动副，整个机构演化为曲柄滑块机构，如图5-7b所示。,02:36,曲柄滑块机构,应用：曲柄压力机、压缩机、活塞式内燃机、弹簧管压力表、高度表等。,图 a,02:36,偏心轮机构,曲柄滑块机构当曲柄与连杆间的转动副尺寸扩大到超过曲柄中心时，可得如图b所示偏心轮机构。,图 b,02:36,正弦机构,构件3的位移与构件 1的转角的正弦成正比，即slsin（l为曲柄长度）,图 c,02:36,正切机构,构件3：y=ltan
6、， l 为摆杆摆动中心至推杆导路中心的距离。,02:36,导杆机构曲柄为机架,曲柄滑块机构当以曲柄为机架时，可得如图a所示导杆机构 。应用：图b所示小型刨床或图c所示牛头刨床。,图 a,图 b,图 c,02:36,摇块机构连杆为机架,曲柄滑块机构若选连杆为机架则可得摇块机构，应用实例如图a所示自卸卡车举升机构。,图 2-17,02:36,直动滑杆机构 滑块为机架,曲柄滑块机构若选滑块为机架则可得如图2-18所示直动滑杆机构，应用实例如图2-18所示手摇唧筒。,图 2-18,02:36,第三节 平面四杆机构曲柄存在的条件,在铰链四杆机构的三种基本形式中，其区别在于是否有曲柄存在，而有无曲柄取决于
7、机构各杆的相对长度及机架的选择。,02:36,一、曲柄存在条件,如图6-24所示，设ad，同理有： da，db，dc AD杆为最短杆。,02:36,曲柄存在条件,由上可得曲柄存在的条件为：1）最长杆与最短杆的长度之和应其他两杆长度之和称为杆长条件。2）连架杆或机架之一为最短杆(曲柄是最短杆)。此时，铰链A为周转副。,02:36,二、压力角与传动角,力F与Vc之间的夹角称为压力角 连杆与从动件轴线之间所夹锐角来判断四杆机构的传动性能的好坏，角称为传动角,02:36,三、行程速度变化系数,K-机构从动杆行程速度变化系数； -极位夹角，即曲柄在两极限位置时所夹锐角，也等于导杆的摆角。,02:36,急
8、回特征,02:36,四、死点位置,以摇杆为主动件,02:36,死点位置应用,02:36,第四节 平面四杆机构的设计,图解法 解析法 实验法给定的设计条件： 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min）,02:36,作图法设计四杆机构,给定连杆上铰链BC的三组位置 连杆上铰链BC的三组位置时，每两组位置可得一条垂直平分线，每一个铰链的两条垂直平分线有却只有一个交点，所以有唯一解，如图6-47所示。,02:36,作图法设计四杆机构,已知：机架长度d和两连架杆三组对应位置如图6-51所示。解：利用机构转化原理做法如下： 、任意选定构件AB的长度； 、连接
9、B2E2、DB2的得B2E2D； 、绕D将B2E2D旋转1-2得B2点； 、连接B3E3、DB3的得B3E3D； 、绕D将B3E3D旋转1-3得B3点； 、由B1B2B3 三点求圆心C3。,02:36,按给定的行程速比系数K设计四杆机构,曲柄摇杆机构 已知：CD杆长，摆角及K。计算180(K-1)/(K+1)； 任取一点D，作等腰三角形，腰长为CD，夹角为； 作C2PC1C2，作C1P使C2C1P=90-,交于P； 作PC1C2的外接圆，则A点必在此圆上。 选定A，设曲柄为a，连杆为b，则 AC1=a+b，AC2=b-a， 故有：a=(AC1AC2)/2 以A为圆心，AC2为半径作弧交于E，得
10、： a=EC1/2 b=AC1-EC1/2,02:36,按给定的行程速比系数K设计四杆机构,曲柄滑块机构 已知K，滑块行程H，偏距e。计算180(K-1)/(K+1)； 作C1C2H； 作射线C1O 使C2C1O=90-，作射线C2O使C1C2O=90-。 以O为圆心，C1O为半径作圆。 作偏距线e，交圆弧于A，即为所求。 以A为圆心，AC1为半径作弧交于E，得：a=EC2/2 ， b=AC2-EC2/2,02:36,按给定的行程速比系数K设计四杆机构,导杆机构 已知：机架长度d，K。对于导杆机构，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
11、作mDn，并作mDn的角分线如图； 取A点，使得AD=d,则：a=dsin(/2)。,02:36,四杆机构的传动特性及设计,公式说明特性为非线性,解析法 设计四杆机构,02:36,解析法设计四杆机构,如图6-44所示。给定连架杆对应位置。即构件3和构件1满足以下位置关系：3if (1i ) i=1,2,3n，设计此四杆机构(求各构件长度)。,02:36,解析法设计四杆机构,建立坐标系,设构件长度为a、b、c、d,1、3的起始角为0、0 a+b=c+d 在x, y轴上投影可得： acoc(1i+0 )+bcos2i = d+ccos(3i+0 ) asin(1i+0 )+bsin2i = csi
12、n(3i+0 ) 机构尺寸比例放大时，不影响各构件相对转角， 令： a/a=1 b/a=m c/a=n d/a=l 带入移项得：mcos2i= l+ncos(3i+0 )cos(1i+0 )msin2i= nsin(3i+0 )sin(1i+0 ) 消去2i整理得： cos(1i+0 )=ncos(3i+0 )-(n/l) cos(3i+0-1i -0 ) +(l2+n2+1-m2)/(2l) 令 p0=n, p1= -n/l, p2=(l2+n2+1-m2)/(2l) 则上式简化为：coc(1i+0 )p0cos(3i+0 )p1 cos(3i+0 -1i-0 )+p2式中包含有p0，p1，p2，0，0五个待定参数,故四杆机构最多可按两连架杆的五组对应未知精确求解。当i5时，一般不能求得精确解，只能用最小二乘法近似求解。 当i5时，可预定部分参数，有无穷多组解。,02:36,实验法设计四杆机构,首先在一张纸上取固定轴A的位置，作原动件角位移i； 任意取原动件长度AB； 任意取连杆长度BC，作一系列圆弧； 在一张透明纸上取固定轴D，作角位移i； 取一系列从动件长度作同心圆弧； 两图叠加，移动透明纸，使ki落在同一圆弧上。,02:36,实验法设计四杆机构,02:36,实验法设计四杆机构,02:36,实验法设计四杆机构,02:36,02:36,习题：2-4，2-7，2-10END,
