作者潘存云 第3章 平面连杆机构分析与设计 31 连杆机构及其传动特点 32 平面四杆机构的类型 33 平面四杆机构的基本知识 34 平面连杆机构的运动分析 35 平面四杆机构的运动设计 36 多杆机构及应用 作者潘存云 31 连杆机构及其传动特点 连杆机构 连杆机构由若干构件通过低副（转动副、移动副 、球面副、球销副、圆柱副及螺旋副等）连接而成的 ，故又称为低副机构 。 作者潘存云 分 类 平面连杆机构 空间连杆机构至少含有一个空间运动副。 实例 作者潘存云 特征：有一作平面运动的构件，称为连杆。 特点： 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。 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。 构件呈“杆”状、传递路线长。 缺点： 构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、 效率低。 产生动载荷（惯性力），不适合高速。 难以实现精确的轨迹。 作者潘存云 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。 名词解释： 曲柄作整周定轴回转的构件； 连杆作平面运动的构件； 连架杆与机架相联的构件； 摇杆作定轴摆动的构件； 周转副能作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。 曲柄 连杆 摇杆 32 平面四杆机构的类型 1.平面四杆机构的基本型式 作者潘存云 （1）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。如雷达天线。 雷达天线俯仰机构 曲柄主动 A B D C 1 2 4 3 A B D C 1 2 4 3 作者：潘存云教授 3 1 2 4 缝纫机踏板机构 2 1 4 3 摇杆主动 作者潘存云 （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：如叶片泵、惯性筛等。 作者：潘存云教授 A D C B 1 2 3 4 旋转式叶片泵 作者：潘存云教授 A D C B 1 2 3 A B D C 1 2 3 4 E 6 惯性筛机构 3 1 作者潘存云 耕地 料斗 D C A B 作者：潘存云教授 耕地 料斗 D C A B 作者：潘存云教授 A BC D 特例：平行四边形机构 AB = CD 特征：两连架杆等长且平行， 连杆作平动 BC = AD A B D C BC 作者：潘存云教授 播种机料斗机构 实例：蒸汽机车 摄影平台 天平 作者：潘存云教授 A D B C 作者潘存云 作者：潘存云教授 反平行四边形机构 车门开闭机构 反向 F AE D G B C A B E F D C G 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。 火车轮 作者：潘存云教授 作者潘存云 A B D C E A B D C E 作者：潘存云教授 A B D C E A B D C 风扇座 蜗轮 蜗杆 电机电机 A B D C 风扇座 蜗轮 蜗杆 （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向机构 、风扇摇头机构 B C 作者：潘存云教授A B D C 电机 A B D C 风扇座 蜗轮 蜗杆 作者潘存云 2.平面四杆机构的演化型式 (1) 改变构件的形状和运动尺寸 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 s s=l sin 作者潘存云 (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 3 1 4 A 2 B C 3 1 4 A 2 B C 曲柄滑块机构 摆动导杆机构 转动导杆机构 作者潘存云 小型刨床 牛头刨床 应用实例 A B D C E 1 2 3 4 5 6 A B D C 1 2 4 3 C2 C1 作者潘存云 (3)选不同的构件为机架 摇块机构 3 1 4 A 2 B C 导杆机构 3 1 4 A 2 B C 3 1 4 A 2 B C 曲柄滑块机构 A C B 1 2 3 4 应用实例 B 2 3 4 C 1 A 自卸卡车举升机构 应用实例 B 3 4 C 1 A 2 应用实例 4A 1 B 2 3 C 应用实例 1 3 C 4 A B 2 应用实例 A 1 C 2 3 4 B 作者潘存云 (3)选不同的构件为机架 摇块机构 3 1 4 A 2 B C 导杆机构 3 1 4 A 2 B C 3 1 4 A 2 B C 曲柄滑块机构 3 1 4 A 2 B C 直动滑杆机构手摇唧筒 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 B C 3 2 1 4 A A B C 3 2 1 4 作者潘存云 4 1 O1 O2 2 (4)平面连杆机构与平面凸轮机构的关联（高副低代） 椭圆仪机构 应用实例：双滑块机构的倒置 正弦机构 3 2 1 4 1 2 3 4 a)组成高副的元素均为圆 A B 作者潘存云 1 O1 2 O2 b)组成高副的元素一为圆，另一个为直线 A B 1 O1 2 3 1 2 3 O1 A B 4 直动凸轮机构 曲柄滑块机构 摆动凸轮机构 2 O1 A B 3 O2 1 导杆机构 A B 2 O1 A B 3 O2 1 作者潘存云 a b d c C B AD d+a C” a b d c AD B” 作者：潘存云教授 d - a AD为最短杆 连架杆a或机架d中必有一个是最短杆 三角形任意两边之和大于第三边 这说明：若有整周 回转副，则最长杆 与最短杆的长度之 和其他两杆长度 之和。 a+ b c + d a+ c b + d a+ d b + c 平面四杆机构具有周转副可能存在曲柄。而且从该例可得以下结论 由BCD 可得： 由B”C”D可得： AB为最短杆 33 平面四杆机构的基本知识 1.平面四杆机构有曲柄的条件 连架杆若能整周回转，必有两次与机架共线。 若设ad，同理有： 将以上三式两两相加得： a b ac ad b(d a)+ c c(d a)+ b 设at2 V2 V1 只要 0 K1 设计新机械时，往往先给定K值，于是 急回运动 用以下比值表示急回程度 且 K 急回性质越明显。 行程速比系数 作者潘存云 作者：潘存云教授 曲柄滑块机构的急回特性 应用：节省返程时间，如牛头刨、往复式输送机等。 作者：潘存云教授 180 180- 导杆机构的急回特性 180 180- 思考题： 对心曲柄滑块机构的急回特性如何？ 对于需要有急回运动的机构，常常是根据需要的行程速比系数K, 先求出 ，然后在设计各构件的尺寸。 导杆机构 很显然，当曲柄与连杆拉直共线时，滑 块位于右侧极限位置；而当曲柄与连杆 重叠共线时，滑块位于左侧极限位置； 作者潘存云 F F” F A B C D当BCD90时， BCD 3.平面四杆机构的压力角和传动角 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对传动有利。 =Fsin 此位置一定是：主动件与机架共线两处之一 当BCD最小或最大时，都有可能出现min F 传动角。为了保证机构良好的传力性能 作者：潘存云教授 C D D B A F” F F 可用的大小来表示机构传动力性能的好坏, 作者潘存云 车门 作者：潘存云教授 d - a C1 B1 a b c d D A 由余弦定律： (d-a)2 b2+c2-2bc cos B1C1D 同理有： B2C2Darccos b2+c2-(d+a)2/2bc 若B1C1D90,则 若B2C2D90, 则 1B1C1D 2180-B2C2D v 1 minB1C1D, 180-B2C2Dmin F 可得： B1C1Darccos b2+c2-(d-a)2/2bc 请大家回忆余弦定律 机构传动角一般在运动链 最终一个从动件上度量。 a b c d D A C2 B2 2 d + a 作者潘存云 作者：潘存云教授 F 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. 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）。 F AE D G B C A B E F D C G 0 4.平面四杆机构的死点问题 曲柄作主动件时，机构总是可以运动 F 0 作者潘存云 A B C D 1 2 3 4 P A B C D 1 2 3 4 工件 P A B D C A B C D 钻孔夹具 也可以利用死点进行工作：起落架、钻夹具等。 工件 =0 F 飞机起落架 F =0 作者潘存云 5.铰链四杆机构的运动连续性 运动连续性机构能否连续实现给定的各个位置。 可行域：摇杆的运动范围。 不可行域：摇杆不能达到的区域。 不能要求从一个可行域跳过不可行域进入另一个可行域 称此为错位不连续。 错序不连续 设计连杆机构时，应满足运动连续性条件。 D A B1 C1 B2 C2 B3 C3 D A B1 C1 B3 C3 B2 C2 C C1 C2 C1 C2 C A D B 作者潘存云 34 平面连杆机构的运动分析 作者：潘存云教授 A C B E D 设计任何新的机械，都必须进行运动分析 工作。以确定机械是否满足工作要求。 位置分析： 研究内容：位置分析、速度分析和 加速度分析。 确定机构的位置（位形），绘制机构位置图。 确定构件的运动空间，判断是否发生干涉。 确定构件(活塞)行程， 找出上下极限位置。 从动构件 点的轨迹 原动件的 运动规律 内涵： 确定点的轨迹（连杆曲线），如鹤式吊。 HE HD 构件位置 速 度 加速度 作者潘存云 速度分析： 通过分析，了解从动件的速度变化规律是否满足 工作要求。如牛头刨 为加速度分析作准备。 加速度分析： 为确定惯性力作准备。 方法： 图解法简单、直观、精度低、求系列位置时繁琐 解析法正好与以上相反。 实验法试凑法，配合连杆曲线图册，用于解决 实现预定轨迹问题。 作者潘存云 C D 一、矢量方程图解法的基本原理和方法 因每一个矢量具有大小和方向两个参数，根据已 知条件的不同，上述方程有以下四种情况： 设有矢量方程： D A + B + C D A + B + C 大小： ？ ？ 方向： D A B C A B D A + B + C 大小：？ 方向：？ 作者潘存云 B C B D A + B + C 大小： 方向： ？ ？ D A + B + C 大小： ？ 方向： ？ D A C D A 作者潘存云 vB B A C 1.同一构件上两点速度和加速度之间的关系 1) 速度之间的关系 选速度比例尺v m/s/mm， 在任意点p作图使VAvpa， a b 相对速度： VBAvab VBVA+VBA 按图解法得： VBvpb, p 设已知大小： 方向： BA ?