第5章 平面连杆机构的运动分析和设计平面连杆机构机构的类型和应用机构运动分析方法机构运动设计方法机构的运动特性15.1平面连杆机构及其应用 结构特点 :机构中所有构件的运动平 面平行或重合，并且，所有运动副都是 低副 连杆机构应用2挖 掘 机挖掘机挖掘机3播种机送料机送料机4变化多端的连杆曲线连杆曲线连杆曲线搅拌器5正弦机构正弦机构正弦机构65.2 平面连杆机构的基本运动特性 5.2.1曲柄存在条件 取不同构件为机架取不同构件为机架7曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构 8正反四边形四边形机构9升降机构升降机构反平行门播种机 10通过加入虚约束克服机构的不定点位置克服不定点克服不定点11铰链五杆机构的曲柄存在条件将各构件的杆长从小到大进行排列五杆机构五杆机构12洗衣机135.2.2 摇杆的极限位置和机构的急 回运动特性 1. 摇杆的极限位置及其摆角 极位夹角14曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构15阴影区域为摇杆运动的可行区域 极位夹角162. 机构的急回运动特性 曲柄匀速转动,角 被称为极位夹 角行程速比系数K 极位夹角极位夹角运动线图分析175.3 连杆机构的演化 1.改变构件的形状和运动尺寸 2.取不同的构件为机架 2. 取不同的构件为机架 18门机构牛头刨床唧筒机构装卸车193. 扩大转动副 扩大转动副扩大转动副204. 运动副元素的逆换 215.4 平面连杆机构运动分析的解析法 图解法 解析法 商业软件ADAMS, PRO/E连杆机构传动225.4.1 方程组的求解方法在机构运动分析和设计中，所求解的 方程通常是代数方程组，有的是线性方程 ，也有的是非线性方程。 可以采用牛顿迭代法求解非线性方程组 。23已知机构的结构尺寸、固定铰链点位 置和原动件的运动。试分别以构件CD和构 件AB为原动件，确定机构中所有从动构件 的运动。 5.4.2 平面连杆机构正运动学分析的直角 坐标法242526注： 1、以构件CD为原动件时，机构为级机构，求 解顺序为点C、点F、点B，然后再求机构中各个 构件的角运动。 2、当以构件AB为原动件时，机构为级机构 ， 不能再像级机构那样直接利用几何关系求解了 ，在机构的可动范围内机构的位置方程组有确定 的解，方程组是非线性的代数方程，可采用牛顿 迭代法等方法进行求解 。 3、位置方程对时间的一阶导数便为该点的速度 方程，对时间的二阶导数便为该点的加速度方程 。27逆运动学问题：给定机械手末端点P 的位置 ，求解构件的角位置。逆运动学分析的具体内容是：（1）确定机构的工作空间；（2）确定解的个数 ；（3）确定解的解法 。 5.4.3 平面连杆机构的逆运动学分析285.5 运动副间隙对机构运动的影响实际上，运动副中存在的间隙不仅引 起冲击、噪音和磨损，还会使机构的运动传 递不准确。 5.6 平面连杆机构的运动设计主要介绍按照机构的运动要求进行单自由度构件运动尺寸设计的理论和方法 29实现连杆实现对应实现轨迹30实现给定的行程速比系数K 的设计方法设计过程设计过程5.6.1 连杆机构运动设计的图解法31RR开链实现连杆位置32已知固定铰链点A机构相对运 动不变原理33铰链四杆机构实现连杆的位置(刚体引导)34铰链四杆机构实现连杆的三个精确位置P1Q1,，P2Q2，P3Q3 的设计图解方法实现三个位置实现三个位置35机构不能可靠到位机构不能顺序到位曲柄摇杆机构365.6.2 平面连杆机构运动设计的位移矩阵法 1.刚体运动位移矩阵刚体运动矢量运动37刚体的位移矩阵方程38 刚体平移时 刚体绕点P转动时 刚体的位移矩阵方程保持了刚体运动的 所有性质。39404142转杆引导：设计变量未知数4个，方程数n-1 个，实现连杆精确 位置最大数目 N=5.434445滑块引导：设计变量未知数2个，方程数n- 2个，实现连杆精确位 置最大数目为446例：设计一个转杆滑块机构，实现连杆 精确位置（Pi,i）i=1,2,，n。47四杆机构的连架杆有：转杆和滑块 (连杆与连架杆之间为铰链）机构类型实现连杆精确位置最大数目转杆滑块机构4双滑块机构 4铰链四杆机构548 已知连杆的运动可写出连杆的位移矩阵 铰链点B, C是连杆上的点，故有 动铰链点在机构运动中的运动约束49 选择机构类型； 确定设计变量（固定点和动点在第一位 置时的坐标）； 写出机构运动时动点的约束方程； 将动点在第 I 位置的坐标以位移矩阵方 程代入，得到设计方程； 求解设计方程；利用刚体位移矩阵进行机构综合的方法50翻沙机械的设计(双摇杆机构曲柄驱动)51螺栓夹钳机构设计(未给定/给定固定铰链点)52纸卷传送替代机构的设计(实现多位置)53实现点位对应的连杆机构设计54例：设计一铰链四杆机构ABCD，用两连架 杆AB和CD实现给定的函数关系=()， 其中和分别为杆CD和AB上一条标线与轴 正向之间的夹角。 55解法1：分别写出 构件AB、CD的位移矩阵，利用 连杆BC的长度不变建立约束方程。解法2：首先写出构件AB相对于CD的运动位移矩 阵，然后，利用在相对运动中点到点C1的 距离保持不变为运动约束条件，建立约束 方程。565758实现连杆轨迹精确点Pi（xPi,yPi）i=1,2,，n。 与实现连杆精确位置 问题相比较，连杆的转 角i成为未知量，则将 也作为一个要求解的变 量，如果给定的点P的 精确位置数是n的话， 则总的设计变量数为 8+(n-1)。工程中，通常用连杆 曲线图谱的方法来解决 轨迹发生问题 59机构设计赏析热处理炉门的设计为防止炉门与 炉壁相碰在 、位置间加 第位置。已知固定铰链 点。60反转法612P62刚体位移矩阵法636465机构的运动控制 构件AB为原动件，确定其运动范围:点B、C、D共线由余弦定理可得机构为双摇杆机构。6667炉门的运动分析（位置方程）68炉门 69