机械原理机械原理Theory of Mechanisms and Machines主讲教师主讲教师: :崔学政崔学政机电工程学院机电工程学院第八章第八章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计Planar Linkage Mechanism and Its Design8-1 连杆机构认识连杆机构认识1.1.应用举例应用举例契贝谢夫四足步行机构（契贝谢夫四足步行机构（动画动画）2.2.连杆机构连杆机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构摆动摆动导杆机构导杆机构共同特点：共同特点：低副机构低副机构构件多呈杆状，构件多呈杆状，四杆机构、四杆机构、六杆机构六杆机构例例 铰链四杆机构铰链四杆机构 杆杆rodLow pairCharacteristics8-2 平面四杆机构的类型和应用平面四杆机构的类型和应用1.1.四杆机构的类型四杆机构的类型（1）基本型式）基本型式铰链四杆机构铰链四杆机构等腰梯形机构等腰梯形机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双曲柄机构双摇杆机构双摇杆机构平行四边形机构平行四边形机构逆平行四边形机构逆平行四边形机构Four bar linkageFrame（机架）Coupler（连杆）Side link (连架杆)Crank(曲柄)rocker (摇杆) ：Double-rocker Double-crankCrank-rockerClassification and applications解决转向不确定性解决转向不确定性（2）演化形式）演化形式1）转动副演化为移动副转动副演化为移动副Replacing a revolute pair with a sliding pair2）扩大转动副扩大转动副Enlarge the dimension of a revolute pair例例铰链四杆机构的倒置铰链四杆机构的倒置曲柄滑块机构的倒置曲柄滑块机构的倒置双滑块机构的倒置双滑块机构的倒置3）换机架）换机架(机构倒置Inversion)Taking different links as the frame1）十字滑块联轴器2.2.四杆机构的应用四杆机构的应用（1）基本型式四杆机构的应用基本型式四杆机构的应用（2）演化型式四杆机构的应用演化型式四杆机构的应用8-3 平面四杆机构的基本知识平面四杆机构的基本知识1.1.铰链四杆机构有曲柄的条件铰链四杆机构有曲柄的条件( (证明略）证明略）最短杆长度最长杆长度最短杆长度最长杆长度其余两杆长度之和；其余两杆长度之和； 最短杆为连架杆或机架。最短杆为连架杆或机架。例例 铰链铰链四杆机构四杆机构1 1）各杆长度满足杆长条件各杆长度满足杆长条件2）各杆长度不满足杆长条件各杆长度不满足杆长条件铰链四杆机构尺寸变化演示铰链四杆机构尺寸变化演示Basic knowledge of four-bar mechanismCondition for having crank双摇杆机构 不满足杆长条件:结论： 最短杆为连架杆: 最短杆为机架: 最短杆为连杆:曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构302030506040605020555060505070202.2.急回运动和行程速比系数急回运动和行程速比系数（1）急回运动急回运动 曲柄等速转动，摇杆摆回的平均速度大于摆出的平均速度曲柄等速转动，摇杆摆回的平均速度大于摆出的平均速度.Quick return motion（2 2）行程速比系数）行程速比系数K K结论结论 角越大，急回性质越显著。角越大，急回性质越显著。存在存在极位夹角极位夹角 ，机构具有急回运动特性，机构具有急回运动特性Coefficient of travel speed variationQuick return property例例1 牛头刨床机构牛头刨床机构oscillating guide bar mechanismoscillating guide bar mechanism摆动摆动导杆机构导杆机构 oscillating guide bar mechanism例例2 2 对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构例例3 3 偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构 锐角 传动角 90 903 3四杆机构的压力角、传动角四杆机构的压力角、传动角Transmission angle压力角压力角 ：执行构件力作用点受力方向与该点线速度方向所：执行构件力作用点受力方向与该点线速度方向所夹锐角。夹锐角。 pressure angle ：传动越不利：传动越不利 ：传动越有利：传动越有利压力角压力角传动角传动角保证机构传力良好保证机构传力良好传动角传动角 最小传动角的确定最小传动角的确定 最小传动角的确定最小传动角的确定min40 50。例题：确定滑块机构压力角、传动角例题：确定滑块机构压力角、传动角最小传动角最小传动角传动角传动角04.4.死点死点 Dead point压力角压力角压力角压力角传动角传动角0死点死点例例 曲柄滑块机构曲柄滑块机构Dead point（1）克服死点的方法）克服死点的方法（1）克服死点的方法）克服死点的方法 1）惯性）惯性 2）停车状态？停车状态？inertia两组以上的同样机构相互错开排列两组以上的同样机构相互错开排列（2）死点的应用）死点的应用例例1 1 飞机起落架收放机构飞机起落架收放机构例例2 2 折叠式桌的折叠机构折叠式桌的折叠机构5连杆机构的运动连续性continuous moving property8-4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计1. 连杆机构设计的基本问题连杆机构设计的基本问题（1）满足预定的运动规律的要求）满足预定的运动规律的要求两连架杆位置要求两连架杆位置要求行程速比系数行程速比系数K要求要求Law of motionDesign four-bar mechanism（2）满足预定的连杆位置要求）满足预定的连杆位置要求例例1 1 小型电炉炉门的开闭机构小型电炉炉门的开闭机构Connecting rod position（3）满足预定的轨迹要求）满足预定的轨迹要求 例例1 1 鹤式起重机鹤式起重机例例2 2 搅拌机构搅拌机构path图解法图解法 解析法解析法 实验法。实验法。设计方法有：设计方法有：2. 用解析法设计四杆机构用解析法设计四杆机构（1）按预定的运动规律设计）按预定的运动规律设计按预定的两连架杆对应的位置设计按预定的两连架杆对应的位置设计（2）按预定的连杆位置设计按预定的连杆位置设计（不要求）（不要求）（3）按预定的运动轨迹设计按预定的运动轨迹设计例例1 （不要求）（不要求）Graphical Analytical Experimental methods3. 用作图法设计四杆机构用作图法设计四杆机构ABCD固定铰链固定铰链 A、D ：活动铰链活动铰链 B、C ： 圆心圆心 圆或圆弧圆或圆弧BiCii =1、2、N各铰链间的运动关系：各铰链间的运动关系：3.1 图解设计的基本原理图解设计的基本原理3.2图解设计的具体方法图解设计的具体方法（1）按连杆预定的位置设计）按连杆预定的位置设计1）已知活动铰链中心已知活动铰链中心2）已知固定铰链中心已知固定铰链中心 （不要求）（不要求）（3）按给定的行程速比系数设计四杆机构）按给定的行程速比系数设计四杆机构例例 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构（2）按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构）按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构1）已知两连架杆三对对应位置已知两连架杆三对对应位置2）已知两连架杆四对对应位置已知两连架杆四对对应位置（不要求）4. 用实验法设计四杆机构用实验法设计四杆机构（1）按两连架杆的多对对应位置设计按两连架杆的多对对应位置设计（不讲）（不讲）（2）按预定的轨迹设计按预定的轨迹设计（不讲）（不讲）(3) 连杆曲线图谱（讲）连杆曲线图谱（讲）连杆曲线连杆曲线连杆曲线图谱连杆曲线图谱构件多呈现杆的形状；构件多呈现杆的形状；可实现多种运动变换和运动规律；可实现多种运动变换和运动规律；连杆曲线连杆曲线形状丰富，可满足各种轨迹要求。形状丰富，可满足各种轨迹要求。缺点：缺点：运动链长，累积误差大，效率低；运动链长，累积误差大，效率低；惯性力难以平衡，动载荷大，不宜用于高速运动；惯性力难以平衡，动载荷大，不宜用于高速运动；一般只能近似满足运动规律要求。一般只能近似满足运动规律要求。连杆机构传动特点总结连杆机构传动特点总结运动副一般为低副；运动副一般为低副；优点：优点：本章小结本章小结2、重点掌握：、重点掌握： 连杆机构类型特点。连杆机构类型特点。 四杆机构的基本知识，曲柄条件，压力四杆机构的基本知识，曲柄条件，压力角，传动角，死点。角，传动角，死点。 低副机构，运动变换花样最多，机构学低副机构，运动变换花样最多，机构学研究最活跃。研究最活跃。 机械中应用非常广泛。机械中应用非常广泛。1、概要、概要契贝谢夫四足机器人契贝谢夫四足机器人 它是利用连杆曲线特性，当一对角足运动处在曲线的直线段时则着地静止不动，而另一对角足则处在曲线段作迈足运动，从而可实现类似动物的足行运动。