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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,8,章 平面连杆机构及其设计,8.1,连杆机构及其传动特点,8.2,平面四杆机构的类型和应用,8.3,平面四杆机构的基本知识,8.4,平面四杆机构的设计,8.5,多杆机构简介（自学）,机械原理,沈阳航空工业学院,连杆机构常用其所含的杆数而命名，,故此类机构统称为,连杆机构,。,8.1,连杆机构及其传动特点,连杆机构,曲柄滑块机构,摆动,导杆机构,此类机构的共同特点：,机构的原动件,1,和从动件,3,的运动都需要经过,连杆,2,来传动。,机构中的运动副一般均为低副。,故此类机构也称,低副机构,。,连杆机构中的构件多呈现杆的形状，,故有,四杆机构、,六杆机构,等。,铰链四杆机构,故常称构件为,杆,。,连杆（,coupler),：不直接与机架相联的中间构件,机械原理,沈阳航空工业学院,构件多呈现杆的形状；,可实现多种运动变换和运动规律；,连杆曲线,形状丰富，可满足各种轨迹要求。,缺点：,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；,一般只能近似满足运动规律要求。,传动特点,运动副一般为低副；,优点：,机械原理,沈阳航空工业学院,8,.,2,平面四杆机构的类型和应用,1.,四杆机构的类型,（,1,）基本型式,铰链四杆机构,等腰梯形机构,曲柄摇杆机构,双曲柄机构,双摇杆机构,平行四边形机构,逆平行四边形机构,机架,:4,连架杆：曲柄,1,摇杆,3,连杆,:2,周转副：,A B,摆转副,:C D,曲柄摇杆机构,(crank-rocker mechanism),机械原理,沈阳航空工业学院,双曲柄机构,(double crank mechanism),铰链四杆机构,曲柄摇杆机构,双曲柄机构,双摇杆机构,平行四边形机构,反平行四边形机构,机械原理,沈阳航空工业学院,反平行四边形机构,机械原理,沈阳航空工业学院,铰链四杆机构,曲柄摇杆机构,双曲柄机构,双摇杆机构,双摇杆机构,(double rocker mechanism),等腰梯形机构,等腰梯形机构,机械原理,沈阳航空工业学院,8.2,平面四杆机构的类型和应用,1.,四杆机构的类型,（,1,）基本型式,铰链四杆机构,曲柄摇杆机构,双曲柄机构,双摇杆机构,（,2,）演化形式,其他型式的四杆机构可以认为是由基本型式的四杆机构演化,而来的，,其演化方法有：,1,）,改变构件的形状及运动尺寸,机械原理,沈阳航空工业学院,（,2,）演化形式,1,）,改变构件的形状及运动尺寸,机械原理,沈阳航空工业学院,曲柄滑块机构,偏心轮机构,2,）,改变运动副的尺寸,（,2,）演化形式,1,）,改变构件的形状及运动尺寸,偏心轮机构,双偏心轮机构,滑块内置式偏心轮机构,曲柄摇杆机构,机械原理,沈阳航空工业学院,铰链四杆机构的倒置曲柄滑块机构的倒置,3,）选用不同的构件为机架,（即,机构的倒置,）,曲柄摇杆机构,曲柄摇杆机构,双曲柄机构,双摇杆机构,曲柄滑块机构,ABC,为回转导杆机构,ABC,为摆动导杆机构,机械原理,沈阳航空工业学院,曲柄滑块机构,机械原理,沈阳航空工业学院,曲柄滑块机构,机械原理,沈阳航空工业学院,铰链四杆机构的倒置,曲柄滑块机构的倒置,双滑块机构的倒置,3,）选用不同的构件为机架,（即,机构的倒置,）,正弦机构,双滑块机构,双转块机构,以构件,2,或,4,为机架,机械原理,沈阳航空工业学院,4,）,运动副元素的逆换,2.,四杆机构的应用,（,1,）,基本型式四杆机构的应用,（,2,）,演化型式四杆机构的应用,3,）选用不同的构件为机架,（即,机构的倒置,）,（,2,）演化形式,1,）,改变构件的形状及运动尺寸,2,）,改变运动副的尺寸,a),构件,2,包容,3,b),构件,3,包容,2,机械原理,沈阳航空工业学院,8.3,平面四杆机构的基本知识,1.,铰链四杆机构有曲柄的条件,最短杆长度最长杆长度其余两杆长度之和；,组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆。,（,1,）,周转副的条件,其中第一个条件称为,杆长条件,。,机械原理,沈阳航空工业学院,1.,铰链四杆机构有曲柄的条件,（,2,）铰链四杆机构有曲柄的条件,最短杆为连架杆或机架。,例,:,铰链,四杆机构,（,1,）,周转副的条件,1）,各杆长度满足杆长条件,各杆长度应满足杆长条件；,2,）,各杆长度不满足杆长条件,结论：,如果,铰链,四杆机构,各杆长度满足杆长条件，,当最短杆为连架杆时，则机构为,曲柄摇杆机构,；当最短杆为机架时，则机构为,双曲柄机构,；当最短杆的相对杆为机架时，机构为,双摇杆机构,。,如果各杆长度不满足杆长条件，,则机构无周转副，此时不论以何杆为机架，机构均为,双摇杆机构,。,机械原理,沈阳航空工业学院,例,:,偏置曲柄滑块机构,偏置曲柄滑块机构有曲柄的条件：,连架杆长度偏距连杆的长度；,连架杆为最短杆。,对心曲柄滑块机构有曲柄的条件：,连架杆长度连杆的长度；,连架杆为最短杆。,机械原理,沈阳航空工业学院,2.,急回运动和行程速度变化系数,（,1,）,急回运动,当主动件曲柄等速转动时，从动件摇杆摆回的平均速度大于,摆出的平均速度，摇杆的这种运动特性称为,急回运动,。,（,2,）行程速度变化系数,K,v,2,v,1,K,=,180,180,=,结论,且,角越大，,K,值越大，机构的急回性质也越显著。,小型,刨床机构,当机构存在,极位夹角,时，机构便具有急回运动特性；,对心曲柄滑块机构,偏置曲柄滑块机构,机械原理,沈阳航空工业学院,连杆,BC,与从动件,CD,之间所夹的锐角,称为四杆机构在此位置的,传动角,且,90,90,最小传动角的确定,：对于曲柄摇杆机构，,min,出现在主动件,曲柄与机架共线的两位置之一。,为了保证机构传力性能良好，,应使,min,40,50,。,3,四杆机构的传动角,Transmission angle of four-bar linkages,对于曲柄摇杆机构，以摇杆,CD,为主动件，则当连杆与从动件,曲柄共线时，机构的传动角,0,，,这时主动件,CD,通过连杆作,用于从动件,AB,上的力恰好通过其回转中心，出现了不能使构件,AB,转动的“顶死”现象，,机构的这种位置称为“,死点,”。,4.,死点,曲柄滑块机构,摆动导杆机构,曲柄摇杆机构,机械原理,沈阳航空工业学院,（,1,）克服死点的方法,1,）利用安装飞轮加大惯性的方法，借惯性作用使机构闯过死点。,2采用将两组以上的同样机构组合使用，且使各组机构的死点位置相互错开排列的方法。,（,2,）死点的应用,飞机起落架收放机构,折叠式桌的折叠机构,夹具,机械原理,沈阳航空工业学院,5.,铰链四杆机构的连杆曲线,在四杆机构运动时，其连杆平面上的每一点均描绘出一条曲线，称为连杆曲线,(coupler curves),B,型,水滴型,面包型,瘦长型,伪椭圆型,三角型,单直线型,机械原理,沈阳航空工业学院,6,连杆机构的运动连续性,机械原理,沈阳航空工业学院,8.4,平面四杆机构的设计,1.,连杆机构设计的基本问题,流量指示机构,牛头刨床机构,（,2,）满足预定的连杆位置要求,连杆机构设计的基本问题是根据给定的要求选定机构的型式，,确定各构件的尺寸，同时还要满足结构条件、动力条件和运动连,续条件等。,（,1,）满足预定的运动规律的要求,即满足两连架杆预定的对应位置要求,（又称,实现函数的问题,),；,即要求连杆能占据一系列预定位置,小型电炉炉门的开闭机构,满足给定行程速比系数,K,的要求等。,（又称,刚体导引问题,）。,机械原理,沈阳航空工业学院,（,3,）满足预定的轨迹要求,图解法、解析法和实验法。,即要求在机构的运动过程中，连杆上某些点的轨迹能满足预,定的轨迹要求。,鹤式起重机,搅拌机构,连杆机构的设计方法有：,2.,用解析法设计四杆机构,（,1,）按预定的运动规律设计,1,）,按预定的两连架杆对应的位置设计,2,）,按期望函数设计四杆机构,（,2,）,按预定的连杆位置设计,（,3,）,按预定的运动轨迹设计,例,1,例,2,机械原理,沈阳航空工业学院,3,、作图法设计四杆机构,(3),按行程速比系数,k,设计四杆机构,(2),按两连架杆预定位置设计四杆机构,(1),按连杆预定位置设计四杆机构,(1),按连杆预定位置设计四杆机构,b,）已知连杆三个预定位置,1),假设活动铰链,B,、,C,已知，求固定铰链,A,、,D,a,）已知连杆两个预定位置,c,）已知连杆四个预定位置,机械原理,沈阳航空工业学院,(1),按连杆预定位置设计四杆机构,2,）假设固定铰链,A,、,D,已知，求活动铰链,B,、,C,a,）已知连杆两个预定位置,1),假设活动铰链,B,、,C,已知，求固定铰链,A,、,D,机械原理,沈阳航空工业学院,b,）,已知连杆三个预定位置,a,）已知连杆二个预定位置,1),假设活动铰链,B,、,C,已知，求固定铰链,A,、,D,2,）假设固定铰链,A,、,D,已知，求活动铰链,B,、,C,(1),按连杆预定位置设计四杆机构,机构倒置,：转换机架法,机械原理,沈阳航空工业学院,(2),按两连架杆预定位置设计四杆机构,1,）按两连架杆两组对应位置设计四杆机构,基本方法,:,反转法？,已知机架长度、两连架杆两组对应转角，若,AB,的长度已知，,CD,的长度未知，设计此四杆机构。,取,CD,为新机架（以,C,1,D,为机架），,AB,为新连杆，将此设计问题转化为已知连杆位置设计四杆机构问题。,机构倒置,机械原理,沈阳航空工业学院,(2),按两连架杆预定位置设计四杆机构,1,）按两连架杆两组对应位置设计四杆机构,a,）已知机架长度、两连架杆两组对应转角，设计四杆机构,(,以,C,1,D,为新机架,),。,所设计的机构是,AB,1,C,1,D,机械原理,沈阳航空工业学院,b,）已知机架长度、两连架杆两组对应转角，设计四杆机构,(,以,C,2,D,为新机架,),。,(2),按两连架杆预定位置设计四杆机构,1,）按两连架杆两组对应位置设计四杆机构,a,）已知机架长度、两连架杆两组对应转角，设计四杆机构,(,以,C,1,D,为新机架,),。,所设计的机构是,AB,2,C,2,D,机械原理,沈阳航空工业学院,c,）,已知机架长度、两连架杆两组对应转角，设计四杆机构（以,AB,2,为新机架）,a,）,已知机架长度、两连架杆两组对应转角，设计四杆机构,(,以,C,1,D,为新机架,),。,b,）已知机架长度、两连架杆两组对应转角，设计四杆机构,(,以,C,2,D,为新机架,),。,所设计的机构,AB,2,C,2,D,机械原理,沈阳航空工业学院,(1),按连杆预定位置设计四杆机构,d,）,已知机架长度、两连架杆两组对应转角，设计四杆机构（以,AB,1,为新机架）。,a,）,已知机架长度、两连架杆两组对应转角，设计四杆机构,(,以,C,1,D,为新机架,),。,b,）已知机架长度、两连架杆两组对应转角，设计四杆机构,(,以,C,2,D,为新机架,),。,c,）已知机架长度、两连架杆两组对应转角，设计四杆机构（以,AB,2,为新机架）。,课下思考：如何设计？,(2),按两连架杆预定位置设计四杆机构,3,、作图法设计四杆机构,1,）按两连架杆两组对应位置设计四杆机构,机械原理,沈阳航空工业学院,2,）按两连架杆三组对应位置设计四杆机构,已知机架长度、两连架杆三组对应转角，设计四杆机构（以,C,1,D,为新机架）。,所设计的机构是,AB,1,C,1,D,机械原理沈阳航空工业学院,(3),按给定的行程速比系数设计四杆机构,曲柄摇杆机构,(1),按连杆预定位置设计四杆机构,(2),按两连架杆预定位置设计四杆机构,机械原理,沈阳航空工业学院,(3),按给定的行程速比系数设计四杆机构,曲柄摇杆机构,曲柄滑块机构,机械原理,沈阳航空工业学院,(3),按给定的行程速比系数设计四杆机构,曲柄摇杆机构,曲柄滑块机构,摆动导杆机构,AD=d,机械原理,沈阳航空工业学院,主要内容,1,连杆机构：具有连杆的低副机构。,连杆：不直接与机架相联的中间构件。,2,平面四杆机构的基本型式：,铰链四杆机构，它包含：,曲柄摇杆机构,双曲柄机构,双摇杆机构,3,平面四杆机构的演化方法1,）改变构件的形状和相对尺寸；,（,2,）改变运动副的尺寸；,（,3,）选不同的构件为机架；,（,4,）运动副元素的逆换。,机械原理,沈阳航空工业学院,4,平面四杆机构有曲柄的条件：,（,1,）各杆长满足杆长条件：最短杆与最长杆的长度之和应小于或等于其余两杆长度之和；,（,2,）最短杆为连架杆或机架。,5,急回运动及行程速度变化系数：,（,1,）急回运动：,当连杆机构的主动件为等速回转时，从动件空回行程的平均速度,v,2,大于从动件工作行程的平均速度,v,1,，这种运动性质称谓急回运动。,急回运动的程度用行程速度变化系数,K,来衡量。,（,2,）,行程速度变化系数：,是从动件空回行程的平均速度,v,2,与从动件工作行程的平均速度,v,1,的比值。,机械原理,沈阳航空工业学院,(3),极位夹角：,当机构从动件处于两极限位置时，主动件曲柄在相应两位置所夹的角。,(4),判断机构是否有急回运动：,根据机构是否有极位夹角，若极位夹角不等于零，表明机构有急回运动，且极位夹角愈大，机构的急回运动愈显著。,机械原理,沈阳航空工业学院,6,机构的传动角与死点：,（,1,）压力角：在不计摩擦时，主动件通过连杆作用于从动件上的力,P,的作用线与其作用点速度方向所夹的锐角，称谓机构在此位置的压力角。,（,2,）传动角：机构压力角的余角，称谓机构在此位置的传动角。传动角常用来衡量机构的传动性能：机构传动角愈大，压力角愈小，力,P,的有效分力,P,t,愈大，机构的传动效率愈高。多数机构运动中传动角是变化的，为了使机构传动质量良好，一般规定机构的最小传动角应大于某值。,（,3,）当机构以曲柄为主动件时，机构的最小传动角出现曲柄与机架共线的两位置之一。,(4),死点：当机构出现传动角等于零时，主动件通过连杆作用于从动件上的力,P,恰好通过其回转中心，而不能使从动件转动，出现顶死现象。机构的这种位置称谓死点。机构必须克服死点才能正常运转。克服死点可借助构件惯性或采取相同机构错位排列的方法。工程上也常利用死点来工作。,机械原理,沈阳航空工业学院,7,运动连续性：是指机构在运动过程中能否连续实现给定的各个位置。,机构有错位不连续和错序不连续问题。在设计新机构时，应检验机构是否有运动不连续问题。,8,平面四杆机构的设计：,（,1,）连杆机构设计的基本问题,:,实现预定的运动规律要求,-,函数综合问题,实现预定的连杆位置要求,-,刚体导引问题,实现预定的轨迹要求,-,轨迹综合问题,(2),连杆机构设计的基本方法,:,图解法,解析法,实验法,机械原理,沈阳航空工业学院,(3),用图解法设计连杆机构,:,1),按连杆预定位置设计四杆机构,假设活动铰链已知,求固定铰链,(,已知两个、三个位置,),；,假设固定铰链已知,求活动铰链,(,已知两个、三个位置,),。,2),按两连架杆预定位置设计四杆机构（已知两组、三组）,3),按给定的行程速比系数设计四杆机构,曲柄摇杆机构,曲柄滑块机构,导杆机构,（,4,）,用解析法设计连杆机构：封闭矢量法建立方程式,机械原理,沈阳航空工业学院,重点内容,平面四杆机构的基本型式及演化型式,有关四杆机构的一些基本知识,铰链四杆机构有曲柄的条件,急回运动及行程速比系数,传动角及死点,平面四杆机构的设计（图解法）,机械原理,沈阳航空工业学院,思考题,8-1,曲柄摇杆机构存在的条件是什么,?,双曲柄机构存在的条件是什么,?,双摇杆机构存在的条件是什么,?,8-2,在什么条件下，曲柄滑块机构具有急回特性？,8-3,在四杆机构中，能实现急回特性的机构有哪几种？,84,在曲柄摇杆机构中，以曲柄为主动件时，一定具有急回特性吗？,8-5,何谓机构的传动角？它与压力角的关系？传动角大小对四杆机构的工作有什么影响？,8-6,在曲柄摇杆机构中，以曲柄为主动件时，最小传动角将出现在何位置？,8-7,铰链四杆机构在死点位置时，驱动力任意增加也不能使机构产生运动，这与机构的自锁现象是否相同？为什么？,8-8,双摇杆机构会不会出现死点位置？双曲柄机构会不会出现死点位置？,机械原理,沈阳航空工业学院,8-9.,试分析左下图导杆机构有曲柄的条件,.8-10.,试分析右下图曲柄滑块机构有曲柄的条件,.,机械原理,沈阳航空工业学院,例,1,在图示铰链四杆机构中，各杆的长度如图表示,(,单位为,mm),其中,a,为机架。试求：,(1),当此机构设计成双曲柄机构时,a,值的范围；,(2),当设计成曲柄摇杆机构时,a,值的范围。,解：,（,1,）当为双曲柄机构时，则,a,应为最短杆，由曲柄存在条件，则：,（,2,）当为曲柄摇杆机构时，有两种情况，令,a,为最长杆，此时,d,必为最短杆，由曲柄存在条件，则：,令,b,为最长杆，此时,d,必为最短杆,由曲柄存在条件，则：,a+bc+d,，,a+15080+120,，,故,a50,a+db+c,，,a+80150+120,，,故,a190,b+da+c,，,a b+d-c,，,故,a 110,故,a,值的范围：,110mma190mm,机械原理,沈阳航空工业学院,例,2,用图解法设计一摇杆滑块机构。已知摇杆,AB,上某标线的两个位置,AE,1,和,AE,2,，以及滑块,C,的两个对应位置,C,1,和,C,2,（见图）。试确定摇杆上铰链,B,的位置，并要求摇杆的长度为最短（直接在题图上作图）,所设计的机构是,AB,1,C,1,。,所设计的机构是,AB,2,C,2,。,机械原理,沈阳航空工业学院,作业：,8-5,8-7,8-15,8-18,