机械原理 平面连杆机构及设计

dd

a b

b a

c c
d c a b
(b c) (c b)
dd

a b
d c
结论（平面铰链四杆机构有曲柄的条件）： 1）连架杆与机架中必有一杆为四杆机构中的最短杆； 2）最短杆与最长杆之和应 ≤ 其余两杆的杆长之和。
（杆长和条件）
铰链四杆机构类型的判断条件
2、根据机构中构件数目分
四杆机构、五杆机构、六杆机构、…
四杆机构
六杆机构
三、平面连杆机构的特点
适用于传递较大的动力，常用于动力机械 依靠运动副元素的几何形面保持构件间的相互接触，且
易于制造，易于保证所要求的制造精度 能够实现多种运动轨迹曲线和运动规律，工程上常用来
作为直接完成某种轨迹要求的执行机构 不足之处： 不宜于传递高速运动 可能产生较大的运动累积误差
1、若满足杆长和条件：
以最短杆的相邻构件为机架，则最短杆为曲柄，另一连 架杆为摇杆，即该机构为曲柄摇杆机构；
以最短杆为机架，则两连架杆为曲柄，该机构为双曲柄 机构；
以最短杆的对边构件为机架，则无曲柄存在，即该机构 为双摇杆机构。
2、若不满足杆长和条件，该机构是双摇杆机构。
注意：铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭多边形条件：
1）曲柄摇杆机构：一个连架杆为曲柄，另一个为摇杆。 2）双曲柄机构：两连架杆均为曲柄。 3）双摇杆机构：两连架杆均为摇杆。
二、平面四杆机构的演变
1、转动副转化为移动副
2
1
3
4
铰链四杆机构
曲柄滑块机构
2
1
3
4
曲柄滑块机构
1) 偏置曲柄滑块机构
B2 1 A
C3 e
2) 对心曲柄滑块机构
B
1
2
A
C3
曲柄移动导杆机构
输出件空回行程的平均速度
k = —输—出—件—工—作—行—程—的—平—均—速—度—
= v2 / v1 =（C1C2 / t2 ）/ （ C1C2 / t1 ）
= t1 / t2 = 1 / 2 = ( 180°+θ) / ( 180°-θ )
θ= 180°（k-1）/（k+1）
连杆机构输出件具有急回特性的条件： 1）原动件等角速整周转动 2）输出件具有正、反行程的往复运动 3）极位夹角θ0
5. 以三角形顶点o为圆心作辅助圆
6. 圆与偏心距交点即为A点
7. 以公式：AB=(AC2-AC1)/2；得杆长lAB 8. 以公式：BC=(AC1+AC2)/2；得杆长lBC 9. 结束
曲柄导杆机构-设计过程 已知： lAD , k
Aθ
lAB lAD sin ( 2) lAD sin( 2) lBD lAD cos( 2) lAD cos( 2)
lAB AB • l , lBC BC • l , lAD AD • l
曲柄滑块机构-设计过程
已知：C1 、C2位置（行程H），K,e
B C1
C C2
e
θ
900- 900-
B1
A B2
1. 确定比例尺ml 2. 画出C1、C2及偏心距e;
o
3. 已知K，求θ
4. 以90o-为底边角，C1-C2为底边作等腰三角形C1oC2
四、平面连杆机构的应用
机械手
举升
汽车中那些部位用到连杆机构
飞机起落架
火车头
内燃机
起重装置
矿山颚式碎矿机 将大石头压成小石头
机器马
§2-1 平面四杆机构的基本形式、演变及其应用
一、平面四杆机构的基本形式
连杆 2
连架杆 1
4 机架
连架杆 3
在连架杆中，能绕其 轴线回转360°者称为曲 柄；仅能绕其轴线往复 摆动者称为摇杆。
最长杆的杆长 < 其余三杆长度之和。
曲柄滑块机构有曲柄的条件
B
a
b
C’
C
e
A
b a
B’
显然，需满足:
a+e ≤ b
B a
b C”
e
B’
B”
A
C C’
导杆机构有曲柄的条件
摆动导杆机构有曲柄的条件
aB A
B’ C E’
E
e ≤ d-a
d-a d
转动导杆机构有曲柄的条件
B a A
CE
d+e ≤ a
d+e d
二、平面四杆机构输出件的急回特性
C C2
C1
极位夹角
ψ
B
θ
问: 是否 存在无急 回特性的 四杆机构?
B2
1
A
2
摆角
D
B1
CD右行耗时: t1 = 1 / CD左行耗时: t2 = 2 /
1=180°+θ, 2=180°-θ
显然：若θ≠0，则：t1 > t2
行程速度变化系数

2 B
1
A
C3

B2 1
3 A
s

正弦机构
s lAB sin
2、取不同构件为机架（机构倒置）
1）铰链四杆机构的倒置
2）单滑块机构的倒置
曲柄滑块机构
曲柄转动导杆机构
曲柄摇块机构
直动滑杆机构 （定块机构）
摇块机构广泛应用于摆动式内燃机和液压驱动装置内。 如图所示自卸卡车翻斗机构及其运动简图。在该机构中，因 为液压油缸3绕铰链C摆动，故称为摇块。
一、平面四杆机构有曲柄的条件
B 1a
2C bc 3
F
d
A 4D
B2
E
B1 C
A
E’ F’ D b+c
G’
|b-c|
|d-a| G
为什么关注有
d+a
曲柄条件？
欲使连架杆AB成为曲柄，则必须使AB通过与 机架共线的两个位置，
三角形 任意两边之和必大于第三边
任意两边之差小于第三边
即必须满足
a+d ≤ b+c
B’
A
aB
b
e
’
cos=（asin+e)/b
min= ’=arccos（a+e)/b
C
C’

B’’ B Aa
b
C’’ C
min C’
B’
为提高机械传动效率，应使其最小传动角处于工 作阻力较小的空回行程中。
3、机构的死点位置
F Bα
Av
BF
A α
v
C
C
D
F1 = Fcosα F2 = Fsinα
(2-1)
|d-a| ≥ |b-c|
(2-2)
欲使连架杆AB成为曲柄，则必须使AB通过与 机架共线的两个位置，即必须满足
a+d≤b+c
(1)
|d-a|≥|b-c|
(2)
(1) 若d≥a，则可得
a+b≤c+d (若b>c) a+c≤b+d (若c>b) a+d≤b+c
a≤b
从而可得
a≤c a≤d
(2) 若d≤a 则可得
自卸卡车翻斗机构及其运动简图
直动滑杆机构
抽水唧筒机构
曲柄摆动导杆机构及应用
3）其他机构的倒置…
3、扩大转动副
将转动副B加大，直至把 转动副A包括进去，成为 几何中心是B，转动中心 为A的偏心圆盘。
§2-2 平面四杆机构设计中的共性问题
一、平面四杆机构有曲柄的条件 二、平面四杆机构输出件的急回特性 三、平面机构的压力角和传动角、死点 四、运动的连续性
§2–3 平面四杆机构的设计
一、基本问题
根据机构所提出的运动条件，确定机构的 运动学尺寸，画出机构运动简图。
– 根据给定的运动规律（位移、速度和加速度） 设计四杆机构
– 根据给定的运动轨迹设计四杆机构 – 综合功能
1）实现刚体的给定位置
举例：
– 自动送机构 – 翻转机构
自动送料机构
A0
E1 E2 E3
δδmax d B’
δmin D
γmin=[δmin , 180-δmax]min δ= arccos{[b2+c2-d2-a2+2adcos]/2bc}.
= 0, δmin= arccos{[b2+c2-(d-a)2]/2bc} = 180, δmax= arccos{[b2+c2-(d+a)2]/2bc}
铰链四杆机构-设计过程
已知 : lCD , , k( 1)
求：A
点位置，
并确定杆长
l
、l
AB
、l
AD
BC
A B1
C1
C2
90- 90-

B2 O

D
步骤：
确定比例尺 l
180 (k 1)
(k 1) AC1=BC-AB AC2=BC+AB AB=(AC2-AC1)/2
BC=(AC1+AC2)/2
第二章 平面连杆机构 及其设计
主要内容
2.1 平面四杆机构基本形式、演变及其应用 2.2 平面四杆机构设计中的共性问题 2.3 平面四杆机构的设计
一、 连杆机构
若干个构件全用低副联接而成的机构，也 称之为低副机构。
二、连杆机构的分类
1、根据构件之间的相对运动分为： • 平面连杆机构 • 空间连杆机构
• 实现轨迹：刀刃按一定 轨迹运动
• 实现速度要求：在剪切 区的水平速度有要求
二、平面四杆机构的设计