第三章 平面连杆机构及其设计

铰链四杆机构可以分为两大类： 铰链四杆机构可以分为两大类： 1、不满足杆长条件时，不管取那个构件为机架，所组成 、不满足杆长条件时，不管取那个构件为机架， 的机构都是双摇杆机构。 的机构都是双摇杆机构。 2、满足杆长条件时，最短构件相对于与它组成转动副的 、满足杆长条件时， 构件可以作相对整周转动。 构件可以作相对整周转动。 ）、取最短构件为机架时 （1）、取最短构件为机架时，得双曲柄机构。 ）、取最短构件为机架时，得双曲柄机构。 （2） 、取最短构件的任一相邻构件为机架时，均得曲柄 ） 取最短构件的任一相邻构件为机架时， 摇杆机构。 摇杆机构。 ）、取最短构件的对面构件为机架时 （3）、取最短构件的对面构件为机架时，得双摇杆机构。 ）、取最短构件的对面构件为机架时，得双摇杆机构。
2.含一个移动副四杆运动链中转动副为整转副的 含一个移动副四杆运动链中转动副为整转副的 充分必要条件（曲柄滑块有曲柄的条件） 充分必要条件（曲柄滑块有曲柄的条件）
a b e
b-a>e b>a+e
当 e=0时 b>a
二、行程速度变化系数
演示
C1D →C2D
1. 机构极位（极限位置）： 机构极位（极限位置） 曲柄回转一周， 曲柄回转一周，与连杆两次 共线， 共线，此时摇杆分别处于两 个位置，称为机构极位。 个位置，称为机构极位。 2. 极位夹角：机构在两个极 极位夹角： 位时， 位时，原动件所处两个位置 之间所夹的锐角θ称为极位 之间所夹的锐角 称为极位 夹角。 夹角。 实际上， 实际上，极位夹角不一定是 锐角。 锐角。一般K≤2，θ为锐角。 ， 为锐角。 3. 急回运动： 急回运动： 摇杆C点平均速度 摇杆 点平均速度
重叠共线
两构件能作相对整周转动的条件 （1）此两构件中必定有一构件为最短杆构件。 ）此两构件中必定有一构件为最短杆构件。 （2）该最短构件与机构中最长构件的长度之和小于或 ） 等于其他两构件长度之和。（杆长条件） 。（杆长条件 等于其他两构件长度之和。（杆长条件） 四杆机构有曲柄的条件是： 四杆机构有曲柄的条件是： （1）各杆的长度应满足杆长条件； ）各杆的长度应满足杆长条件； （2）最短杆为连架杆或机架。 ）最短杆为连架杆或机架。
曲柄滑块机构
转动副B的 转动副 的 半径扩大超 过曲柄长
偏心轮机构
演示
平面四杆机构的演化方法 1、选用不同构件为机架 改变相对 2、改变相对杆长使转动副演化为移动副 扩大转动副径向尺寸， 3、扩大转动副径向尺寸，使其演化为偏心轮机构
§3-3 平面四杆机构的主要工作特征 一、转动副为整转副的充分必要条件
低副所联接的两个构件之间的相对运动关系不因其 中哪个构件是固定件而改变， 中哪个构件是固定件而改变，这一特性称为低副运 动的可逆性。 动的可逆性。
§3-2 平面四杆机构的基本型式 及其演化
一、铰链四杆机构 铰链四杆机构就是当平面四杆机构中的全部运 动副均为转动副时的四杆机构为铰链四杆机构。 转动副时的四杆机构为铰链四杆机构 动副均为转动副时的四杆机构为铰链四杆机构。
铰链四杆机构可分为三种基本型式： 铰链四杆机构可分为三种基本型式： 1）曲柄摇杆机构：1个曲柄、1个摇杆 ）曲柄摇杆机构： 个曲柄 个曲柄、 个摇杆 2）双曲柄机构：2个曲柄 ）双曲柄机构： 个曲柄 3）双摇杆机构：2个摇杆 ）双摇杆机构： 个摇杆
1)、曲柄摇杆机构 1)、曲柄摇杆机构：
若在铰链四杆机构的两连架杆中一为曲柄， 若在铰链四杆机构的两连架杆中一为曲柄， 另一为摇杆，则此四杆机构称为曲柄摇杆机 另一为摇杆，则此四杆机构称为曲柄摇杆机 构。
演示
三、含两个移动副的四杆机构
对心曲柄滑块机构 变连杆 为滑块 双滑块机构
连杆尺寸 为无穷大 正弦机构
从动件3的位移与原 从动件 的位移与原 动件1的转角成正比 的转角成正比： 动件 的转角成正比：
s = lAB sin ϕ
移动副可认为是回 转中心在无穷远处 的转动副演化而来
s = asinϕ
曲柄移动导杆机构（正弦机构） 曲柄移动导杆机构（正弦机构）
判断：所有铰链四杆机构取不同构件为机架时， 判断：所有铰链四杆机构取不同构件为机架时，都能演化成带 曲柄的机构。 曲柄的机构。
例：图示机构尺寸满足杆长条件，当取不同构件为机架时 图示机构尺寸满足杆长条件， 各得什么机构？ 各得什么机构？
最短杆为 机架得双 曲柄机构 取最短杆相 邻的构件为 机架得曲柄 摇杆机构
演示
曲柄摇杆机构的应用 雷达天线机构 搅拌机机构
演示 演示
2)、 2)、双曲柄机构
在铰链四杆机构中若两连架杆均为曲柄， 在铰链四杆机构中若两连架杆均为曲柄，则 此四杆机构称为双曲柄机构 双曲柄机构。 此四杆机构称为双曲柄机构。
演示
双曲柄机构的应用 惯性筛机构
演示
a.平行四边形机构： a.平行四边形机构： 平行四边形机构
取最短杆对 边为机架得 双摇杆机构
特殊情况： 特殊情况： 如果铰链四杆机构中两个构件长度相等且均为最短杆 1、若另两个构件长度不相等，则不存在整转副。 、若另两个构件长度不相等，则不存在整转副。 2、若另两个构件长度也相等， 、若另两个构件长度也相等， （1）当两最短构件相邻时，有三个整转副。 ）当两最短构件相邻时，有三个整转副。 （2）当两最短构件相对时，有四个整转副。 ）当两最短构件相对时，有四个整转副。 课后3-3 例1' 课后
变化铰链四杆机构的机架
2 B
C
δ
(<360°) 3
整转副
β (0~360°) 1 ϕ (0~360°)
A
ψ
(<360°) D
4 曲柄摇杆机构
C 2
2 B
δ
C (<360°) 3 B
β (0~360°) 1 ϕ (0~360°)
A
δ
(<360°) 3
ψ
(<360°) 1 D
β (0~360°)
ϕ (0~360°)
导杆机构
定块机构
演示
曲柄摇块机构
演示
导杆机构
B
转动导杆机构
1 A B
2 4
C 3
演示
2
摆动导杆机构
A1
4
3
C
转动与摆动比较演示
演示
刨床机构
转动导杆机构(AB<BC) 转动导杆机构(AB<BC) 演示 摆动导杆机构(AB>BC 摆动导杆机构(AB>BC) (AB>BC
移动导杆机构（定块机构） 移动导杆机构（定块机构）
车门开闭机构
演示
演示
3)、 3)、双摇杆机构
若铰链四杆机构的两连架杆均为摇杆， 若铰链四杆机构的两连架杆均为摇杆， 则此四杆机构称为双摇杆机构 双摇杆机构。 则此四杆机构称为双摇杆机构。
演示
双摇杆机构的应用 鹤式起重机机构
演示
倒置机构：通过更换机架而得到的机构称为原机构的倒置机构。 倒置机构：通过更换机架而得到的机构称为原机构的倒置机构。
v2 C1C2 / t2 t1 α1 180 +θ K= = = = = v1 C1C2 / t1 t2 α2 1800 −θ
第三章 平面连杆机构及其设计
§ 3-1 § 3-2 § 3-3 § 3-4 § 3-5 § 3-6 平面连杆机构的特点及其设计的基本问题 平面四杆机构的基本型式及其演化 平面四杆机构的主要工作特征 实现连杆给定位置的平面四杆机构运动设计 实现给定运动规律的平面四杆机构运动设计 实现给定运动轨迹的平面四杆机构运动设计
§3-1 平面连杆机构的特点及其设计的 基本问题
由若干个刚性构件通过低副连接而成的平面 机构称为连杆机构 又称为平面低副机构 连杆机构， 平面低副机构。 机构称为连杆机构，又称为平面低副机构。
演示
演示
抽油机中的连杆机构
演示
内燃机中的连杆机构
演示
缝纫机中的连杆机构
演示
平面连杆机构的传动优点
）、平面连杆机构属于低副机构 运动副为面接触， 平面连杆机构属于低副机构， （1）、平面连杆机构属于低副机构，运动副为面接触， 压强小，承载能力大，耐冲击，并且便于润滑，磨损小。 压强小，承载能力大，耐冲击，并且便于润滑，磨损小。 ）、制造方便易获得较高的精度 制造方便易获得较高的精度。 （2）、制造方便易获得较高的精度。 ）、两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的 两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的， （3）、两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的， 不需要力封闭。 不需要力封闭。
平面连杆机构设计的三类基本问题 1）实现构件给定位置 ） 2）实现已知运动规律 ） 3）实现已知运动轨迹 ） 平面连杆机构的运动设计方法： 平面连杆机构的运动设计方法： 图解法：形象直观， 图解法：形象直观，但精度较低 解析法：设计精度高，但不直观。 解析法：设计精度高，但不直观。
补：低副运动的可逆性
在双曲柄机构中，若相对两杆的长度相等且平行， 在双曲柄机构中，若相对两杆的长度相等且平行， 两曲柄的转向相同，称为平行四边形机构。 两曲柄的转向相同，称为平行四边形机构。
演示
平行四边形机构的应用 蒸汽机车驱动装置
演示
b.反平行四边形机构： b.反平行四边形机构： 反平行四边形机构 在双曲柄机构中，若相对两杆的长度相等， 在双曲柄机构中，若相对两杆的长度相等， 但不平行(BC AD)，两曲柄转向相反（AB与 (BC与 但不平行(BC与AD)，两曲柄转向相反（AB与 CD），称为反平行四边形机构。 ），称为反平行四边形机构 CD），称为反平行四边形机构。
平面连杆机构的缺点
）、不易精确地满足各种运动规律和运动轨迹的要求 不易精确地满足各种运动规律和运动轨迹的要求。 （1）、不易精确地满足各种运动规律和运动轨迹的要求。 （2）、当机构复杂时累计误差较大，影响其传动精度。 ）、当机构复杂时累计误差较大，影响其传动精度。 当机构复杂时累计误差较大 ）、惯性力不容易平衡 不适合于高速传动。 惯性力不容易平衡， （3）、惯性力不容易平衡，不适合于高速传动。