2012 秋 连杆机构综合

A 摆动导杆机构
图b曲柄摇块机构
第三章
平面连杆机构运动学分析与设计
§3－1 平面连杆机构的特点和应用 §3－2 平面连杆机构的基本类型及应用 §3－3 平面连杆机构的曲柄存在条件
§3－4 平面连杆机构的一些基本特性 §3－5 平面连杆机构的设计 §3－6 平面五连杆机构
平面四杆机构的运动特性
1.平面四杆机构有曲柄的条件 设a<d,连架杆若能整周回转，必有两次与机架共线 则由△B’C’D可得：三角形任意两边之和大于第三边 a+d≤b+c 则由△B”C”D可得： 最长杆与最短杆的长度之 和≤其他两杆长度之和 b≤(d-a)+c 即: a+b≤d+c 即: a+c≤d+b c≤(d-a)+ b 将以上三式两两相加得： a≤b, a≤c, a≤d AB为最短杆 B’ 若设a>d，同理有： d≤a, d≤b, d≤c AD为最短杆ad中必有一个是机架
机车车轮联动机构
平行四边形机构存在 运动不确定位置。
为消除这种运动不确定 现象，可采用两种措施： ①在从动曲柄上加飞轮， 利用其惯性保证其确定 运动； ②采用多个机构的错位 联动，如机车车轮的联 动机构等。
错位联动
消除运动不确定习惯
消除运动不确定习惯
B’
F’ E’
D’
C’ G’
A’
A
E F
D C
B A
min
D
与 min min 相比较，
曲柄与机架重叠共线
3.四杆机构的压力角与传动角
切向分力: Pt= Pcosα = Psinγ
法向分力: Pn= Pcosγ γ↑ →Pt↑ →对传动有利。 可用γ的大小来表示机构传动力性能的好坏, 称γ为传动角 为了保证机构良好的传力性能，设计时要求: γmin≥50° γmin出现的位置：
§3－4 平面连杆机构的一些基本特性 §3－5 平面连杆机构的设计 §3－6 平面五连杆机构
§ 3－ 4
1
平面连杆机构的一些基本特性
急回特性和行程速比系数 2.四杆机构的压力角α、传动角γ和死 点 3、运动连续性
1.急回运动和行程速比系数 在曲柄摇杆机构中，当曲柄与连杆两次共线时，摇杆 位于两个极限位置，简称极位。 此两处曲柄之间的夹角θ 称为极位夹角。
e
H
2. 四杆机构的压力角α、传动角γ和死点
压力角——从动杆(运动输出件)活动铰链点上力作用线 (不考虑摩擦)与该点绝对速度方位线所夹的锐角. 传动角γ ：与压力角互余的角。
为连杆与摇杆之间所夹的位置角
当δ≤90°时,γ是δ的对顶角；
B A
C γ F

D
α
当δ >90°时，γ与δ互补 传动角γ比压力角α更
鹤式起重机
双摇杆机构 特例：等腰梯形机构 在双摇杆机构， 如果两摇杆长度相等，则称为等腰梯形机构。

实例
汽车前轮转向机构中的四杆机构
机械式转向系
一、铰链四杆机构三种基本形式
1．曲柄摇杆机构 2．双曲柄机构 3．双摇杆机构
二、平面四杆机构的演化型式
1．曲柄滑块机构 2．导杆机构 3．偏心轮机构
3.2.2平面四杆机构的演化型式
(1) 改变构件的形状和运动尺寸（变转动副为移动副）
1 变一个转动副为移动副
曲柄摇杆机构
曲柄滑块机构
偏心曲柄滑块机构
2 变两个转动副为移动副
s
φ
s=l sin φ
对心曲柄滑块机构
双滑块机构
正弦机构

正弦 机构 的应 用
3.2.2平面四杆机构的演化型式 （2）、改变运动副的尺寸（扩大转动副）
A
4 C 曲柄滑块机构
B 2 3
1 A
4 C 导杆机构 C
4 C 摇块机构 A 1 B 4 2
3
A
A 4 4
1
2 3 C
B
直动滑杆机构 手摇唧筒 这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法称为： ----机构的倒置
3.2.2平面四杆机构的演化型式

(4)运动副元素的逆换
对于低副（移 动副、转动副） 来说，将运动 副两元素的包 容关系进行逆 换，并不影响 两构件之间的 相对运动。
G
B
双曲柄机构 特例： 平行四边形机构 反四边形机构：两曲柄长度相同，而连杆与机架不 平行的铰链四杆机构，称为反平行四边形机构。
反平行双曲柄机构：对边相等但不平行（应用实例）
车门开启关闭装置—反平行四边形结构
（三）双摇杆机构
定义 在铰链四杆机构中，若两连架 杆均为摇杆，则称为双摇杆机构。
自动翻斗机构
B A a b
d
c D
当满足杆长条件时，说明存在周转副，当选择不同的 构件作为机架时，可得不同的机构。如： 曲柄摇杆、 双曲柄、 双摇杆机构。
结论：

当四杆机构各杆长满足杆长条件时，有最短 杆参与构成的转动副都是周转副。其余转动 副则是摆动副。

总结： （1）满足杆长条件的前提下： a．以最短杆为连架杆时，为曲柄摇杆机构； b．以最短杆为机架时，为双曲柄机构； c．以最短杆为连杆时，为双摇杆机构。 (2)若不满足杆长条件，则不论以哪一杆 为机架，均为双摇杆机构。
由
180 K 180
K 1 可得 : 180 K 1
曲柄滑块机构的急回特性
180°＋θ
180°＋θ
θ
θ
180°-θ
180°-θ
思考题： 对心曲柄滑块机构的急回特性如何？ 导杆机构的急回特性 应用：空行程节省运动时间，如牛头刨、往复式输送机等。
对于需要有急回运动的机构，常常是根据需要的行程速比系数K, 先求出θ ，然后在设计各构件的尺寸。
例2 图示为一四杆机构，已知:
lBC 100 mm, lCD 70 mm, lAD 100 mm,
并以 l AD 为机架，试问该机构欲成为曲柄摇 杆机构，AB杆的取值范围为多少？
100 70
100
第三章
平面连杆机构运动学分析与设计
§3－1 平面连杆机构的特点和应用 §3－2 平面连杆机构的基本类型及应用 §3－3 平面连杆机构的曲柄存在条件
曲柄滑块机构急回特征的判断
23 3 3 2 C
1
0
C2
12 1 A 1 2 2 1 1 2
1
3 3 3
H 2l1
B1
1 1
1 2 1B 1 2 1 2 1 2 2 2 2 C12 3 3
0
23 3 33 C3
结论： 1.对心式曲柄滑块机构 没有急回特性； 2.偏心式曲柄滑块机构 具有急回特性，且偏心 距越大，急回特征越明显。
（ 曲柄主动 ）
雷达天线俯仰机构 （ 曲柄主动 ）
（二）双曲柄机构
1
2
定义 在铰链四杆机构中，若两连架杆均为曲柄，称为双 曲柄机构。
作用：将等速回转转变为 等速或变速回转。
惯性筛机构
双曲柄机构 特例：A 平行四边形机构 特征：两连架杆等长且平行，
连杆作平动。
AB = CD BC = AD
摄影平台升降机构
C’
b c
b c
C” D
a
A
B” d
d-a
曲柄存在的条件： 1. 最长杆与最短杆的长度之和应≤其他两杆长度之和 称为杆长条件。 2.连架杆或机架之一为最短杆。
此时，铰链A为周转副。
若取BC为机架，则结论相同，可知铰链B也是周转副。 可知：当满足杆长条件时，其最短杆参与构成的转动 C 副都是周转副。
▲产生动载荷（惯性力），不适合高速。 ▲设计较复杂，难以实现精确的轨迹。
平面连杆机构 分类: 空间连杆机构
平面连杆机构常以构件数命名： 四杆机构、五杆机构、多杆机构等。
二、平面连杆机构的应用
7
8
9
10
16
11
12
13牛头刨床的主运 动机构.exe
14摇头风扇.RM
15
17输送机.avi
180°＋θ ω
B
C2
CC
1
θ
B1 D D
曲柄摇杆机构3D
A A B2
当曲柄以ω逆时针转过180°+θ时，摇杆从C1D位置摆到C2D。 所花时间为t1 , 平均速度为V1,那么有：
t1 (180 ) /
V1 C1C2 t1 C1C2 /(180 )
当曲柄以ω继续转过180°-θ时，摇杆从C2D,置摆到C1D，
F F cos
t B A
n
F″
C γ
α T′
F
D
F″

F′ t
F′
设计时要求:γmin≥50°
γmin出现的位置： 当 最小或最大时，都有可能出现 min 即此位置一定是：主动件与机架共线两位置之一。
C B
A
max
min
D C
min
曲柄与机架拉直共线
其较小者为机构的 最小传动角。
一. 连杆机构的特点 连杆机构 定义：由低副连接刚性构件组成的机构, 又称低副机构。 优点： ▲采用低副，面接触、承载大、便于润滑、不易磨损 形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。 ▲改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。 ▲连杆曲线丰富。可满足不同要求。 缺点：
▲构件和运动副多，累积误差大，运动精度和效率较低。
摇杆
§ 3－ 2
平面连杆机构的基本类型及应用
一、铰链四杆机构三种基本形式 二、平面四杆机构的演化型式
（一）曲柄摇杆机构
动画
动画2
定义：在铰链四杆机构中，若两连架杆中有一个为 曲柄，另一个为摇杆，则称为曲柄摇杆机构。 作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。