第三章平面连杆机构及其设计

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设计方法主要是： 图解法、解析法和图谱法。
图解法：利用机构运动过程中各运动副位 置之间的几何关系，通过作图获得有关运 动尺寸。直观形象，精度低。 解析法：将运动设计问题用数学方程加以 描述，通过方程的求解获得有关运动尺寸。 一种有效的设计方法。 图谱法是利用编写汇集的连杆曲线图册来设 计平面连杆机构.
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例题分析
3、导杆机构
0
K 1
所以，有急回运动
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曲柄摇杆机构的分类：
（1）Ⅰ 型曲柄摇杆机构 K>1(θ >0),摇杆慢行程摆动 方向与曲柄转向相同。 C2 C2 C1 B2
B2
D C1 A D
A
a2+d2<b2+c2
B1
a2+d2>b2+c2
结构特征:A,D位于C1,C2所在直线的同侧.
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偏心轮机构结构简单，偏心轮轴颈的强度和刚度大， 且易于安装整体式连杆，广泛用于曲柄长度要求较短、 冲击载荷较大的机械中。
颚式破碎机
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§3-3 平面四杆机构的主要工作特性
一、转动副为整转副的充分必要条件 1.铰链四杆运动链中转动副为整转副的 充分必要条件
机构中任意两构件之间的相对运动关系 与哪个构件为机架无关.针对铰链四杆运 动链来分析整转副存在的必要条件．
3
三、平面连杆机构的特点
1）适用于传递较大的动力，低副面接触,磨损减小： 常用于动力机械。 2）易于制造，易于保证所要求的制造精度 3）依靠运动副元素的几何形面保持构件间的相互接 触 4)构件的运动形式多种多样，能实现多种运动 不足之处： 1）只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹. 2）产生惯性力，引起较大的振动和动载荷,不宜于 传递高速运动。 3) 当给定的运动要求较多时,需要的构件数和运动 4 副较多,机构复杂，工作效率降低，自锁．
正弦机构
A
1
C

3
23
24
2 正切机构（2移动副不相邻）
25
3 双转块机构
2移动副相邻，均不与机架相关连
26
4、椭圆机构
2移动副都与机架关联
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四 偏心轮机构
B 半径加大 C A C2 C1 B A C
偏心轮
(a)
如果曲柄长度很短，在 杆状曲柄两端装设转动 副存在设计上的困难。 将曲柄设计成偏心距为 曲柄长的偏心圆盘。
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2.试判别下面二个图分别属于什么类型 并说明连架杆的名称？
B
20
C
∵13+24<20+19 又∵杆AD是最短杆相邻的杆件 ∴此机构属于曲柄摇杆机构 其中AB为曲柄、CD为摇杆 ∵11+26<15+25
25
13
A
19 24
D
B
15
C
又∵杆CD是最短杆相对的杆件
11
A
∴此机构属于双摇杆机构
其中AD、BC均为摇杆
(b) 偏心轮机构
曲柄长度很பைடு நூலகம்，两端装设两个转动副存在困难或者曲 28 柄销要承受较大的冲击载荷时，常采用偏心轮机构．
在曲柄滑块机构（曲柄摇杆机构）中，若曲 柄很短，可将转动副B的尺寸扩大到超过曲柄长 度，则曲柄AB就演化成几何中心B不与转动中心 A重合的圆盘，该圆盘称为偏心轮，含有偏心轮 的机构称为偏心轮机构。
第三章 平面连杆机构及其设计
• • • • 主要内容 1 平面连杆机构的基本形式及演化 2 曲柄存在的条件 3 机构设计
1
§ 3-1 平面连杆机构的特点及其设 计的基本问题
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（连 杆机构）。
2
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。 2、根据机构中构件数目分为： 四杆机构、五杆机构、六杆机构等。
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若A为整转副，圆周k1上任一点均能与B2点铰接 成转动副B,即环形区域∑应包容圆周k1上各点. B2 K2 E B1 C K1 2 C K3 b+c B E’ F’ D b F A c 3 1 a G’ d |b-c| 4 A D |d-a| G
ad bc
(3-1)
d+a d a bc
（四）课堂练习 1. 试判别下面二个图分别属于什么类 型并说明连架杆的名称？
B
20
C
∵15+30>20+18
15
A
18 30
D
∴此机构属于双摇杆机构 其中AB、CD都为摇杆 ∵10+28<17+22 又∵最短杆AB固定作为机架 ∴此机构属于双曲柄机构
B
17
C
10
A
22 28
D
其中AB、CD都为曲柄
用γ 表示,愈大 对工作愈有利， 采用来衡量机 构传动质量.
Fn C
B
A
δ
γ F α
Ft
vc
D Ft = Fcosα Fn = Fsinα
机构的传动角： γ min≥ 40度, 对于高速和大功率的传动机械: γ min≥ 50度,
50
A 1
B 2 F
C
v B3 3 α = 0° C γ = 90° v F
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铰链四杆运动链中，某一转动副为整转副 的充分必要条件为： 组成该转动副的两构件中必有一个构件 为最短构件，且四个构件的长度满足杆长 之和条件。
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铰链四杆机构类型的判断条件： 1）若不满足杆长和条件，该机构只能是双摇杆 机构。 2）在满足杆长之和的条件下：
（1）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；
曲柄:与机架组成整转副的连架杆. 摇杆:与机架组成摆动副的连架杆.
根据两联架杆为曲柄或摇杆:
1）曲柄摇杆机构:两连架杆中，一个为曲柄， 而另一个为摇杆。 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。
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机构倒置
低副运动可逆性:以低副相连的两构件间的相对运动 关系,不会因取其中那一个构件为机架而改变. 机倒 构置 称机 为构 原 机通 双曲柄 构过 曲柄摇杆 的更 倒换 置机 架 机 而 构 得 ． 到 9的 双摇杆 曲柄摇杆 :
反之，若构件1最短，且满足杆长之和条件
ad bc
ab cd ac bd
(3-1)
(3-2a)
(3-2b)
(3-2)
d a bc
(3-1)圆周k1上各点不超出圆周k2，(3-2)圆周 K1上各点不在圆周k3内,环行区域包容圆周K1上各 点,或B2点能达到圆周k1上任意位置与B1点组成转 动副B,所以A是整转副.
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总结：取不同构件为机架
曲柄滑块机构
导杆机构
摇块机构
移动导杆机构 （定块机构）
22
三 含两个移动副的四杆机构

B
1
2
C

A
s
3
s l AB sin
B
连杆２上点B的轨迹是 圆弧，连杆长度变为无 限大，圆弧变为直线， 连杆作成滑块 含两个移动副 的四杆机构 对心滑块机构
2
曲柄移动导杆机构
平面连杆机构设计包括：选型和运动尺寸 设计（确定机构运动简图的参数，转动副 之间的距离，移动副位置尺寸等）
运动尺寸设计分为以下三类： 1)实现构件给定位置，要求连杆机构引导某构 件按规定顺序经过若干给定的位置。 2)实现已知运动规律，要求主从动件满足已知 的若干组对应关系。 3)实现已知的运动轨迹，要求构件上某一点沿 给定的轨迹运动。
D
e
转动副演化为移动副，演化为含一个移动副的四杆 机构:曲柄滑块机构.
e为偏距,曲柄回转中心到直槽中心线的距离。
12

B A
1
对心滑块机构
2
C

3
B A
1
2
C
3
偏置曲柄滑块机构
13
1 曲柄滑块机构
对心曲柄滑块机构
偏置曲柄滑块机构
14
2 导杆机构
曲柄滑块机构中，将曲柄改为机架，成导杆机构
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导杆机构类型
Fn C
3
B A
1 4
2
δ
D
γ F α
Ft
驱使从动件运
动的有效分力
vc
Ft = Fcosα Fn = Fsinα
1、机构压力角:在不计摩擦力、惯性力和重 力的条件下，机构中驱使输出件运动的力的 方向线与输出件上受力点的速度方向间所夹 49 的锐角，称为机构压力角，通常用α 表示。
传动角：压力角的余角。
(3-2) 32
圆周k1上任一点均能与B2点铰接成转动副B, 即环形区域∑应包容圆周k1上各点.
ad bc d a bc
当a ≤ 或 d时,由(3-2)得:
(3-1) (3-2)
ab cd ac bd
(3-2a) (3-2b)
将式(3-1)和式(3-2a),(3-2b)分别两两相加,得: a≤b,a≤c,a≤d (3-3)
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二 含一个移动副的四杆机构
转动副转化为移动副
2 B 1 A
(a)
C
3 D
2 B 1 A
3C


D
(b) 机架上制作一同样轨迹的圆弧槽,滑块置于槽中, 弧形滑块的运动完全等同于转动副D的作用 11
3C 2 B 1 A
4 (c) 半径增加至无穷 大,圆心D移到无 穷远处,圆弧槽 变成了直槽,滑 块做往复直线运 动．
转动导杆机构
摆动导杆机构
L1<L2
L1 ：机架长 度
L1>L2 L2 ：曲柄长 度