机械原理第8章

min 50° 大功率机械： min 的位置：曲柄与机架两共线位置之一
min =min{min, min}
C
γ min '
A B D B A
C
γ min ' '
D
3.铰链四杆机构的死点
C1
1
a
B1
b

c
B2
C2
若摇杆为原动件，曲柄为 从动件，在摇杆的两个极限位 置上，摇杆通过连杆加给曲柄 的力恰好通过曲柄的回转中心
§8 生活中常见的连杆机构
§2 平面连杆机构
1.定义
（1）平面连杆机构：许多构件用低副（转动副和移动副）连接组成的平面机构。
§2 平面连杆机构
§2 平面连杆机构
§2-1 铰链四杆机构
铰链四杆机构：全用转动副相连的平面四杆机构 ——基本形式
曲柄摇杆
双曲柄
双摇杆
B
2 4
C
3
B
行程速比系数
急回运动特性可用K表示：
K
v2 v1

t1 t2

1 2

180 180

极位夹角 θ 越大，K值越大，急回运动性质也越显著。 设计新机械时，根据机械的急 回要求先给出K值，算出极位夹角θ ， 再确定构件的尺寸。
180
K 1 K 1
2.铰链四杆机构的压力角和传动角
机架4
1
A
1
D
2 1 曲柄
摇杆3
C E
A
4连杆2 3
(1)曲柄摇杆机构
1.运动形式 通常 曲柄为原动件， 作匀速转动 摇杆为从作等速转动 从动曲柄作周期性变速转动
例： 振动筛
平行四边形机构——常用的双曲柄机构
原动曲柄、从动曲柄作等速同向转动 连杆以同样的角速度作平移运动
B
1
A
3
(1) 改变构件的形状和相对运动尺寸 (2) 选用不同的构件为机架 (3) 改变运动副的尺寸 (4) 运动副元素的逆换
（改变移动副两元素包容关系）
§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
蓝色三角形成立
ad bc
b
a a d c b c
badc cadb
（2）利用飞轮及构件自身的惯性，闯过死点。
利用构件惯性克服死点
死点位置的应用
4.铰链四杆机构的运动连续性
§8-4 平面四杆机构的设计
1.设计内容：根据已知运动条件，选择机构型式，确定各构件尺寸。 解析法——精确、繁杂 2. 设计方法 作图法——易行、 实验法——直观简便
一、按给定连杆位置设计
4. 空间连杆机构有许多特点，可以实现平面连杆机构难以实现或根本无法实 现的运动，因此在工程实际中也得到了较多的应用。但其分析和设计比较复杂， 不易想象，也难以用直观的实验法进行设计，故需要对其进行专门研究。有兴趣 对其进行深入研究的同学，可参阅张启先编著的《空间机构的分析与综合（上）》 （北京：机械工业出版社，1984）一书。书
3
E
A
摇 块 机 构
B
1
A
2 4
定块机构
C
3
E
2、曲柄滑块机构的演化－偏心轮机构
扩大回转副
4
注：曲柄长度很小时，常将曲柄做成偏心轮，增大轴颈尺寸，提高偏心轴强度、刚度。
3、运动副元素逆换
正弦机构和正切机构
正弦机构
正切机构
双转块和双滑块机构
2
双 转 块 机 构
A
B B
2 4
A
1 3 4
1
3
2
双 滑 块 机 构
中，作者根据多年从事科学研究的成果，对空间连杆机构的分析与综合问题进行 了深入的讨论。此外，由谢存禧、郑时雄、林怡青编著的《空间机构设计》一书 （上海：上海科学技术出版社，1996），也对空间连杆机构 的组成原理、运动 分析、受力分析和设计方法作了详细的讨论，是一本研究空间机构的专著。 5.由华大年、华志宏、吕静平编著的《连杆机构设计》一书（上海：上海科 学技术出版社，1995），是近年来国内出版的一本关于连杆机构的专著。书中着 重论述平面连杆机构, 也简要讨论了空间连杆机构，涉及内容十分广泛。主要包 括：平面连杆机构的组成分析与创新设计，平面连杆机构的运动分析、平面连杆 机构的力分析与平衡,平面连杆机构的设计，平面连杆机构的计算机辅助设计和 最优化设计，平面连杆机构的结构设计，简单空间连杆机构的分析与设计等。特 别是关于平面连杆机构设计方面的内容十分丰富，可供读者设计时参考。
m
∞
m
改变构件相对尺寸
改变构件相对尺寸
e＝0
e
对心曲柄滑块
偏置曲柄滑块
2、曲柄滑块机构的演化－导杆、摇块、定块机构
L1< l2
回转导杆机构
l1>l2
3 B 2 4
摆 动 导 杆 机 构
B
对心曲柄滑块
1
A
2
C
Take “1" as frame
C
1
A
2 4
C E
1
4 Take(a)
“2" as frame
平行四边形机构
B A B1 B2 D
C'2
C C1 C2
当四个铰链中心共线时，将 出现运动的不确定状态
平行四边形机构——常用的双曲柄机构
平行四边形机构
逆平行四边形机构
(3)双摇杆机构
(3)双摇杆机构
§8-2 平面四杆机构的演化
1、曲柄摇杆机构的演化－曲柄滑块机构 m
m 转动副变成移动副
需要指出的是，随着计算技术的进一步发展和计算机应用范围的日益扩大， 绘制连杆曲线图谱的工作也可借助计算机来实现，从而使连杆曲线图谱的类型更 加丰富和完善。 3. 在平面连杆机构设计中，有时设计误差偏大，有时还要求所设计的机构 满足许用 传动角、存在曲柄以及其他一些结构上的要求。在这些情况下，仅用 本章介绍的设计方法是难于同时满足这些设计要求的，需要运用优化设计方法进 行设计，以得到比较满意的设 计结果。 所谓机构的最优化设计就是根据机构分析及设计的理论，采用数学上的最优 化方法，借助计算机进行计算，使所设计的机构最优地满足预定的各项设计要求， 从而得到最优的设计方案。在利用最优化方法进行机构设计时，首先要建立一个 包括各设计变量（如各构 件的尺寸参数和位置参数等）的所谓目标函数（如以 连杆上一点M轨迹误差最小作为设 计目标），然后在所给约束条件（如存在曲 柄、传动角在许用范围内、结构尺寸合理
a d bc b d-a c


c d-a b
ac ab ad
a最短
a
b d
c
该机构中构件a最短， 构件a能否整周回转？
a d bc b d-a c c d-a b
a d bc abdc ac db
最短杆与最长杆之和小于等于 其它两杆长度之和
4、四杆机构的设计：按给定连杆位置设计；
按给定两连架杆位置设计； 按行程速比系数设计；
1. 平面连杆机构的运动设计是一个比较复杂和困难的问题，这主要是因为 它所含有的运动副为低副，而低副的约束数比高副多，从而给连杆机构的设计带 来较多的困难。但是，由于连杆机构中构件运动形式和连杆曲线的多样性，可供 工程实际广泛应用，所以直到今天,连杆机构的设计问题仍受到国内外学者的广 泛重视和深入研究。 连杆机构的设计方法大体可分为图解法、解析法和实验法三大类。本章结合 几种设计 命题对这三种方法都有所介绍，但限于学时和篇幅，所讲内容是最基 本的、有限的。同学若想深入学习和研究，可参阅张世民编著的《平面连杆机构 设计》（北京：高等教育出版社, 1983）和A.G.厄尔德曼，G.N.桑多尔著，庄细 荣等译的《机构设计————分析与综合（第一 卷）（第二卷）》（北京：高等教 育出版社，1992，1993）两书。前者对平面连杆机构的运动设计 作了较深入的 介绍，读者可以用它来解决更多的设计问题，书中不仅介绍了平面连杆机构 设 计的一些基础理论，而且在每一基
F
V
S

压力角：力F的作用线与力作用点绝对速度V所夹的锐角
α 称为压力角。 传动角：压力角的余角γ称为传动角
曲柄摇杆机构的压力角和传动角
Fr C B F Ft V C 压力角α越小，
传动角γ越大， 有效分力越大， 机构传动性能越好。
习惯用传动角γ判断机 构传力性能。
A
D
机构在运转一周的过程中，传动角是变化的。 为保证机构传力性能良好，应使 min 40°
ac ab ad
a最短
◆ Lmin Lmax L L 铰链四杆机构有整转副条件 ◆周转副由最短杆及其邻边组成
讨论：
（1）若 Lmin Lmax L L
B
2 4
曲柄摇杆
C 3
1
A
D
曲柄摇杆
最短杆邻边为机架
B
2 4
C 3
周 转 副 位 于 机 架 上
存 在 曲 柄
B3
B2 13 B1 B2’
C1
12
A
12
13
D
B3’
8.4.3.按急回特性设计四杆机构
§8-5 多杆机构简介
1、平面连杆机构的应用特点及四杆机构的基本类型； 2、四杆机构的演化：
变运动副尺寸——偏心轮； 变构件形状——移动副； 机架的位置
3、四杆机构的基本特性：
曲柄存在条件：铰链四杆机构的判别方法； 急回特性：极限位置、摆角、极位夹角、行程速比系数 传动角、压力角：分清原动件、从动件 死点位置
转角：

DC2 DC1
2
2

t2