机械原理_平面四连杆结构的设计说明

压力角是机构传力性能的一个重要指标， 它是力的利用率大小的衡量指标。
规格严格 功夫到家
42
3-3 平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念
曲柄摇杆机构的传动角
2
BD

a2

d
2

2ad
cos
2
BD

b2

c2

2bc
cos
α
Ft
B

Fn
γ C F
C2 δ
δmax


Fn γ F
α
C1
3-3 平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念
曲柄滑块机构 的极位夹角 B
摆动导杆机构 的极位夹角
2 A
1
B1

C
B

1
A 2 ψ
B1 d
e C1
1 2
D
1 2
2
规格严格 功夫到家
46
3-3 平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念
2. 急回运动
当曲柄等速回转的情况下，通常把从动件往复运动速度 快慢不同的运动称为急回运动。
规格严格 功夫到家
26
3-2 平面四杆机构的基本类型及其演化
3、双摇杆机构的演化
B2
1
C
3
改变运动副类型 转动副变成移动副
0
B
1
2
C
3
0
改变构件 相对尺寸
1
A
B 2
3
AD
4
A
D
4
DC 4
双滑块机
构
规格严格 功夫到家
27
3-2 平面四杆机构的基本类型及其演化
4、曲柄滑块机构的演化
B
1
A
2
改变运动副类型 转动副变成移动副
ab ad
a最短
最短杆与最长杆之和小于等 于其它两杆长度之和。
◆最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和 ◆最短杆是连架杆或机架
再看这个例子
铰链四杆 机构有曲 柄的条件
构件a为什么不能整周回转？
a
b
c
a最短，d最长
d
a d b c 是否成立？
规格严格 功夫到家
32
3-3 平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念

3 3
通常把从动件往复运动平均速度的比值(大 于1)称为行程速比系数，用K表示。
K

180 180

180 K 1
K 1
规格严格 功夫到家
49
3-3 平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念
四、机构的死点位置
1. 死点位置
所谓死点位置就是指从动件的传动角等于零或
3.双摇杆机构
两个连架杆都作摆动； 连杆作平面运动。
规格严格 功夫到家
20
3-2 平面四杆机构的基本类型及其演化
鹤式起重机
汽车转向机构
规格严格 功夫到家
21
3-2 平面四杆机构的基本类型及其演化
二、平面四杆机构的演化
平面四杆机构的演化方式
(1) 改变运动副类型 转动副 (2) 改变相对杆长 (3) 选不同构件作机架
4
2
B
1
A
规格严格
C
3
D
改变构件 相对尺寸
4
B
A
2
C
1
D
3
C
4
改变构件
3
相对尺寸
D 4
功夫到家
CD
34
B1
2
A
双转块机构
25
3-2 平面四杆机构的基本类型及其演化
3、双摇杆机构的演化
2
B
C
B2 C
2 B
C
1
改变运动副类型
3 转动副变成移动副 1 0
3
改变构件 相对尺寸
1
3
A
D
4
D
D
A
4
A4
移动导杆机构
一、平面四杆机构的基本类型及应用
摆转副
连杆
C
周转副
连架杆 曲柄
周转副
2
B 1
A
3 连架杆 摇杆
D 摆转副
机架
4
铰链四杆机构
平面四杆机构的基本类型是一个铰链四杆机构。
规格严格 功夫到家
12
3-2 平面四杆机构的基本类型及其演化 这个铰链四杆机构有三种基本形式。
1.曲柄摇杆机构
一个连架杆作整周转动； 一个连架杆作摆动； 连杆作平面运动。
没有曲柄。
B2
d
偏置转动导杆机构
规格严格 功夫到家
39
3-3 平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念
2 3
B a1
A
B1
C
C1
e C2
D
B2
d
a d e
有曲柄，该机构是转 动导杆机构。
结论
偏置导杆机构有 曲柄的条件是：
a d e, a d e
规格严格 功夫到家
40
3-3 平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念
移动副
人们认为所有的四杆机构都是由四 杆机构的基本形式演化来的。
规格严格 功夫到家
22
3-2 平面四杆机构的基本类型及其演化
1、曲柄摇杆机构的演化
C3
2 B
1
A
C
3
D
改变运动副类型转
2
动副变成移动副 B
4
1
A
D∞
4
B 12
A
C
3 4D
改变构 件相对 尺寸
改变构件相对尺
C3
寸e＝0
B
2
4D e
1
A
规格严格 功夫到家
23
3-2 平面四杆机构的基本类型及其演化
2、双曲柄机构的演化
B2
1
A
C
0
B
2
改变运动副类型
3 转动副变成移动副 1
D
AD
C 改变构件
3 相对尺寸
4
4
2 B
C
3
1
AD
4 转动导杆机构
规格严格 功夫到家
24
3-2 平面四杆机构的基本类型及其演化
B2
1
2
C
B
3
改变运动副类型 转动副变成移动副
1
A
AD
构件1能通过AB1位置的条件是： aeb
构件1能通过AB2位置的条件是： a-e b
C2
曲柄滑块机构有 曲柄的条件是：
aeb
规格严格 功夫到家
35
3-3 平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念
3、导杆机构有曲柄的条件
2
B1
B
a1 3
C
A
2
B
a1 3
A
C
B1 B2
B2 d
d
ad
有曲柄，该机构是摆动 导杆机构。
ac
a b a最短
ad
该机构中构件a最 短，构件a能否整 周回转？
规格严格 功夫到家
31
3-3 平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念
adbc
a d b c 设b最长 a b d c 成立
bd-ac cd-ab ac
abdc acdb
a d b c 必然成立 acdb
周转副 b
摆转副
c a
d
周转副
摆转副
最短杆a是机架时，连架杆b,d都是曲柄
双曲柄机构
最短杆a是连架杆时，b或者d是机架，a是曲柄
曲柄摇杆机构
c是机架时，无曲柄
双摇杆机构
规格严格 功夫到家
34
3-3 平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念
2、曲柄滑块机构有曲柄的条件
B1
B
a1
b A2
3
e
C C1
B2
3-2 平面四杆机构的基本类型及其演化
规格严格 功夫到家
17
3-2 平面四杆机构的基本类型及其演化
振动筛
规格严格 功夫到家
18
3-2 平面四杆机构的基本类型及其演化
平行四边形机构对边长度相 等且平行实现水平升降
反平行四边形机构对边长 度相等但不且平行实现两 扇门同时开闭
规格严格 功夫到家
19
3-2 平面四杆机构的基本类型及其演化
构件2 为机架
C
2
B
3
1
A
4
D
曲柄摇杆机构 构件3 为机架
C
2 B
1
3
A
4D
双摇杆机构
规格严格 功夫到家
29
3-3 平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念
一、平面四杆机构有曲柄的条件
1、铰链四杆机构有曲柄的条件
B
B1
a
C1
C C2
b
cb c
a
A B2
D
d
蓝色三角形 B1C1D 成立 adbc badc cadb 红色三角形 B2C2D成立

1 1

180 1
C2 C1
DC2 DC1
1


A
B1
3


t2
,t2

2 1

180 1
B2
2
D
t1 t2 ,3 3
规格严格 功夫到家
48
3-3 平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念
3. 行程速比系数K
K

从动动件快速行程平均速度 从动动件慢速行程平均速度
规格严格 功夫到家
3
3-1 概述
平面连杆机构
规格严格 功夫到家
4
3-1 概述
二、连杆机构的优点
·承受载荷大，便于润滑 ·制造方便，易获得较高的精度 ·两构件之间的接触靠几何封闭实现 ·实现多种运动规律和轨迹要求
规格严格 功夫到家
5
3-1 概述
·承受载荷大，便于润滑 ·制造方便，易获得较高的精度 ·两构件之间的接触靠几何封闭实现
2
BC
C
D
3
A1 3
4
∞
D 4
C
B2
D A1 34 3
双滑块机构
定为机架
改变机架
2
BC
A1 3
D
来自百度文库
改变构件 相对尺寸
4 正弦机构
规格严格 功夫到家
28
3-2 平面四杆机构的基本类型及其演化
5、四杆机构基本类型的演化关系
C
2 B
3
1
A
4D
构件4为机架 曲柄摇杆机构
构件1 为机架
C
2 B
1
3
A
4D
双曲柄机构
四连杆机构只有5组 、 值可以精确满足预 定的函数 f () 。
规格严格 功夫到家
10
3-1 概述
不易精确实现各种轨迹要求
实现预定运动轨迹
g(x, y) 0
四连杆机构只有9组 x, y 值可以精确满
足预定的轨迹方程。
规格严格 功夫到家
11
3-2 平面四杆机构的基本类型及其演化
讨论
◆最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和
这是铰链四杆运动链有周转副的几何条件
b
a
c
d
当最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和即
abcd 该式表明铰链四杆运动链有两个周转 动副,并且这两个周转副在最短杆的两端。
规格严格 功夫到家
33
3-3 平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念
◆最短杆是连架杆或机架
规格严格 功夫到家
6
3-1 概述
·实现多种运动规律和轨迹要求
规格严格 功夫到家
7
3-1 概述
三、连杆机构的缺点
·惯性力不易平衡 ·不易精确实现各种运动规律和轨迹要求
惯性力不易平衡
规格严格 功夫到家
8
3-1 概述
规格严格 功夫到家
9
3-1 概述
不易精确实现各种运动规律
实现预定运动规律
f ()
ad
有曲柄，该机构是转动 导杆机构。
规格严格 功夫到家
36
3-3 平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念
2 B a1 3
A
B1
C
B2
d
结论
导杆机构总是 有曲柄的
ad
有曲柄，该机构 是转导杆机构。
转动导杆机构
规格严格 功夫到家
37
3-3 平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念
4、偏置导杆机构有曲柄的条件
二、压力角和传动角
v

F

W F s cos
s
传动角：压力角的余角γ称为传动角 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。
规格严格 功夫到家
41
3-3 平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念
W F s cos
在其它条件不变的情况下压力角α 越 小，作功W越大。
规格严格 功夫到家
13
3-2 平面四杆机构的基本类型及其演化
A3
6
B
4
D
C5
曲柄摇杆机构
规格严格 功夫到家
14
3-2 平面四杆机构的基本类型及其演化
连杆曲线
规格严格 功夫到家
15
3-2 平面四杆机构的基本类型及其演化
2.双曲柄机构
两个连架杆都作整周转动； 连杆作平面运动。
规格严格 功夫到家
16
机械原理
第三章 连杆机构分析与设计
陈明
哈尔滨工业大学
2013年3月
规格严格 功夫到家
1
3-1 概述
一、连杆机构的定义与分类
（1）由若干刚性构件用低副联接而成的机构称为连 杆机构。连杆机构又称为低副机构。
规格严格 功夫到家
2
3-1 概述
（2）连杆机构可分为 空间连杆机构和 平面连杆 机构
空间连杆机构
主动件a 从动件c
运动 AB1→AB2 DC1→DC2
时间
t1
t1
C2 C1
转角
φ1
ψ
1

运动 AB2→AB1 DC2→DC1

A
B1
时间
t2
t2
D
转角
φ2
ψ
2
B2
规格严格 功夫到家
47
3-3 平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念
从动件DC的平均角速度：
DC1 DC2
3

t1
, t1
B
2 1a
A
B1
3
C2 C C1
D
e
B2
B
3
2 a1
A
d
偏置转动导杆机构
B1
C
C1
B2
C2
De
d
ad e
有曲柄，该机构是 摆动导杆机构。
ad e
有曲柄，该机构 是摆动导杆机构。
规格严格 功夫到家
38
3-3 平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念
B
2 a1
A
B1
3
C
C1
C2 D e d e a d e
δmin
Ft
B2
A
B1
D
cos b2 c2 a2 d 2 2ad cos
2bc
90 , 90 , 180
规格严格 功夫到家
43
3-3 平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念 曲柄滑块机构的压力角
B1
B
1a
A
b2
max

B2
B2
3C
C1
min 0
e
C2
规格严格 功夫到家
44
3-3 平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念
三、急回运动和行程速比系数
1. 极位夹角
当机构从动件处于两极限位置时，主动件曲柄在两个
相应位置所夹的角 称为曲柄摇杆机构的极位夹角。
C1
1
B
a
d
A 2 B1
C b
c
D
规格严格 功夫到家
45
者压力角等于90∘时机构所处的位置。
d-a bc
ad
b d-a c
c d-a b
规格严格 功夫到家
30
3-3 平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念
比较
adbc d-abc badc bd-ac cadb cd-ab
adbc

bd-ac

c d-a b
a
b
c
d
d-aadbc adbc bd-acadc bd-ac cd-abadb cd-ab