四杆机构设计 PPT课件

10.下列机构中：1) 对心曲柄滑块机构、2) 偏置曲柄
滑块机构、3) 平行双曲柄机构、4) 摆动导杆机构、
5) 曲柄摇杆机构，当原动件均为曲柄时，上述_____
机构有急回运动特性。
A. 2 个 B. 3 个 C. 4 个 D. 5 个
答案
答案
一、判断题 １T、２F、３F、４T、 ５T 、6T 、7F 、8F 、9T 、10T
自测试题
一、 判断题（正确：T，错误：F）
1.平面连杆机构是低副机构，其接触处压强较小，因 此适用于受力较大的场合。
2.铰链四杆机构通过机架的转换，就一定可以得到曲 柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。
3.铰链四杆机构如有曲柄存在，则曲柄必为最短构 件。
4.在曲柄滑块机构中，当曲柄为主动件时，机构没
φ=θ
D
3) 曲柄滑块机构 已知K，滑块行程H，偏源自文库
H C1 90°-θ C2
距e，设计此机构 。
A
90°-θ
e
E 设计：潘存云
①计算:
2θ
θ＝180°(K-1)/(K+1);
o
②作C1 C2 ＝H
③作射线C1O 使∠C2C1O=90°－θ, 作射线C2O使∠C1C2 O=90°－θ。
④以O为圆心，C1O为半径作圆。
一、按给定的行程速比系数K设计四杆机构
1) 曲柄摇杆机构
C2
已知：CD杆长，摆角φ及K， 设计此机构。步骤如下：
①计算θ＝180°(K-1)/(K+1);
E
θ
φ 设计：潘存云
C1 90°-θ
②任取一点D，作等腰三角形
腰长为CD，夹角为φ;
A
θD
③作C2P⊥C1C2，作C1P使
∠C2C1P=90°－θ,交于P;
P
④作△P C1C2的外接圆，则A点必在此圆上。
⑤选定A，设曲柄为l1 ，连杆为l2 ，则:
A C1= l1+l2 ,A C2=l2- l1 => l1 =( A C1－A C2)/ 2
⑥以A为圆心，A C2为半径作弧交于E,得： l1 =EC1/ 2 l2 = A C1－EC1/ 2
2) 导杆机构
A’
D’
b)给定连杆上铰链BC的三组位置
C1 C2 C3
有唯一解。
B1
设计：潘存云
B2
B3 D
A
刚化反转法
以CD杆为机架时看到的四杆机构ABCD的位置相当 于把以AD为机架时观察到的ABCD的位置刚化，以D
轴为中心转过 1 2 得到的。
▪ 低副可逆性； ▪ 机构在某一瞬时，各构
件相对位置固定不变， 相当于一个刚体，其形 状不会随着参考坐标系 不同而改变。
答案
6.当曲柄摇杆机构的原动曲柄位于_______时，机构 的传动角最小。
A. 曲柄与连杆共线的两个位置之一 B. 曲柄与机架相垂直的位置 C. 曲柄与机架共线的两个位置之一 D. 摇杆与机架相垂直时对应的曲柄位置
7.铰链四杆机构的压力角是指，在不计摩擦情况下， 连杆作用于______上的力与该力作用点的速度间所 夹的锐角。
3. 掌握按行程速比系数和给定连杆位置设计四杆机 构的作图法 。
重点与难点分析
本章重点：平面四杆机构的基本特性及其设计；
本章难点：用作图法设计四杆机构 。
1.极位夹角：机构中从动摇杆处于两极限位置时， 原动曲柄的相应两位置之间所夹的锐角。
0 ，表示机构具有急回特性，且极位夹角愈
大，机构的急回运动就愈显著，所以，要判断一 个机构是否有急回特性，就要找出极位夹角。
它们常用来衡量机构的传动性能。传动角愈大， 即压力角愈小，机构的传动性能愈好，效率愈高。
多数机构运动中的传动角是变化的。为了使机构 传动质量良好，一般规定机构的最小传动角 min 40 。 为了检查机构的最小传动角，需要确定最小传动角的 位置。通过分析可知：曲柄摇杆机构的最小传动角出 现在曲柄与机架共线的两位置之一；曲柄滑块机构的 最小传动角出现在曲柄与导路垂直的位置；导杆机构 在任何位置最小传动角都等于90o。
根据不同的设计要求，作图法设计四杆机构可 分为三种类型。
1）按给定的行程速比系数K设计四杆机构 （重点）
已知：行程速比系数K，摇杆CD的长度lCD ，摇杆的 摆角，设计此四杆机构。
设计的实质是：确定曲柄的固定铰链中心A 的位置， 进而定出其余三杆长度。 设计方法是：先根据行程速比系数K 由公式 180 K 1 求出极位夹角，根据几何条件作出摇杆的两个极限K位1 置C1D和C2D；由C1、C2点各作与C1C2 连线夹角为 (90 ) 的直线相交于O点；以O点为圆心，OC1为半 径画圆，A 点即在此圆上，可由其它附加条件确定。
若仅给定连杆BC的两个预定位置，则设计的四杆 机构有无穷多解。
典型例题分析
例2-1 在图2-1a 所示的铰链四杆机构中，已知各杆长
度为lAB =20mm，lBC=60mm，lCD=85mm， lAD=50mm ，
1、试判断该机构是否有曲柄； 2、判断此机构是否存在急回 特性？若存在，试确定其极位 夹角，并估算行程速比系数 ； 3、若以构件AB为主动件，画 出机构的最小传动角的位置； 4、在什么情况下机构存在死 点位置？
故，可求得：K= ( 180o+θ ) / ( 180o –θ ) = ( 180o + 59o) / ( 180o - 59o) = 1.98
3、若以曲柄AB为主动件，则机构在曲柄AB与机架AD共
线的两个位置之一存在最小传动角γmin 由图可得：γmin= ∠B’’C’’D =15o
4、当以摇杆CD为主动件，则从动件AB与连杆BC共线的 两个位置AB1C1D和AB2C2D，即为机构的死点位置。
借助惯性或采用机构错位排列的方法，使机构能顺 利通过死点位置而正常运转；而自锁是指机构在考 虑摩擦的情况下，当驱动力的作用方向满足一定的 几何条件时，虽然机构的自由度大于零，但机构仍 无法运动的现象。
4. 平面四杆机构的作图法：用作图法设计四杆机构 是根据设计要求及各铰链之间相对运动的几何关系 通过作图来确定四个铰链的位置。
5.平行四边形机构的极位夹角=___ ,它的行程速比系 数K____。 6.铰链四杆机构演化成其它形式的四杆机构常有三种 方法，它们是______、________和_______。 7.一对心曲柄滑块机构，若以滑块为机架，则将演化 成___________机构。 8.曲柄为主动件的曲柄摇杆机构中，当从动摇杆处于 两极限位置时，________在该位置所夹的锐角，称 为极位夹角。
图2-1
解：1、因为lAB+lCD=20+85=105mm< lBC+lAD=60+50=110mm
且连架杆AB为最短杆
故，AB杆就是曲柄，该机构是曲柄摇杆机构 2、取比例尺=1mm/mm ，作摇杆CD处在两个极限位置时 的机构位置图 AB1C1D 和 AB2C2D ，如图 b 所示。图中， ∠C1 AC2 为极位夹角θ。 由图中量得：θ=59o 故该机构有急回特性。
答案
二、填空题
1.平面连杆机构是构件用______连接而成的机构， 当平面四杆机构的运动副都是______ ，则称为铰链 四杆机构。 2.铰链四杆机构的三种基本形式是____、 ____和 ___ 。它们是按照______来确定的。 3.铰链四杆机构中，固定不动的杆称为_ ___ ，不与 机架直接连接的杆称为____ ，用转动副与机架连接 的杆称为_____。 4.机构处于死点位置时，其传动角等于__，压力角等 于___。
三、选择题 1D、 ２C、３A、 ４B、５D 、 6C 、7B 、 8C 、9C 、10B
有死点 。
答案
5.在摆动导杆机构中，当曲柄为主动件时，曲柄在任 何位置时其传动角均相同 。 6.极位夹角θ >0 的四杆机构，一定有急回特性。 7.在曲柄滑块机构中，只有当曲柄与滑块导路垂直时， 传动角才可能出现最小值。 8.传动角就是连杆与从动件的夹角。 9.连杆机构任一位置的传动角与压力角之和恒等于 90o。 10.从传力效果来看，传动角越大越好，压力角越小 越好。
第 1 步：选B点，以 I 位置为参考位置，DF1 为机架 第 2 步：用刚化反转法求出 B2、B3 的转位点 第 3 步：做中垂线，找C1 点 第 4 步：联接AB1C1D
教学基本要求
1.了解组成铰链四杆机构的各构件的名称，熟悉铰 链四杆机构的等基本概念。
2. 能根据四杆机构存在曲柄的条件，熟练判断铰链 四杆机构的基本类型。
C. 容易实现多种运动形式的转换；
D. 容易精确地实现预定的运动规律。
答案
2.四杆长度不等的双曲柄机构，若主动曲柄作连续 匀速转动则从动曲柄将________。
A. 匀速转动 C. 周期变速转动
B. 间歇转动 D. 往复摆动
3.平行双曲柄机构，当主动曲柄作匀速转动，则从 动曲柄将______。
A. 匀速转动 C. 周期变速转动
2）用作图法按两连架杆预定的对应位置 设计四杆机构 设计方法是：此类问题刚固反转法进行设计 （重点）
3）按预定的连杆位置设计四杆机构：
已知：连杆BC的三个预定位置B1C1、B2C2和B3C3 设计的实质是：求固定铰链中心的位置 设计方法是：此类问题可用求圆心法来解决，即作 铰链B各位置点连线B1B2 、B2B3的中垂线，两中 垂线的交点即为固定铰链中心A。同理，作铰链C 各位置点连线C1C2、 C2C3的中垂线，两中垂线的 交点即为固定铰链中心D。
A. 主动件 B. 从动件 C. 机架 D. 连架杆 答案
8. 有一对心曲柄滑块机构，曲柄长为100mm，则 滑块的行程是__________。
A. 50mm B. 100mm C. 200mm D. 400mm
9.摆动导杆机构的行程速比系数K=2， 则该机构的 摆角为__。
A. 90 B. 45 C. 60 D. 30
⑤作偏距线e，交圆弧于A，即为所求。
⑥以A为圆心，A C1为半径作弧交于E,得： l1 =EC2/ 2 l2 = A C2－EC2/ 2
二、按预定连杆位置设计四杆机构
C1
a)给定连杆两组位置
C2
将铰链A、D分别 选在B1B2， C1C2连线的垂直平分线上任意 位置都能满足设计要求。
B1 B2
A
D
有无穷多组解。
9.铰链四杆机构中，_____角越大，对机构的传动越 有利。
10.死点是指不计摩擦时机构所处的特殊位置，可借 助_____或采用_____的方法使机构能顺利通过死点 位置而正常运转。
三、选择题
1.下面
不是平面连杆机构的优点。
A. 运动副是面接触，故压强小、耐磨损；
B. 运动副制造简单，容易获得较高的制造精度；
3. 死点：当机构出现传动角 0时，其压力角α=90o， 作往复运动的原动件通过连杆作用于从动曲柄上的力 恰好通过从动件的转动副中心，致使从动件不能转动， 机构的这种位置，称为死点位置。在曲柄摇杆机构或 曲柄滑块机构中，若以摇杆或滑块为主动件，则曲柄 与连杆共线的位置，就是死点位置。
注意：死点、自锁与机构自由度小于等于零的区别。 自由度小于等于零，表明机构中各构件间不可作相对 运动；死点是指不计摩擦时机构所处的特殊位置，可
例如，一个对心曲柄滑块机构，因其极位夹角 0
机构就没有急回特性；但一个偏置曲柄滑块机构， 因其极位夹角 0 ，机构就有急回特性；摆动导 杆机构的摆角与其极位夹角相等，它有急回特性， 但转动导杆机构就没有急回特性 。
2.压力角与传动角：在四杆机构中，当不计摩擦时， 主动件通过连杆作用在从动件上的力的作用线与其 受力点出的速度方向之间所夹的锐角，称为机构在 此位置的压力角，而把压力角的余角，即连杆与从 动摇杆所夹的锐角，称为传动角。
B. 间歇转动 D. 往复摆动
答案
4.改变摆动导杆机构导杆摆角的有效方法是_____。
A. 改变导杆长度 C. 改变机架长度
B. 改变曲柄长度 D. 改变曲柄转速
5.杆长不等的铰链四杆机构，若以最短杆为机架， 则是___机构。
A. 曲柄摇杆机构 C. 双摇杆机构
B. 双曲柄机构 D. 双曲柄机构或双摇杆机构
m
已知：机架长度d，K，设计此机构。 分析：
由于θ与导杆摆角φ相等，设计此 机构时，仅需要确定曲柄 a。
①计算θ＝180°(K-1)/(K+1);
②任选D作∠mDn＝φ＝θ， 作角分线;
③ 取 A 点 ， 使 得 AD=d, 则 : a=dsin(φ/2)。
n A
设计：潘存云
φ=θ d
D
Aθ
设计：潘存云