平面连杆机构及其运动设计

其传动角恒为90º
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五、死点
当作用在从动件（连架杆）上的力恰好通过其转 动中心时，从动件不能继续转动，出现“顶死”现 象，机构的这种位置称为“死点”。
• 死点位置： =0º（=90º）
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❖曲柄摇杆机构
以摇杆3为原动件，连 杆2与从动曲柄1共线时，
则机构处于死点位置。
❖曲柄滑块机构
以滑块3为原动件，连杆2与从动曲柄1共线时，则机
▪ 对心曲柄滑块机构有曲柄的条件 a≤ b,且最短杆为连架杆 。
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二、急回特性和行程速度变化系数
❖急回特性
当机构的原动件作连续 转动，而从动件作往复运动时， 从动件的回程速度大于工作行 程速度的特性。
❖行程速度变化系数
=回程平均速度／工作行程平均速度
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在图示曲柄摇杆机构中，曲柄为原动件。 ▪摇杆的两极限位置
平面连杆机构及其运动设计
平面四杆机构的基本知识 平面四杆机构的运动设计
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平பைடு நூலகம்四杆机构的基本知识
• 平面四杆机构有曲柄的条件 • 急回特性和行程速度变化系数 • 压力角和传动角 • 死点
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一、平面四杆机构有曲柄的条件
1. 有整转副的条件
铰链四杆机构具有整 转副的条件为：
1）满足杆长条件 最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他二杆长度
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铰链四杆机构
❖当满足杆长条件时， 取最短杆的对杆为机架， 则为双摇杆机构；
❖当不满足杆长条件时，
不论取何杆为机架，均为双摇杆机构。
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❖结论
机构类型 杆长条件 机架
曲柄摇杆 满足
最短杆的邻杆
双曲柄 满足
最短杆
双摇杆
满足
最短杆的对杆
不满足 任意杆
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❖铰链四杆机构有曲柄的条件
1）满足杆长条件， 2）取最短杆或最短杆的邻杆为机架。
因传动角γ易于从机构位置图观察和测量， 故常 用γ衡量机构传力的性能。
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▪α或γ是针对机构中的从 动连架杆而言，与主、从 动件的选取有关；
▪ α、γ随机构位置的变化而 变化。
▪为了保证机构传力性能良好，应使 min40º~50º。 20
❖最小传动角min出现的位置
max
min
max
min
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四、 压力角和传动角
❖ 压力角： 作用在从动件（连架
杆）上的力与该力作用点 的速度之间所夹的锐角。 记作α.
❖传动角：压力角的余角 (F与Fn所夹的锐角）。 记作γ。
不计惯性力、重力、摩擦力
，对机构的传力愈有利。
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▪ 当∠BCD为锐角时， =∠BCD= ▪ 当∠BCD为钝角时， =180º
曲柄与连杆两次共线 时，从动摇杆CD分别处于 极限位置C1D和C2D。
▪行程速度变化系数
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▪极位夹角
从动摇杆位于两极限位置时， 相应曲柄两位置所夹的锐角。
180 K 1
K 1
➢ 0 ，K1 ,机构有急回特性；
值越大，K值越大，急回特性越 显著。
➢若0 ，K1，机构无急回特性。
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偏置曲柄滑块机构是否有急回特性？
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3.铰链四杆机构三种类型的倒置
❖ 倒置： 在机构学中将变换机架称为倒置。
❖ 对于铰链四杆机构，当杆长条件满足时，机构的三种 类型具有内在联系。
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4 作
为1 机
曲柄摇杆
架
的 构
2
件
3
曲柄摇杆
双曲柄
双摇杆
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4.曲柄滑块机构有曲柄的条件
▪ 偏置曲柄滑块机构有曲柄的条件
a+e≤ b,且最短杆为连架杆。 其中a为连架杆的长度、b为连杆的长度。
▪ max为锐角 min= min
▪ max为钝角
1= min ，2= 180º max
min为1和2中的较小者。
对于曲柄摇杆机构， min出现在曲柄与机架共线的两
位置之一。
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偏置曲柄滑块机构的min出现在主动曲柄的动铰链B
距导路最远的位置（主动曲柄与滑块导路方向垂直的位置 之一）。
摆动导杆机构（曲柄为原动件）的压力角恒为零，故
有急回特性
对心曲柄滑块机构是否有急回特性？
没有急回特性
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摆动导杆机构是否有急回特性？
有急回特性
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三、运动的连续性
❖运动的连续性：
当主动件连续运动时，从动件也能连续地占据预定的 各个位置。
❖运动的可行域：
从动件运动范围。
▪从动件只能在某一可行域内运动，而不能从一个可行域 跨入另一个可行域。
❖按连杆的给定位置设计四杆机构（刚体导引） ❖按给定两连架杆的对应位置设计四杆机构
❖按行程速度变化系数设计四杆机构
❖习题课
❖总结
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返回 k例题
1.机构设计的倒置原理
▪ 同一运动链，取不同的构件为“机架”时，根据相对 运动原理，各构件间的相对运动关系并未改变（机构位置 图全等）。
飞机起落架机构
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平面四杆机构的运动设计
根据给定的要求选定机构的型式，确定各构件 的尺寸，同时满足运动条件（如存在曲柄等）， 动力条件（如传动角等）和运动连续条件等。
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返回 图解法
一、平面四杆机构设计的基本问题
问题一：实现给定的运动规律
▪实现连杆给定位置（刚体导引） 要求所设计的机构能引导刚体（连杆）顺序通过
一系列给定的位置。
炉门的开闭机构
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铸造造型机砂箱翻转机构
▪实现两连架杆给定的对应位置
要求所设计的机构的 主、从动连架杆的位 置（转角）满足预定 的对应关系。
F1 C1
F2 E1
B1
B2
E2 标线：构件上标志其位 C2 置的线段。
如：线段AF,DE。
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▪实现给定的运动特性要求
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问题二：实现给定的运动轨迹
之和。 2）组成该整转副的两杆中必有一杆为最短杆。
▪最短杆参与组成的转动副是整转副，其余的是摆动副。 3
2.铰链四杆机构三种类型的判据
❖当满足杆长条件时，
取最短杆的邻杆为机架,
则为曲柄摇杆机构；
▪最短杆参与组成的转动副是整转副，其余的是摆动副。
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铰链四杆机构
❖当满足杆长条件时，
取最短杆为机架， 则为双曲柄机构；
要求在机构的运动过程中，连杆上某点的轨迹能 符合预定的轨迹要求。
❖设计方法：图解法、解析法和实验法.
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二、实现给定运动规律的平面四杆机构运动设计 的图解法
用图解法进行设计就是利用各铰链之间相对运动的几 何关系，通过作图确定各铰链的位置(作出机构位置图）， 从而由“图”定出各构件的尺寸。 。
❖机构设计的倒置原理
构处于死点位置。
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❖摆动导杆机构
以摆杆3为原动件，当摆杆3与从动曲柄1垂直时，则
机构处于死点位置。 25
❖死点的克服
➢ 利用构件的惯性或对从动曲柄施加外力 实例：家用缝纫机。
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死点的克服
➢用多套机构错位排列。 实例：蒸汽机车车轮联动机构
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蒸汽机车车轮联动机构
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❖死点的利用
夹紧工件的夹具