机械原理 连杆机构

设计任务：根据给定的运动要求选定机构的型式,并确定其各
构件的尺寸参数
设计的基本问题:
1) 满足预定的运动规律要求: 要求原动件运动规律一定的条 件下，从动件满足预定的运动规律要求。（解析法、图解法） 2) 满足预定的轨迹要求: 要求连杆上某些点的轨迹能符合预 定的要求，称为轨迹机构设计。（实验法、解析法） 3) 满足预定的连杆位置要求: 要求连杆能 顺序地实现一些给 定位置，称为导引机构设计。 （图解法、解析法）
实验法： 2.按预定轨迹设计
实验法： 3.按连杆曲线图谱设计
连杆曲线：四杆机构运动时，连杆作平面复杂运动，连杆 上每一点都描绘出一条封闭曲线——连杆曲线。
连杆机构设计方法小结：
图解法：简便、易行，精度稍差； 解析法：精确、繁杂； 实验法：直观、精度低。
锻压设备中的肘杆机构
热轧钢料运输机
手动冲床
牛头刨床主运动机构
4. 定块机构（固定滑块）
1.偏心轮机构 ——（曲柄演化为偏心轮）
当曲柄的实际尺寸很短并传递较大的动力时,可将曲柄做成几何中 心与回转中心距离等于曲柄长度的圆盘，常称此机构为偏心轮机构。
2.双滑块机构 ——
双 滑 块 机 构 的 演 化
2.双滑块机构 ——
1) 正弦机构
单击……
令
b l a
c m a
d n a
mP 0
m P 1 n
(m 2 n 2 1 l 2 ) P2 2n
cos( 0 ) P0 cos( 0 ) P cos( ) (o 0 ) P2 1
三、实验法： 1.按两连架杆对应角位移设计
电 炉 炉 门 启 闭 机 构
一、图解法：1.按连杆预定的位置设计四杆机构 已知条件：连杆长度 l BC 和连杆的三个给定位置B1C1、B2C2、B3C3
求解：其余三杆长度 l AB、lCD 、AD l
1）定比例尺μl，作出已知的连杆位置B1C1、B2C2、B3C3 2）分别连接B1B2、B2B3、C1C2、C2C3 3）分别作B1B2、B2B3、C1C2、C2C3的垂直平分线 nb12、 nb23、 nc12、 nc23 ， 取nb12与 nb23的交点为A, nc12与nc23的交点为D。 4）连接AB1、C1D，并量取各构件尺寸长度
压力角: 从动件在Ｃ点的受力方向F 与该点速度方向v
所夹的锐角，称机构在此位置的压力角，用表示。 Fn F Ft F cos 有效分力 C F vF t 有害分力
Fn F sin
压力角α越小，推动机械运动的
B A D
有效分力越大，故压力角越小越好。
传动角：压力角的余角，用 表示。 90
5、四杆机构的图解设计：按给定连杆位置设计；
1）当曲柄摇杆机构处于死点位置时，原动件应是
此时，机构的压力角为 。
，
2）在曲柄摇杆机构中，若把摇杆变换为机架，则机构演变 成 机构。
K 1 180 K 1

因此
（1）当 = 0，K = 1，机构无急回作用。
（2）当 ＞0，K ＞1，机构有急回作用。
急回特性的分析：
（1）分析原动件是否为连续运动， 从动件是否为往复运动。 （2）作图寻找从动件的极限位置。
（3）分析机构极位夹角θ是否大于零。 分析曲柄为原动件的 摆动导杆机构是否存在 急回特性。
连杆：不与机架相联作平面运动的构件；
1. 曲柄摇杆机构 ——两连架杆中，一个作整周转动，一个作往复摆动
单击……
曲柄摇杆机构的应用：
单击……
颚式破碎机
曲柄摇杆机构的应用：
搅 拌 机 机 构 雷达天线机构
2. 双曲柄机构 ——两连架杆均能作整周转动 双曲柄机构的应用：
惯性筛机构
2. 双曲柄机构 特例：平行双曲柄机构
曲 柄 摇 杆 机 构
当 lmax lmin l l 时： 无论何杆为机架——均为双摇杆机构。
——原动件匀速
连续回转，从动 件往复运动速度 不同的性质。
机构极位——曲柄与连杆两
次共线时的位置。
摆角——从动件摇杆两极限
位置时的夹角。
极位夹角——原动件曲柄在机
构极位时所夹的锐角。
实 现 给 定 轨 迹 搅 拌 机
用 于 实 现 各 种 不 同 的 运 动 规 律 要 求
四杆机构
——由四个构件组成的平面连杆机构。
铰链四杆机构
——全部运动副为转动副的四杆机构。
单击……
机架：支承传动零件。 曲柄：与机架相联并且作整周转动的构件；
摇杆：与机架相联并且作往复摆动的构件；
曲柄、摇杆——连架杆。
曲柄滑块机构 导杆机构（摆动导杆、转动导杆）
3. 四杆机构的其它演化形式：
偏心轮机构的演化 双滑块机构的演化
问 题 的 引 入
？整转副——
能实现整周相对转动 的转动副
曲 柄 摇 杆 机 构 双 曲 柄 机 构
双 摇 杆 机 构
曲柄整周转动，曲柄AB必须顺利 通过与机架AD共线的两个位置AB1和 AB2。 当曲柄处于AB1时，有： b≤(d－a)＋c c≤(d－a)＋b

t1
v2 lcd

t2

原动件匀速转动时, 从动件往 复运动速度快慢不同 ——急回运动特性。
行程速比系数——从动件空回行程平均速度与工作行程 平均速度的比值，用 K 表示：
v2 c1c2 t2 t1 1 180 K v1 c1c2 t1 t2 2 180
曲
柄
摇
杆
时间
t1 t2
摆 C1D 摆角 AB2 逆、匀 AB1 转角 1 180 C2D
AB1 逆、匀 AB2 转角 2 180 C1D 摆 C2 D 摆角
∵ α1＞α2且曲柄匀速 ∴ t1 ＞ t2
v1 lcd
故：摇杆C点平均速度
牛头刨床主运动机构
本章小结
1、平面连杆机构的应用特点；
作业：
摆动导杆机构
2、四杆机构的基本类型的判断； 习题：4-2、4-6、4-9、4-11、4-13* 3、四杆机构的演化形式： 曲柄滑块机构 4、四杆机构的基本特性： 补充：分析4-2所示尺寸的曲柄摇杆机构，当曲柄
急回特性：极限位置、摆角、极位夹角、行程速比系数 为原动件时，画图表示机构的极位夹角θ、摇杆 传动角、压力角： 定义、分析方法 摆角ψ、最小传动角γmin，并计算机构的行程速比 死点位置：定义、分析 系数K。 按给定两连架杆位置设计； 按行程速比系数设计；
1.由K求极位夹角θ
C1 E B2 A θ D ψ
90－θ
C2
2.画出摇杆CD两极限 位置，且 C1DC2=ψ
3.画辅助圆： 4.根据辅助条件确定A点：
B1 N
θ
5.量取AC1、AC2长度 并求得曲柄、连杆及机 架长度
l AB AC2 AC1 l 2 AC2 AC1 l 2
l AB AB1 l
lCD C1D l
l AD AD l
图解法：2.按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构
已知条件：机架长度l AD和两连架杆的三个对应位置AB1、ⅠD和AB2、ⅡD及AB3、ⅢD 求解：连杆长度 lBC 、连架杆长度 lCD
1）定比例尺μl，作出两连架杆的几个对应位置； B3 2）连接B2D，绕D点转- 12角，得B2′点； B2 13 3）连接B3D，绕D点转- 13角，得B3 ′点； B1 12 4）分别作B1B2 ′B2 ′3 ′的垂直平分线， 、 B 两线交于ⅠD杆上C1点；
5）确定连杆BC和连架杆CD的长度。
lBC B1C1 l lCD C1D l
C1
A
12 13
D
B2’ B3’
图解法：3.按给定的行程速比系数Ｋ设计四杆机构
已知条件：摇杆长度 lCD , 摆角 和行程速比系数Ｋ。 求解： 其余三杆长度 l AB 、lBC 、AD l 设计方法

a＋b≤c＋d a＋c≤b＋d
当曲柄处于AB2时，有：
a＋d≤b＋c
前三式两两相加可得： a b, 同时： 转动副成为周转副的条件: 1）最短杆与最长杆的长度和应小 于或等于其余两杆的长度和 ——杆长条件 即：lmax
来自百度文库
a c,
ad
a (b c d )max 其余两杆长度和
从动件不能在两个不连通的可行域内连续运动即不能 错位不连续； C C3 C 从动件不能违反运动顺序即不能 C1 2 错序不连续。 B A B1 B2 B3 ’
D
课堂小结
1.曲柄存在条件 作业： 1. 4-2
——铰链四杆机构基本类型的判断
2.急回运动特性 2. 补充：对4-2所示尺寸的曲柄摇杆机构，当曲柄 ——极位夹角的寻找、行程速比系数的意义 为原动件时，画图表示机构的极位夹角θ、摇杆 3.传动角与压力角 摆角ψ、最小传动角min，并计算机构的行程速 比系数K。——定义、意义、最小传动角位置 4.死点位置 预习：四杆机构的设计
1.
曲柄滑块机构（固定导杆）
对心式：
偏置式：
曲柄滑块机构的应用
内燃机主运动机构
2.
曲柄摇块机构（固定与滑块相对转动的构件）
自卸货车机构
3. 导杆机构 (固定与滑块不相连的构件)
导杆机构
摆动导杆 ——（机架不是最短）
转动导杆
——（机架最短）
摆动导杆机构
转动导杆机构
转动导杆机构的应用：
摆动导杆机构的应用：
——对边杆长相等的双曲柄机构
①若对边两杆相等且保持平行 ——正平行四边形机构 ②若对边两杆相等但不平行 ——反平行四边形机构
平 行 双 曲 柄 机 构 的 应 用
3. 双摇杆机构 ——两连架杆均不能作整周转动 双摇杆机构的应用：
汽车前轮转向机构
鹤 式 起 重 机 机 构
转动副演化为移动副
在曲柄摇杆机构中， 若摇杆的杆长增大至无 穷长，则其与机架相联 的转动副转化成移动副
平面连杆机构 ——将若干个构件用低副
联结起来并作平面运动的机 构，也称低副机构。
单击……
椭 圆 机 构
夹 紧 机 构
单击…… 单击……
缝 纫 机 针 机 构
1. 运动副为面接触，压强小，承载 能力大，耐冲击。 2. 运动副的形状简单、规则，容易 制造。 3. 构件可以很长，用于远距离的操作。 4. 可以实现特定运动轨迹要求。 5. 运动传递路线较长，易产生累积误 差。 6. 惯性力难以平衡，不易于高速运动。
传动角 越大，推动机械运动的有效分力越大， 故传动角越大越好。
min 的位置： 曲柄与机架两共线位置之一
1）当曲柄与机架重叠共线时： ∠BCD最小 ，γmin= ∠BCD
2）当曲柄与机架拉直共线时： ∠BCD最大且＞90°时 ， γmin= 180 ° -∠BCD 对 min 的要求： 一般机械： min 40° 大功率机械： min 50°
lmin l l
2）组成周转副的两杆中必有 一杆为四杆中的最短杆
铰链四杆机构类型的判断方法： ① 当 lmax lmin l l 时： 最短杆为连架杆——曲柄摇杆机构 最短杆为机架 —— 双曲柄机构 最短杆为连杆 —— 双摇杆机构 双 曲 柄 机 构 ② 双 摇 杆 机 构
缝纫机下针机构
2.双滑块机构 ——
2) 椭圆机构
单击……
2.双滑块机构 —— 3) 双转块机构
单击……
十字滑块联轴器
曲柄摇杆机构 1. 搜集生活中连杆机构应用实例3个以上，要求： 双曲柄机构（平行双曲柄） 双摇杆机构 画出其运动简图，说明机构名称及应用场合。
1. 四杆机构的基本形式： 作业：
2. 含移动副的四杆机构：
死点位置：从动件的传动角 等
于零时机构所处的位置。 死点位置的危害： 机构或是顶死，而不能运动；
或是出现运动不确定。
克服死点的措施：
① 利用惯性,如飞轮。
② 采用几套相同的机构错位。
③ 利用虚约束,如蒸汽机车中的平行四边形机构。
死点位置的利用：
飞机起落架机构
死点位置的利用
单击……
机床夹具机构
l AD AD l
l BC
图解法思路：
（1）将已知的几何条件尽可能画出； （2）将运动条件转化为几何条件； （3）利用几何关系寻找问题的关键；
（4）利用其他辅助条件完成设计。
二、 解析法: 1.按预定的两连架杆对应位置设计四杆机构 a cos(o ) b cos d c cos( o ) a sin(o ) b sin c sin( o )