机械设计之平面连杆机构

3.偏心轮机构 3.偏心轮机构
扩大转动副
特点： 曲柄承受较大的冲击载荷， 或者 特点 ： 曲柄承受较大的冲击载荷 ， 曲柄长度较短的机器中。 曲柄长度较短的机器中。 应用举例： 蒸汽机换气阀传动机构、 冲 应用举例 ： 蒸汽机换气阀传动机构 、 压机传动机构等。 压机传动机构等。
第二节 平面四杆机构的基本特性
C1
H
C2 e
A
90° 90°-θ 90°-θ 90° 2θ
o
③ + l 线 C µ 使 ∠ lBC O=90 B lBC作 射AB =1O AC2;C2C1O=90°= µAC1 lA −90°
θ=60° 作射线C 60 － θ=60°, 作射线 C2O 使 ∠ C1C2 O=90 90° θ=60 60° O=90°-θ=60°。
为什么？ 为什么？
曲柄摇杆机构的最小传动角出现的位置
结论： 结论：
γ min可能发生在主动曲柄与机架两次共线（AB′、AB″）的 可能发生在主动曲柄与机架两次共线（
位置之一处。 位置之一处。
四、死点（也称止点）
1．死点的概念 在曲柄摇杆机构中， 当摇杆为主动件时， 在曲柄摇杆机构中 ， 当摇杆为主动件时 ， 当 连 杆与从动曲柄共线时 机构的传动角等于0 杆与从动曲柄共线时，机构的传动角等于0°，会出 转动的顶死 现象， 顶死现象 现不能使构件 AB 转动的 顶死 现象 ， 机构的这种位置 称为死点。 称为死点。 死点
第三章
平面连杆机构
第一节 铰链四杆机构及其演化 第二节 平面四杆机构的基本特性 第三节 实现运动要求的机构参数图解 法实例 第四节 构件和运动副的结构
概念预热： 概念预热：
定义: 全由低副（转动副、移动副） 定义: 全由低副（转动副、移动副） 构成的平面机构称为平面连杆机构 平面连杆机构。 构成的平面机构称为平面连杆机构。
一、平面四杆机构的基本型式—铰链四杆机构 平面四杆机构的基本型式 铰链四杆机构
1．曲柄摇杆机构 2．双曲柄机构 3．双摇杆机构
二、平面四杆机构的演化
运动副全是转动副
1．曲柄滑块机构 2．导杆机构 3．偏心轮机构
一、平面四杆机构的基本型式
1.曲柄摇杆机构 ☆ 两连架杆中一个为 曲柄，另一个为摇杆。 曲柄，另一个为摇杆。 曲柄为主动件时， 曲柄为主动件时， 可以实现由曲柄的整周 回转运动到摇杆往复摆 动的运动转换。 动的运动转换。 摇杆为主动件时， 摇杆为主动件时， 则可以将摇杆的摆动转换为曲柄的整周回转运动。 则可以将摇杆的摆动转换为曲柄的整周回转运动。
一、曲柄存在条件 二、急回特性和行程速比系数 三、压力角和传动角 四、死点位置 、
一、曲柄存在条件
在∆B1C1D 中 在 ∆B2C2D中
①
整理得
② ③
将式① 将式①、②、③中的三个不等 式两两相加，化简后得④ 式两两相加，化简后得④
a ≤ b ④ a ≤ c a ≤ d
曲柄摇杆机构中，曲柄存在的必要条件： 曲柄摇杆机构中，曲柄存在的必要条件： 1）曲柄是最短杆； 曲柄是最短杆； 最短杆与最长杆之和应小于或等于其余两杆的杆长之和。 2）最短杆与最长杆之和应小于或等于其余两杆的杆长之和。 杆长和条件） （杆长和条件） 你会判断由不同杆作机架时四杆机构属于哪种机构么 判断由不同杆作机架时四杆机构属于哪种机构么？ 你会判断由不同杆作机架时四杆机构属于哪种机构么？
第一节
铰链四杆机构及其演化
构件之间都是转动副连接的平面四杆结构称为 铰链四杆机构。 铰链四杆机构。 铰链四杆机构是平面四杆机构的基本型式， 铰链四杆机构是平面四杆机构的基本型式， 其它四杆机构都是由它演变得到的。 其它四杆机构都是由它演变得到的。 在连架杆中，能作整周回转的 在连架杆中， 构件称为曲柄 曲柄， 构件称为曲柄，而只能在一 定角度范围内摆动的构件称为 摇杆。 摇杆。
课堂练习
铰链四杆机构中各干长度分别为： 铰链四杆机构中各干长度分别为：
=80， =90， =90， =40， ①l1=80， l2=90， l3=90， l4=40， =40， =100， =70， =120， ② l1=40， l2=100， l3=70， l4=120，判 断属于哪一类型的四杆机构。 断属于哪一类型的四杆机构。
连杆 连架杆
2 1
特点：面接触，承载能力强， 特点：面接触，承载能力强， 耐磨损； 耐磨损；易于制造和获得较高 的制造精度； 的制造精度；能实现多种运动 规律。 规律。
3 连架杆
4 机架 机架
运动副全是转动副
缺点：效率低；累计运动误差较大； 缺点：效率低；累计运动误差较大；高速运转时 不平衡动载荷较大，且难于消除。 不平衡动载荷较大，且难于消除。
应用： 应用： 正平行四边形机构
蒸汽机车的车轮联动机构 反平行四边形机构
车门启闭机构
3.双摇杆机构
☆两连架杆均为摇杆
应用： 应用：
双摇杆机构
起重机中重物平移机构
汽车前轮转向机构(等腰梯形机构) 汽车前轮转向机构(等腰梯形机构)
飞机起落架机构
二、平面四杆机构的演化
1.曲柄滑块机构 改变构件的形状和长度） 1.曲柄滑块机构 （改变构件的形状和长度） 一连架杆为曲柄， ☆ 一连架杆为曲柄，另一连架杆相对机架作往复移动 而称为滑块。 而称为滑块。
曲柄滑块机构
对心式曲柄滑块机构 偏置式曲柄滑块机构
应用举例：内燃机、空气压缩机、冲床和缝纫机等。 应用举例：内燃机、空气压缩机、冲床和缝纫机等。
2.导杆机构 2.导杆机构 取曲柄滑块机构中的不同构件作为机架 不同构件作为机架， 取曲柄滑块机构中的 不同构件作为机架 ， 可 以得到不同形式的机构。 以得到不同形式的机构。
2．死点的利用 在工程中也常常应用死点位置实现工作要求。 在工程中也常常应用死点位置实现工作要求。如 快速夹具、飞机起落架等。 快速夹具、飞机起落架等机起落架
3．死点的缺陷 对于传动机构，存在死点位置是一个缺陷， 对于传动机构，存在死点位置是一个缺陷，常 采用下列措施使机构顺利通过死点位置： 采用下列措施使机构顺利通过死点位置： 利用系统的惯性； 利用特殊机构。 ①利用系统的惯性；②利用特殊机构。
从动件受力点（ 从动件受力点（C点）的受力 受力点 方向与受力点的速度方向之 间所夹的锐角。 间所夹的锐角。
α 压力角
γ传动角
压力角的余角。 压力角的余角。 压力角越小， 压力角越小，传动角越 机构传力性能越好。 大，机构传力性能越好。 设计时应使 γ min ≥ [γ ] 40° 通常 γ min≥40°， 重载情况下， 50° 重载情况下， γ min≥50°
分析：1.连杆的长度不可能是最短杆， 分析：1.连杆的长度不可能是最短杆， 连杆的长度不可能是最短杆 否则的话为双摇杆机构； 否则的话为双摇杆机构； 2.根据分析确定18mm为最短杆； 2.根据分析确定18mm为最短杆； 根据分析确定18mm为最短杆 3.说明连杆要么是最长杆，要么45mm的杆为最长杆； 3.说明连杆要么是最长杆，要么45mm的杆为最长杆； 说明连杆要么是最长杆 45mm的杆为最长杆 解：设连杆的长度为Xmm（属于“a+d≤c+b”的形 设连杆的长度为Xmm（属于“a+d≤c+b 的形 Xmm 式）①当Ｘmm为最长杆时：即 mm为最长杆时 为最长杆时： ∴X ≤67 18+X≤40+45 ②当45mm为最长杆时：即 45mm为最长杆时： 为最长杆时 ∴X ≥23 18+45≤40+x ≤67时 ∴当23≤X ≤67时，该机构为曲柄摇杆机构
C
B
1 5
∵11+26<15+25
25
1 1
A
又∵杆CD是最短杆相对的杆件 CD是最短杆相对的杆件 此机构属于双摇杆机构 ∴此机构属于双摇杆机构 其中AD、BC均为摇杆 其中AD、BC均为摇杆 AD
26
D
3.已知在四杆机构中，机架长40mm 3.已知在四杆机构中，机架长40mm，两连架杆长 40mm， 已知在四杆机构中 度分别为18mm 45mm， 18mm和 度分别为18mm和45mm，则当连杆的长度在什么 范围内，该机构为曲柄摇杆机构？ 范围内，该机构为曲柄摇杆机构？
课堂练习
1. 试判别下面二个图分别属于什么类型 并说明连架杆的名称？ 并说明连架杆的名称？
B
20
C
1 5
A
18 30
D
∵15+30>20+18 此机构属于双摇杆机构 ∴此机构属于双摇杆机构 其中AB CD都为摇杆 AB、 其中AB、CD都为摇杆 ∵10+28<17+22
B
17
C
10
A
22 28
D
又∵最短杆AB固定作为机架 最短杆AB固定作为机架 AB ∴此机构属于双曲柄机构 此机构属于双曲柄机构 其中AB、CD都为曲柄 其中AB、CD都为曲柄 AB
180o +θ K= 180o −θ θ↗，K ↗，急回程 0时 =1 度↗。θ= 0时，K
极位夹角θ
摇杆的摆角 ψ＝∠C1DC2 ；
时，机构无急回运动。 机构无急回运动。
K −1 θ =180 K +1
o
课堂练习
• 已知曲柄摇杆机构的行程速比系数 1.4。求极位夹角？ 为1.4。求极位夹角？
三、压力角和传动角
利用机构错位排列 利用惯性
第三节 实现运动要求的机构参数图解法实例 主要任务 根据给定的运动条件， 根据给定的运动条件，用图解
法确定机构的运动尺寸。 法确定机构的运动尺寸。
一、按给定的行程速比系数设计四杆机构 二、按给定的连杆位置设计四杆机构
已知K= K=1 例 1： 已知 K=1.4 ， 滑块行程 H=30mm， 偏距e=12mm 30mm e=12mm， H=30mm ， 偏距 e=12mm ， 设计 此机构 。 ①计算: 计算: 180°(K- )/(K+1)=30 30° θ＝180°(K-1)/(K+1)=30°; μ=1 ② 选 取 比 例 尺 μ=1mm/mm ， 30mm 作C1 C2 ＝30mm