机械基础-平面四杆机构课件
合集下载
平面四杆机构ppt课件
动画演示曲柄存在的三种类型：
（2）不满足长度和条件，即 lma xlmi nll
当最长杆与最短杆长度之和大于其余两杆长度之 和时，无论取哪一杆件为机架，机构均为双摇杆机构。
想一想 练一练 请判断图所示各机构属于何类铰链四杆机构？
作业：
如图所示的铰链四杆机构ABCD中，已知各杆 的长度分别为：a=30，b=50，c=40，d=45。试确
2、死点位置
摇杆处于左极限 位置C1D时,连杆与从 动件(曲柄)的共线位 置C1A B1。
摇杆处于右极限位置 C2D时,连杆与从动件(曲柄) 的共线位置C2B2A。
死点在实践中的应用
死点的利用：飞机起落架和钻床夹紧机构两个实例， 了解死点在生活中有益的一面。
飞机起落架机构
夹具机构
死点位置的应用
(二). 平面连杆机构的特点
1）低副连接，接触表面为平面或圆柱面，压强小，便于润 滑，磨损较小，寿命较长，适合传递较大动力；
2）结构简单，加工方便，易于制造，易于获得较高的运动 精度；
3）连杆易于做成较长的构件，可实现较远距离的操控；
4）能够实现的运动规律和运动轨迹多样；
5）传动 链长， 累计误 差大， 难于实 现精确 运动。
转动导杆机构
该机构是通过将曲柄滑块机构中的曲柄固定演化而成，它可将主 动件的匀速回转转化为导杆的非匀速摆动，且具有急回特性。
曲柄移动导杆机构应用实例----插床
利用摆动导杆机构的急回特性使插刀快速退回，以提高工作效率。
(2)曲柄摆动导杆机构
该机构具有急回运动性质，且其传动角始 终为90度，具有最好的传力性能，常用于 牛头刨床、插床和送料装置中。
（2）逆平行四边形机构：两个曲柄长度相等转向相么，且 连杆和机架长度也相等的双曲柄机构。
平面四杆机构课件
LOGO
机械基础
平面连杆机构
1 B
4-1平面连杆机构
定义：若干个刚性构件用平面低副联接而成的机构,也可 称为平面低副机构。
优点：1.能够实现多种运动形式的转换，也可以实现各 种预定的运动规律和复杂的运动轨迹，容易满足生产中 各种动作要求；2.构件间接触面上的比压小、易润滑、 磨损轻、适用于传递较大载荷的场合；3.机构中运动副 的元素形状简单、易于加工制造和保证精度。
3、准备工作：硬纸板、美工刀、钉子、尺子；
4、制作步骤：（1）用尺子和美工刀裁出相应尺寸的纸 条，长度和宽度自定，并在纸条上注明尺寸；（2）按相 应顺序用钉子连接做成铰链四杆机构；（3）用手按住一 个杆件作机架，能够自由转动。
17 B
4-1平面连杆机构
评价：制作完毕后，组内先自评，让最好的上台演示， 教师再进行评价。
A
B1
2
4
1180
3
摆角 D
2 180
对应的时间
摇杆点C的 平均速度
t1 1/1
v1 C¼1C2 / t1
t2 2/1
v2 C¼2C1 /t2 7 B
4-1平面连杆机构
输出件的行程速度变化系数K：
从动件快行程平均速度v2与慢行程平均速度v1之比。
Kv2 v1
t1 t2
1 2
1188 00
180 K1
不满足杆长 之和条件
任意杆为机架
双摇杆机构（II）
15 B
4-1平面连杆机构 练习：判断下面四杆机构是什么机构
16 B
4-1平面连杆机构
三、制作铰链四杆机构
1、分组：4人为一组，共五组；
2、要求：每人做铰链四杆机构2个，一个为满足杆长和 条件，一个为不满足杆长和条件；每组派一位学生上台 演示，用自己所做的机构演示出曲柄摇杆机构、双摇杆 机构、双曲柄机构（组内学生要自评）；
机械基础
平面连杆机构
1 B
4-1平面连杆机构
定义：若干个刚性构件用平面低副联接而成的机构,也可 称为平面低副机构。
优点：1.能够实现多种运动形式的转换，也可以实现各 种预定的运动规律和复杂的运动轨迹，容易满足生产中 各种动作要求；2.构件间接触面上的比压小、易润滑、 磨损轻、适用于传递较大载荷的场合；3.机构中运动副 的元素形状简单、易于加工制造和保证精度。
3、准备工作：硬纸板、美工刀、钉子、尺子；
4、制作步骤：（1）用尺子和美工刀裁出相应尺寸的纸 条，长度和宽度自定，并在纸条上注明尺寸；（2）按相 应顺序用钉子连接做成铰链四杆机构；（3）用手按住一 个杆件作机架，能够自由转动。
17 B
4-1平面连杆机构
评价：制作完毕后，组内先自评，让最好的上台演示， 教师再进行评价。
A
B1
2
4
1180
3
摆角 D
2 180
对应的时间
摇杆点C的 平均速度
t1 1/1
v1 C¼1C2 / t1
t2 2/1
v2 C¼2C1 /t2 7 B
4-1平面连杆机构
输出件的行程速度变化系数K：
从动件快行程平均速度v2与慢行程平均速度v1之比。
Kv2 v1
t1 t2
1 2
1188 00
180 K1
不满足杆长 之和条件
任意杆为机架
双摇杆机构（II）
15 B
4-1平面连杆机构 练习：判断下面四杆机构是什么机构
16 B
4-1平面连杆机构
三、制作铰链四杆机构
1、分组：4人为一组，共五组；
2、要求：每人做铰链四杆机构2个，一个为满足杆长和 条件，一个为不满足杆长和条件；每组派一位学生上台 演示，用自己所做的机构演示出曲柄摇杆机构、双摇杆 机构、双曲柄机构（组内学生要自评）；
常用机构(四连杆机构)
械
设 转动导杆机构：
计 基
BC>AB
础 导杆可作360º回转
摆动导杆机构：
BC<AB 导杆在小于360º范围内摆动。
（牛头刨床的主传动机构）
平
面
4
连 杆 机 构
3 C
3 C
33 3 C
C3 C3
242 2 22 242
3C C3
C3
4224 B
4224
3C
4 2 21 22 2 4
C3 4
4
3 C
A CC
——双摇杆机构
最新课件
11
二、铰链四杆机构的演化
机
械
设
计 基
机构演化方法
础
平 改变杆件长度，用移动副取代回转副
面 连 杆
扩大回转副 变更机架等
机
构
连杆
2 连架杆 B
C 连架杆
3
1
A
4
D
最新课件
12
机 （1）改变杆件长度 —— 曲柄滑块机构
械
设 计
曲线导轨曲柄滑块机构
基
C
础
C
平
2
面
连
B
杆1
机
机
械
设
计
基
础
内容
平 面
• 平面四杆机构的基本类型
连 杆
• 平面四杆机构的演化
机 构
• 平面四杆机构的特点及设计
了解常用四杆机构的基本类型和应用。 对急回特性、传动角、压力角、死点位置等有明确概念。
最新课件
1
机 一、铰链四杆机构
械 设 计 基 础
平
面
连
机械基础第4章
杆机构的一种演化形式。
上一页 下一页 返回
4.1 平面四杆机构
• 2.导杆机构 • 导杆机构可以看成是通过改变曲柄滑动机构中固定件的位置演化而来
的。当曲柄滑块机构选取不同构件作为机架时，会得到不同的导杆机 构类型，见表4-4。
上一页
返回
4.2 凸轮机构
• 4.2.1 凸轮机构的类型及特点
• 如图4-18所示，凸轮机构是由凸轮、从动件和机架组成的高副机构。 其中，凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，主动件凸轮通常作等 速转动或移动，凸轮机构是通过高副接触使从动件移动得到所预期的 运动规律。
第4章 常用机构
• 4.1 平面四杆机构 • 4.2 凸轮机构 • 4.3 间歇机构
返回
4.1 平面四杆机构
• 4.1.1 平面机构概述
• 在同一平面或相互平行平面内运动的机构称为平面连杆机构。平面连 杆机构是由一些刚性构件，用转动副或移动副相互连接而组成，并在 同一平面或相互平行平面内运动的机构。平面连杆机构的构件形状多 种多样，不一定为杆状，但从运动原理看，均可用等效的杆状构件替 代。
运动特点来工作的。
上一页 下一页 返回
4.3 间歇机构
• 4.3.3 不完全齿轮机构
• 不完全齿轮机构是由普通渐开线齿轮演变而成的一种间歇运动机构。 如图4-30所示，将主动轮的轮齿切去一部分，当主动轮连续转动时， 从动轮作间歇转动；从动轮停歇时，主动轮外凸圆弧和从动轮内凹圆 弧相配，将从动轮锁住，使之停止在预定位置上，以保证下次啮合。
4.3 间歇机构
• 4.3.2 槽轮机构
• 1.槽轮机构的组成和工作原理 • 图4-27所示为单圆销外啮合槽轮机构，它由带圆柱销的拨盘、具有径
向槽的槽轮和支撑它们的机架组成。在槽轮机构中，由主动拨盘利用 圆柱销带动从动槽轮转动，完成间歇转动。主动销轮顺时针作等速连 续转动，当圆销未进入径向槽时，槽轮因内凹的锁止弧被销轮外凸的 锁止弧锁住而静止；圆销进入径向槽时，两弧脱开，槽轮在圆销的驱 动下转动；当圆销再次脱离径向槽时，槽轮另一圆弧又被锁住，从而 实现了槽轮的单向间歇运动。
上一页 下一页 返回
4.1 平面四杆机构
• 2.导杆机构 • 导杆机构可以看成是通过改变曲柄滑动机构中固定件的位置演化而来
的。当曲柄滑块机构选取不同构件作为机架时，会得到不同的导杆机 构类型，见表4-4。
上一页
返回
4.2 凸轮机构
• 4.2.1 凸轮机构的类型及特点
• 如图4-18所示，凸轮机构是由凸轮、从动件和机架组成的高副机构。 其中，凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，主动件凸轮通常作等 速转动或移动，凸轮机构是通过高副接触使从动件移动得到所预期的 运动规律。
第4章 常用机构
• 4.1 平面四杆机构 • 4.2 凸轮机构 • 4.3 间歇机构
返回
4.1 平面四杆机构
• 4.1.1 平面机构概述
• 在同一平面或相互平行平面内运动的机构称为平面连杆机构。平面连 杆机构是由一些刚性构件，用转动副或移动副相互连接而组成，并在 同一平面或相互平行平面内运动的机构。平面连杆机构的构件形状多 种多样，不一定为杆状，但从运动原理看，均可用等效的杆状构件替 代。
运动特点来工作的。
上一页 下一页 返回
4.3 间歇机构
• 4.3.3 不完全齿轮机构
• 不完全齿轮机构是由普通渐开线齿轮演变而成的一种间歇运动机构。 如图4-30所示，将主动轮的轮齿切去一部分，当主动轮连续转动时， 从动轮作间歇转动；从动轮停歇时，主动轮外凸圆弧和从动轮内凹圆 弧相配，将从动轮锁住，使之停止在预定位置上，以保证下次啮合。
4.3 间歇机构
• 4.3.2 槽轮机构
• 1.槽轮机构的组成和工作原理 • 图4-27所示为单圆销外啮合槽轮机构，它由带圆柱销的拨盘、具有径
向槽的槽轮和支撑它们的机架组成。在槽轮机构中，由主动拨盘利用 圆柱销带动从动槽轮转动，完成间歇转动。主动销轮顺时针作等速连 续转动，当圆销未进入径向槽时，槽轮因内凹的锁止弧被销轮外凸的 锁止弧锁住而静止；圆销进入径向槽时，两弧脱开，槽轮在圆销的驱 动下转动；当圆销再次脱离径向槽时，槽轮另一圆弧又被锁住，从而 实现了槽轮的单向间歇运动。
《平面连杆机构设计》课件
定义：平面连杆机构是由一系列刚性杆件通过转动副或移 动副相互连接，并按照预定的顺序或模式进行运动传递的 机构。
在此添加您的文本16字
特点
在此添加您的文本16字
结构简单，易于设计和制造。
在此添加您的文本16字
具有较大的传递力矩的能力。
在此添加您的文本16字
运动形式和运动轨迹相对固定，易于实现精确控制。
平面连杆机构的运动分析
运动分析的基本概念
平面连杆机构定义
平面连杆机构是由若干个刚性构件通 过低副（铰链或滑块）连接而成的机 构，构件之间的相对运动都在同一平 面或相互平行平面内。
运动分析目的
通过分析平面连杆机构的运动特性， 确定各构件之间的相对位置、相对速 度和相对加速度，为机构设计、优化 和性能评估提供依据。
在此添加您的文本16字
适用于多种类型的运动转换和传递，如转动、摆动、移动 等。
平面连杆机构的应用
农业机械
如收割机、拖拉机等，利用平面连杆机构实 现谷物、饲料的收割和运输。
轻工机械
如包装机、印刷机等，利用平面连杆机构实 现纸张、塑料薄膜等的传送和加工。
矿山机械
如挖掘机、装载机等，利用平面连杆机构实 现土石的挖掘、装载和运输。
发展趋势：随着科技的进步和应用需求 的多样化，平面连杆机构的设计和制造 技术也在不断发展和创新。
数字化设计和仿真技术的运用，提高了 设计效率和准确性。
PART 02
平面连杆机构的基本类型
曲柄摇杆机构
曲柄摇杆机构是一种常见的平面 连杆机构，由曲柄、摇杆和连杆
组成。
曲柄作为主动件，匀速转动，带 动连杆摆动，摇杆作为从动件，
运动分析的实例
四杆机构
以曲柄摇杆机构为例，通过解析 法分析曲柄的转速、摇杆的摆角 以及各构件之间的相对速度和加
在此添加您的文本16字
特点
在此添加您的文本16字
结构简单，易于设计和制造。
在此添加您的文本16字
具有较大的传递力矩的能力。
在此添加您的文本16字
运动形式和运动轨迹相对固定，易于实现精确控制。
平面连杆机构的运动分析
运动分析的基本概念
平面连杆机构定义
平面连杆机构是由若干个刚性构件通 过低副（铰链或滑块）连接而成的机 构，构件之间的相对运动都在同一平 面或相互平行平面内。
运动分析目的
通过分析平面连杆机构的运动特性， 确定各构件之间的相对位置、相对速 度和相对加速度，为机构设计、优化 和性能评估提供依据。
在此添加您的文本16字
适用于多种类型的运动转换和传递，如转动、摆动、移动 等。
平面连杆机构的应用
农业机械
如收割机、拖拉机等，利用平面连杆机构实 现谷物、饲料的收割和运输。
轻工机械
如包装机、印刷机等，利用平面连杆机构实 现纸张、塑料薄膜等的传送和加工。
矿山机械
如挖掘机、装载机等，利用平面连杆机构实 现土石的挖掘、装载和运输。
发展趋势：随着科技的进步和应用需求 的多样化，平面连杆机构的设计和制造 技术也在不断发展和创新。
数字化设计和仿真技术的运用，提高了 设计效率和准确性。
PART 02
平面连杆机构的基本类型
曲柄摇杆机构
曲柄摇杆机构是一种常见的平面 连杆机构，由曲柄、摇杆和连杆
组成。
曲柄作为主动件，匀速转动，带 动连杆摆动，摇杆作为从动件，
运动分析的实例
四杆机构
以曲柄摇杆机构为例，通过解析 法分析曲柄的转速、摇杆的摆角 以及各构件之间的相对速度和加
§8—2平面四杆机构的类型及应用
图8-3
振动筛机构
在双曲柄机构中，有两种特例： 1）平行四边形机构：其相对两杆平行且相等，如图8-7a 所示。
其运动特性是：
①两曲柄作等速同向转动； ②连杆作平移运动。
图8-7a
应用实例： 图8-8所示的机车车轮的联动机构就利用了特性① ；
图8-8
如图所示的摄影平台升降机构和图8-9 b所示的播种 机料斗机构则是利用了特摇杆长度相等。 图8-12b所示的汽车、拖拉机前轮的转向机构。
图8-12b
二、平面四杆机构的演化型式
(Evolution of Planar Four-bar Linkage)
1、四杆机构演化的目的： 满足运动方面的要求、改善受力状况、满足结构设 计上的要求。 2、四杆机构的演化方法： 1）改变构件的形状和运动尺寸
在图8－14，b所示的曲柄滑块机构中，B点相对于C 点的运动轨迹是αα。
连杆2做成滑块
αα 做成导轨
图8－14 b）
曲柄滑块机构 演化
图8－15 a） 双滑块机构
连杆长→∞，
αα →直线
图8－15 b）
正弦机构s=LABsinψ
2）改变运动副的尺寸
扩大转动副B的半径
使之超过曲柄的长度
图8－16 a） 图8－16 b） 演化 偏心轮机构
摇杆3做成滑块 ββ做成导轨
具有曲线导 轨的曲柄滑 块机构
图8－13 a ）
图8－13 b ）
图8－13 a ）
摇杆长→∞, ββ →直线 摇杆3 →滑块， 转动副D →移动副 偏置(eccentric or e≠0
offset)
对心(in-line) e=0 图8－14 曲柄滑块机构
曲柄滑块机构(slider-crank mechanism)常用在冲床、 内燃机、空压机等机械中。
3机械设计基础--四杆机构
已知连杆两个位置的设计
造型机翻转机构设计
机械设计基础
已知连杆三个位置的设计
给定连杆3个位置的设计
机械设计基础
四、复习题
1. 填空题
(1) 曲柄摇杆机构中行程速比系数K的大小取决于 的 越显著。
(2) 在曲柄摇杆机构中，当 角γmin 。 与
，K值越大，机构
共线时，机构可能出现最小传动
(3) 在铰链四杆机构中，与机架用转动副相连接的杆称为 (4) 在曲柄滑块机构中，若滑块作为主动件，当 位置。 (5) 铰链四杆机构曲柄存在的条件是① ；②
机械设计基础
• 3．双摇杆机构 • 在铰链四杆机构中，若两连架杆均为摇杆，则此四杆 机构称为双摇杆机构。 双摇杆机构 的传动特点 是：可将一 种摆动转换 成另一种摆 动。
机械设计基础
飞机起落架机构
机械设计基础
图2-7 轮式车辆的前轮转向机
机械设计基础
二、
铰链四杆机构的演化
平面铰链四杆机构可通过变更构件长度和形状、变更 机架和扩大转动副等途径演化成其他平面连杆机构。
机械设计基础
• • • • •
若满足最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆 长度之和时，可得到以下三种结构； （1）连架杆是最短杆 为曲柄摇杆机构； （2）机架是最短杆 为双曲柄机构； （3）若最短杆是连杆，此机构为双摇杆机构。 若满足最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之 和时,为双摇杆机构。
机械设计基础
第三节 平面四杆机构的设计
平面四杆机构的设计主要是根据给定的运动条件，选 择机构的类型和确定机构运动简图中各构件的尺寸。在设 计中还应考虑结构条件(如合适的杆长比和运动副结构与尺 寸)，动力条件(最小传动角限制)等。 按照给定从动件的运动规律设计四杆机构，即位置设计。 如要求从动件具有一定的急回特性，要求满足某构件占 据几个预定位置等。
机械原理四连杆机构全解
曲柄摇杆机构 双曲柄机构
双摇杆机构
一、 曲柄摇杆机构
在铰链四杆机构中，若两个连架杆， 一个为曲柄，另一个为摇杆，则此铰链 四杆机构称为曲柄摇杆机构。
图4-2所示为调整雷达天线俯仰角的 曲柄摇杆机构。曲柄1缓慢地匀速转动， 通过连杆2使摇杆3在一定的角度范围内 摇动，从而调整天线俯仰角的大小。
图4-2 雷达天效的回转力矩， 显然Pt越大越好。而P在垂直于vc方向的 分力Pn=Psin则为无效分力，它不仅无 助于从动件的转动，反而增加了从动件 转动时的摩擦阻力矩。因此，希望Pn越 小越好。由此可知，压力角越小，机 构的传力性能越好，理想情况是=0， 所以压力角是反映机构传力效果好坏的 一个重要参数。一般设计机构时都必须 注意控制最大压力角不超过许用值。
死点会使机构的从动件出现卡死或 运动不确定的现象。可以利用回转机构 的惯性或添加辅助机构来克服。如家用 缝纫机中的脚踏机构，图4-3a。 有时死点来实现工作，如图4-6所示 工件夹紧装置，就是利用连杆BC与摇杆 CD形成的死点，这时工件经杆1、杆2传 给杆3的力，通过杆3的传动中心D。此力 不能驱使杆3转动。故当撤去主动外力F 后，工件依然被可靠地夹紧。
图4-3a所示为缝纫机的踏板机构， 图b为其机构运动简图。摇杆3（原动 件）往复摆动，通过连杆2驱动曲柄1 （从动件）做整周转动，再经过带传 动使机头主轴转动。
图4-3 缝纫机的踏板机构
曲柄摇杆机构的主要特性有。
急回 压力与传动角 死点
1．急回运动
如图4-4所示为一曲柄摇杆机构， 其曲柄AB在转动一周的过程中，有两 次与连杆BC共线。在这两个位置，铰 链中心A与C之间的距离AC1和AC2分别 为最短和最长，因而摇杆CD的位置C1D 和C2D分别为其两个极限位置。摇杆在 两极限位置间的夹角称为摇杆的摆角。
双摇杆机构
一、 曲柄摇杆机构
在铰链四杆机构中，若两个连架杆， 一个为曲柄，另一个为摇杆，则此铰链 四杆机构称为曲柄摇杆机构。
图4-2所示为调整雷达天线俯仰角的 曲柄摇杆机构。曲柄1缓慢地匀速转动， 通过连杆2使摇杆3在一定的角度范围内 摇动，从而调整天线俯仰角的大小。
图4-2 雷达天效的回转力矩， 显然Pt越大越好。而P在垂直于vc方向的 分力Pn=Psin则为无效分力，它不仅无 助于从动件的转动，反而增加了从动件 转动时的摩擦阻力矩。因此，希望Pn越 小越好。由此可知，压力角越小，机 构的传力性能越好，理想情况是=0， 所以压力角是反映机构传力效果好坏的 一个重要参数。一般设计机构时都必须 注意控制最大压力角不超过许用值。
死点会使机构的从动件出现卡死或 运动不确定的现象。可以利用回转机构 的惯性或添加辅助机构来克服。如家用 缝纫机中的脚踏机构，图4-3a。 有时死点来实现工作，如图4-6所示 工件夹紧装置，就是利用连杆BC与摇杆 CD形成的死点，这时工件经杆1、杆2传 给杆3的力，通过杆3的传动中心D。此力 不能驱使杆3转动。故当撤去主动外力F 后，工件依然被可靠地夹紧。
图4-3a所示为缝纫机的踏板机构， 图b为其机构运动简图。摇杆3（原动 件）往复摆动，通过连杆2驱动曲柄1 （从动件）做整周转动，再经过带传 动使机头主轴转动。
图4-3 缝纫机的踏板机构
曲柄摇杆机构的主要特性有。
急回 压力与传动角 死点
1．急回运动
如图4-4所示为一曲柄摇杆机构， 其曲柄AB在转动一周的过程中，有两 次与连杆BC共线。在这两个位置，铰 链中心A与C之间的距离AC1和AC2分别 为最短和最长，因而摇杆CD的位置C1D 和C2D分别为其两个极限位置。摇杆在 两极限位置间的夹角称为摇杆的摆角。