81第八章平面连杆机构及其设计1

铰链四杆机构类型
• • • • 两连架杆， 按能否整周回转， 三种组合。 两连架杆 ， 按能否整周回转 ， 三种组合 。 两周转副――双曲柄 两周转副 双曲柄 两摆转副――双摇杆 两摆转副 双摇杆 一周一摆――曲柄摇杆 一周一摆 曲柄摇杆
曲柄摇杆机构
双曲柄机构
• 平行四边形机构， 平行四边形机构， 用于路灯修理、 用于路灯修理、高 楼救险， 楼救险，等。
• 曲柄滑块 ――导杆机 导杆机 构――曲柄 曲柄 摇块――直 摇块 直 动滑杆 • 曲柄遥杆 ――双曲柄 双曲柄 ――双摇杆 双摇杆 • 正弦机构 ――双滑块 双滑块 ――双转块 双转块
• 双滑块机构 • 双转块机构
运动元素逆换
§8－3平面四杆机构的基本知识 － 平面四杆机构的基本知识
• 一、链四杆机构的曲柄条件 • 二、急回和行程速比系数 急回和行程速比系数K • 三、死点
b 2 + c 2 − (d + a) 2 cos ∠BCD = 2bc
• 注意 ： 传动角是连杆 注意： 与输出杆所夹锐角 取补角） （ 取补角 ） ， 与输入 杆无关。 杆无关。
三、死点
• 摇杆主动， 曲柄从动， 摇杆主动 ， 曲柄从动 ， 连杆曲柄共线
α = 90°, γ = 0
时为死点。 时为死点。 不能运动， 坏处 ： 不能运动 ， 死点错 夹飞轮， 冲过死点。 开 ， 夹飞轮 ， 冲过死点 。 好处 ： 利用死点夹紧 。 防 止飞机起落架折回（ 止飞机起落架折回 （ 见 模型） 模型）
180° + θ v2 K= = 180° − θ v1
• 当 θ 有急回
≠ 0 时 K ≠1 K >1
180° + θ v2 K= = 180° − θ v1
K −1 2 θ= *180 = (1 − ) *180 K +1 K +1
•曲柄滑块机构， 曲柄滑块机构， 曲柄滑块机构 无急回。 对心 θ = 0 无急回。 有急回。 偏置 θ ≠ 0 有急回
• 反平行四边形机构
双摇杆机构
• • • • • 汽车转向机构 鹤式起重机， 鹤式起重机， 翻砂 飞机起落架 摇头电扇
• 码头用鹤式起重机，双摇杆机构。 码头用鹤式起重机，双摇杆机构。
双摇杆机构
• 翻砂 • 飞机起落架 • 摇头电扇
四杆机构的演化
• • • • • 基本型式…演化型式 基本型式 演化型式 构件形状改变 尺寸改变， 尺寸改变， 运动副尺寸改变， 运动副尺寸改变， 机架改变即转化机构
构件形状， 构件形状，尺寸改变
• 曲线导轨，曲柄滑块机构 曲线导轨，
构件形状， 构件形状，尺寸改变
• 偏置、对心曲柄滑块机构 偏置、
• 双滑块机构，正弦机构 双滑块机构，
改变运动副尺寸
• 偏心轮机构（见模型及几何专家） 偏心轮机构（见模型及几何专家）
• 冲床（见陈列柜） 冲床（见陈列柜）
转化机构（不同构件为机架） 转化机构（不同构件为机架）
二、急回和行程速比系数K 急回和行程速比系数
• 摇杆的两个极极限位置， 摇杆的两个极极限位置 ， 曲柄夹角θ 为极位夹角。 曲柄夹角 θ 为极位夹角 。 • 当曲柄匀速 ， 摇杆去 、 当曲柄匀速， 摇杆去、 回时，曲柄转角为180＋ 回时， 曲柄转角为180＋ 180 180-θ,故一般作为 θ ， 180-θ, 故一般作为 工作行程， 返回行程， 工作行程 ， 返回行程 ， 返回行程时间短， 返回行程时间短 ， 为急 回运动。急回程度K 回运动。 急回程度K行程 速比系数（ 平均速比） 速比系数 （ 平均速比 ） 。
• • • • • • • • • 基本型式…铰链四杆机构 基本型式 铰链四杆机构 机架，连架杆， 杆：机架，连架杆，连杆 连架杆――与机架相连 连架杆 与机架相连 连杆――与机架不联接 连杆 与机架不联接 曲柄――整周回转 曲柄 整周回转 摇杆――只能在某一角度范围内摇摆 摇杆 只能在某一角度范围内摇摆 周转副， 副：周转副，摆转副 周转副――两杆能整周转动 周转副 两杆能整周转动 摆转副――两杆不能整周转动 摆转副 两杆不能整周转动
b a d
bd-ac • • • • • • • • •
若 d <a 1,不变 a + d < b + c 不变 2， c < a − d + b ⇒ c + d < a + b ， 3,b < a − d + c ⇒ b + d < a + c 1+2, 2d < 2b ⇒ d < b 2+3, 2d < 2a ⇒ d < a 1+3, 2d < 2c ⇒ d < c 所以d为最短杆 为最短杆。 所以 为最短杆。 又1，2，3，最短与另一 ， ， ， 边之和小于其他两边。 边之和小于其他两边。 • 或最短与最长边之和小 于其他两边。 于其他两边。
第八章平面连杆机构及其设计
自动化学院， 自动化学院，机械电子工程 廖启征
§8－1概述 － 概述
• 应用：汽车发动机，牛头刨，缝纫机， 应用：汽车发动机，牛头刨，缝纫机， 插床，合页，折迭椅，折迭桌子，炉门， 插床 ， 合页 ， 折迭椅 ， 折迭桌子 ， 炉门 ， 伞。
• 吊车
• 十字滑块连轴器
• 摆动导杆机构， 摆动导杆机构， 导杆两个极限位 置，极位夹角 例：牛头刨床 见几何专家） （见几何专家）
三、传动角
• 1、压力角与传动角 、 • 压力角…力方向与从 力方向与从 压力角 力方向与 动件运动方向所夹锐 动件 运动方向所夹锐 角。 • 传动角 压力角的余 传动角…压力角的余 越大越好， 角 。 越大越好 ， 传力 性能，范围 γ min ≥ 40° 性能， • 机械利益 输出力比 机械利益…输出力比 输入力。 输入力。
• 发展 ： 研究范围 ， 平面 ， 空间 。 深度手 发展： 研究范围， 平面， 空间。 段，不断更新 • 多杆 ， 多自由度 ， 运动动力综合 ， 考虑 多杆， 多自由度， 运动动力综合， 弹性 • 计算机代替图解法， 数学计算工具， 仿 计算机代替图解法 ， 数学计算工具 ， 真软件， 真软件，日益完善 • 本校的研究情况 …空间连杆机构研究 空间连杆机构研究 …并联机构研究 并联机构研究 …研究项目，973，自然基金 研究项目， ， 研究项目
• 曲柄摇杆机构的最小 传动角，最大、最小， 传动角， 最大、最小， 两种情况当中寻找。 两种情况当中寻找。
(d − a) 2 = b 2 + c 2 − 2bc cos ∠BCD − − − γ ,180° − γ
b 2 + c 2 − (d − a) 2 cos ∠BCD = 2bc
(d + a ) 2 = b 2 + c 2 − 2bc cos ∠BCD − − − γ ,180° − γ
• 利用死点夹紧。防止飞机起落架折回 利用死点夹紧。
• 摇杆左右极限位置 • 传动角最小位置 • 死点位置
四、铰链四杆机构运动的连续性
• 位置分析有两组解 ， 位置分析有两组解， 对应两种构型。 对应两种构型 。 不可 以通过连续运动从其 中一支过渡到另一支， 中一支过渡到另一支， 必须拆卸后重新装配。 必须拆卸后重新装配。 实际应用不可行。 实际应用不可行。 • 摇杆可行域分两部分， 摇杆可行域分两部分， 不可同时应用。 不可同时应用。 • 设计当中出现的问题
• 计划当中的并联机构 与中科院系统所合作 计划当中的并联机构…与中科院系统所合作
• 分析 分析――已知尺寸， 已知尺寸， 已知尺寸 求运动规律。 求运动规律。 • 综合 综合――已知运动规 已知运动规 律求尺寸 • 本章任务 ： 综合 本章任务：综合―― 设计的前提
§8－2四杆机构的类型及应用 － 四杆机构的类型及应用
一，链四杆机构的曲柄条件
• • • • • • • • • 1 a+d <b+c 若 a<d 2 c < d −a+b ⇒ a+c < b+d 3 b < d −a+c ⇒ a +b < c+d 1+2 2a < 2b ⇒ a < b 2+3 2a < 2d ⇒ a < d 1+3 2a < 2c ⇒ a < c 所以最短为a 所以最短为 最短 最长 小于 又 1,2,3 最 短 ＋ 最长小于 另外两个和
b cc a d
a-d
曲柄条件
• 1，连架杆和机架中之一必为最短杆 ， • 2，最短＋最长 其他两杆和 ，最短＋最长<其他两杆和 • 若a最短，则a,b,d为机架都有曲柄，所以 ，B 最短， 为机架都有曲柄， 最短 为机架都有曲柄 所以A， 为周转副， 为摆转副 为摆转副。 为周转副，CD为摆转副。 • a为机架 为机架――双曲柄 为机架 双曲柄 • a为连杆 为连杆――双摇杆 为连杆 双摇杆
• 空间连杆机构 连轴器 空间连杆机构…连轴器
• 特点： 特点： • 优点，满足多种要求，种类繁多 优点，满足多种要求， 结构简单、制造容易、 结构简单、制造容易、工作可靠 低副，承载大、可增力（机械利益） 低副，承载大、可增力（机械利益） • 缺点，精度低，理论上一般近似解 缺点，精度低， 惯性力大， 惯性力大，不适于高速 设计复杂