第3章 平面连杆机构

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1、 第第 三三 章章 平面连杆机构运动学平面连杆机构运动学分析与设计分析与设计20222022年年5 5月月3131日日第三章第三章 平面连杆机构运动学分析与设计平面连杆机构运动学分析与设计31 平面连杆机构的特点和应用平面连杆机构的特点和应用32 平面连杆机构的基本类型及应用平面连杆机构的基本类型及应用33 平面连杆机构的曲柄存在条件平面连杆机构的曲柄存在条件34 平面连杆机构的一些基本特性平面连杆机构的一些基本特性35 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计36 平面五连杆机构平面五连杆机构定义：定义：由低副连接刚性构件组成的机构由低副连接刚性构件组成的机构, 又称低副机构。又称低副机构。第一

2、节第一节 平面连杆机构的特点和应用平面连杆机构的特点和应用一一. 连杆机构的特点连杆机构的特点优点：优点：采用低副，面接触、承载大、便于润滑、不易磨损采用低副，面接触、承载大、便于润滑、不易磨损 形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。缺点：缺点：构件和运动副多，累积误差大，运动精度和效率较低构件和运动副多，累积误差大，运动精度和效率较低。改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。连杆曲线丰富。可满足不同要求。连杆曲线丰富。可满足不同要求。二、平面连杆机构的应用：二、平面连杆机构的应用：内燃机、牛头刨床、机械手爪、开

3、窗户支撑、内燃机、牛头刨床、机械手爪、开窗户支撑、公共汽车开关门、折叠伞、折叠椅等。公共汽车开关门、折叠伞、折叠椅等。分类分类:平面连杆机构平面连杆机构空间连杆机构空间连杆机构平面连杆机构常以构件数命名：平面连杆机构常以构件数命名： 四杆机构、五杆机构、多杆机构等。四杆机构、五杆机构、多杆机构等。产生动载荷（惯性力），不适合高速。产生动载荷（惯性力），不适合高速。设计较复杂，难以实现精确的轨迹。设计较复杂，难以实现精确的轨迹。第二节第二节 平面连杆机构的类型和应用平面连杆机构的类型和应用一、铰链四杆机构的一、铰链四杆机构的基本类型及应用：基本类型及应用：全部由转动副组成的平面四杆全部由转动副组

4、成的平面四杆机构称为机构称为铰链四杆机构铰链四杆机构。 连架杆连架杆与机架相联的构件与机架相联的构件1 1、3 3；机架机架固定不动的构件固定不动的构件4 4；连杆连杆连接两连架杆且连接两连架杆且作平面运动的构件作平面运动的构件2 2；曲柄曲柄作整周定轴回转的构件作整周定轴回转的构件1 1；摇杆摇杆作定轴摆动的构件作定轴摆动的构件3 3；（一）曲柄摇杆机构（一）曲柄摇杆机构特征：曲柄摇杆特征：曲柄摇杆作用：将曲柄的作用：将曲柄的整周回转整周回转转转变为变为摇杆的摇杆的往复摆动往复摆动。雷达天线俯仰机构雷达天线俯仰机构（ 曲柄主动曲柄主动 ）缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构（ 摇杆主动摇杆主动 ）圆

5、轨迹复制机构圆轨迹复制机构（ 曲柄主动曲柄主动 ）（二）双曲柄机构（二）双曲柄机构特征：两个曲柄特征：两个曲柄作用：将作用：将等速回转等速回转转变为转变为 等速或变速回转等速或变速回转。惯性筛机构惯性筛机构机车车轮联动机构机车车轮联动机构特例：平行四边形机构特例：平行四边形机构特征：特征：两连架杆等长且平行两连架杆等长且平行， 连杆作平动。连杆作平动。AB = CD BC = AD摄影平台升降机构摄影平台升降机构反平行四边形机构反平行四边形机构平行四边形机构存在平行四边形机构存在运动不确定运动不确定位置位置。可采用可采用两组机构错开排列两组机构错开排列的方法予以克服的方法予以克服。（三）双摇杆

6、机构（三）双摇杆机构鹤式起重机鹤式起重机特例：等腰梯形机构特例：等腰梯形机构 汽车转向机构汽车转向机构 自动翻斗机构自动翻斗机构( (一一) ) 扩大转动副扩大转动副偏心轮机构偏心轮机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构二、铰链四杆机构的演化及其应用二、铰链四杆机构的演化及其应用应用：应用： 颚式破碎机颚式破碎机 偏心曲柄滑块机构偏心曲柄滑块机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 （二）转动副转化为移动副（二）转动副转化为移动副应用：应用： 冲压机床冲压机床 若将铰链四杆机构中若将铰链四杆机构中B处和处和D处的运动副或处的运动副或C处和处和D处运动处运动副分别改变为移动副，则可以分别得到正切机构（图副分别改变为移

7、动副，则可以分别得到正切机构（图1.3.23 a）、正弦机构（图）、正弦机构（图1.3.23 b）。若将）。若将B、C处或处或A、D处运动副分别改为移动副，则可分别得到双转块机构处运动副分别改为移动副，则可分别得到双转块机构（图（图1.3.23 c）和双滑块机构（图）和双滑块机构（图1.3.23 d）。）。 将低副两运动副元素的包容关系进行逆换，不影响两将低副两运动副元素的包容关系进行逆换，不影响两构件之间的相对运动。构件之间的相对运动。摆动导杆机构摆动导杆机构曲柄摇块机构曲柄摇块机构( (三三) ) 选不同的构件为机架选不同的构件为机架整转副整转副能作能作360360相对回转的运动副；相对回

8、转的运动副；摆转副摆转副只能作有限角度摆动的运动副。只能作有限角度摆动的运动副。曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双摇杆机构双摇杆机构双双曲柄曲柄机构机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构转动导杆机构转动导杆机构曲柄摇块机构曲柄摇块机构移动导杆机构移动导杆机构第三节第三节 平面连杆机构的曲柄存在条件平面连杆机构的曲柄存在条件平面四杆机构具有平面四杆机构具有整转副整转副 则则可能可能存在曲柄存在曲柄。设设l1 l4，可得：，可得： l4 l1 , l4 l2 , l4 l3即：即：AD为最短杆为最短杆连架杆之一或机架为连架杆之一或机架为最短杆最短杆。曲柄存在的条件曲柄存在的条件: :（GrashofGrashof

9、定理定理）最长杆与最短杆的长度之和最长杆与最短杆的长度之和 其他两杆长度之和其他两杆长度之和 称为称为杆长条件杆长条件。此时，铰链此时，铰链A、B均均为为整转副整转副。当满足杆长条件时，其当满足杆长条件时，其最短杆上的转动副都是最短杆上的转动副都是整转副整转副。铰链四杆机构的类型及其判别条件铰链四杆机构的类型及其判别条件 ：第四节第四节 平面连杆机构的一些基本特性平面连杆机构的一些基本特性一一. .平面连杆机构的急回特性及其在工程实际中平面连杆机构的急回特性及其在工程实际中 的应用的应用从动件作往复运动的平面连杆机构中，若从动件工作行程的平从动件作往复运动的平面连杆机构中，若从动件工作行程的平

10、均速度小于回程的平均速度，则称该机构具有均速度小于回程的平均速度，则称该机构具有急回特性急回特性。在曲柄摇杆机构中，当在曲柄摇杆机构中，当从动件（摇杆）位于两从动件（摇杆）位于两极限位置时，曲柄与连极限位置时，曲柄与连杆共线。此时杆共线。此时对应的主对应的主动曲柄之间所夹的锐角动曲柄之间所夹的锐角叫作叫作极位夹角。极位夹角。/ )180(1t1211tCCV )180/(21CC设曲柄以设曲柄以逆时针匀速旋转。逆时针匀速旋转。从从ABAB1 1转到转到ABAB2 2，转过，转过180180+时为时为工作行程工作行程，所花时间为，所花时间为t1 ；此时摇杆从此时摇杆从C1D摆到摆到C2D，平均平

11、均速度为速度为V1, ,则有：则有：曲柄从曲柄从ABAB2 2 继续转过继续转过180180-到到ABAB1 1时为时为回程回程，所花时间为，所花时间为t2 , ,此时摇杆从此时摇杆从C2D摆到摆到C1D，平均速度为，平均速度为V2 , ,那么有那么有 /)180(2t2212tCCV)180/(21CC显然显然 t1 t2 V2 V1 即该机构具有即该机构具有急回特性急回特性而且而且越大，越大，K值越大，机构的急回性质越明显。值越大，机构的急回性质越明显。 只要极位夹角只要极位夹角 0 ， 就有就有 K1。因此，可通过分析机构中是否存在因此，可通过分析机构中是否存在及其大小，来判断机及其大小