铰链四杆机构 (2).ppt

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1、3.1 平面连杆机构3.2 凸轮机构3.3 螺旋机构3.4 间歇运动机构基本要求基本要求:v掌握常用运动机构的基本类型，分析其基本工作原理。掌握常用运动机构的基本类型，分析其基本工作原理。v会分析常用运动机构的基本特性和运动规律，及其工程应会分析常用运动机构的基本特性和运动规律，及其工程应用，并会进行简单的基本计算。用，并会进行简单的基本计算。v能用图解法进行常用机构的基本设计，能选择和确定相应能用图解法进行常用机构的基本设计，能选择和确定相应结构及材料。结构及材料。机械设计基础机械设计基础平面连杆机构平面连杆机构机架机架固定不动的构件固定不动的构件连杆连杆不直接与机架铰接的构件不直接与机架铰

2、接的构件连架杆连架杆与机架直接铰接的构件与机架直接铰接的构件曲柄：曲柄：作整周转动作整周转动摇杆：摇杆：只能作往复摆动只能作往复摆动3.1 3.1 平面连杆机构平面连杆机构3.1.13.1.1铰链四杆机构的组成和基本类型铰链四杆机构的组成和基本类型平面连杆机构：平面连杆机构：由若干构件用低副（转动副和移动副）连接由若干构件用低副（转动副和移动副）连接 组成的平面机构。组成的平面机构。铰链四杆机构：铰链四杆机构：构件间的连接都是转动副的平面四杆机构。构件间的连接都是转动副的平面四杆机构。在铰链四杆机构中，一个连架杆为曲柄，另一在铰链四杆机构中，一个连架杆为曲柄，另一个连架杆为摇杆的机构。个连架杆

3、为摇杆的机构。1.1.曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构B BA AC CD D 曲柄摇杆机构的作用：曲柄摇杆机构的作用：将转动转换成摆动，或将转动转换成摆动，或是将摆动转换成转动。是将摆动转换成转动。机械设计基础机械设计基础平面连杆机构平面连杆机构应用应用搅拌机、雷达、缝纫机脚踏板等。搅拌机、雷达、缝纫机脚踏板等。曲柄为主动件曲柄为主动件搅拌机搅拌机摇杆为主动件摇杆为主动件缝纫机脚踏板机构缝纫机脚踏板机构机械设计基础机械设计基础平面连杆机构平面连杆机构 两个连架杆均为曲柄的铰链四杆机构。两个连架杆均为曲柄的铰链四杆机构。应用惯性筛应用惯性筛应用应用惯性筛惯性筛2.2.双曲柄机构双曲柄机构机械设计基础机

4、械设计基础平面连杆机构平面连杆机构应用应用机车车轮、天平机车车轮、天平 平行双曲柄机构平行双曲柄机构相对的两杆长度分别相等的相对的两杆长度分别相等的双曲柄机构。特点：两曲柄转向相同转速相等，连杆双曲柄机构。特点：两曲柄转向相同转速相等，连杆作平动。作平动。机械设计基础机械设计基础平面连杆机构平面连杆机构 反平行双曲柄机构反平行双曲柄机构两两曲柄转向相反、转速不曲柄转向相反、转速不等的双曲柄机构等的双曲柄机构应用应用公交车门启闭机构公交车门启闭机构机械设计基础机械设计基础平面连杆机构平面连杆机构两个连架杆均为摇杆的铰链四杆机构。两个连架杆均为摇杆的铰链四杆机构。应用应用鹤式起重机、飞机起落架等鹤

5、式起重机、飞机起落架等机械设计基础机械设计基础平面连杆机构平面连杆机构2.2.双摇杆机构双摇杆机构1 1）连架杆与机架中必有一个最短杆）连架杆与机架中必有一个最短杆2 2）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。1.1.铰链四杆机构曲柄存在的条件铰链四杆机构曲柄存在的条件机械设计基础机械设计基础平面连杆机构平面连杆机构3.1.23.1.2铰链四杆机构基本类型的判别铰链四杆机构基本类型的判别1 1）连架杆为最短杆）连架杆为最短杆曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构2 2）机架为最短杆）机架为最短杆双曲柄机构双曲柄机构3 3）连杆为最短杆）连杆为最

6、短杆双摇杆机构双摇杆机构 铰链四杆机构，如果存在曲柄，那么取不同铰链四杆机构，如果存在曲柄，那么取不同的杆件为机架，得到不同的机构。的杆件为机架，得到不同的机构。机械设计基础机械设计基础平面连杆机构平面连杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构 曲柄曲线滑块机构曲柄曲线滑块机构小结：曲柄摇杆机构小结：曲柄摇杆机构 曲柄滑块机构曲柄滑块机构取取 CD 无无 限限 长长 并用滑块并用滑块C代替代替对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构 机械设计基础机械设计基础平面连杆机构平面连杆机构3.1.3 3.1.3 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化曲柄为主动件：应用于滚轮送料机、冲压机等

7、。曲柄为主动件：应用于滚轮送料机、冲压机等。滑块为主动件：应用于内燃机气缸等。滑块为主动件：应用于内燃机气缸等。内燃机内燃机1.1.曲柄滑块机构曲柄滑块机构机械设计基础机械设计基础平面连杆机构平面连杆机构偏心轮：几何中心与回转中心不重合的轮子偏心轮：几何中心与回转中心不重合的轮子剪床剪床应用应用受力较大且滑块行程较小的冲床、鄂式破碎机等。受力较大且滑块行程较小的冲床、鄂式破碎机等。机械设计基础机械设计基础平面连杆机构平面连杆机构2.2.偏心轮机构偏心轮机构 1 1）转动导杆机构）转动导杆机构应用应用小型牛头刨床小型牛头刨床转动导杆机构转动导杆机构小型牛头刨床小型牛头刨床机械设计基础机械设计基础

8、平面连杆机构平面连杆机构3.3.导杆机构导杆机构 连架杆中至少有一个构件为导杆的平面四杆机构。连架杆中至少有一个构件为导杆的平面四杆机构。2 2）摆动导杆机构）摆动导杆机构：导杆做定轴摆动的导杆机构。导杆做定轴摆动的导杆机构。应用应用牛头刨床刨刀切削机构牛头刨床刨刀切削机构机械设计基础机械设计基础平面连杆机构平面连杆机构 3 3）曲柄摇块机构：）曲柄摇块机构：一连架杆为曲柄，另一连架一连架杆为曲柄，另一连架杆为块状，且只能作定轴往复摆动的机构。杆为块状，且只能作定轴往复摆动的机构。曲柄摇块机构曲柄摇块机构应用应用自卸汽车卸料机构自卸汽车卸料机构 自卸汽车自卸汽车机械设计基础机械设计基础平面连杆

9、机构平面连杆机构 4 4）移动导杆机构）移动导杆机构(定块机构）定块机构）:以曲柄滑块机构中以曲柄滑块机构中的滑块作为机架，原机架在固定滑块中移动的机构。的滑块作为机架，原机架在固定滑块中移动的机构。移动导杆机构移动导杆机构应用：手动抽水机应用：手动抽水机手动压水机手动压水机机械设计基础机械设计基础平面连杆机构平面连杆机构取不同构件作机架，可以得到不同的机构取不同构件作机架，可以得到不同的机构曲曲柄柄滑滑块块机机构构转转动动导导杆杆机机构构曲曲柄柄摇摇块块机机构构移移动动导导杆杆机机构构摆摆动动导导杆杆机机构构小结：导杆机构的演化小结：导杆机构的演化机械设计基础机械设计基础平面连杆机构平面连杆

10、机构 极位夹角极位夹角曲柄摇杆机构中，当从动摇杆处于左、曲柄摇杆机构中，当从动摇杆处于左、右两极右两极限位置时，主动曲柄两位置所夹的锐角限位置时，主动曲柄两位置所夹的锐角。摇杆的摆角摇杆的摆角从动摇杆两极限位置间的夹角从动摇杆两极限位置间的夹角。1.1.传动特性传动特性机械设计基础机械设计基础平面连杆机构平面连杆机构3.1.4 3.1.4 四杆机构的基本特性四杆机构的基本特性 急回特性急回特性当曲柄等速转动时，作往复摆动的摇杆在空回程当曲柄等速转动时，作往复摆动的摇杆在空回程的平均速度大于工作行程的平均速度的运动特性。的平均速度大于工作行程的平均速度的运动特性。行程速比系数行程速比系数K K机

11、构的从动件在正反行程的平均速度之比机构的从动件在正反行程的平均速度之比 压力角压力角从动件受力方向与受力点线速度方向之间所夹的锐角从动件受力方向与受力点线速度方向之间所夹的锐角传动角传动角压力角的余角压力角的余角1 1）压力角）压力角和传动角和传动角如何确定如何确定minmin？设计条件设计条件机械设计基础机械设计基础平面连杆机构平面连杆机构2 2 传力特性传力特性铰链四杆机构2 2）止点位置）止点位置 当压力角当压力角=90=90（或（或=0=0），对从动件的作用力或力），对从动件的作用力或力矩为零，不能驱动从动件运动的位置，也称死点位置。矩为零，不能驱动从动件运动的位置，也称死点位置。顺利

12、通过死点位置的措施：顺利通过死点位置的措施：利用系统的惯性；利用系统的惯性；多组错列多组错列缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构利用惯性利用惯性机械设计基础机械设计基础平面连杆机构平面连杆机构蒸汽机车驱动轮联动机构蒸汽机车驱动轮联动机构 利用机构错位排列利用机构错位排列死点特性的利用死点特性的利用快速夹具快速夹具飞机起落架飞机起落架机械设计基础机械设计基础平面连杆机构平面连杆机构3.1.5 3.1.5 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计机械设计基础机械设计基础平面连杆机构平面连杆机构1.1.选定长度比例尺选定长度比例尺u u1 1 2.2.按照给定的连杆长度做出连杆的两个已知位置按照给定的连杆长度做

13、出连杆的两个已知位置B B1 1C C1 1，B B2 2C C2 23.3.作作B B1 1B B2 2的中垂线的中垂线b b1212和和C C1 1C C2 2的中垂线的中垂线c c1212给定三个连杆位置如何做给定三个连杆位置如何做？1.1.按给定按给定连杆的位置设计四杆机构连杆的位置设计四杆机构常用设计步骤常用设计步骤2连杆位置设计连杆位置设计B1C1B2C2b12c12AD无穷多解无穷多解机械设计基础机械设计基础平面连杆机构平面连杆机构1.1.按实际需要给定行程速比按实际需要给定行程速比K K的数值的数值2.2.算出极位夹角算出极位夹角3.3.根据机构在极限位置时的几何关系，结合有关

14、辅助条件根据机构在极限位置时的几何关系，结合有关辅助条件 来确定机构运动简图的尺寸参数。来确定机构运动简图的尺寸参数。2.2.按给定的行程速比变化系数按给定的行程速比变化系数K K设计四杆机构设计四杆机构常用设计步骤常用设计步骤机械设计基础机械设计基础平面连杆机构平面连杆机构1.1.曲柄摇杆机构设计曲柄摇杆机构设计已知已知CDCD杆长，摆角杆长，摆角及及K K，设计此机构。，设计此机构。90-90-PDAC1C21 1）计算计算，180180(K-1)/(K+1);(K-1)/(K+1);2 2）任任取取一一点点D D，以以CDCD为为腰腰长长作作等等腰三角形，夹角为腰三角形，夹角为;3 3）

15、作）作C C2 2PCPC1 1C C2 2，作，作C C1 1P P使使C C2 2C C1 1P=90P=90,交于交于P P;4 4）作）作P CP C1 1C C2 2的外接圆，则的外接圆，则A A点必在此圆上。点必在此圆上。5 5）根据题意，选定）根据题意，选定A A，则，则ACAC1 1=AB+=AB+BC BC,AC,AC2 2=BCBC-AB-AB 因此：曲柄因此：曲柄ABAB=(AC=(AC1 1ACAC2 2)/2)/2，连杆，连杆BC=(ACBC=(AC1 1+AC+AC2 2)/2)/2机械设计基础机械设计基础平面连杆机构平面连杆机构曲柄摇杆设计曲柄摇杆设计机械设计基础

16、机械设计基础平面连杆机构平面连杆机构2.2.曲柄滑块机构设计曲柄滑块机构设计曲柄滑块设计曲柄滑块设计机械设计基础机械设计基础平面连杆机构平面连杆机构相关知识分析：分析：由于由于与导杆摆角与导杆摆角相等，设计此相等，设计此 机构时，仅需要确定曲柄机构时，仅需要确定曲柄 a a。计算计算180180(K-1)/(K+1);(K-1)/(K+1);任任选选D D作作mDnmDn，并并作作角角平平分分线线;取取A A点，使得点，使得AD=d,a=dsin(/2)AD=d,a=dsin(/2)。已知：已知：机架长度机架长度d d，K K，设计此机构。设计此机构。3.3.导杆机构设计导杆机构设计AD=mn

17、=DAd设计步骤设计步骤机械设计基础机械设计基础平面连杆机构平面连杆机构 已知牛头刨床摆动导杆机构，机架已知牛头刨床摆动导杆机构，机架L LADAD=500mm=500mm，行程速比，行程速比系数系数K=1.5K=1.5，设计此摆动导杆机构，设计此摆动导杆机构。设计步骤设计步骤1 1）计算极位夹角：）计算极位夹角：2 2）计算导杆摆角）计算导杆摆角：由平面几何知识可知极位夹角与导杆摆角相等，即由平面几何知识可知极位夹角与导杆摆角相等，即机械设计基础机械设计基础平面连杆机构平面连杆机构3 3）确定曲柄的回转中心）确定曲柄的回转中心 任取一点作为固定铰链中心任取一点作为固定铰链中心A A，作作 ,

18、并作其角平分线。并作其角平分线。再由再由A A点起在其上按作图比例尺点起在其上按作图比例尺 截取截取ABAB，则得另一固定铰链中心，则得另一固定铰链中心B B，即为曲柄的回转中心。，即为曲柄的回转中心。4 4）确定曲柄的长度）确定曲柄的长度 过点过点B B作导杆两极限位置作导杆两极限位置 、的垂线的垂线 、,量取量取 或或 长度，按照比例尺长度，按照比例尺 可得曲柄的长可得曲柄的长度度L LBCBC。导杆机构设计导杆机构设计任务小结任务小结设设计计牛牛头头刨刨床床摆摆动动导导杆杆机机构构平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的演化形式平面四杆机构的演化形式平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双曲柄机构双摇杆机构双摇杆机构急回特性急回特性死点位置死点位置方法、步骤方法、步骤曲柄滑块机构曲柄滑块机构曲柄摇块机构曲柄摇块机构转动导杆机构转动导杆机构转动导杆机构转动导杆机构摆动导杆机构摆动导杆机构移动导杆机构移动导杆机构