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1、精密机械设计基础精密机械设计基础第五讲第五讲 平面连杆机构平面连杆机构 内内 容容 提提 示示p 平面连杆机构的特点平面连杆机构的特点p 铰链四杆机构的基本形式及其演化铰链四杆机构的基本形式及其演化p 平面四杆机构曲柄存在的条件和几个基本概念平面四杆机构曲柄存在的条件和几个基本概念p 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 若干刚性构件通若干刚性构件通过低副联接而成的机过低副联接而成的机构，称为连杆机构。构，称为连杆机构。5-1 5-1 平面连杆机构的特点平面连杆机构的特点 5-1 5-1 平面连杆机构的特点平面连杆机构的特点 平面连杆机构的特点：平面连杆机构的特点：只用于速度较低的场合。只用于
2、速度较低的场合。1 1、能实现多种运动形式。如：转动，摆动，移动，平面运动、能实现多种运动形式。如：转动，摆动，移动，平面运动2 2、运动副为低副：、运动副为低副：面接触：面接触：承载能力大；便于润滑。寿命长承载能力大；便于润滑。寿命长几何形状简单几何形状简单便于加工，成本低。便于加工，成本低。3 3、缺点：、缺点：只能只能近似实现近似实现给定的运动规律；给定的运动规律；设计复杂；设计复杂；重点：平面四杆机构的基本表示形式及其设计5-2 5-2 铰链四杆机构的基本形式及其演化铰链四杆机构的基本形式及其演化 铰链四杆机构铰链四杆机构铰链四杆机构的基本形式铰链四杆机构的基本形式ADAD：机架：机架
3、ABAB、CDCD：连架杆：连架杆BCBC：连杆：连杆连架杆：定轴转动连架杆：定轴转动连连 杆：平面一般运动杆：平面一般运动 所有运动副均所有运动副均为转动副的平面四为转动副的平面四杆机构。杆机构。ABCD5-2 5-2 铰链四杆机构的基本形式及其演化铰链四杆机构的基本形式及其演化 1 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构ABAB：曲柄：曲柄CDCD：摇杆：摇杆5-2 5-2 铰链四杆机构的基本形式及其演化铰链四杆机构的基本形式及其演化 2 双曲柄机构双曲柄机构ABAB：曲柄：曲柄CDCD：曲柄：曲柄5-2 5-2 铰链四杆机构的基本形式及其演化铰链四杆机构的基本形式及其演化 ABAB：摇杆：摇杆CDCD
4、：摇杆：摇杆3 双摇杆机构双摇杆机构5-2 5-2 铰链四杆机构的基本形式及其演化铰链四杆机构的基本形式及其演化 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化转动副转化为移动副转动副转化为移动副5-2 5-2 铰链四杆机构的基本形式及其演化铰链四杆机构的基本形式及其演化 偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构5-2 5-2 铰链四杆机构的基本形式及其演化铰链四杆机构的基本形式及其演化 取不同构件作机架取不同构件作机架曲曲柄柄摇摇杆杆机机构构双双曲曲柄柄机机构构双双摇摇杆杆机机构构曲曲柄柄摇摇杆杆机机构构5-2 5-2 铰链四杆机构的基本形式及其演化铰链四杆机构的基本形式及其演
5、化 曲曲柄柄摇摇块块机机构构摆摆动动导导杆杆机机构构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构变换构变换构件的形态件的形态5-2 5-2 铰链四杆机构的基本形式及其演化铰链四杆机构的基本形式及其演化 扩大运动副尺寸扩大运动副尺寸5-3 5-3 平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性 设计：潘存云l1l2l4l3CBADC”l1l2l4l3ADl4-l1l2(l4 l1)+l3则由则由BCD可得：可得：则由则由B”C”D可得：可得：l1+l4 l2+l3l3(l4 l1)+l2ABAB为最短杆为最短杆 l1+l2 l3+l4 将以上三式两两相将以上三式两两相加得：加得：l1 l2,l1 l3,l1 l4 l
6、1+l3 l2+l4曲柄存在的条件：曲柄存在的条件：5-3 5-3 平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性 2.2.连架杆或机架之一为最短杆。连架杆或机架之一为最短杆。曲柄存在的条件：曲柄存在的条件：1.1.最长杆与最短杆的长度之和应最长杆与最短杆的长度之和应其他两杆长其他两杆长度之和称为度之和称为杆长条件杆长条件。若以最短杆件为机架，则构成双曲柄机若以最短杆件为机架，则构成双曲柄机构；若以最短杆件相对的杆为机架，则构；若以最短杆件相对的杆为机架，则构成双摇杆机构；若以最短杆任一相邻构成双摇杆机构；若以最短杆任一相邻杆为机架，则构成曲柄摇杆机构杆为机架，则构成曲柄摇杆机构 ADAD杆为最
7、短杆杆为最短杆(0(0 AD AD 20)20)例例1 1 已知铰链四杆机构已知铰链四杆机构ABCDABCD，其中，其中ABAB 20mm20mm，BCBC 50mm50mm，CDCD 40mm,40mm,ADAD为机架。改变为机架。改变ADAD杆长，分析机构的类型变化。杆长，分析机构的类型变化。aBbADdCc机构有机构有整转副整转副的条件：的条件：AD 50 20 40AD 10mm最长杆最长杆整转副整转副整转副整转副最短杆最短杆DCaBbAdc双曲柄机构双曲柄机构 AD AD杆长介于最短杆与最长杆之间杆长介于最短杆与最长杆之间(20(20 ADAD 50)50)机构有机构有整转副整转副的
8、条件：的条件：20 50 AD 40AD 30mmaBbADdCc最短杆最短杆最长杆最长杆整转副整转副整转副整转副曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构aBbADdCc AD AD杆为最长杆杆为最长杆(50(50 AD AD 110)110)机构有机构有整转副整转副的条件：的条件：AD 20 40 50最长杆最长杆最短杆最短杆AD 70mmaBbADdCc整转副整转副整转副整转副曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 当当10 AD 30和和70 AD 110时，由于不满足杆长条件，时，由于不满足杆长条件，机机构无整转副，为构无整转副，为双摇杆机构双摇杆机构。aBbADdCc5-3 5-3 平面四杆机构的工作特性平面四杆
9、机构的工作特性 急回特性：急回特性：表示回程所用时间小于工作行程所用时间表示回程所用时间小于工作行程所用时间在在曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构中，当曲柄与连杆两次共线时，中，当曲柄与连杆两次共线时，摇杆位于两个极限位置，简称摇杆位于两个极限位置，简称极位极位。当曲柄以当曲柄以逆时针转过逆时针转过180180+时，摇杆从时，摇杆从C C1 1D D位置摆到位置摆到C C2 2D D。所花时间为所花时间为t t1 1,平均速度为平均速度为V V1 1,那么有：那么有：/)180(1t1211tCCV 此两处曲柄之间的夹角此两处曲柄之间的夹角称为称为极位夹角极位夹角。)180/(21CC5-3 5-3 平
10、面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性 曲柄以曲柄以继续转过继续转过180180-时时,摇杆从摇杆从C C2 2D,D,位置摆到位置摆到C C1 1D,D,所花时间为所花时间为t t2 2,平均速度为平均速度为V V2 2,那么有：那么有：/)180(2t显然：显然：t t1 1 tt2 2 V V2 2 V V1 1摇杆的这种特性称为摇杆的这种特性称为急回运动急回运动。称称K K为为行程速比系数行程速比系数。12VVK 18018021tt且且越大，越大，K K值越大，急回性质越明显。值越大，急回性质越明显。只要只要 0 0，就有就有 K1K111180KK设计新机械时，往往先给定设计新
11、机械时，往往先给定K K值，于是值，于是:2212tCCV)180/(21CC121221tCCtCCADabdBBCC曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构的极位夹角的极位夹角5-3 5-3 平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性 eABBCCdABBD曲柄滑块机曲柄滑块机构极位夹角构极位夹角摆动导杆机摆动导杆机构极位夹角构极位夹角5-3 5-3 平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性 5-3 5-3 平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性 压力角和传动角：压力角和传动角：压力角压力角 a a：受受力方向和运动力方向和运动方向所夹的锐方向所夹的锐角角传动角传动角 g g ：压力角的余压力
12、角的余角角ABCDabcdFFtFncVminmax曲柄摇杆机构的曲柄摇杆机构的压力角和传动角压力角和传动角5-3 5-3 平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性 5-3 5-3 平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性 50a5-3 5-3 平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性 maxaamingg5-3 5-3 平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性 所谓死点位置就是指从动件的传动角等于零或者所谓死点位置就是指从动件的传动角等于零或者压力角等于压力角等于9090时机构所处的位置。时机构所处的位置。Dabd1B2B1C2CccabABC如何确定机构的如何确定机构的死点
13、位置？死点位置？分析分析B B、C C点点的压力角的压力角机构的死点位置机构的死点位置5-3 5-3 平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性 5-3 5-3 平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性 死点死点:g g=0 a a=90有效分力等于零有效分力等于零 摇杆为主动摇杆为主动件，件，且连杆与曲且连杆与曲柄两次共线柄两次共线时时避免措施避免措施曲柄摇杆机构（曲柄为主动件）的死点曲柄摇杆机构（曲柄为主动件）的死点无死点存在无死点存在DABCMBvBFCFCvCa0BaABMFB曲柄摇杆机构（摇杆为主动件）的死点曲柄摇杆机构（摇杆为主动件）的死点AB与与BC共线时共线时B90a或者或者B0g机构有死点存在机构有死点存在DABCMBvBFCFCv0CaBaCDMFC5-3 5-3 平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性 ABDC飞机起落架飞机起落架ABCD=0=0F
