平面连杆机构及其设计

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1、内 容连 杆 机 构 及 其 传 动 特 点平 面 四 杆 机 构 的 类 型 和 应 用平 面 四 杆 机 构 的 基 本 知 识平 面 四 杆 机 构 的 设 计 重 点 平 面 四 杆 机 构 的 基 本 类 型 及 其 演 化 、 平 面 四 杆 机构 的 基 本 知 识 、 平 面 四 杆 机 构 的 设 计 （ 图 解 法 ） 。 一 、 特 点 全 低 副 （ 面 接 触 ） ， 利 于 润 滑 ， 故 磨 损 小 、 传载 大 、 寿 命 长 ； 易 加 工 ， 精 度 高 ， 制 造 成 本 低 等 。 不 能 精 确 实 现 复 杂 的 运 动 规 设 计 计 算 较 复

2、杂 ，惯 性 力 不 易 平 衡 等 。二 、 应 用 实 现 已 知 运 动 规 律 ； 实 现 给 定 点 的 运 动 轨 迹 。 1 连 杆 机 构 及 其 传 动 特 点 2 平 面 四 杆 机 构 的 类 型 和 应 用一 、 平 面 四 杆 机 构 的 基 本 型 式二 杆 ,最 简 单 . 楔 块 机 构三 杆 , 不 可 能 .+ + 铰 链 四 杆 机 构 二 、 铰 链 四 杆 机 构 曲 柄 摇 杆 机 构 双 曲 柄 机 构 双 摇 杆 机 构 铰 链 四 杆 机 构 1 2 34AB C D连 杆 连 架 杆连 架 杆 机 架连 杆连 架 杆 曲 柄摇 杆 (摆 杆

3、)整 转 副 (周 转 副 ) 摆 转 副机 架 三 、 应 用 实 例 平 行 四 边 形 机 构曲 柄 摇 杆 机 构 双 曲 柄 机 构反 平 行 四 边 形 机 构 双 摇 杆 机 构 各 种 型 式 的 四杆 机 构 相 互 之 间 有无 关 系 ？还 有 含 一 个 移 动 副 的 四 杆 机 构 ， 型 式 多 样 。 1.扩 大 回 转 副三 、 平 面 四 杆 机 构 的 演 化机 构 演 化 方 法扩 大 回 转 副改 变 更 杆 件 长 度 用 移 动 副 取 代 回 转 副变 更 机 架 等 偏 心 轮 机 构 2.改 变 杆 件 长 度RA B CD A B CRA

4、B C RRA B C A B R 正 弦 机 构曲 柄 滑 块 机 构 3.变 换 机 架曲 柄 摇 杆 机 构 双 曲 柄 机 构 曲 柄 摇 杆 机 构 双 摇 杆 机 构 曲 柄 滑 块 机 构 导 杆 机 构 摇 块 机 构 定 块 机 构(直 动 滑 杆 机 构 )A B C A BC AB AC回 转 导 杆 机 构 AB AC摆 动 导 杆 机 构 SqR正 弦 机 构 双 转 块 机 构 正 弦 机 构双 移 块 机 构 q S正 切 机 构 1.平 面 四 杆 机 构 有 曲 柄 的 条 件 AB CDa b cdf设 AB 为 曲 柄 , 且 af 、 b+f c 、 c

5、+f b以 fmax = a + d ， fmin = d - a 代 入 并 整 理 得 ：b+c a+d 、 b+d a+c 、 c+d a+b并 可 得 : ab 、 ac 、 aL(其 余 两 杆 长 度 之 和 )时 双 摇 杆 机 构曲 柄 存 在 的 条 件 ：(1)最 短 杆 与 最 长 杆 长 度 之 和 小 于 或 等 于 其 余 两 杆 长 度 之 和(2)最 短 杆 是 连 架 杆 或 机 架 2.急 回 运 动 和 行 程 速 比 系 数 （ 以 曲 柄 摇 杆 机 构 为 例 ）从 动 杆 往 复 运 动 的 平 均 速 度 不 等 的 现 象 称 为 机 构 的

6、急 回 特 性 .AB CD 极 位 夹 角 q0 对 应 从 动 杆 的 两 个 极 限 位 置 , 主 动 件 两 相 应 位 置 所 夹 锐 角 .AB C Da b cd C2B21 2 B1 C1q 行 程 速 比 系 数 = V回V工K= V快V慢 C1C2 / t工C2C1 / t回= t工t回=（ K 1 ）q = 180 K - 1K + 1= 180 + q1180 - q1 = 180 + q180 - qK = 180 + q180 - q AB C Da b cd C2B21 2 B1 C1q 压 力 角 FV从 动 杆 (运 动 输 出 件 )受 力 点 的 力 作

7、 用 线 与 该 点速 度 方 位 线 所 夹 锐 角 . (不 考 虑 摩 擦 )传 动 角 d d = d = 1800 - d压 力 角 的 余 角 .(连 杆 轴 线 与 从 动 杆 轴 线 所 夹 锐 角 )1.压 力 角 和 传 动 角 二 、 传 力 特 性 传 动 不 利 ， 设 计 时 规 定 4050 通 常 ， 机 构 在 运 动 过 程 中 传 动 角 是 变 化 的 ， 最 小 值 在 哪 ？ 最 小 传 动 角 min DdB A Ca b c ddcos2 cos2222 222 -= -= cbcbBD dadaBD cb dadacb -= 2 cos2cos

8、 2222 d =0 cos =1 cos d d min =180 cos = 1 cos d d max分 析d min 或 d max 可 能 最 小 曲 柄 摇 杆 机 构 ,当 曲 柄 主 动 时 ,在 曲 柄 与 机 架 共 线 的 两 个 位 置之 一 ,传 动 角 最 小 . 应 用连 杆 式 快 速 夹 具 飞 机 起 落 架2.死 点 位 置连 杆 与 从 动 件 共 线 的 位 置 （ =0） 为 死 点 位 置 。 4 平 面 四 杆 机 构 的 设 计一 、 基 本 问 题1.实 现 预 定 运 动 规 律 （ 函 数 生 成 机 构 的 设 计 ）例 如 ： 连 架

9、 杆 的 对 应 位 置 从 动 件 的 急 回 运 动 特 性2.实 现 连 杆 给 定 位 置 （ 刚 体 导 引 机 构 的 设 计 ）3.实 现 预 定 运 动 轨 迹 （ 轨 迹 生 成 机 构 的 设 计 ） 方 法 ： 解 析 法 、 作 图 法 、 实 验 法 二 、 用 作 图 法 设 计 四 杆 机 构 （ P218）设 计 确 定 杆 长 根 据 四 杆 机 构 各 铰 链 之 间相 对 运 动 关 系 ， 通 过 作 图 确 定未 知 铰 链 位 置 。 若 为 圆 点 ,必 能 作 圆 通 过 它 的 相 关 点 . 反 之 也 然 :若 能 作 圆 通 过 它 的

10、相 关 点 ,该 点 即 为 圆 点 .圆 点 构 件 上 轨 迹 为 圆 的 点 .圆 心 点 圆 点 轨 迹 的 中 心 .相 关 点 对 应 构 件 的 不 同 位 置 ,构 件 上某 个 点 的 相 应 点 .(点 位 ) D1.设 计 一 四 杆 机 构 ,实 现 连 杆 给 定 位 置 已 知 活 动 铰 点 B、 C中 心 位 置 ， 求 固 定 铰 链 A、 D中 心 位 置 。 B1 C1 B2 C2四 杆 机 构 AB1C1D 为 所 求 .A 实 现 连 杆 给 定 的 三 个 位 置B1 C1B2 C2B3 C 3A D四 杆 机 构 AB1C1D 为 所 求 . DA

11、 DAB1 C1 DB1 C1A B2 C2四 边 形 AB2C2D 四 边 形 AB1C1D 已 知 固 定 铰 链 A、 D中 心 位 置 ， 求 活 动 铰 点 B、 C中心 位 置 。实 现 连 杆 给 定 位 置 （ 续 ） E1 F1E2 F2E3 F3 CB A DA DA D 2.设 计 一 四 杆 机 构 ,实 现 连 架 杆 预 定 对 应 位 置AB CD1 2 34B 1 f10 B2f12 E1 12E2 EA D1） 用 反 转 法 求 相 对 位 置 、 相对 运 动 轨 迹 。 B2 C2 f AB1 C1 D B2A C2 B1 B2f10f12 12A D1

12、0E1 E2B2 试 设 计 铰 链 四 杆 机 构 , 实 现 连 架 杆 两 对 对 应 位 置 .12 C1例 . 已 知 : LAB、 LAD、 f10、 f12、 10、 12 . AB CD1 2 34铰 链 四 杆 机 构 AB1C1D 为 所 求 .以 mL =作 图 .LBC= mLB1C1 = 、 LCD= mLC1D = . 已 知 点 (B)绕 未 知 点 (C)的 转 动 中 心 (D)反 转 . B1 B2f10 f12 12A D10E1 E2 E313f13 B312B2 12B3 C1设 计 铰 链 四 杆 机 构 ,实 现 连 架 杆 三 对 对 应 位 置

13、 .铰 链 四 杆 机 构 AB1C1D 为 所 求 . B2 C23.按 给 定 的 K 值 ,综 合 曲 柄 摇 杆 机 构1） 给 定 K、 、 LCDAB CD q O2q q = 180K-1K+1 分 析 . 900 - qB1 A DC1 C2DC1 900 - q2qOA EB CAC1=BC-ABAC 2=BC+ABAB = AC2-AC12BC = AC2+AC12 曲 柄 摇 杆 机 构 ABCD 为 所 求 . 设 计 .以 mL =作 图 . L AB= mLAB = 、 LBC= mLBC = . q = 1800 =K-1K+1 2） 给 定 K、 、 LCD 、 . C2DC1 AB C C3B 3 min 2 minA 0 分 析 . 设 计 . C2DC1 2q A 0A C3B 3 minmin 须 不 小 于 . C1 C2S2q 4.按 给 定 的 K、 S 值 ,设 计 曲 柄 滑 块 机 构S A DB Ce e若 给 定 K、 S、 e .AB = AC2-AC12BC = AC2+AC12 5.实 现 点 的 轨 迹实 验 法 、图 谱 法 、解 析 法 . 平 面 四 杆 机 构 , 最 多 能 精 确 实 现 九个 给 定 的 轨 迹 点 .孟 宪 源 : 现 代 机 构 手 册 李 学 荣 : 连 杆 曲 线 图 谱