机械原理课件第2章连杆机构-.ppt

1、精密仪器与机械学系 设计工程研究所第第2 2章章 连杆机构连杆机构q平面连杆机构的基本形式与特性平面连杆机构的基本形式与特性q平面连杆机构中存在曲柄的条件平面连杆机构中存在曲柄的条件q平面连杆机构的演化形式平面连杆机构的演化形式q平面连杆机构的运动设计平面连杆机构的运动设计q空间连杆机构简介空间连杆机构简介精密仪器与机械学系 设计工程研究所2.12.1平面连杆机构的类型平面连杆机构的类型2.1.12.1.1平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式4 4 机架机架(固定件固定件)，1,3 1,3 连架杆，连架杆，2 2 连杆连杆A,B,C,D A,B,C,D 四个铰链四个铰链精密仪器与机械学

2、系 设计工程研究所双双摇摇杆杆机机构构双双曲曲柄柄机机构构曲曲柄柄摇摇杆杆机机构构基基本本形形式式精密仪器与机械学系 设计工程研究所1.1.曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构基本运动形式：基本运动形式：等速回转等速回转往复摆动往复摆动特性特性（1 1）急回运动）急回运动行程速比系数行程速比系数K K精密仪器与机械学系 设计工程研究所2.2.双曲柄机构双曲柄机构运动形式运动形式主动件等速回转主动件等速回转从动件变速回转从动件变速回转精密仪器与机械学系 设计工程研究所例：惯性筛机构例：惯性筛机构精密仪器与机械学系 设计工程研究所三杆共线时出现三杆共线时出现运动不确定运动不确定，怎么办？，怎么办？特例：平行四

3、边形机构特例：平行四边形机构精密仪器与机械学系 设计工程研究所三杆共线时出现三杆共线时出现运动不确定运动不确定，怎么办？，怎么办？精密仪器与机械学系 设计工程研究所应用实例：应用实例：例例1 1：机车驱动轮联动装置：机车驱动轮联动装置精密仪器与机械学系 设计工程研究所例例2 2：两错开排列的平行四边形机构：两错开排列的平行四边形机构精密仪器与机械学系 设计工程研究所例例3 3：反平行四边形机构：反平行四边形机构车门启闭机构车门启闭机构精密仪器与机械学系 设计工程研究所例例4 4：绘图仪：绘图仪精密仪器与机械学系 设计工程研究所3.3.双摇杆机构双摇杆机构运动形式运动形式两连架杆均为摇杆的机构两

4、连架杆均为摇杆的机构精密仪器与机械学系 设计工程研究所例例1 1：鹗式起重机：鹗式起重机精密仪器与机械学系 设计工程研究所例例2 2：飞机起落架机构：飞机起落架机构精密仪器与机械学系 设计工程研究所如何形成这三种基本形式？如何形成这三种基本形式？双双摇摇杆杆机机构构双双曲曲柄柄机机构构曲曲柄柄摇摇杆杆机机构构三三种种基基本本形形式式精密仪器与机械学系 设计工程研究所2.1.22.1.2 平面连平面连杆机构的演化杆机构的演化1.1.转动副转化为移动副转动副转化为移动副当当CDCD趋于无穷大时，机构变成了什么样？趋于无穷大时，机构变成了什么样？精密仪器与机械学系 设计工程研究所（1 1）偏置曲柄滑

5、块机构）偏置曲柄滑块机构当当e=0e=0时，如何？时，如何？精密仪器与机械学系 设计工程研究所思考：曲柄滑块机构最大压力角的位置，急回特性？思考：曲柄滑块机构最大压力角的位置，急回特性？（2 2）对心曲柄滑块机构）对心曲柄滑块机构当当BCBC时，曲柄滑块机构演化为什么机构？时，曲柄滑块机构演化为什么机构？精密仪器与机械学系 设计工程研究所（3 3）正弦机构）正弦机构sinLSAB 精密仪器与机械学系 设计工程研究所2.2.选取不同构件为机架选取不同构件为机架（1 1）导杆机构）导杆机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构AB固定固定 导杆机构导杆机构精密仪器与机械学系 设计工程研究所转动导杆机构转动导杆机

6、构导杆机构中，导杆机构中，传动角传动角=？精密仪器与机械学系 设计工程研究所摇块机构摇块机构（2 2）摇块机构与定块机构）摇块机构与定块机构1 1）摇块机构）摇块机构BC固定固定 精密仪器与机械学系 设计工程研究所2 2）定块机构（移动导杆机构）定块机构（移动导杆机构）固定滑块固定滑块 定定块块机机构构精密仪器与机械学系 设计工程研究所例例1 1：牛头刨床：牛头刨床q 急回运动？急回运动？q 机构类型？机构类型？精密仪器与机械学系 设计工程研究所例例2 2：转缸式径向柱塞泵：转缸式径向柱塞泵 机构类型？机构类型？精密仪器与机械学系 设计工程研究所例例3 3：自动货车翻斗机构：自动货车翻斗机构机

7、构类型？机构类型？精密仪器与机械学系 设计工程研究所3.3.变换构件的形态变换构件的形态摆动导杆机构摆动导杆机构精密仪器与机械学系 设计工程研究所4.4.扩大运动副尺寸扩大运动副尺寸 偏心轮机构偏心轮机构精密仪器与机械学系 设计工程研究所特点：特点：q 小行程小行程q 大出力大出力精密仪器与机械学系 设计工程研究所多杆机构多杆机构 实际应用中，单个的四杆实际应用中，单个的四杆机构很难满足运动的要求，往机构很难满足运动的要求，往往是多个机构的组合。往是多个机构的组合。例：牛头刨床例：牛头刨床精密仪器与机械学系 设计工程研究所2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性2.2.1

8、2.2.1 运动特性运动特性1.1.转动副为整转副的条件转动副为整转副的条件 把构件用铰链或销轴联接，使两构件能相互运动，形成把构件用铰链或销轴联接，使两构件能相互运动，形成动联接（运动副）动联接（运动副）回转副回转副 能够相互回能够相互回转一整周的回转转一整周的回转副叫副叫整转副整转副精密仪器与机械学系 设计工程研究所413121llllll324142314321llllllllllll精密仪器与机械学系 设计工程研究所(1)(1)构成整转副的两个构件中，必有一个最短杆；构成整转副的两个构件中，必有一个最短杆；(2)(2)最短杆与最长杆杆长之和最短杆与最长杆杆长之和其余两杆之和。其余两杆之

9、和。推论：推论：(1)(1)若若A A是整转副，是整转副，B B必定是整转副；必定是整转副；(2)(2)具有两个整转副的构件必为最短杆，并满足杆长和条具有两个整转副的构件必为最短杆，并满足杆长和条件；件；(3)CD(3)CD不是整转副；不是整转副；(4)(4)整转副条件不满足时，机构总的各构件只能摆动。整转副条件不满足时，机构总的各构件只能摆动。精密仪器与机械学系 设计工程研究所曲柄存在条件曲柄存在条件整转副？整转副？机架？机架？精密仪器与机械学系 设计工程研究所m221m112/1801/180vtKvt11801KK行程速度变化系数：行程速度变化系数：极位夹角：极位夹角：2.2.急回运动特

10、性急回运动特性精密仪器与机械学系 设计工程研究所K K 由工作要求提出由工作要求提出思考：能否实现能否实现 K=1 K=1?以摇杆为主动件时，以摇杆为主动件时，v vm1m1=v=vm2m2,曲柄曲柄的运动？的运动？3.3.运动的连续性运动的连续性在设计机构时在设计机构时,必须检查所设计的机构是否满必须检查所设计的机构是否满足运动连续性的要求足运动连续性的要求精密仪器与机械学系 设计工程研究所2.2.2 2.2.2 传力特性传力特性1.1.压力角与传动角压力角与传动角 从动件受到驱动力的问题从动件受到驱动力的问题ttncoscossinFFFFFF F90 当当卡死精密仪器与机械学系 设计工程

11、研究所条件：不计摩擦力条件：不计摩擦力当计摩擦力时，当计摩擦力时，90 90时卡死（自锁）时卡死（自锁）q 传动角传动角 =90-=90-角度按锐角计角度按锐角计精密仪器与机械学系 设计工程研究所为了防止机构卡死：为了防止机构卡死：=40=40，高速和大功率，高速和大功率=50=50 仪表机构仪表机构 可小些可小些思考思考:（1 1）太小怎么办？太小怎么办？（2 2）与各杆长之间的关系？与各杆长之间的关系？精密仪器与机械学系 设计工程研究所2.2.死点位置死点位置精密仪器与机械学系 设计工程研究所精密仪器与机械学系 设计工程研究所摇杆为主动件，曲柄与连杆重合时，运动不确定摇杆为主动件，曲柄与连

12、杆重合时，运动不确定q=0=0或或=180=180 例：例：缝纫机主轴传动机构缝纫机主轴传动机构死点位置：出现踏不动或倒转现象死点位置：出现踏不动或倒转现象精密仪器与机械学系 设计工程研究所q 对从动件施加外力；对从动件施加外力；q 利用从动件本身的惯性或在从动件上加装利用从动件本身的惯性或在从动件上加装飞轮飞轮(缝纫机，单缸柴油机缝纫机，单缸柴油机)；q 采用多组同样的机构联动和错开死点位置采用多组同样的机构联动和错开死点位置（蒸汽机车）。（蒸汽机车）。通过死点位置的措施：通过死点位置的措施：精密仪器与机械学系 设计工程研究所蒸汽机车车轮联动机构蒸汽机车车轮联动机构精密仪器与机械学系 设计工

13、程研究所精密仪器与机械学系 设计工程研究所死点位置的利用：夹具死点位置的利用：夹具工件厚度有误差怎么办？工件厚度有误差怎么办？精密仪器与机械学系 设计工程研究所飞机起落架机构：飞机起落架机构：精密仪器与机械学系 设计工程研究所2.4 2.4 平面连杆机构的运动分析平面连杆机构的运动分析 分析机构的位移（包括轨迹）、速度和加速度等运分析机构的位移（包括轨迹）、速度和加速度等运动情况动情况目的：目的：为机械运动和动力性能研究提供必要的依据。为机械运动和动力性能研究提供必要的依据。位移位移速度速度加速度加速度方法：方法：图解法：简单方便，但精度有限。图解法：简单方便，但精度有限。解析法：计算精度高，

14、但数学模型繁杂，计算工作量大。解析法：计算精度高，但数学模型繁杂，计算工作量大。精密仪器与机械学系 设计工程研究所2.4.1 2.4.1 瞬心法及其应用瞬心法及其应用1.1.速度瞬心速度瞬心 相互作平面相对运动的两构件上在任意瞬时相互作平面相对运动的两构件上在任意瞬时其相对速度为零的重合点其相对速度为零的重合点速度瞬心速度瞬心(1)(1)绝对瞬心与相对瞬心绝对瞬心与相对瞬心若构件若构件1 1不动时，不动时，为绝对瞬心，为绝对瞬心，否则，否则，为相对瞬心。为相对瞬心。21P21P精密仪器与机械学系 设计工程研究所2.2.机构中瞬心的数目机构中瞬心的数目n n个构件组成的机构：个构件组成的机构：3

15、.3.机构中瞬心位置的确定机构中瞬心位置的确定(1)(1)通过运动副直接相联的两构件的瞬心通过运动副直接相联的两构件的瞬心1)1)转动副相联转动副相联 绝对瞬心绝对瞬心 相对瞬心相对瞬心(1)2n nN精密仪器与机械学系 设计工程研究所2)2)移动副相联移动副相联 3)3)平面高副相联平面高副相联 纯滚动纯滚动 接触点接触点M M 滚动滚动+滑动滑动 公法线公法线nnnn上上 精密仪器与机械学系 设计工程研究所(2)(2)不直接相联的两构件的瞬心不直接相联的两构件的瞬心三心定理：三心定理：三个作平面平行运动的构件共有三个作平面平行运动的构件共有三个瞬心，且位于同一直线上。即瞬心三个瞬心，且位于

16、同一直线上。即瞬心与与 、位于同一直线上。位于同一直线上。23P12P13P精密仪器与机械学系 设计工程研究所4.4.瞬心在速度分析中的应用瞬心在速度分析中的应用已知：已知：和长度比例和长度比例求：求：、和和 2l34/4cV精密仪器与机械学系 设计工程研究所 为构件为构件2 2和和4 4的瞬心，则：的瞬心，则：结论：结论：传动比等于两构件的绝对瞬心至其相对瞬心距离的反比。传动比等于两构件的绝对瞬心至其相对瞬心距离的反比。24P2122441424llP PP P2142441224P PP P传动比传动比精密仪器与机械学系 设计工程研究所推广：推广：2142441224P PP P11jij

17、ijiijP PP P3143441334P PP P精密仪器与机械学系 设计工程研究所 C C点的速度即为瞬心点的速度即为瞬心 的速度的速度3133441434cllvP PP P34P1224214341424clP PvP PP P精密仪器与机械学系 设计工程研究所2.4.2 2.4.2 杆组法及其应用（自学）杆组法及其应用（自学）1.1.杆组法杆组法2.2.杆组法在运动分析中的应用杆组法在运动分析中的应用精密仪器与机械学系 设计工程研究所2.5 2.5 平面连杆机构的运动设计平面连杆机构的运动设计2.5.1 2.5.1 基本问题及方法基本问题及方法1.1.设计的基本问题设计的基本问题实

18、现刚体预定位置的设计实现刚体预定位置的设计精密仪器与机械学系 设计工程研究所q 实现预定运动规律的设计实现预定运动规律的设计q 实现预定轨迹的设计实现预定轨迹的设计精密仪器与机械学系 设计工程研究所2.2.设计的基本方法设计的基本方法 图解法图解法 解析法解析法 实验法实验法设计时选用哪种方法应视具体情况而定设计时选用哪种方法应视具体情况而定精密仪器与机械学系 设计工程研究所2.5.2 2.5.2 急回机构的设计急回机构的设计问题：已知行程速比系数问题：已知行程速比系数K K，摇杆长度，摇杆长度l l3 3，摆角，摆角精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计过程设计过程求极位夹角求极位夹角确定确

19、定D D，C C1 1，C C2 2的位置的位置11180 KK 精密仪器与机械学系 设计工程研究所q 求曲柄转轴求曲柄转轴A A的位置的位置 90MCC21精密仪器与机械学系 设计工程研究所q 求曲柄长度即确定求曲柄长度即确定B B点的位置点的位置2222212ABACCBBC2EC2ACACAB 精密仪器与机械学系 设计工程研究所q 设计结果设计结果q 曲柄滑块机构的设计方法？曲柄滑块机构的设计方法？精密仪器与机械学系 设计工程研究所2.5.3 2.5.3 刚体导引机构的设计刚体导引机构的设计 工作要求连杆能通过三个位置，设计能实现工作要求连杆能通过三个位置，设计能实现以上要求的连杆机构以

20、上要求的连杆机构精密仪器与机械学系 设计工程研究所q 假设四杆机构已经设计完成如下：假设四杆机构已经设计完成如下：精密仪器与机械学系 设计工程研究所q 选定铰链选定铰链B B、C C的位置，确定连杆的位置，确定连杆BCBC的长度的长度精密仪器与机械学系 设计工程研究所q 求铰链求铰链A A、D D的位置的位置精密仪器与机械学系 设计工程研究所q 连接连接ABAB1 1C C1 1D D即为所求四杆机构即为所求四杆机构精密仪器与机械学系 设计工程研究所讨论：讨论：连杆上连杆上B B、C C位置要根据实际需要确定，所以，位置要根据实际需要确定，所以，满足以上设计命题的解有无穷多个；满足以上设计命题

21、的解有无穷多个；A A、D D点重合的问题？点重合的问题？已知连杆的两个位置或更多的位置？已知连杆的两个位置或更多的位置？精密仪器与机械学系 设计工程研究所2.5.4 2.5.4 函数生成机构的设计函数生成机构的设计 已知四杆机构中两固定铰链已知四杆机构中两固定铰链A A、D D的位置，要求所设计的位置，要求所设计的四杆机构两连架杆的转角能实现三组对应关系。的四杆机构两连架杆的转角能实现三组对应关系。精密仪器与机械学系 设计工程研究所1.1.图解法图解法(刚化反转法刚化反转法)以以ADAD为机架时，观察到为机架时，观察到ABCDABCD的两个位置图的两个位置图以以CDCD为机架时，观察到为机架

22、时，观察到ABCDABCD的两个位置图的两个位置图 精密仪器与机械学系 设计工程研究所精密仪器与机械学系 设计工程研究所以以DFDF为机架时，连杆为机架时，连杆AEAE的相对位置的相对位置 AEAE上选定上选定B B铰链，铰链，DFDF为机架，为机架，I I位置为参考位置。位置为参考位置。精密仪器与机械学系 设计工程研究所用刚化反转法求用刚化反转法求 的转位点的转位点 作作 及及 的中垂线，其交点为所求铰链点的中垂线，其交点为所求铰链点 23BB、23BB、22B B33B B1C精密仪器与机械学系 设计工程研究所 即为所求铰链四杆机构即为所求铰链四杆机构讨论：讨论：ABAB杆的长度，无穷多解

23、。杆的长度，无穷多解。11ABC D精密仪器与机械学系 设计工程研究所2.2.解析法解析法(按两连架杆预定的对应位置来设计按两连架杆预定的对应位置来设计)自学自学3.3.解析法解析法(按给定的函数要求来设计按给定的函数要求来设计)自学自学 精密仪器与机械学系 设计工程研究所2.5.5 2.5.5 按给定轨迹设计按给定轨迹设计连杆曲线：连杆上任意点的轨迹是一个封闭曲连杆曲线：连杆上任意点的轨迹是一个封闭曲线线精密仪器与机械学系 设计工程研究所1.1.解析法（略）解析法（略）2.2.图谱法简介图谱法简介轨迹形状相同或相轨迹形状相同或相似的连杆曲线似的连杆曲线相相应的各构件的相对应的各构件的相对长度

24、长度比例放大比例放大(或缩小或缩小)精密仪器与机械学系 设计工程研究所3.3.实验法实验法 设计一个四杆机构，使其连杆上一点设计一个四杆机构，使其连杆上一点M M的轨迹的轨迹与给定轨迹近似。与给定轨迹近似。构件构件ABAB为长度可调的构件，构为长度可调的构件，构件件BCBC为具有若干分支杆的构件，其为具有若干分支杆的构件，其各分支杆不仅长度可调，且相互之各分支杆不仅长度可调，且相互之间的夹角也可调。间的夹角也可调。精密仪器与机械学系 设计工程研究所若在这些曲线中找到直线或近似直线的轨迹，则若在这些曲线中找到直线或近似直线的轨迹，则所求的四杆机构为所求的四杆机构为曲柄滑块机构曲柄滑块机构。精密仪

25、器与机械学系 设计工程研究所2.6 2.6 空间连杆机构简介空间连杆机构简介2.6.1 2.6.1 空间机构的运动副空间机构的运动副精密仪器与机械学系 设计工程研究所q 球面运动副球面运动副Sq柱面运动副柱面运动副Cq球销球销运动副运动副Sq移动运动副移动运动副Pq螺旋运动副螺旋运动副Hq转动运动副转动运动副R精密仪器与机械学系 设计工程研究所2.2.空间连杆机构空间连杆机构qRSSRqRSSPqPRSRq球面球面4R精密仪器与机械学系 设计工程研究所q空间连杆机构有许多特点，可以实现平面连杆机空间连杆机构有许多特点，可以实现平面连杆机构难以实现或根本无法实现的运动，因此在工程构难以实现或根本

26、无法实现的运动，因此在工程实际中也得到了较多的应用。实际中也得到了较多的应用。q张启先编著，张启先编著，空间机构的分析与综合空间机构的分析与综合(上上)，北京：机械工业出版社，北京：机械工业出版社，19841984q谢存禧等编著，谢存禧等编著，空间机构设计空间机构设计，上海：上海科学技术出版社上海：上海科学技术出版社精密仪器与机械学系 设计工程研究所本章总结本章总结1.1.重点内容重点内容(1)(1)掌握铰链四杆机构的三种基本形式及其演掌握铰链四杆机构的三种基本形式及其演 化形式化形式机构简图，运动形式机构简图，运动形式摆动往复移动回转精密仪器与机械学系 设计工程研究所基本特性基本特性运动特性

27、：急回运动，死点位置与运动不确定性运动特性：急回运动，死点位置与运动不确定性及克服的办法。及克服的办法。传动特性：压力角或传动角与自锁。传动特性：压力角或传动角与自锁。重点重点：曲柄摇杆机构和曲柄滑块机构，其它都可演曲柄摇杆机构和曲柄滑块机构，其它都可演化而来。了解演化方法有助于理解。化而来。了解演化方法有助于理解。两个基本规律两个基本规律：同一曲柄摇杆机构或曲柄滑块机构，通过改变机架和同一曲柄摇杆机构或曲柄滑块机构，通过改变机架和各杆长度可得其它机构；各杆长度可得其它机构；精密仪器与机械学系 设计工程研究所 整转副存在的条件，整转副存在与否与机架无关，整转副存在的条件，整转副存在与否与机架无

28、关，曲柄存在与否不仅与整转副有关，还与机架有曲柄存在与否不仅与整转副有关，还与机架有关。关。q注重实际应用，逐渐学会自己分析。注重实际应用，逐渐学会自己分析。(2)(2)运动设计运动设计(图解法图解法)q已知已知K Kq已知连杆位置已知连杆位置精密仪器与机械学系 设计工程研究所2.2.设计中应注意的问题设计中应注意的问题(1)(1)计算机构的自由度；计算机构的自由度；(2)(2)传动角和自锁；传动角和自锁；(3)(3)死点位置的克服与利用；死点位置的克服与利用；(4)(4)运动不确定性的克服；运动不确定性的克服；(5)(5)是否有曲柄和急回运动的要求；是否有曲柄和急回运动的要求；(6)(6)动态空间与轨迹干涉；动态空间与轨迹干涉；(7)(7)调节（如：杆长调节）。调节（如：杆长调节）。精密仪器与机械学系 设计工程研究所q 本章习题本章习题(第第2周周)：2.2，2.5_q 本章习题本章习题(第第4周周)：2.13，2.16，2.19