机械设计基础第一章PPT.ppt

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1、第第2章章 平面连杆机构平面连杆机构2-1 平面机构的运动简图和自由度2-2 平面四杆机构的基本类型2-3 平面四杆机构的特点及设计基本要求基本要求:v掌握基本概念掌握基本概念v熟练掌握机构运动简图的绘制熟练掌握机构运动简图的绘制v熟练掌握机构自由度的计算方法熟练掌握机构自由度的计算方法v掌握平面连杆机构的类型、特点、演化方法掌握平面连杆机构的类型、特点、演化方法v掌握平面四杆机构的工作特性掌握平面四杆机构的工作特性机械设计基础 平面连杆机构2-1 平面机构的运动简图和自由度平面机构的运动简图和自由度一、构件二、运动副三、机构四、平面机构的运动简图五、平面机构的自由度机械设计基础 平面连杆机构

2、一、构件一、构件构件：构件：独立影响机构功能并能独立运独立影响机构功能并能独立运动的单元体动的单元体（实物、刚体、运动的整体实物、刚体、运动的整体）机架机架、原动构件、从动构件原动构件、从动构件零件：零件：单独加工的制造单元体单独加工的制造单元体通用零件、专用零件通用零件、专用零件v构件可以由一个零件组成构件可以由一个零件组成v也可以由几个零件组成也可以由几个零件组成原动件原动件1234从动件从动件机架机架机械设计基础 平面连杆机构与动力与动力源组合源组合机器的组成机器的组成(从运动观点看从运动观点看)由构件组成由构件组成(从制造观点看从制造观点看)由零件组成由零件组成机械机械机器机器机构机构

3、构件构件零件零件通用零件通用零件专用零件专用零件原动构件原动构件从动构件从动构件机机 架架零件零件构件构件机构机构机器机器静联接静联接动联接动联接(运动副运动副)机械设计基础 平面连杆机构xyo二、运动副二、运动副v运动副运动副:两构件直接接触而形成的可动联接两构件直接接触而形成的可动联接v运动副元素：运动副元素：构成运动副时直接接触的点、线、面部分构成运动副时直接接触的点、线、面部分v接触形式接触形式:点、线、面点、线、面机械设计基础 平面连杆机构运动副分类运动副分类v按接触形式分类v按相对运动分类机械设计基础 平面连杆机构按接触形式分类：按接触形式分类：v接触形式接触形式:点、线、面点、线

4、面v低副低副：面接触：面接触v高副高副：点、线接触：点、线接触平面低副平面低副空间低副空间低副xyo高副高副高副高副空间低副空间低副平面低副平面低副平面低副平面低副机械设计基础 平面连杆机构按相对运动分类：按相对运动分类：v运动副的性质（即运动副引入的约束）确定了两构件的相运动副的性质（即运动副引入的约束）确定了两构件的相对运动对运动v按相对运动分类：按相对运动分类：转动副：相对转动转动副：相对转动 回转副、铰链回转副、铰链移动副：相对移动移动副：相对移动 螺旋副：螺旋运动螺旋副：螺旋运动 球面副：球面运动球面副：球面运动 机械设计基础 平面连杆机构运动副类型小结运动副类型小结v平面低副平面

5、低副:转动副、移动副转动副、移动副 （面接触面接触）v平面高副平面高副:齿轮副、凸轮副齿轮副、凸轮副 （点、线接触点、线接触）v空间低副空间低副:螺旋副、球面副、圆柱副螺旋副、球面副、圆柱副 （面接触面接触）v空间高副空间高副:球和圆柱与平面、球与圆柱副球和圆柱与平面、球与圆柱副 (点、线接触点、线接触)v运动副特性运动副特性:运动副一经形成运动副一经形成,组成它的两个构件间的可组成它的两个构件间的可能的相对运动就确定。而且能的相对运动就确定。而且这种可能的相对运动这种可能的相对运动,只与运只与运动副类型有关动副类型有关,而与运动副的具体结构无关。而与运动副的具体结构无关。v工程上常用一些规定

6、的符号代表运动副工程上常用一些规定的符号代表运动副机械设计基础 平面连杆机构平面副平面副低副低副：转动副、移动副：转动副、移动副(面接触面接触)高副高副：齿轮副、凸轮副：齿轮副、凸轮副(点、点、线接触线接触)xyoxyottnnnt机械设计基础 平面连杆机构空间副空间副高副高副：点、线接触：点、线接触球面副球面副螺旋副螺旋副了解了解机械设计基础 平面连杆机构v机构是由构件通过运动副连接而成的机构是由构件通过运动副连接而成的v原动件：原动件：按给定运动规律独立运动的构件按给定运动规律独立运动的构件v从动件：从动件：其余的活动构件其余的活动构件v机机 架：架：固定不动的构件固定不动的构件原动件原动

7、件1234从动件从动件机架机架闭链闭链开链开链机构机构三、机构三、机构机械设计基础 平面连杆机构1 概述2 构件的表示方法3 运动副的表示方法4 运动简图的绘制方法5 例题四、平面机构的运动简图四、平面机构的运动简图机械设计基础 平面连杆机构1 概述概述v机构各部分的运动，取决于：机构各部分的运动，取决于：原动件的运动规律、各运动副的类型、机构的运动尺寸原动件的运动规律、各运动副的类型、机构的运动尺寸(确定各运动副相对位置的尺寸确定各运动副相对位置的尺寸)v机构运动简图机构运动简图:（表示机构（表示机构运动特征运动特征的一种工程用图）的一种工程用图）用简单线条表示构件用简单线条表示构件规定符号

8、代表运动副规定符号代表运动副按比例定出运动副的相对位置按比例定出运动副的相对位置与原机械具有完全相同的运动特性与原机械具有完全相同的运动特性v比较：比较：机构示意图：机构示意图：没严格按照比例绘制的机构运动简图没严格按照比例绘制的机构运动简图v用途：用途：分析现有机械，构思设计新机械分析现有机械，构思设计新机械机械设计基础 平面连杆机构2 构件的表示方法构件的表示方法v杆、轴类构件杆、轴类构件v机架机架v同一构件同一构件v两副构件两副构件v三副构件三副构件机械设计基础 平面连杆机构3 运动副的表示方法运动副的表示方法v转动副转动副v移动副移动副v高副高副（齿轮副、（齿轮副、凸轮副）凸轮副）机械

9、设计基础 平面连杆机构3 运动副的表示方法运动副的表示方法机械设计基础 平面连杆机构4 运动简图的绘制方法运动简图的绘制方法v步骤：步骤：分析机构运动路线，定出其原动部分、工作部分、弄分析机构运动路线，定出其原动部分、工作部分、弄清传动部分。清传动部分。合理选择投影面及原动件适当的瞬时位置合理选择投影面及原动件适当的瞬时位置选择适当的比例尺选择适当的比例尺=实际长度实际长度m/图示长度图示长度mm定出各运动副相对位置，用规定的符号和线条绘制出定出各运动副相对位置，用规定的符号和线条绘制出简图，原动件上标上箭头简图，原动件上标上箭头检验检验机械设计基础 平面连杆机构4 运动简图的绘制方法运动简图

10、的绘制方法v绘制路线：绘制路线：原动件原动件中间传动件中间传动件 输出构件输出构件v观察重点：观察重点：各构件间构成的运动副类型各构件间构成的运动副类型v良好习惯：良好习惯：各种运动副和构件用规定符号表达各种运动副和构件用规定符号表达v误误 区：区：构件外形构件外形机械设计基础 平面连杆机构ABCEFDG例题例题1：破碎机破碎机机械设计基础 平面连杆机构例题例题2：内燃机内燃机机械设计基础 平面连杆机构例题例题2：内燃机内燃机机械设计基础 平面连杆机构1 12 23 34 4ABC141223A14B12C2343 32 24 41 14例题例题3：机械设计基础 平面连杆机构例题例题4：抽油泵

11、抽油泵机械设计基础 平面连杆机构例题例题4：抽油泵抽油泵机械设计基础 平面连杆机构例题例题5：插齿机插齿机机械设计基础 平面连杆机构例题例题5：插齿机插齿机机械设计基础 平面连杆机构1 平面机构自由度的计算平面机构自由度的计算2 机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件3 几种特殊结构的处理几种特殊结构的处理复合铰链复合铰链局部自由度局部自由度虚约束虚约束4 小结小结五、平面机构的自由度五、平面机构的自由度机械设计基础 平面连杆机构1 平面机构自由度的计算平面机构自由度的计算(1)平面运动构件的自由度平面运动构件的自由度(构件可能出现的独立运动构件可能出现的独立运动)(2)平面运动副引入的

12、约束平面运动副引入的约束R(对独立的运动所加的限制对独立的运动所加的限制)xy21 与其它构件未连之前：与其它构件未连之前：3用运动副与其它构件连接后用运动副与其它构件连接后,运运动副引入约束动副引入约束,原自由度减少原自由度减少xyoxyoR=2R=2R=1结论：结论：平面低副引入平面低副引入2个约束个约束平面高副引入平面高副引入1个约束个约束机械设计基础 平面连杆机构(3)平面机构自由度计算公式平面机构自由度计算公式如果：活动构件数：如果：活动构件数：n 低副数：低副数：pl 高副数：高副数：phxy21未连接前总自由度：未连接前总自由度：3n连接后引入的总约束数：连接后引入的总约束数：2

13、pl+phF=3n-(2pl+ph)v机构自由度机构自由度F：F=3n-2pl-ph机械设计基础 平面连杆机构机构自由度举例：机构自由度举例：1234F=3n2plph =3 2 340=112345F=3n2plph =3 2 450=2F=3n2plph =3 2 221=1BCAF=3n2plph =3 2 340=1F=3n2plph =3 2 451=1机械设计基础 平面连杆机构F=3n2plph =3 42 50=2 F=3n2plph =3 32 50=-1 F=3n2plph =3 22 30=0 2 机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件F=0,刚性桁架，构件之间无相对

14、运动刚性桁架，构件之间无相对运动原动件数小于原动件数小于F,各构件无确定的相对运动各构件无确定的相对运动原动件数大于原动件数大于F,在机构的薄弱处遭到破坏在机构的薄弱处遭到破坏结论：结论：机构具有确定运动的条件：机构具有确定运动的条件：1 机构自由度机构自由度 0 2 原动件数原动件数 机构自由度数机构自由度数BCABCADEAEBCD机械设计基础 平面连杆机构vm个构件个构件(m2)在同一处构成转动副在同一处构成转动副vm-1-1个低副个低副(1)复合铰链复合铰链412356F F 3n3n2p2pl lp ph h 3 3 2 2 560 3F F 3n3n 2p2pl lp ph h 3

15、 3 2 2 570 1412356错错对对计算在内计算在内5232351m个构件个构件,m-1个铰链个铰链3 几种特殊结构的处理几种特殊结构的处理机械设计基础 平面连杆机构F3n2plph 3 2 33 1 2F3n 2plph 3 2 221 1错错对对排除排除(2)局部自由度局部自由度v定义：定义：机构中某些构件所具有的独立的局部运动机构中某些构件所具有的独立的局部运动,不影响机不影响机构输出运动的自由度构输出运动的自由度v局部自由度经常发生的场合：局部自由度经常发生的场合：滑动摩擦变为滚动摩擦时添加滑动摩擦变为滚动摩擦时添加的滚子、轴承中的滚珠的滚子、轴承中的滚珠v解决的方法：解决的方

16、法：计算机构自由度时，设想将滚子与安装滚子的计算机构自由度时，设想将滚子与安装滚子的构件固结在一起，视作一个构件构件固结在一起，视作一个构件动画动画机械设计基础 平面连杆机构v不影响机构运动传递的不影响机构运动传递的重复约束重复约束v在特定几何条件或结构条件下，某些运动副所引入的约束在特定几何条件或结构条件下，某些运动副所引入的约束可能与其它运动副所起的限制作用一致，这种不起独立限可能与其它运动副所起的限制作用一致，这种不起独立限制作用的运动副叫制作用的运动副叫虚约束虚约束v虚约束虚约束经常发生的场合经常发生的场合v处理方法：处理方法：计算自由度时，将虚约束（或虚约束构件及其计算自由度时，将虚

17、约束（或虚约束构件及其所带入的运动副）去掉所带入的运动副）去掉v结论结论F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 123F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 23 1-1错错22 11对对排除排除之一为之一为虚约束虚约束(3)虚约束虚约束机械设计基础 平面连杆机构1.机构中连接构件与被连接构件的轨迹重合机构中连接构件与被连接构件的轨迹重合v在该机构中，构件在该机构中，构件2 2上的上的C C点点C C2 2与构件与构件3 3上的上的C C点点C C3 3轨迹重合，为虚约束轨迹重合，为虚约束v计算时应将构件计算时应将构件3 3及其引入的约束去及其引入的约束去掉

18、来计算掉来计算v同理，也可将构件同理，也可将构件4 4当作虚约束，将当作虚约束，将构件构件4 4及其引入的约束去掉来计算，及其引入的约束去掉来计算，效果完全一样效果完全一样BAC(C2,C3)D1234F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 34 01动画动画虚约束经常发生的场合虚约束经常发生的场合机械设计基础 平面连杆机构2.当两构件组成多个移动副，且导路互相平行当两构件组成多个移动副，且导路互相平行或重合时，则只有一个移动副起约束作用，其或重合时，则只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束。余都是虚约束。123机械设计基础 平面连杆机构3.当两构件构成多个转动副，且轴线互

19、相重合当两构件构成多个转动副，且轴线互相重合时，则只有一个转动副起作用，其余的转动副时，则只有一个转动副起作用，其余的转动副都是虚约束。都是虚约束。机械设计基础 平面连杆机构4.机构运动过程中某两构件上两点之间的距离机构运动过程中某两构件上两点之间的距离始终保持不变，则将两点以构件连接，将会引始终保持不变，则将两点以构件连接，将会引入一个虚约束。入一个虚约束。v在这两个例子中，加与不加红色构件在这两个例子中，加与不加红色构件ABAB效果完全一样，效果完全一样，为虚约束为虚约束v计算时应将构件计算时应将构件ABAB及其引入的约束去掉来计算及其引入的约束去掉来计算412351234F F3n3n2

20、P2PL LP PH H 3 3 2 2 34 0F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 46 0 0BA错错对对 1F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 34 01机械设计基础 平面连杆机构5.机构中的运动器重复限制作用的对称部分引机构中的运动器重复限制作用的对称部分引入虚约束。入虚约束。v在该机构中，齿轮在该机构中，齿轮2 2和和2 2是齿轮是齿轮2 2的对称部分，为虚约束的对称部分，为虚约束v计算时应将齿轮及其引入的约束去掉来计算计算时应将齿轮及其引入的约束去掉来计算v同理，将齿轮当作虚约束去掉，完全一样同理，将齿轮当作虚约束去掉，完全一样v目的：目

21、的：为了改善构件的受力情况为了改善构件的受力情况机械设计基础 平面连杆机构6.如果两构件在多处接触而构成平面高副，且如果两构件在多处接触而构成平面高副，且各接触点处的公法线彼此重合，则只能算一个各接触点处的公法线彼此重合，则只能算一个平面高副，其余为虚约束。平面高副，其余为虚约束。123F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 22 11虚约束虚约束结论结论v机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出现的，如果这些几何条件不满足，则虚约束现的，如果这些几何条件不满足，则虚约束将变成有效约束，而使机构不能运动将变成有效约束，而使机构不能运动v采用

22、虚约束是为了采用虚约束是为了:改善构件的受力情况；传递较大功率；改善构件的受力情况；传递较大功率；或满足某种特殊需要或满足某种特殊需要v在设计机械时，若为了某种需要而必须使用虚约束时，则在设计机械时，若为了某种需要而必须使用虚约束时，则必须严格保证设计、加工、装配的精度，以满足虚约束所必须严格保证设计、加工、装配的精度，以满足虚约束所需要的几何条件需要的几何条件123机械设计基础 平面连杆机构4 自由度计算小结自由度计算小结vv自由度计算自由度计算自由度计算自由度计算公式公式公式公式:F3n2plph机构自由度机构自由度3活动构件数活动构件数(2低副数低副数+1高副数高副数)vv计算步骤计算步

23、骤计算步骤计算步骤:确定活动构件数目确定活动构件数目确定活动构件数目确定活动构件数目确定运动副种类和数目确定运动副种类和数目确定运动副种类和数目确定运动副种类和数目确定特殊结构确定特殊结构确定特殊结构确定特殊结构:局部自由度、虚约束、复合铰链局部自由度、虚约束、复合铰链局部自由度、虚约束、复合铰链局部自由度、虚约束、复合铰链计算、验证自由度计算、验证自由度计算、验证自由度计算、验证自由度vv几种特殊结构的处理几种特殊结构的处理几种特殊结构的处理几种特殊结构的处理:1、复合铰链、复合铰链计算在内计算在内2、局部自由度、局部自由度排除排除3、虚约束、虚约束-重复约束重复约束排除排除机械设计基础 平

24、面连杆机构2-2 平面四杆机构的基本类型平面四杆机构的基本类型一、铰链四杆机构1 基本型式2 铰链四杆机构划分3 平面四杆机构的工作特性4 机构演化方式二、偏心轮机构三、曲柄滑块机构四、导杆机构机械设计基础 平面连杆机构应用实例：契贝谢夫步行机器人一、铰链四杆机构一、铰链四杆机构1 1 基本型式基本型式v平面连杆机构的基本型式是平面连杆机构的基本型式是铰链四杆机构铰链四杆机构v其余四杆机构均是由铰链四杆机构演化而成的其余四杆机构均是由铰链四杆机构演化而成的二杆二杆三杆三杆,不可能不可能.铰链四杆机构铰链四杆机构机械设计基础 平面连杆机构基本型式（续）基本型式（续）v结构特点：结构特点：四个运动

25、副均为转动副四个运动副均为转动副v组成：组成：v机架、连杆、连架杆机架、连杆、连架杆机架：机架：固定不动的构件固定不动的构件AD连架杆：连架杆：直接与机架相连的构件直接与机架相连的构件AB、CD连杆：连杆：不与机架相连的构件不与机架相连的构件BC曲柄：曲柄：能作整周转动的连架杆能作整周转动的连架杆摇杆：摇杆：不能作整周转动的连架杆不能作整周转动的连架杆1B2C31B2C34AD连杆连杆连架杆连架杆连架杆连架杆机架机架1234ABCD曲柄曲柄摇杆摇杆(摆杆摆杆)(周转副周转副)(摆转副摆转副)机械设计基础 平面连杆机构2 铰链四杆机构划分铰链四杆机构划分按连架杆不同运动形式分：按连架杆不同运动形

26、式分：(1)曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构(2)双曲柄机构双曲柄机构(3)双摇杆机构双摇杆机构连杆连杆连架杆连架杆连架杆连架杆1234ABCD4AD23作机架曲柄摇杆机构14AD23作机架双摇杆机构4AD1231作机架双曲柄机构曲柄摇杆机构4AD123机械设计基础 平面连杆机构(1)曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构v结构特点：结构特点：连架杆连架杆1为曲柄，为曲柄，3为摇杆为摇杆v运动变换：运动变换：转动转动摇动摇动v举例：举例：搅拌器机构、搅拌器机构、雷达天线机构雷达天线机构、家用缝纫机、家用缝纫机1234特性：特性：v急回特征急回特征v死点死点机械设计基础 平面连杆机构(2)双曲柄机构双曲柄机构v结构特

27、点：结构特点：二连架杆均为曲柄二连架杆均为曲柄v运动变换：运动变换：转动转动转动，通常二转速不相等转动，通常二转速不相等v举例：举例：振动筛机构振动筛机构机械设计基础 平面连杆机构特殊双曲柄机构特殊双曲柄机构v平行四边形机构平行四边形机构结构特点：结构特点：二曲柄等速二曲柄等速v运动不确定问题运动不确定问题v车门开闭机构车门开闭机构v反平行四边形机构反平行四边形机构结构特点：结构特点：二曲柄转向相反二曲柄转向相反机械设计基础 平面连杆机构(3)双摇杆机构双摇杆机构 v结构特点：结构特点：二连架杆均为摇杆二连架杆均为摇杆v运动变换：运动变换：摆动摆动摆动摆动v举例举例:鹤式起重机鹤式起重机机械设

28、计基础 平面连杆机构特殊机构特殊机构v等腰梯形机构等腰梯形机构v实例实例:汽车前轮转向机构汽车前轮转向机构机械设计基础 平面连杆机构3 平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性(1)曲柄存在条件(2)急回特征(3)死点连杆连杆连架杆连架杆连架杆连架杆1234ABCD机械设计基础 平面连杆机构(1)曲柄存在条件曲柄存在条件机械设计基础 平面连杆机构(1)曲柄存在条件曲柄存在条件机械设计基础 平面连杆机构ABCDabcdv由此得到曲柄存在条件：由此得到曲柄存在条件：条件条件1.最短杆与最长杆长度之和小于或等最短杆与最长杆长度之和小于或等 于其余两杆长度之和于其余两杆长度之和(必要条件必要条件)

29、条件条件2.最短杆是连架杆或机架（充分条件）最短杆是连架杆或机架（充分条件）v最短杆最短杆参与构成的转动副都是参与构成的转动副都是整周副整周副v其余均为摆转副其余均为摆转副v推论推论1：若满足条件：若满足条件2：v当当Lmax+Lmin L(其余两杆长度之和其余两杆长度之和)时时最短杆是连架杆之一最短杆是连架杆之一 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构最短杆是机架最短杆是机架 双曲柄机构双曲柄机构最短杆是连杆最短杆是连杆 双摇杆机构双摇杆机构v推论推论2：若不满足条件：若不满足条件2，无曲柄存在：，无曲柄存在：v当当Lmax+Lmin L(其余两杆长度之和其余两杆长度之和)时时v 双摇杆机构双摇杆机构AB

30、CDabcd机械设计基础 平面连杆机构v当回程所用时间小于工作行程所用时间时，称该机构具有当回程所用时间小于工作行程所用时间时，称该机构具有急回特征急回特征v极位夹角：极位夹角：从动件运动到两极限位置时，曲柄之间所夹的锐角从动件运动到两极限位置时，曲柄之间所夹的锐角 v急回特性分析：急回特性分析：v 1=C v 1=1 t1=1800+v 2=1 t2=1800-vt1 t2,v2 v1v行程速比系数行程速比系数K K(2)急回特征急回特征vK=1,无急回特性无急回特性v K急回特征越显著急回特征越显著v工程中，取工程中，取K=21jB2C212v2v1慢快v急回特性的应用例：急回特性的应用例

31、牛头刨工作要求牛头刨工作要求B1C14ABCD231机械设计基础 平面连杆机构例例 在图示偏置曲柄滑块机构中，已知滑块行程为在图示偏置曲柄滑块机构中，已知滑块行程为100mm100mm，当滑，当滑块处于两个极限位置时，机构压力角分别为块处于两个极限位置时，机构压力角分别为3030和和6060。试计算：试计算：杆长杆长l lABAB、l lBCBC和偏心距和偏心距e e；机构的行程速度变化系数机构的行程速度变化系数K K；机构的最大压力角机构的最大压力角 maxmax。解 由图中的几何关系可知，该机构的极位夹角 由图中几何关系还可得到 当滑块在行程范围内任意位置时，其压力角可通过下式计算：显然

32、除了曲柄转角 之外，其它参数均为常数，所以，当90时，压力角最大，且最大压力角为：(3)死点：死点：传动角为零传动角为零g g=0(=0(连杆与从动件共线连杆与从动件共线),),机构顶死机构顶死机械设计基础 平面连杆机构v死点死点:传动角为零传动角为零g g=0(=0(连杆与从动件共线连杆与从动件共线),),机构顶死机构顶死(3)死点死点vM=F*LB1C1B2C24ABCD231=00=00=00C2B2=00BACB1C机械设计基础 平面连杆机构v实例实例:夹具夹具v飞机起落架机构飞机起落架机构死点的利用死点的利用v折叠家具机构折叠家具机构=00机械设计基础 平面连杆机构v利用构件惯性力

33、加装飞轮。利用构件惯性力，加装飞轮。v实例实例:家用缝纫机家用缝纫机v安装辅助连杆安装辅助连杆v采用多套机构错位排列采用多套机构错位排列v实例实例:蒸汽机车车轮联动机构蒸汽机车车轮联动机构v蒸汽机车两侧利用错位排列的两套曲柄滑块机构使车轮联蒸汽机车两侧利用错位排列的两套曲柄滑块机构使车轮联动机构通过死点动机构通过死点克服死点的措施克服死点的措施 GGEFEF机械设计基础 平面连杆机构4 机构演化方式机构演化方式1 转动副转化为移动副2 变更机架3 扩大转动副尺寸连杆连杆连架杆连架杆连架杆连架杆1234ABCD机械设计基础 平面连杆机构二二、曲柄滑块机构、曲柄滑块机构铰链四杆机构铰链四杆机构1

34、B2C34AD曲线导轨曲柄滑块机构曲线导轨曲柄滑块机构lCD e 01B24AC3偏置式曲柄滑块机构偏置式曲柄滑块机构对心式曲柄滑块机构对心式曲柄滑块机构1B24AC3e3D1B2C4A对对CD杆等效转化杆等效转化转动副变成移动副转动副变成移动副机械设计基础 平面连杆机构三三、导杆机构、导杆机构机械设计基础 平面连杆机构三三、导杆机构、导杆机构三三、导杆机构、导杆机构三三、导杆机构、导杆机构三三、导杆机构、导杆机构三三、导杆机构、导杆机构v选不同构件作机架选不同构件作机架机构倒置机构倒置v曲柄滑块机构曲柄滑块机构v导杆机构导杆机构变更机架变更机架曲柄滑块机构曲柄滑块机构导杆机构导杆机构,动画动

35、画v曲柄摇块机构曲柄摇块机构v移动导杆机构移动导杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构移动导杆机构移动导杆机构机械设计基础 平面连杆机构四四、偏心轮机构、偏心轮机构v曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构(扩大回转副扩大回转副)v偏心轮机构偏心轮机构机械设计基础 平面连杆机构偏心轮机构（续）偏心轮机构（续）v对心式曲柄滑块机构对心式曲柄滑块机构v偏心轮机构偏心轮机构1B24AC3h=2lAB4C231BA B副扩大机械设计基础 平面连杆机构应用实例一应用实例一A41A4曲柄滑块机构曲柄滑块机构1B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B

36、2C31B2C32作机架作机架A41A41A41A41A41A41A41A41A41A41A41A413B2C曲柄摇块机构曲柄摇块机构 液压作动筒液压作动筒车箱举升机构车箱举升机构机械设计基础 平面连杆机构2B12B12B1应用实例二应用实例二1BA21BA2A41B2C3曲柄滑块机构曲柄滑块机构CA43移动导杆机构移动导杆机构C41BA21BA21BA23手动唧筒机构手动唧筒机构3作机架1B2机械设计基础 平面连杆机构应用实例三应用实例三C234A41B2C3曲柄滑块机构曲柄滑块机构作机架 A41B2C3导杆机构导杆机构C234C234C234C234C234C234C234C234C234

37、C234C234C234回转导杆机构回转导杆机构lBC lAB，导杆导杆AC整周转动整周转动C234C234C234C234AB123C423C423C423C423C423C423C423C423C423C423C423C4lBC lAB，导杆导杆AC摆动摆动摆动导杆机构摆动导杆机构32C4AB1机械设计基础 平面连杆机构其它其它v双移动副机构双移动副机构正弦机构正弦机构双转块机构双转块机构(十字滑块机构十字滑块机构)动画动画正弦机构正弦机构双滑块机构双滑块机构正切机构正切机构了解了解机械设计基础 平面连杆机构2-3 平面四杆机构的特点及其设计简介平面四杆机构的特点及其设计简介一、平面四杆机

38、构的特点二、平面连杆机构的应用三、平面四杆机构的设计了解了解机械设计基础 平面连杆机构一、平面四杆机构的特点一、平面四杆机构的特点v全低副（面接触），承受冲击力，易润滑，不易磨损全低副（面接触），承受冲击力，易润滑，不易磨损v运动副结构简单，易加工运动副结构简单，易加工v运动规律多样化、点的运动轨迹多样化运动规律多样化、点的运动轨迹多样化v运动副累积误差大，效率低运动副累积误差大，效率低v惯性力难以平衡，不宜用于高速惯性力难以平衡，不宜用于高速v不能精确实现复杂的运动规律，设计计算较复杂不能精确实现复杂的运动规律，设计计算较复杂123ABC4机架连杆连架杆A1B2C3D44A12B3C56DE

39、机械设计基础 平面连杆机构1 实现有轨迹、位置或运动规律要求的运动2 实现从动件运动形式及运动特性的改变3 实现较运距离的传动或操纵4 调节、扩大从动件行程5 获得较大的机械增益：输出力(矩)与输入力(矩)之比二、平面连杆机构的应用二、平面连杆机构的应用机械设计基础 平面连杆机构1 实现有轨迹、位置或运动规律要求的运动实现有轨迹、位置或运动规律要求的运动v圆轨迹复制机构圆轨迹复制机构vAMF保龄球置瓶机扫瓶机构保龄球置瓶机扫瓶机构CDABM机械设计基础 平面连杆机构2 实现从动件运动形式及运动特性的改变实现从动件运动形式及运动特性的改变v步进式工件传送机构步进式工件传送机构v运动形式改变实例运

40、动形式改变实例机械设计基础 平面连杆机构3 实现较运距离的传动或操纵实现较运距离的传动或操纵v应用实例：应用实例：自行车手闸自行车手闸机械设计基础 平面连杆机构4 调节、扩大从动件行程调节、扩大从动件行程v可变行程滑块机构可变行程滑块机构特点：特点：调节调节 可改变滑块可改变滑块D的行程的行程v汽车用空气泵机构汽车用空气泵机构特点：特点：曲辆曲辆CD短，滑块短，滑块行程大行程大ABCDABCDEF机械设计基础 平面连杆机构5 获得较大的机械增益获得较大的机械增益:输出力输出力(矩矩)与输入力与输入力(矩矩)之比之比v肘节机构肘节机构特点：特点：机械增益大机械增益大v剪切机构剪切机构特点：特点：

41、机械增益大机械增益大EABCD机械设计基础 平面连杆机构其它其它机械设计基础 平面连杆机构 1.四杆机构的设计任务是：四杆机构的设计任务是：u按工作要求（运动、使用、传力）选定机构的型式；按工作要求（运动、使用、传力）选定机构的型式；u根据给定的运动要求确定机构的几何尺寸（空间尺寸、运根据给定的运动要求确定机构的几何尺寸（空间尺寸、运动副位置、曲柄存在的条件等），并绘出机构运动简图；动副位置、曲柄存在的条件等），并绘出机构运动简图；u为使设计合理还应满足一下附加条件，若：结构条件，最为使设计合理还应满足一下附加条件，若：结构条件，最小传动角条件等。小传动角条件等。三、平面四杆机构的设计三、平面

42、四杆机构的设计机械设计基础 平面连杆机构 2.四杆机构的设计一般归纳为两种：四杆机构的设计一般归纳为两种：u按照给定从动件的位置设计四杆机构，称为按照给定从动件的位置设计四杆机构，称为位置设计位置设计；u按照给定点的运动轨迹设计四杆机构，称为按照给定点的运动轨迹设计四杆机构，称为轨迹设计轨迹设计。3.四杆机构的设计方法：四杆机构的设计方法：图解法图解法:简便直观，同时也是解析法的基础，应用较多。但由于其设计精度低，一般用于求解初始值;解析法解析法:精度高，应用最为广泛，其缺点是不太直观;实验法实验法:较为烦琐，而且精度也低，是不得已时才使用的方法。三、平面四杆机构的设计三、平面四杆机构的设计机

43、械设计基础 平面连杆机构1）按给定的连杆位置设计四杆机构按给定的连杆位置设计四杆机构已知活动铰链，求固定铰链已知活动铰链，求固定铰链2）按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构已知固定铰链和某一活动铰链，求另一活动铰链已知固定铰链和某一活动铰链，求另一活动铰链3）按给定的行程速比系数按给定的行程速比系数K设计四杆机构设计四杆机构铰链四杆机构铰链四杆机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构导杆机构导杆机构三、平面四杆机构的设计三、平面四杆机构的设计机械设计基础 平面连杆机构 4.实现刚体给定位置的设计实现刚体给定位置的设计如实现预定的连杆位置要求如实现预定的连杆位置要求机构能

44、引导刚体（一般为连杆）通过一系列给定位置机构能引导刚体（一般为连杆）通过一系列给定位置例：例：飞机起落架机构飞机起落架机构:v要要求求实实现现机机轮轮放放下下和和收收起两个位置起两个位置机械设计基础 平面连杆机构1)按给定的连杆位置设计四杆机构按给定的连杆位置设计四杆机构v选定连杆上两活动选定连杆上两活动铰链，即确定连杆铰链，即确定连杆长长lBC，定比例尺，定比例尺 l作图作图v活动铰链相对于固活动铰链相对于固定铰链的运动轨迹定铰链的运动轨迹为圆为圆v用三点定心法确定用三点定心法确定两固定铰链两固定铰链D,Cv计算待求杆长计算待求杆长lAB=AB l mlCD=CD l mlAD=AD l m

45、IIIIIIB1B2B3C2C3C1DA讨论：讨论：v三点唯一确定一个圆三点唯一确定一个圆,故确定故确定B、C点后，固定铰链点后，固定铰链A、D也唯一确定也唯一确定v连杆上连杆上B、C位置应根据实际情况位置应根据实际情况而定而定机械设计基础 平面连杆机构1)按给定的连杆位置设计四杆机构按给定的连杆位置设计四杆机构1)按给定的连杆位置设计四杆机构按给定的连杆位置设计四杆机构1)按给定的连杆位置设计四杆机构按给定的连杆位置设计四杆机构1)按给定的连杆位置设计四杆机构按给定的连杆位置设计四杆机构铸造翻砂机构铸造翻砂机构:要求实现两个翻转位置要求实现两个翻转位置v已知条件：已知条件：两连架杆的对应位置

46、两连架杆的对应位置v铰链四杆机构的设计铰链四杆机构的设计,在于确定四个铰点的位置在于确定四个铰点的位置,且关键在且关键在确定连杆两铰点的位置确定连杆两铰点的位置v连杆上的铰点一定落在以固定铰为中心的圆上连杆上的铰点一定落在以固定铰为中心的圆上v即即:刚体导引机构转变成已知圆弧上的点求圆心刚体导引机构转变成已知圆弧上的点求圆心v求解内容：求解内容：确定连杆与摇杆相连接的活动铰链确定连杆与摇杆相连接的活动铰链C C 求连杆、摇杆的长度求连杆、摇杆的长度2)按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构ABCD机械设计基础 平面连杆机构v已知条件：已知条件：两连架杆的对应位

47、置两连架杆的对应位置v求解内容：求解内容：确定连杆与摇杆相连接的活动铰链确定连杆与摇杆相连接的活动铰链C C 求连杆、摇杆的长度求连杆、摇杆的长度2)按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构机械设计基础 平面连杆机构v工程要求：工程要求：实现两连架杆的一系列对应位置实现两连架杆的一系列对应位置j3j2j1321E1E2E3F1F2F3DB1B2B3A倒置ABCDABCD-j12-j13v即，已知机架长即，已知机架长lAD和两连和两连架杆对应位置，设计四杆架杆对应位置，设计四杆机构（求其它三杆长）问机构（求其它三杆长）问题题v与刚体导引问题的比较与刚体导引问题的比

48、较反转法反转法(反转机构法反转机构法)：v利用相对运动原理法，采利用相对运动原理法，采用机构倒置，将已知连架用机构倒置，将已知连架杆两位置的设计问题转变杆两位置的设计问题转变为已知连杆两位置的设计为已知连杆两位置的设计问题问题机械设计基础 平面连杆机构2)按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构v思路：思路：v先定一个连架杆的长度先定一个连架杆的长度v转化机构，使转化机构，使C1D成为机架，成为机架，成为刚体导引机构成为刚体导引机构v以以CD为机架时所观察到的为机架时所观察到的AB2C1D 相当于把以相当于把以AB为机为机架时所观察到的架时所观察到的AB2C2D

49、位置位置刚化，以刚化，以D为轴转了一个角度为轴转了一个角度得到的得到的v此时，此时，AB2由连架杆变为连杆，由连架杆变为连杆，故利用刚化反转法原理可故利用刚化反转法原理可将已将已知连架杆两位置的设计问题知连架杆两位置的设计问题转转化为化为已知连杆两位置的设计问已知连杆两位置的设计问题题设计要点设计要点B2C2 j jyAB1C1DyyB2AC2v已知已知:二固定铰链和一个活动铰链，求另一活动二固定铰链和一个活动铰链，求另一活动铰链，或已知两杆长，铰链，或已知两杆长，求求:另两杆长另两杆长机械设计基础 平面连杆机构3)按给定的行程速比系数按给定的行程速比系数K设计四杆机构设计四杆机构铰链四杆机构

50、铰链四杆机构v已知已知:摇杆的长度摇杆的长度CD、摆角及行程速比系数、摆角及行程速比系数Kv设计设计:此曲柄摇杆机构。此曲柄摇杆机构。3)按给定的行程速比系数按给定的行程速比系数K设计四杆机构设计四杆机构铰链四杆机构铰链四杆机构v已知已知:摇杆的长度摇杆的长度CD、摆角及行程速比系数、摆角及行程速比系数Kv设计设计:此曲柄摇杆机构。此曲柄摇杆机构。v步骤：步骤：v计算；计算；v选比例尺，作已知位置；选比例尺，作已知位置；3)按给定的行程速比系数按给定的行程速比系数K设计四杆机构设计四杆机构v步骤：步骤：v计算；计算；v选比例尺，作已知位置；选比例尺，作已知位置；铰链四杆机构铰链四杆机构v已知已