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1、安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,第二章 平面连杆机构,2 平面四杆机构的类型,1 平面机构运动简图和自由度,3 平面四杆机构的工作特性,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,运动副元素是两构件参与接触而构成运动副的表面。,运动副是两构件直接接触而构成的可动联接；,1.运动副,机构中各个构件之间必须有确定的相对运动，因此，构件的连接既要使两个构件直接接触，又能产生一定的相对运动，这种直接接触的活动连接称为运动副。,转动副,移动副,齿轮副,一、运动副及其分类,1 平面机构运动简图和自由度,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,4）按其相对运动形式分,转动副（回转副或铰链）,移动副,螺旋
2、副,球面副,3）按其接触形式分,高副：,点线接触的运动副,低副：,面接触的运动副,2 运动副的分类,2）按其引入的约束数目分,级副、,级副、,级副,1）按两个构件运动关系分为平面运动副和空间运动副,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,凸轮高副（点接触）,齿轮高副（线接触）,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,低副（曲面接触）,低副（平面接触）,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,3 运动副的表示（1）,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,3 运动副的表示（2）,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,不严格按比例绘出的，只表示机械结构状况的简图。,根据机构的运动尺寸，按一定的比
3、例尺定出各运动副的位置，采用运动副及常用机构运动简图符号和构件的表示方法，将机构运动传递情况表示出来的简化图形。,二、平面机构运动简图,在对现有机械进行分析或设计新机器时，都需要绘出其机构运动简图。,1.机构运动简图,机构运动简图,机构示意图,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,构件独立的运动单元。,内燃机连杆,零件独立的制造单元,2.机构,二、平面机构的运动简图,用来传递运动和动力的可动的装置。,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,但当机构安装在运动的机械上时则是运动的。,按给定已知运动规律独立运动的构件；常以转向箭头表示。,2.机构,具有固定构件的运动链称为机构。,机 架,原动件,
4、从动件,机构中的固定构件；,机构中其余活动构件。,平面铰链四杆机构,机构常分为平面机构和空间机构两类，其中平面机构应用最为广泛。,空间铰链四杆机构,一般机架相对地面固定不动，,其运动规律决定于原动件的运动规律和机构的结构和构件的尺寸。,二、平面机构的运动简图,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,举例：,（2）选定视图平面；,（3）选适当比例尺，作出各运动副的相对位置，再画出各运动副和机构的符号，最后用简单线条连接即得机构运动简图。,3.机构运动简图的绘制,绘制方法及步骤：,（1）搞清机械的构造及运动情况，沿着运动传递路线，查明组成机构的构件数目、运动副的类别及其位置；,内燃机机构运动简图绘
5、制,颚式破碎机机构运动简图绘制,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,内燃机及其机构运动简图,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,机构的自由度 机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目，其数目用F表示。,结论 机构具有确定运动的条件是：机构的原动件数目应等于机构的自由度数目F。,三、平面机构的自由度,1 计算公式,F3n(2plph),式中：n为机构的活动构件数目；,pl 为机构的低副数目；,ph为机构的高副数目。,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,三、平面机构的自由度,举例,1）铰链四杆机构,F3n(2plph),=33,24,0,1,2）铰链五杆机构,F3n(2plph
6、),34,25,0,2,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,计算平面机构自由度,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,曲柄作整周回转的构件；,（1）曲柄摇杆机构,连杆作平面运动的构件；,连架杆(与机架相联的构件),摇杆作摆动的构件；,曲柄,连杆,摇杆,2 平面四杆机构的类型,一、铰链四杆机构,铰链四杆机构的基本型式(类型),机架,（2）双曲柄机构,（3）双摇杆机构,1、曲柄摇杆机构,作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。如雷达天线。,机架固定件,组成:,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,平面连杆机构的基本类型,平面四杆机构的基本形式,AD：机架AB、CD：连架杆BC：连杆,A
7、、B：整转副C、D：摆动副,铰链四杆机构,连架杆：定轴转动连 杆：平面一般运动,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,1、曲柄摇杆机构两个连杆架之一是曲柄，另一个是摇杆的铰链四杆机构为曲柄摇杆机构。曲柄摇杆机构可将曲柄的整周连续转动变成摇杆的往复摆动；也可将摇杆的往复摆动转变成曲柄的整周转动。,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,雷达天线俯仰机构曲柄主动,缝纫机踏板机构,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,2、双曲柄机构 两个连架杆都是曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。双曲柄机构中，两曲柄可分别作主动件。一般当主动曲柄等速转动时，从动曲柄作变速转动
8、。,特征：两个曲柄,作用：将等速回转转变为等速或变速回转。,应用实例：如叶片泵、惯性筛,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,旋转式叶片泵,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,实例：火车轮,特例：平行四边形机构,特征：两连架杆等长且平行，连杆作平动,摄影平台,天平,播种机料斗机构,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,反平行四边形机构,-车门开闭机构,平行四边形机构在共线位置出现运动不确定。,采用两组机构错开排列。,火车轮,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,3、双摇杆机构两个连架杆都是摇杆的
9、铰链四杆机构称为双摇杆机构。在双摇杆机构中，两摇杆可分别作主动件。,起重机采用双摇杆机构。机构利用双摇杆机构中连杆延长部分上的M点只作平移来吊货物，避免了不必要的升降，减少了能量损失。在双摇杆机构中，若两摇杆的长度相等，则称为等腰梯形机构。,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,3、双摇杆机构,特征：两个摇杆,应用举例：铸造翻箱机构,特例：等腰梯形机构汽车转向机构,、风扇摇头机构,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,1、改变构件的形状和运动尺寸,偏心曲柄滑块机构,对心曲柄滑块机构,曲柄摇杆机构,曲柄滑块机构,双滑块机
10、构,正弦机构,=l sin,二、平面四杆机构的演化型式,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,2、改变运动副的尺寸,3、选不同的构件为机架,偏心轮机构,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,牛头刨床,应用实例:,小型刨床,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,3、选不同的构件为机架,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,3、选不同的构件为机架,手摇唧筒,这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法称为：,机构的倒置,曲柄滑块机构,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,1.平面四杆机构存在曲柄的条件,平面四杆机构具有整转副 则可
11、能存在曲柄。,设l1 l4,连架杆若能整周回转，必有两次与机架共线。,l1+l2 l3+l4,l1+l3 l2+l4,l1+l4 l2+l3,由B2C2D可得：,由B1C1D可得：,l2(l4 l1)+l3,l3(l4 l1)+l2,将以上三式两两相加得：,即：,l1 l2,l1l3,l1l4,AB 为最短杆,3 平面四杆机构的工作特性,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,同理，若 l1 l4，可得：l4 l1,l4 l2,l4 l3,即：,AD为最短杆,连架杆之一或机架为最短杆。,曲柄存在的条件:,最长杆与最短杆的长度之和 其他两杆长度之和,称为杆长条件。,此时，铰链A、B均为整转副。,
12、当满足杆长条件时，其最短杆上的转动副都是整转副。,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,最短构件与最长构件长度之和小于或等于其它两构件之和；以最短构件为机架或连架杆。,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,与最段相邻的两个转动副为整转副,整转副的条件：,最长杆与最短杆的长度之和其他两杆长度之和,也称为杆长和条件。,整转副的位置：,铰链四杆机构类型的判定：,当满足杆长条件时，说明存在整转副，当选择不同的构件作为机架时，可得不同的机构。如：曲柄摇杆1、曲柄摇杆2、双曲柄、双摇杆机构。,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,二、急回运动与行程速比系数,在曲柄摇杆机构中，当曲柄
13、与连杆两次共线时，摇杆位于两个极限位置，简称极位。,当曲柄以逆时针转过180+时，摇杆从C1D位置摆到C2D。,所花时间为t1,平均速度为V1,那么有：,曲柄摇杆机构 3D,180,此两处曲柄之间的夹角 称为极位夹角。,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,当曲柄以继续转过180-时，摇杆从C2D,置摆到C1D，所花时间为t2,平均速度为V2,那么有：,180-,因曲柄转角不同，故摇杆来回摆动的时间不一样，平均速度也不等。,显然：t1 t2 V2 V1,摇杆的这种特性称为急回运动。用以下比值表示急回程度,称K为行程速比系数。,且越大，K值越大，急回性质越明显。,只要 0，就
14、有 K1,所以可通过分析机构中是否存在以及的大小来判断机构是否有急回运动或运动的程度。,设计新机械时，往往先给定K值，于是:,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,曲柄滑块机构的急回特性,应用：节省返程时间，如牛头刨、往复式输送机等。,180,180-,导杆机构的急回特性,180,180-,对于需要有急回运动的机构，常常是根据需要的行程速比系数K,先求出，然后在设计各构件的尺寸。,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,当BCD90时，BCD,三、压力角和传动角,压力角：从动件驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹锐角。,设计时要求:min5
15、0,min出现的位置：,当BCD90时，,180-BCD,切向分力:F=Fcos,法向分力:F”=Fcos,F,对传动有利。,=Fsin,称为传动角。,此位置一定是：主动件与机架共线两处之一。,为了保证机构良好的传力性能,可用的大小来表示机构传动力性能的好坏,当BCD最小或最大时，都有可能出现min,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,由余弦定律有：B1C1Darccosb2+c2-(d-a)2/2bc,B2C2Darccosb2+c2-(d+a)2/2bc,若B1C1D90,则,若B2C2D90,则,1B1C1D,2180-B2C2D,机构的传动角一般在运动链最终一个从动件上度量。,minB1C1D,180-B2C2Dmin,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,四、机构的死点位置,摇杆为主动件，且连杆与曲柄两次共线时，有：,此时机构不能运动.,避免措施：两组机构错开排列，如火车轮机构;,称此位置为：,“死点”,0,靠飞轮的惯性（如内燃机、缝纫机等）。,0,0,安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,钻孔夹具,飞机起落架,也可以利用死点进行工作：飞机起落架、钻夹具等。,
