第03章连杆机构.

连杆机构由低副（转动副、移动副、球面副、圆柱副、及螺旋副等）联结而成的机构。或称低副机构。曲柄摇杆机构椭圆规机构3曲柄滑块机构（对心）机械手冲床牛头刨床插齿机构牛头刨床§2-1连杆机构的特点平面连杆机构的主要优点：（2）低副不易磨损而又易于加工以及能由本身几何形状保持接触等。根据其构件间的相对运动分为平面或空间连杆机构。根据构件数目分为四杆机构、五杆机构…。广泛应用的是平面四杆机构，而且它是构成和研究平面多杆机构的基础。平面连杆机构的主要缺点：（1）连杆机构作变速运动的构件惯性力及惯性力矩难以完成平衡；（2）连杆机构较难准确地实现预期的运动规律，设计方法也较复杂。本章主要讨论平面四杆机构。（1）能够实现多种运动轨迹曲线和运动规律，§2-2平面四杆机构的基本形式及其演变一、平面四杆机构的基本形式——铰链四杆机构连架杆机架连架杆连杆能绕其轴线转360º的连架杆。仅能绕其轴线作往复摆动的连架杆。曲柄摇杆连架杆曲柄摇杆机构按照两连架杆的运动形式的不同，可将铰链四杆机构分为：曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构曲柄摇杆机构双摇杆机构双曲柄机构二、平面四杆机构的演化CABD1234C3AB124AB1234C对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构AB1234C还可以转化为双滑块机构1234AB曲柄移动导杆机构ABD1234C1.转动副转化成移动副的演化对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构曲柄滑块机构（对心）曲柄当滑块机构（偏心）2.取不同构件为机架(0~360°)(0~360°)(360°)(360°)1234ABCD曲柄摇杆机构双曲柄机构(0~360°)(0~360°)(360°)(360°)1234ABDC双摇杆机构(0~360°)(0~360°)(360°)1234ABCD(360°)取不同构件为机架各构件间的相对运动关系不变整周转动副曲柄摇杆机构BA1234C(a)曲柄滑块机构(b)曲柄转动导杆机构BA1234C(c)曲柄摇块机构A1234CB(c’)曲柄摆动导杆机构3A124CB(d)定块机构A234CB1导杆:组成移动副的两活动构件，画成杆状的构件称为导杆，画成块状的构件称为导块。回转导杆机构摆动导杆机构§2-3平面四杆机构的特性分析1.铰链四杆机构有曲柄的条件一、平面四杆机构的曲柄存在条件C2A1a4b3cdBDb+c2BCr2|b-c|2BCr1cbB24DC23dAaB11要使AB成为曲柄，则拆副后AB上的点B应在r1与r2围成的环面内运动。当da时，式（2）变为cbad(bc)bcad(cb)EFGE'F'G'(2b)dcbadbca（2a）aB1Ad-ad+a1即使AB转到与机架共线的两位置在环面内。其条件：cbadcbda(1)(2)由(1)及（2a）、(2b)可得bacadabacd（2a'）cabd(2b')同理当ad时，同样有由(1)及（2a'）(2b')可得cbda(1)(bc)a-db-c(2b)(cb)a-dc-b（2a）cbB2DC3r2BaAd+a1da-dr34cbadcdbd,,在铰链四杆机构中：铰链四杆机构的类型与尺寸之间的关系：2以最短杆为机架，则此机构为双曲柄机构；以最短杆的相邻构件为机架，则此机构为以最短杆为曲柄的曲柄摇杆机构；且：13以最短杆的对边构件为机架，则此机构为双摇杆机构。（1）如果最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其它两杆长度之和——满足杆长和条件（2）如果最短杆与最长杆的长度之和大于其它两杆长度之和（不满足杆长和条件），则不论选哪个构件为机架，都为双摇杆机构。2.滑块机构有曲柄的条件2B23Cb42Bb2BbAB1234CabDEFGaA11B成为曲柄滑块机构的条件为：bea（其中e偏心距离）1aa3.导杆机构有曲柄的条件曲柄滑块机构当时aed、（0°~360°）转动。均可B1234CadA图1AaB22EF当aed时，此机构为曲柄转动导杆机构。da，且当ead时，为曲柄摆动导杆机构。4Ad12aCB3e图2dae3d1C4B3daaB223B3A1d二.平面四杆机构输出件的急回特性1.曲柄摇杆机构中，原动件AB以等速转动1B2C2B1C1(1)输出件CD的两极限位置当AB与BC两次共线时，输出件CD处于两极限位置。曲柄转角1801对应的时间111/t摇杆点C的平均速度极位夹角：当摇杆处于两极限位置时，对应的曲柄位置线所夹的锐角。1A211C34BDabcd21802122/t摆角极位夹角v1v21211/tCCv2122/tCCv曲柄摇杆机构（2）输出件的行程速度变化系数K：空回行程平均速度v2与工作行程平均速度v1之比。11180KK180180212112ttvvK平面四杆机构具有急回特性的条件：（1）原动件作等速整周转动；（2）输出件作往复运动；（3）02.曲柄滑块机构中，原动件AB以等速转动1C1B1B2HC2偏置曲柄滑块机构2AB134Cab12222)()(eabebaH0,有急回特性。21B2B1有急回特性。B1B2HH=2a,0,无急回特性。314A对心曲柄滑块机构B2Cab1C1C21AB三.平面四杆机构的传动角与死点（一）压力角与传动角在不计摩擦力、重力、惯性力的条件下，机构中驱使输出件运动的力的方向线与输出件上受力点的速度方向线所夹的锐角。压力角：传动角：压力角的余角。ACBDvBFvcFF1F21ABCD1234FvcaAB134Cb12cos1FFsin2FF越小，受力越好。越大，受力越好。minvcABC121FF0vB3B1231AC0??F3B132C2aAB134Cbvc画出压力角v三.平面四杆机构的传动角与死点（一）压力角与传动角（二）平面四杆机构的最小传动角位置1.铰链四杆机构中，原动件为AB。当为锐角时，传动角4vcABCD1F123当为钝角时，传动角180以AB为原动件的曲柄摇杆机构，minmaxminmin)180(,fmaxmin,当曲柄和机架处于两共线位置时，连杆和输出件的夹角最小和最大（）。F1vcDF1CABF21234abcdB2DAmaxC2B1minC12.AB为主动的曲柄滑块机构FvcDB1C1beaarcsinmaxmax342aAB1Cb1图11.输出件有急回特性；只有使偏置方位、曲柄转向、输出件工作行程方向正确匹配，方能保证2.机构的最大压力角处于.输出件的回程位置。C1B1B2C22AB134Cab1图2工作行程回程3.AB为主动的导杆机构vB3F0图1B1231AC图2B4Ad12aC3evB3F?max（三）机构的死点位置画出压力角1C234ABDabcdvBFB死点：当机构处于传动角0（或压力角90）的机构位置B2C2vB三.平面四杆机构的传动角与死点（一）压力角与传动角（二）平面四杆机构的最小传动角位置踏板缝纫机主运动机构脚AB1C1DFB2aAB134Cbvc请思考：下列机构的死点位置在哪里；怎样使机构通过死点位置。B123AC死点的利用：AB1C1DB2C2地面飞机起落架机构四.运动的连续性遇到的运动不连续问题有：1.错序不连续1C234ABD11C2CC1C2C21C3234AB2DC1C2B1B32.错位不连续§2-4平面四杆机构运动设计的基本问题与方法一.平面四杆机构的功能及应用1.刚体导引功能刚体导引是机构能引导刚体（如连杆）通过一系列给定位置。翻转机....ABCC1DAB1E1HB2C2E22.函数生成功能§2-4平面四杆机构运动设计的基本问题与方法一.平面四杆机构的功能及应用1.刚体导引功能函数生成功能是指能精确地或近似地实现所要求的输出构件相对输入构件的函数关系。3.轨迹生成功能连杆2.函数生成功能§2-4平面四杆机构运动设计的基本问题与方法一.平面四杆机构的功能及应用1.刚体导引功能轨迹生成功能是指连杆上某点通过某一预先给定轨迹的功能。4.综合功能3.轨迹生成功能2.函数生成功能§2-4平面四杆机构运动设计的基本问题与方法一.平面四杆机构的功能及应用1.刚体导引功能O2O3O4O1D1下连杆上连杆上剪刀D2下剪刀§2-4平面四杆机构运动设计的基本问题与方法一.平面四杆机构的功能及应用二.运动设计的基本问题与方法1.平面四杆机构设计的主要任务：在型综合的基础上，根据机构所要完成的功能运动而提出的设计条件（运动条件、几何条件和传力条件等），确定机构的运动尺寸（一般又称为尺度综合），画出机构运动简图。2.设计中应满足的附加条件：（1）要求某连架杆为曲柄；（2）要求机构的运动具有连续性；（3）要求最小传动角在许用传动角范围内，即min（4）特殊的运动要求，如要求机构输出件有急回特性；（5）足够的运动空间等。3.平面四杆机构运动设计的问题概括成下述两个基本问题（2）实现已知轨迹问题（1）实现已知运动规律问题；4.设计方法（1）实验法；（2）几何法（作图法）；（3）解析法§2-5平面四杆机构的解析法设计一.刚体位移矩阵用构件上某点的坐标及通过该点的某一直线与固定坐标系的x轴之夹角来确定。例如位置1的位置参数：Xp1、yp1、1位置i的位置参数：Xpi、ypi、i2.刚体位移矩阵1.构件在平面上的位置表示P1'y1'x1'Q1p11piiSiyxS1Ox1y1O1Q1'构件S上任一点的运动看成是：随动坐标系绕固定坐标系原点O的转动；及随动坐标系平动的合成运动。iQiQQyxx111sincos11iQiQQyxy111cossin11OiiQiQQixyxx11sincos11OiiQiQQiyyxy11cossin11其中：11ii式中xOi、yOi为动参考系坐标原点在固定坐标系中的位移，可用已知点p1、pi的坐标表示。ipippiOiyxxx1111sincosipippiOiyxyy1111cossin1100cossincossinsincossincos111111111111111QQipippiiiipippiiiQiQiyxyxyyxxyx(i=2、3…n))sincos(sincos11111111ipippiiQiQQiyxxyxx)cossin(cossin11111111ipippiiQiQQiyxyyxy1=0+0+1OiQixiyiSi§2-5平面四杆机构的解析法设计一.刚体位移矩阵1100cossincossinsincossincos111111111111111QQipippiiiipippiiiQiQiyxyxyyxxyx则11111QQiQiQiyxDyx式中用已知位置坐标表示的矩阵称为刚体位移矩阵iD1运动后的坐标构件上某点运动前的坐标令：100cossincossinsincossincos1111111111111ipippiiiipippiiiiyxyyxxD(i=2…n)§2-5平面四杆机构的解析法设计一.刚体位移矩阵100cossincossinsincossincos1111111111111ipippiiiipippiiiiyxyyx