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《机械原理》第六章平面连杆机构及其设计——连杆机构的类型及应用一、连杆机构及其运动特点其特点是: 原动件1的运动要经过一个不直接与机架相联的中间构件2才能传动从动件3。
连杆机构：由若干构件通过低副连接组成的平面机构。
——又称低副机构AB CD1234AB C1234优点：①连杆机构为低副机构，运动副为面接触，承载能力大；②运动副元素的几何形状简单，便于加工；③在原动件运动规律不变情况下，通过改变各构件的相对长度可以使从动件得到不同的运动规律；④连杆曲线可以满足不同运动轨迹的设计要求；⑤可以实现远距离传动等。
AB CD1234缺点：①由于运动积累误差较大，因而影响传动精度；②由于惯性力不好平衡而不适于高速传动；③设计方法比较复杂。
AB CD1234由四个构件组成的平面连杆机构——四杆机构本章重点：四杆机构的基本类型、特性及常用设计方法。
21AB4D3C平面四杆机构铰链四杆机构含移动副的四杆机构全部用转动副组成的平面四杆机构。
铰链四杆机构的演化机构。
机架连架杆连杆曲柄：整周回转摇杆：仅在某一角度内往复摆动AB CD1234ABC1234平面四杆机构铰链四杆机构含移动副的四杆机构全部用转动副组成的平面四杆机构。
铰链四杆机构的演化机构。
摆转副以转动副相连的两构件能作整周相对转动的转动副。
如A 、B 。
以转动副相连的两构件不能作整周相对转动的转动副。
如C 、D 。
周转副ACDB转动副AB CD1234铰链四杆机构的分类：根据连架杆曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构1、曲柄摇杆机构两个连架杆中一个为曲柄，另一个为摇杆。
一般曲柄主动，将连续转动转换为摇杆的摆动，也可摇杆主动，曲柄从动。
铰链四杆机构的分类：根据连架杆曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构2、双曲柄机构两个连架杆均为曲柄一般主动曲柄等速转动，从动曲柄变速转动。
21AB4D3惯性筛铰链四杆机构的分类：根据连架杆曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构2、双曲柄机构两个连架杆均为曲柄特殊双曲柄机构：平行四边形机构——特点是对边平行且相等21AB4D3AB C D1234二、平面四杆机构的基本形式铰链四杆机构的分类：根据连架杆曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构2、双曲柄机构两个连架杆均为曲柄特殊双曲柄机构：平行四边形机构AB CD123421AB4D3C铰链四杆机构的分类：根据连架杆曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构2、双曲柄机构两个连架杆均为曲柄特殊双曲柄机构：反平行四边形机构特点：两相对等长而不平行的双曲柄机构。
机械基础电子教案6.2 平面连杆机构【课程名称】平面连杆机构【教学目标与要求】一．知识目标1.了解铰链四杆机构的组成和三种基本型式的运动特性与应用。
2.熟悉曲柄存在条件的判别方法。
3.了解含有一个移动副的四杆机构。
4.了解铰链四杆机构的运动特性―急回特性和死点。
二．能力目的1．能够判断四杆机构是否存在曲柄？并根据已知条件确定四杆机构的具体型式。
2．熟悉含有一个移动副的四杆机构和三种基本型式的运动特性及应用场合。
三．素质目标1．了解四杆机构的运动是将连续匀速的转动转变成变速的摇动或其他型式的运动机构，实现运动型式的转化。
2．熟悉三种常见的四连杆运动的基本型式的特点。
3．能够根据曲柄存在条件及取不同构件作为机架来判断出不同的四杆机构。
四．教学要求1．熟悉低副接触四杆机构的运动特点和的组成条件。
2．能够判断四杆机构是否存在曲柄和该机构的基本型式。
掌握三种机构的应用场合。
【教学重点】1．四杆机构曲柄存在条件的判别及四杆型式的确定。
2．熟悉三种基本型式的运动特点及应用场合。
【难点分析】1．高、低运动副的区分和四杆机构基本型式的判断。
2．急回特性的形成，要借助于教具或实物演示，最好请同学上台自己体验。
3．死点的形成条件是曲柄摇杆机构中以摇杆作为主动件才可能出现，如果学生有自己使用过缝纫机请他谈谈使用的感受最好。
在理论上要用力矩的大小等于力与力臂的乘积来决定，如果力臂为0，则无论力有多大，则力矩仍为0。
【教学方法】讲授为主，配合教具课件演示，最后归纳总结。
【学生分析】从机械零件的静止运动转变到常用机构的教学内容，是一个由静向动的变化过程，要从运动的角度出发来启发学生学习本章的内容就比较容易。
同时要从具体的构件抽象出简图来研究运动特点，这也是要改变学生思路的方式。
在讲课时，一定要把这些特点先告诉学生，以便更快地适应新的教学内容。
【教学安排】4学时（180分钟）【教学过程】一．开始常用机构一章的学习，机构的特点是运动的，所以要从运动的角度出发来研究和分析机构，这样就比较容易理解掌握。
平面连杆机构一、填空题:1.平面连杆机构是由一些刚性构件用副和2.平面连杆机构是由一些3.在铰链四杆机构中,运动副全部是副。
4.在铰链四杆机构中,能作整周连续回转的连架杆称为。
5.在铰链四杆机构中,只能摆动的连架杆称为6.在铰链四杆机构中,与连架杆相连的构件称为7.某些平面连杆机构具有急回特性。
从动件的急回性质一般用8.对心曲柄滑快机构8.偏置曲柄滑快机构急回特性。
10. 对于原动件作匀速定轴转动, 从动件相对机架作往复运动的连杆机构, 是否有急回特性, 取决于机构的极位夹角是否大于零。
11.机构处于死点时,其传动角等于12.机构的压力角越小对传动越有利。
13.曲柄滑快机构,当取为原动件时,可能有死点。
14.机构处在死点时,其压力角等于15.平面连杆机构,至少需要构件。
三、选择题:1.铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和其他两杆之和。
A <=; B >=; C > 。
2. 铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆之和, 而充分条件是取 A 为机架。
A 最短杆或最短杆相邻边;B 最长杆;C 最短杆的对边。
3.铰链四杆机构中,若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和,当以为机架时,有两个曲柄。
A 最短杆相邻边;B 最短杆;C 最短杆对边。
4. 铰链四杆机构中, 若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和, 当以为机架时,有一个曲柄。
A 最短杆相邻边;B 最短杆;C 最短杆对边。
5. 铰链四杆机构中, 若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和, 当以为机架时,无曲柄。
A 最短杆相邻边;B 最短杆;C 最短杆对边。
6.铰链四杆机构中,若最短杆与最长杆长度之和摇杆机构。
A <;B >;C = 。
7. 一曲柄摇杆机构,若曲柄与连杆处于共线位置。
则当为原动件时, 称为机构的死点位置。
A 曲柄;B 连杆;C 摇杆。
8. 一曲柄摇杆机构,若曲柄与连杆处于共线位置。
则当为原动件时, 称为机构的极限位置。
A 曲柄;B 连杆;C 摇杆。
9.当极位夹角θA <0;B >0;C =0。
10.当行程速度变化系数时,机构就具有急回特性。
A <1;B >1;C =1。
11.在死点位置时,机构的压力角α=CA 0 º;B 45º;C 90º。
12.若以A 夹紧和增力;B 传动。
13.若以A 夹紧和增力;B 传动。
14.判断一个平面连杆机构是否具有良好的传力性能,可以的大小为依据。
A 传动角; B 摆角; C 极位夹角。
15.压力角与传动角的关系是α+γA 180º;B 45º;C 90º。
四、简答题:1. 什么叫连杆、连架杆、连杆机构?答:不与机架组成运动副的构件称为“连杆” 。
与机架组成运动副的构件称为“连架杆” 。
由若干刚性构件用低副连接而成的机构称为“连杆机构” 。
2. 什么叫连杆机构的急回特性?它用什么来表达?答:对于原动件作匀速定轴转动、从动件相对机架作往复运动的连杆机构,从动件正行程和反行程的平均速度不相等的现象称为机构的急回特性。
机构的急回特性用从动件行程速度变化系数来表达。
3. 什么叫极位夹角?它与机构的急回特性有什么关系?答:从动件处于两个极限位置时对应的原动件(曲柄位置所夹的角,称为极们夹角。
从动件速度行程变化系数:K =(180+θ /(180-θ ,其中θ为极位夹角。
4. 什么叫死点?它与机构的自由度 F<=0有什么区别?答:四杆机构中,当连杆运动至与转动从动件共线或与移动从动件移动导路垂直时,机构的传动角为0的位置称为死点位置。
死点与自由度 F<=0的运动链不同,自由度 F<=0的运动链无法运动,而具有死点的机构是可以运动的, 只是需要避免在死点位置开始运动, 同时采取措施使机构在运动过程中能顺利通过死点位置并使从动件按预期方向运动。
5. 什么叫连杆机构的压力角、传动角?研究传动角的意义是什么?答:连杆对从动件的作用力方向与力作用点的速度方向的夹角称为连杆机构的压力角。
压力角的余角称为传动角。
由于传动角有时可以从平面连杆机构的运动简图上直接观察其大小, 因此, 在平面连杆机构设计中常采用传动角来衡量机构的传动质量。
五、分析计算设计题:1. 根据图中标注的尺寸判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆机构、双曲柄机构, 还是双摇杆机构。
(a(b(c(d解:(a 因为 45+110=155<70+90=160, 满足杆长之和条件,且最短构件为机架,因此该机构为双曲柄机构。
(b 因为 45+120=165<70+100=170, 满足杆长之和条件,最短构件相邻的构件为机架,因此该机构为曲柄摇杆机构。
(c 因为 50+100=150>60+70=130, 不满足杆长之和条件,因此该机构为双摇杆机构。
(d 因为 50+120=170>70+90=160, 不满足杆长之和条件,因此该机构为双摇杆机构。
2. 在图示铰链四杆机构中, 已知 lAB=30mm, l BC =110mm, l CD =80mm, l AD =120mm , 构件 1为原动件。
(1 判断构件 1能否成为曲柄;(2 在图中标出构件 3的极限工作位置和最大摆角Ψmax ,写出行程速度变化系数表达式;(3 在图中标出最小传动角位置和最小传动角γmin ;(4 当分别固定构件 1、 2、 3、 4时,各获得何种机构?解:(1 因为 l AB +l AD =30+120=150< l BC +l CD =80+120=200,满足杆长之各条件,且 AB 为最短构件,因此构件1为曲柄。
(2180 180 Kθθ︒+ =︒-(3(4构件1为机架时,机构为双曲柄机构;构件2为机架时,机构为曲柄摇杆机构;构件 3为机架时,机构为双摇杆机构;构件4为机架时,机构为曲柄摇杆机构。
3. 下列各机构图中标注箭头的构件为原动件,试用作图法求解:①画出各机构的极限工作位置,判断有无急回作用;②标注出图示位置时机构的压力角和传动角,并画出最大传动角和最小传动角位置;③判断各机构是否存在死点,若存在请在图中画出死点位置。
解:(1①如图所示, B 1C 1、 B 2C 2位置为机构的两个极限工作位置,该机构摇杆为主动件,曲柄作变速回转,因此,无急回特性。
C 1C 3(C4②机构图示工作位置的压力角和传动角分别为上图中α和γ,最大传动角位置为B 3C 3、 B 4C 4位置,在这两个位置连杆与曲柄垂直,压力角为0º,传动角为90º。
最小传动角位置为 B 1C 1、 B 2C 2位置,在这两个位置,连杆与曲柄共线,压力角为90º,传动角为0º。
③该机构摇杆为原动件,存在死点位置,图中 B 1C 1、 B 2C 2位置为死点位置。
(2①如图所示, B 1C 1、 B 2C 2位置为机构的两个极限工作位置,连杆与曲柄共线。
该机构有急回特性。
②机构图示工作位置的压力角和传动角分别为上图中α和γ,最大传动角位置为B 4C 4和 B 5C 5位置,连杆与滑块导路重合,连杆对滑块的作用力方向与滑块运动方向一致,压力角为0º,传动角为90º。
最小传动角位置为 B 3C 3位置,在这个位置压力角最大,传动角最小。
③该机构曲柄为原动件,不存在死点位置。
(3①如图所示,②在任何位置,滑块对导杆的作用力始终垂直于导杆,与力作用点速度方向相同,因此,压力角始终等于0º,传动角始终等于90º。
③该机构曲柄为原动件,不存在死点位置。
4. 已知图示六杆机构,原动件 AB 作等速回转。
试用作图法确定:(1滑块 5的冲程 H ;(2滑块 5往返行程的平均速度是否相同?行程速度变化系数 K 值; (3滑块处的最小传动角γmin (保留作图线。
解:(1 H l ==⨯=μ( .. 120002170034 m (2不相等。
180o + θ 180o + 42 o K = = ≈ 1.61 180o − θ 180o − 42 o （3）γ min = 69 o 5. 试设计一曲柄摇杆机构。
设摇杆两极限位置分别为ϕ1 = 150 ,ϕ 2 = 90 ;l = 40 mm， CD o o lAD = 50 解： mm。
用图解法求 lAB 、 lBC 及行程速比系数 K 和最小传动角γ min 。
（1）取比例尺 µ l = 1 mm mm 先将已知条件画出。
（2）测得：AC 1 = l − lAB = 26 mm BC mm mm AC 2 = lBC + lAB = 64 两式联立求得： lAB = 19 mm，lBC = 45 （3）测得：θ = ∠C 1 AC 2 ＝15 o 180o + θ 180o + 15o 所以 K = = = 1. 18 180o − θ 180o − 15o （4）测得：γ min = 42 o6.如图所示，已给出平面四杆机构的连杆和主动连架杆 AB 的两组对应位置，以及固定铰链 D 的位置，已知 lAB = 25 mm， lAD = 50 mm。
试设计此平面四杆机构。
解：用反转法，以比例尺 µ l = lAB AB mm/mm 作图，机构图如 AB1C1D 所示。
解得： lBC = BC ⋅ µ l l = CD ⋅ µ l CD 得： lBC = 60 mm l = 55 mm CD。
