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连杆机构的极位夹角和急回特性

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机械原理 第三章 平面连杆机构及其设计

机械原理 第三章 平面连杆机构及其设计

2
二、连杆机构的特点 优点：
• 承受载荷大，便于润滑
• 制造方便，易获得较高的精度 • 两构件之间的接触靠几何封闭实现 • 实现多种运动规律和轨迹要求
y B a A Φ b β c ψ ψ0 C B φ A D M3
3
连杆曲线
M
M1
M2
连杆
φ0
d
D
x
缺点：
• 不易精确实现各种运动规律和轨迹要求；
27
55
20
40
70
80 (b)
例2：若要求该机构为曲 柄摇杆机构，问AB杆尺寸 应为多少？
解：1.设AB为最短杆
即 LAB+110≤60+70 2.设AB为最长杆 即 LAB+60≤110+70 3.设AB为中间杆 即 110+60≤LAB+70 100≤LAB LAB≤120 A
70
C
60
B
110
FB
D
36
2、最小传动角出现的位置

C b

F VC
B

c

A
d
D
当 为锐角时，传动角 = 当为钝角时，传动角 = 180º - 在三角形ABD中：BD² =a² +d² -2adcos 在三角形BCD中：BD² =b² +c² -2bccos (1) (2)
37
由（1）=（2）得：
b2 c 2 a 2 d 2 2ad cos cos 2bc
1）当 = 0º 时，即曲柄与机架重叠共线，cos =+1， 取最小值。
min
b c (d a ) arccos 2bc

(完整版)机械原理考研试题

(完整版)机械原理考研试题

二O 一二年招收硕士研究生入学考试试题考试科目及代码： 机械原理 819 适用专业： 机械工程0802可使用的常用工具：直尺，圆规，计算器答题内容写在答题纸上，写在试卷或草稿纸上一律无效考完后试题随答题纸交回。

考试时间3小时，总分值 150 分。

姓名：报考学科、专业：准考证号码：密封线内不要写题所示机构运动简图中，已知：L＝400mm转动，用瞬心法求机构3的速度v3。

（本小题二O 一二年招收硕士研究生入学考试试题参考答案及评分标准机械原理代码819一、单项选择题（本大题10小题，每题2分，共20分，错选、多选均无分）1．A 2．C 3．B 4．B 5．B 6．A 7．A 8．D 9．C 10．B二、判断题（正确的打√，错误的打⨯。

10小题⨯2分=20分）1、（⨯）2、（⨯）3、（√）.4、（⨯）5、（√）6、（⨯）7、（√）8、（√）9、（⨯）10、（√）三、分析与简答题（10分⨯4小题 =40分） 1、如图2所示的曲柄滑块机构：（1）曲柄为主动件，滑块朝右运动为工作行程，试确定曲柄的合理转向，并简述其理由；（2分）（2）当曲柄为主动件时，画出极位夹角θ ，最小传动角γ min 。

（4分）（3）设滑块为主动件，试用作图法确定该机构的死点位置；（4分） 解题分析：1．顺时针为合理转向，这是利用机构急回运动特性,并使回程时间比工作时间快一个极位夹角θ的转动时间,节约循环时间。

见题解2图（a ） 2．若滑块为主动件，则AB 1C 1、AB 2C 2为死点位置。

见题解2-2图（a ）解答： 若曲柄为主动件，极位夹角θ如图（a ）所示，最小传动角如图（b ）所示。

2、运动链代号：N 31—012, N 32—002，N 41—0122，画出该运动链的结构图。

变换出一个机构，要求以四元连杆为机架，且机构的执行构件为一个在固定导路上运动的滑块。

解答：运动链结构如图所示。

（5分） 变换的机构根据实际情况判断。

第一节 平面连杆机构的基本类型和特性

第一节 平面连杆机构的基本类型和特性

机架4:固定不动
平面连杆机构的基本类型
1、曲柄摇杆机构
连架杆一为曲柄，一为摇杆的平面四杆机构。
平面连杆机构的基本类型
曲柄摇杆机构应用实例： 雷达天线仰俯角的调整装置
平面连杆机构的基本类型
汽车前窗刮雨器
平面连杆机构的基本类型 2、双曲柄机构
在铰链四杆机构中，两个连架杆都能做整周 回转，即有两个曲柄。
C
l2 B C1 l3
l1
A B1 l4
D
连杆机构的基本特性
当杆1处于AB2 位置时，设 l4 >l1 ,△AC2D 有：
L1+L2<=L3+L4 (3)
将（1）、（2）、（3）分别相加，得：
l1 l3
C l2 B l1 B2 C1 l3
C2
l1 l2 l1 l4
B1
A
l4
D
连杆机构的基本特性
双摇杆机构应用实例：气动搬运机构
平面连杆机构的基本类型
双摇杆机构应用实例：飞机起落架机构
减小空气阻力
平面连杆机构的基本类型
双摇杆机构应用实例： 港口用门式起重机变幅机构
平面连杆机构的基本类型
起吊中要求点E近似沿水平直线运动，以 保持货物在移动中高度不变，免使吊钩因不必 要的升降而损失能量。
二、连杆机构的基本特性
平面连杆机构的基本类型
双曲柄机构应用实例：机车车轮的联动机构
匀速
匀速
机车车轮的联动机构
平面连杆机构的基本类型
汽车车门开启与关闭装置
平面连杆机构的基本类型
双曲柄机构应用实例：惯性筛
变速 匀速
平面连杆机构的基本类型
3、双摇杆机构
在铰链四杆机构中，两个连架杆都只能做往 复摆动的四杆机构。

连杆机构及其特点

连杆机构及其特点

用什么衡量急回程度的多少？ 行程速比系数K
K V 2 C1C 2
V1
C1C 2
t2 t1
t1 t2
180 180
只要 θ ≠ 0 ， 就有 K>1
且θ越大，K值越大，急回性质越明显。
设计新机械时，往往先给定K值，于是:
180K1
K1
§7－3 平面四杆机构的基本知识
偏置曲柄滑块机构 θ≠0，有急回运动
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
曲柄滑块机构的演化－变更机架
曲柄滑块机构 转动导杆机构 摆动导杆机构
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
应应用用实实例
例
444AAφAA 1111
CC 3334
22 B
曲柄摇块机构
移动导杆机构
含一个移动副的连杆机构
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
第七章 平面连杆机构及其设计
也可以利用死点进行工作：飞机起落架、钻夹具等。
C D
A
γ=0
B C
B
飞机起落架
P
工工件件 A
B
2B
2 C
C
γ=0
11 A
33
P DD
4
F
T 钻孔夹具
§7－4 平面四杆机构的设计
连杆机构设计的基本问题:
机构选型－根据给定的运动要 选择机构的类型；
尺度综合－确定各构件的尺度参数 (长度尺寸)。 γ
当曲柄以ω继续转过180°-θ时，摇杆从C2D,置摆到C1D， 所花时间为t2 ,平均速度为V2 ,有：
t2(18 0)/
V2 C1C2 t2
C 1C 2/1 ( 8 0 )
A

《机械设计基础》第2章_平面连杆机构解析

《机械设计基础》第2章_平面连杆机构解析
0 0
由上式可知，机构的急回程度取决于极位夹
角θ的大小。θ角越大，K值越大，机构的急回程
度也越高，但机构运动的平稳性就越差。反之反 然。 一般机械中1≤K≤2。
5.连杆机构具有急回特性的条件
⑴ 输入件等速整周转动；
⑵ 输出件往复运动；
⑶ 极位夹角
。 0
6.常见具有急回特性的四杆机构
二、平面连杆机构的特点及应用
1.平面连杆机构的特点
⑴寿命长 低副联接，接触表面为平面或圆柱面，
压力小；便于润滑，磨损较小。
⑵易于制造 连杆机构以杆件为主，结构简单。 ⑶可实现远距离操纵控制 因连杆易于作成较长
的构件。
⑷可实现比较复杂的运动规律 ⑸设计计算较繁复，当机构复杂时累计误差较大，
2、双曲柄机构
具有两个曲柄的铰链四杆机构。
⑴平行四边形机构：连杆与机架的长度相等，且曲
柄的转向相同长度也相等的双曲柄机构。 这种机构两曲柄的角速度始终保持相等，且连杆 始终做平动，故应用较广。
运动的不确定性
有辅助构件的重复机构
有辅助构件的错列机构
⑵逆平行四边形机构：连杆与机架的长度相等，两
含有两个移动副的四杆机构应用实例
2.3 平面四杆机构的基本特性
一、铰链四杆机构存在曲柄的条件
设 AB 为曲柄,
由 △BCD :
且 a <d .
b+c>f 、 b+f >c 、 c+f >b
以 fmax = a + d ， fmin = d - a b+c >a+d 、 b+d >a+c 、 c+d >a+b 化简后得: a<b 、 a<c 、 a< d 若 d <a d<a、d<b、d<c 代入并整理得：

机械原理习题集解答

机械原理习题集解答

A
D
解答：（1）因为 l AB l AD 55 25 80 lBC lCD 40 50 90 ，满足曲柄存在的杆长条件，所以最短
杆 AD 就是双整转副构件。 （2）当以 AB 或 CD 杆为机架时， AD 杆成为曲柄， BC 杆成为摇杆，得到曲柄摇杆机构。 （3）当以 AD 杆
3
13、对图示的机构进行组成分析，判断当分别以构件1、3、7作为原动件时，机构的级别会有何变化? 解答： 计算机构的自由度。此机构没有复合铰链、局部自由度和虚约束，
n 7 PL 10 PH 0 ，因此机构自由度为 F 3n 2PL PH 1
机构的结构分析： 1． 当以构件1作为原动件时，机构的杆组拆分如图a所示，机构的级别为Ⅱ级； 2． 当以构件3作为原动件时，机构的杆组拆分如图b所示，机构的级别为Ⅱ级； 3．当以构件7作为原动件时，机构的杆组拆分如图c所示，机构的级别为Ⅲ级。
机械原理
习题集解答
刘冠阳 郭卫东
北京航空航天大学机器人研究所 2013 年 1 月
机构的组成原理
1、什么是构件，什么是运动副？ 解答：独立运动的单元体称为构件。由两个构件直接接触组成的可动的连接称为运动副。
2、运动链是怎样形成的？它与机构有什么关系？ 解答：把若干个构件用运动副连接起来所形成的构件系统称为运动链。如果取运动链中的某个构件为机架， 当运动链中的一个或若干个构件相对于机架（参考坐标系）按规定的运动规律做相对独立的运动时，而该运 动链中的其余构件能够随之按确定的规律运动，则就把这样的运动链称为机构。
(1) AB 为主动件时，在图上标出机构在虚线位置时的压力角 和传动角 ；
(2) 分析机构在实线位置（合闸）时，在触头接合力 Q 作用下机构会不会打开，为什么？ 解答：（1）如右图所示。

平面连杆机构


图2-1 铰链四杆机构
一、铰链四杆机构的基本型式
3、铰链四杆机构的分类 根据连架杆运动形式的不同，可分为三种基 本形式：曲柄摇杆机构、双摇杆机构、双曲柄机 构 （1）曲柄摇杆机构：两连架杆，一为曲柄，另一 为曲柄摇杆。 （2）双曲柄机构：两连架杆均为曲柄。 （3）双摇杆机构：两连架杆均为摇杆。
一、曲柄摇杆机构
4Байду номын сангаас
2 B 1 A
自卸卡车举升机构
B 1 A
2
A 3 4
1
2 3
B
4 C 曲柄滑块机构 C A
A 4 4
1
2
B
定块机构
设计：潘存云
3 C
手摇唧筒
例：选择双滑块机构中的不同构件 作为机架可得不同的机构
2
2 1
1
3 4
3
4
椭圆仪机构 正弦机构 正切机构
三、曲柄滑快机构演化——偏心轮机构
曲柄长度较小时，一杆上不宜制两个转动副联接（两轴 直径较大而杆较短），此时可制成偏心轮机构，运动特 性不变，而增强刚度，改善受力。
摇杆为主动件时，且连杆与曲柄两次共线时有： 死点 极位夹角θ >0
3、压力角和传动角
（二）双曲柄机构 特征：两个曲柄 特点：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、 平行四边形 机构——火车车轮连动 机构等。
A B 1 D 2 设计：潘存云 C 3
6 C 设计：潘存云 2 3 B 4 D 1 A
也可以利用死点进行工作：飞机起落架、钻夹具等。
C D A A C
设计：潘存云
P
γ B =0
B
B 2 2 C
C γ=0 33

平面连杆机构



C1

3
＝
c
F Ft
C

B2 A

B1
d 4
D
曲柄摇杆机构中,
如不考虑构件的重力、 摩擦力 和惯性力等,则连杆BC为二力杆, 曲柄驱动力通过 BC杆作用于摇杆CD上C点的力 F 是沿BC方向的, F可分解成两个分力Ft和Fn： Ft=F cosα=F sinγ (4 - 7) Fn=F sinα=F cosγ
（二）平面连杆机构的特点和应用
1、特点
优点：
(1)面接触低副，压强小，便于润滑，磨损轻，寿命长，传递动力大 (2)低副易于加工，可获得较高精度，成本低 (3)杆可较长，可用作实现远距离的操纵控制 (4)可利用连杆实现较复杂的运动规律和运动轨迹
缺点：
(1)低副中存在间隙，精度低 (2)不容易实现精确复杂的运动规律
小结（复习）
一、基本概念： 1、运动副及其分类：
两构件直接接触并能产生一定的相对运动的连接。
2、平面机构的自由度计算公式： F=3n-2PL-PH 3、复合铰链及其运动副数目的计算公式：
两个以上构件在同一处以转动副连接便构成复合 铰链，此处的运动副数目为K-1。
4、局部自由度（多余自由度）：
机构中与输出构件运动无关的自由度。
3. 若 50<AD<110 ， 若 存 在 曲 柄 ， 则 有 AB+AD ≤BC+CD ， 即 20+AD ≤50+40 ， 得 50 <AD ≤70， AB最短，为连架杆，为曲柄摇杆机构。 若不存在曲柄，则有 AB+AD ＞ BC+CD ，即 20+AD ＞ 50+40，得 70＜AD＜110 ，为双摇 杆机构。 综上所述得：

机械工程基础平面连杆机构


第4章 平面连杆机构
图 4 - 7 惯性筛
第4章 平面连杆机构
B
2
1
A
4
C 3
D
图 4 - 8 平行四边形机构
第4章 平面连杆机构
图 4 - 9 机车车轮联动机构
第4章 平面连杆机构
机车车轮平行四边形机构使各车轮与主动轮具有相 同的速度, 其内含有一个虚约束, 以防止在曲柄与机架共 线时运动不确定。 如图4 - 10所示, 当共线时, B点转到B2 点, 而C点位置可能转到C2或C′2位置, 运动不确定。
第4章 平面连杆机构
4.1 概 述
4.1.1 根本概念 构件之间只有低副连接的机构称为平面连杆机构。
最常见的平面连杆机构是平面四杆机构。 由四个构件 通过低副连接而成的平面连杆机构称为平面四杆机构。 所有低副均为转动副的平面四杆机构称为铰链四杆机 构, 它是平面四杆机构中最根本的形式, 其他形式的四 杆机构都是在它的根底上演化而成的。 连杆机构中的 构件称为杆。
第4章 平面连杆机构
1
A
B
2
3 C
2 B1
3
A
C
(a)
(b )
图 4 - 19 摇块机构 (a) 运动简图; (b) 自卸卡车翻斗机构
第4章 平面连杆机构
5. 定块机构 (1) 转化: 当曲柄滑块机构中取滑块为机架时, 即可 转化为定块机构, 如图4 - 20(a)所示。 (2) 应用： 图4 - 20(b)所示的手动压水机是定块机 构的应用实例。
第4章 平面连杆机构
在双曲柄机构中, 假设相对的两杆长度分别相等, 那么称为平行双曲柄机构。 当两曲柄转向相同时, 它们 的角速度时时相等, 连杆也始终与机架平行, 四根杆形 成一平行四边形, 故又称平行四边形机构, 如图4 - 8所 示。 图4 - 9所示的机车车轮联动机构就是平行四边形 机构的应用实例。

第二章 连杆机构(第二版)


2.2 平面连杆机构的基本结构与分类
一、平面四杆机构的基本结构
由N个构件组成的平面连杆机构称为平面N杆机构。
例如，平面四杆机构、平面六杆机构等等。 平面多杆机构：四杆以上的平面连杆机构。
基本术语：
连架杆：用低副与机架相联接的构件。 曲柄：相对机架作整周回转的连架杆。
连杆
摇杆：相对于机架不能作整周回转的连架杆。
在生产实际中，驱动机械的原动机(电动机、内燃机)一般都是作整 周转动的，要求机构的主动件也能作整周转动，即主动件为曲柄，需要 研究曲柄存在的条件。
影响平面铰链四杆机构中曲柄的因素： 1)构成四杆运动链的各构件长度； 2)运动链中选取的机架与其它构件的相对位置。
铰链四杆机构具有整转副存在的条件
铰链四杆机构具有整转副条件：
3）连杆机构的构件可以做得较长，故可实现较大空间范围的运 动，容易实现力和运动的远距离传递。
4）连杆曲线形状丰富，可以满足多种轨迹要求。
例如：转动、摆动、移动等复杂轨迹运动以及间歇运动等。 搅拌机， 起重机，送进机构
连杆机构缺点：
1）惯性力不易平衡，动载荷大，不适合于高速工作的场合。 2）一般只能近似实现给定运动规律
最长杆 b c C 最短杆
AD70mm
C
整转副 b B a
A
B
a d 曲柄摇杆机构 整转副
c
D
d
D
A
当10AD30和70AD110时，由于不满足杆长条件，机 构无整转副，为双摇杆机构。
三、平面四杆机构的演化
在工程实际中，还常常采用多种不同外形、构造和特性 的四杆机构。这些四杆机构都可以看作是由铰链四杆机构通 过各种方法演化而来，掌握这些演化方法，有利于连杆机构 创新设计。 改变构件形状和运动尺寸的演化方法 变换构件形态方法 改变运动副尺寸的演化方法 选用不同构件为机架的演化方法 低副运动可逆性：以低副相连接的两构件之间的相对运动 关系，不会因取其中哪一个构件为机架而改变的性质。
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连杆机构的极位夹角和急回特性
行程速度变化系数，又称行程速比系数
为了衡量机构的急回运动的相对程度，通常把从动件往复摆动时快速行程（回程）与慢速行程（推程）平均角速度的比值称为行程速比系数，用K表示。

一般
其中θ为极位夹角。

曲柄摇杆机构，在曲柄转动一周的过程中，有两次与连杆共线，这时摇杆分别处于两极限位置。

机构所处的这两个位置称为极位。

机构在两个极位时，原动件所在两个位置之间的夹角称为极位夹角θ。

定义：
曲柄摇杆机构中，曲柄虽作等速转动，而摇杆摆动时空回行程的平均速度却大于工作行程的平均速度，这种性质称为机构的急回特性,（偏置曲柄滑块机构中也有这个特性）。