第3讲连杆&凸轮机构

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1、本讲是课程的总论本讲是课程的总论本讲主要介绍三大机构中本讲主要介绍三大机构中的连杆机构和凸轮机构的的连杆机构和凸轮机构的结构、原理、应用、基本结构、原理、应用、基本设计方法。设计方法。3.1 连连 杆杆 机机 构构3.1.1 平面连杆机构的类型、特点和应用3.1.2 平面连杆机构的运动和动力特性3.1.3 平面连杆机构的综合概述和刚体位移矩阵3.1.4 平面刚体导引机构的综合3.1.5 平面函数生成机构的综合3.1.6 平面轨迹生成机构的综合3.1.7 按行程速比系数综合平面连杆机构应用：应用：特征：有一作平面运动的构件，称为连杆。特征：有一作平面运动的构件，称为连杆。定义：定义：由低副连接刚

2、性构件组成的机构。由低副连接刚性构件组成的机构。3.1.1 平面连杆机构的类型、特点和应用平面连杆机构的类型、特点和应用内燃机、牛头刨床、机械手爪、开窗户支撑、内燃机、牛头刨床、机械手爪、开窗户支撑、公共汽车开关门、折叠伞、折叠椅等。公共汽车开关门、折叠伞、折叠椅等。分类分类:平面连杆机构平面连杆机构空间连杆机构空间连杆机构平面连杆机构常以构件数命名：平面连杆机构常以构件数命名：四杆机构、五杆机构、多杆机构等。四杆机构、五杆机构、多杆机构等。一一. 连杆机构的特点连杆机构的特点缺点：缺点：产生动载荷（惯性力），不适合高速。产生动载荷（惯性力），不适合高速。设计较复杂，难以实现精确的轨迹。设计较

3、复杂，难以实现精确的轨迹。重点介绍四杆机构。重点介绍四杆机构。构件和运动副多，累积误差大，运动精度和效率构件和运动副多，累积误差大，运动精度和效率 较低较低。优点：优点：采用低副，面接触、承载大、便于润滑、不易磨损采用低副，面接触、承载大、便于润滑、不易磨损 形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。连杆曲线丰富。可满足不同要求。连杆曲线丰富。可满足不同要求。平面连杆机构的类型、特点和分类平面连杆机构的类型、特点和分类 二二. 平面连杆机构的类型和应用平面连杆机构的类型和应用1

4、. 平面四杆机构的平面四杆机构的基本型式基本型式和应用和应用全部由转动副组成的平面四全部由转动副组成的平面四杆机构称为杆机构称为铰链四杆机构铰链四杆机构。 连架杆连架杆与机架相联的构件；与机架相联的构件；机架机架固定不动的构件；固定不动的构件；连杆连杆连接两连架杆且连接两连架杆且作平面运动的构件；作平面运动的构件；曲柄曲柄作整周定轴回转的构件；作整周定轴回转的构件；摇杆摇杆作定轴摆动的构件；作定轴摆动的构件；平面连杆机构的类型、特点和分类平面连杆机构的类型、特点和分类 （1 1）曲柄摇杆机构）曲柄摇杆机构特征：曲柄摇杆特征：曲柄摇杆作用：将曲柄的作用：将曲柄的整周回转整周回转转转变为变为摇杆的

5、摇杆的往复摆动往复摆动。雷达天线俯仰机构雷达天线俯仰机构缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构（ 摇杆主动摇杆主动 ）（ 曲柄主动曲柄主动 ）平面连杆机构的类型、特点和分类平面连杆机构的类型、特点和分类 搅拌机构搅拌机构（2 2）双曲柄机构）双曲柄机构特征：两个曲柄特征：两个曲柄作用：将作用：将等速回转等速回转转变为转变为 等速或变速回转等速或变速回转。惯性筛惯性筛平面连杆机构的类型、特点和分类平面连杆机构的类型、特点和分类 机车车轮联动机构机车车轮联动机构特例：平行四边形机构特例：平行四边形机构特征：特征：两连架杆等长且平行两连架杆等长且平行， 连杆作平动。连杆作平动。AB = CD BC = AD摄

6、影平台升降机构摄影平台升降机构平面连杆机构的类型、特点和分类平面连杆机构的类型、特点和分类 反平行四边形机构反平行四边形机构平行四边形机构存在平行四边形机构存在运动不确定运动不确定位置位置。可采用可采用两组机构错开排列两组机构错开排列的方法予以克服的方法予以克服。平面连杆机构的类型、特点和分类平面连杆机构的类型、特点和分类 （3 3）双摇杆机构）双摇杆机构特征：两个摇杆特征：两个摇杆应用举例：鹤式起重机应用举例：鹤式起重机特例：等腰梯形机构特例：等腰梯形机构 汽车转向机构汽车转向机构 平面连杆机构的类型、特点和分类平面连杆机构的类型、特点和分类 (1) (1) 将转动副演化成移动副将转动副演化

7、成移动副偏心曲柄滑块机构偏心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构正弦机构正弦机构 2. 2. 平面四杆机构的演化型式平面四杆机构的演化型式平面连杆机构的类型、特点和分类平面连杆机构的类型、特点和分类 (2) (2) 选不同的构件为机架选不同的构件为机架整转副整转副能作能作360360相对回转的运动副；相对回转的运动副；摆转副摆转副只能作有限角度摆动的运动副。只能作有限角度摆动的运动副。平面连杆机构的类型、特点和分类平面连杆机构的类型、特点和分类 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双摇杆机构双摇杆机构双双曲柄曲柄机构机构(2)(2)选不同的构件为机架选不同的构件为机架曲柄滑

8、块机构曲柄滑块机构转动导杆机构转动导杆机构曲柄摇块机构曲柄摇块机构移动导杆机构移动导杆机构平面连杆机构的类型、特点和分类平面连杆机构的类型、特点和分类 (3) (3) 变换构件的形态变换构件的形态将低副两运动副元素的包容关系进行逆换，不影响两将低副两运动副元素的包容关系进行逆换，不影响两构件之间的相对运动。构件之间的相对运动。平面连杆机构的类型、特点和分类平面连杆机构的类型、特点和分类 摆动导杆机构摆动导杆机构曲柄摇块机构曲柄摇块机构牛头刨床牛头刨床应用实例应用实例:小型刨床小型刨床（摆动导杆机构（摆动导杆机构）（转动导杆机构（转动导杆机构）平面连杆机构的类型、特点和分类平面连杆机构的类型、特

9、点和分类 (4) (4) 扩大转动副扩大转动副偏心轮机构偏心轮机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构将转动副将转动副B B加大，直至把加大，直至把转动副转动副A A包括进去，成为包括进去，成为几何中心是几何中心是B B，转动中心，转动中心为为A A的偏心圆盘。的偏心圆盘。平面连杆机构的类型、特点和分类平面连杆机构的类型、特点和分类 3.1.2 平面连杆机构的运动和动力特性平面连杆机构的运动和动力特性1.1.平面平面四杆机构四杆机构存在曲柄的条件存在曲柄的条件平面四杆机构具有平面四杆机构具有整转副整转副 则则可能可能存在曲柄存在曲柄。设设l1 l4，可得：，可得： l4 l1 , l4 l2 , l4 l

10、3即：即：AD为最短杆为最短杆连架杆之一或机架为连架杆之一或机架为最短杆最短杆。曲柄存在的条件曲柄存在的条件: :（GrashofGrashof 定理定理）最长杆与最短杆的长度之和最长杆与最短杆的长度之和 其他两杆长度之和其他两杆长度之和 称为称为杆长条件杆长条件。此时，铰链此时，铰链A、B均均为为整转副整转副。当满足杆长条件时，其当满足杆长条件时，其最短杆上的转动副都是最短杆上的转动副都是整转副整转副。平面连杆机构的运动和动力特性平面连杆机构的运动和动力特性 2. .压力角和传动角压力角和传动角压力角压力角：作用在作用在从动从动件件上的驱动力上的驱动力F与力与力作用点绝对速度之间作用点绝对速

11、度之间所夹锐角所夹锐角。切向分力切向分力 F Ft= = FcosFcos法向分力法向分力 F Fn= Fcos= Fcos F Ft 对传动有利对传动有利。= Fsin= Fsin常用常用的大小来表示机构传力性能的好坏的大小来表示机构传力性能的好坏, ,称称为为传动角传动角。是是的余角。的余角。平面连杆机构的运动和动力特性平面连杆机构的运动和动力特性 当当 BCD 90BCD 90时，时，BCDBCD因此设计时一般要求因此设计时一般要求: : minmin4040。当当 BCD BCD 9090时，时，180180- BCD- BCD当当BCDBCD最小或最大时，即在最小或最大时，即在主动曲