平面连杆机构及其设计改学习教案.pptx
第1页/共59页第一页，共59页。连杆机构若干刚性构件(gujin)通过低副连接组成的机构，称为连杆机构或低副机构。曲柄(qbng)摇杆机构曲柄(qbng)滑块机构（对心）第2页/共59页第二页，共59页。牛头刨床(ni tu po chun)第3页/共59页第三页，共59页。连杆机构的主要(zhyo)优点： （2）低副不易磨损而又易于(yy)加工连杆机构的主要(zhyo)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。 （1）能够实现多种运动轨迹曲线和运动规律。 根据其构件间的相对运动分为平面或空间连杆机构。第4页/共59页第四页，共59页。1 平面(pngmin)连杆机构类型及其应用平面(pngmin)连杆机构及其设计2 平面四杆机构(jgu)的基本特性3 平面四杆机构的设计第5页/共59页第五页，共59页。 根据构件数目分为四杆机构、多杆机构。广泛应用的是平面四杆机构，而且(r qi)它是构成和研究平面多杆机构的基础。本章主要讨论(toln)平面四杆机构。1 平面连杆机构类型(lixng)及其应用第6页/共59页第六页，共59页。一、平面四杆机构的基本形式(xngsh)铰链四杆机构1 平面连杆机构类型(lixng)及其应用1、曲柄(qbng)滑块机构2、导杆机构3、摇块机构4、定块机构二、其它型式的平面四杆机构第7页/共59页第七页，共59页。一、平面四杆机构的基本(jbn)形式铰链四杆机构连架杆机架连架杆连杆(lin n)能绕其轴线转360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(qbng)摇杆机构第8页/共59页第八页，共59页。按照两连架杆的运动(yndng)形式的不同，可将铰链四杆机构分为：曲柄(qbng)摇杆机构双曲柄(qbng)机构双摇杆机构曲柄摇杆机构双摇杆机构双曲柄机构第9页/共59页第九页，共59页。曲柄(qbng)摇杆机构第10页/共59页第十页，共59页。双曲柄(qbng)机构第11页/共59页第十一页，共59页。ABCD耕地料斗DCAB耕地料斗DCAB特例(tl)(tl)：平行四边形机构AB = CD特征：两连架杆等长且平行， 连杆(lin n)(lin n)作平动BC = ADABDC摄影(shyng)(shyng)平台ADBCBC天平播种机料斗机构第12页/共59页第十二页，共59页。实例(shl)(shl)：火车轮第13页/共59页第十三页，共59页。双摇杆机构(jgu)第14页/共59页第十四页，共59页。CABD1234C3AB124eAB1234C对心曲柄(qbng)滑块机构偏置(pin zh)曲柄滑块机构AB1234eCABD1234C1、曲柄滑块机构(jgu)曲柄摇杆机构(jgu)中转动副转化成移动副的演化二、其它型式的平面四杆机构第15页/共59页第十五页，共59页。曲柄(qbng)滑块机构（对心）曲柄(qbng)当滑块机构（偏心）对心曲柄(qbng)滑块机构偏置曲柄滑块机构AB1234CAB1234eC第16页/共59页第十六页，共59页。还可以(ky)转化为双滑块机构1234ABC3AB124eAB1234eC第17页/共59页第十七页，共59页。2、导杆机构取曲柄滑块机构中不同的构件(gujin)为机架的演化BA1234C(a)曲柄滑块机构(b) 导杆机构(jgu)BA1234C(c)摆动(bidng)导杆机构导杆:组成移动副的两活动构件，画成杆状的构件称为导杆。回转导杆机构摆动导杆机构l1 l2 时，摆动导杆机构转动第18页/共59页第十八页，共59页。3、摇块机构取曲柄滑块机构中不同 的构件(gujin)为机架的演化BA1234C(a)曲柄滑块机构(b)摇块机构(jgu)A1234CB第19页/共59页第十九页，共59页。应用实例B234C1A自卸卡车举升机构应用实例B34C1A2应用实例4A1B23C应用实例13C4AB2应用实例A1C234B摇块机构314A2BC第20页/共59页第二十页，共59页。4、定块机构取曲柄(qbng)滑块机构中不同 的构件为机架的演化BA1234C曲柄滑块机构定块机构(jgu)(移动导杆机构(jgu)A234CB1手摇唧筒(jtng)第21页/共59页第二十一页，共59页。手摇唧筒(jtng)这种通过选择不同构件作为(zuwi)机架以获得不同机构的方法称为：机构(jgu)的倒置BC3214AABC3214第22页/共59页第二十二页，共59页。2 平面四杆机构(jgu)的基本特性一、铰链四杆机构有周转(zhuzhun)副的条件四、机构的死点(s din)位置二、急回运动三、压力角和传动角第23页/共59页第二十三页，共59页。周转(zhuzhun)副：作整周转(zhuzhun)动的转动副夹角(ji jio)范围：003600摆转副：在一定(ydng)范围转动的转动副转动副A、B夹角范围： 3600转动副C、D2 平面四杆机构的基本特性一、铰链四杆机构有周转副的条件周转副周转副摆转副摆转副第24页/共59页第二十四页，共59页。设a da d，连架杆1 1整周回转(huzhun)(huzhun)，必有两次与机架共线。 a + b c + d a + c b + da +d b + c由B2C2D可得：由B1C1D可得：b (d a ) + cc (d a ) + b将以上(yshng)(yshng)三式两两相加得： 即：杆1 1为最短杆2 平面四杆机构(jgu)的基本特性一、铰链四杆机构有周转副的条件周转副：A、B周转副周转副a ba c a d 第25页/共59页第二十五页，共59页。即：杆1 1为最短杆铰链(jiolin)四杆机构有周转副的条件：l）最短杆和最长杆长度之和小于或等于其他(qt)两杆长度之和,称为杆长条件。2）组成(z chn)周转副的两杆中必有一杆为最短杆. a + b c + da + c b + da +d b + ca ba c a d 第26页/共59页第二十六页，共59页。当满足杆长条件时，说明存在周转副，当选择不同的构件作为(zuwi)(zuwi)机架时，可得不同的铰链四杆机构。如：曲柄摇杆、 双曲柄、 双摇杆机构。BACDABCDABCD第27页/共59页第二十七页，共59页。当最短杆为连架杆时，该铰链四杆机构(jgu)成为以最短杆为机架，则得以最短杆的对边为机架，则得若最短杆和最长杆长度之和小于或等于(dngy)其他两杆 长度之和，则若最短杆和最长杆长度(chngd)之和大于其他两杆长度(chngd)之和，曲柄摇杆机构。双曲柄机构。双摇杆机构。则无论取何杆为机架均得双摇杆机构。第28页/共59页第二十八页，共59页。二、急回运动(yndng)曲柄(qbng)摇杆机构中，原动件AB以等速转动1B2C2B1C1(1)摇杆CD的两极限(jxin)位置当AB与BC两次共线时，摇杆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。1A211C34BDabcd21802122/t摆角极位夹角v1v21211/tCCv )2122/tCCv )1、急回运动摇杆DCDC21DCDC12第29页/共59页第二十九页，共59页。对应(duyng)的时间111/t摇杆点C的平均速度(pn jn s d)1802122/t1211/tCCv )2122/tCCv )曲柄转角1801 则10111180t10122180t可见(kjin)：21tt 1211/tCCv )2122/tCCv )摇杆往复摆动摇杆点C的平均速度为v1和v2当主动件曲柄等速转动时，从动件摇杆摆回的平均速度大于摆出的平均速度，摇杆的这种运动特性称为急回运动。摇杆DCDC21DCDC12第30页/共59页第三十页，共59页。B2C2B1C1曲柄转角1801对应(duyng)的时间111/t摇杆点C的平均速度(pn jn s d)1A211C34BDabcd21802122/t摆角极位夹角v1v21211/tCCv )2122/tCCv )工程(gngchng)(gngchng)上，把曲柄转过1800 +1800 +时，摇杆从动件由C1DC1D摆到C2DC2D的过程，称为工作行程；把曲柄转过1800 -时，摇杆从动件由C2D摆回到C1D的过程，称为空回行程；摇杆DCDC21DCDC12第31页/共59页第三十一页，共59页。2.摇杆从动件的行程速度变化(binhu)系数K：空回行程平均速度(pn jn s d)v2与工作行程平均速度(pn jn s d)v1之比。11180KK180180tttCCtCCvvK2121121212121211/tCCv )2122/tCCv )111/t122/t18011802n由公式可知(k zh)(k zh)，行程速比系数K Kn随极位夹角增大而增大，换句话说，n值愈大，急回运动特性愈明显。第32页/共59页第三十二页，共59页。n在很多机器中利用机构的急回特性n节省空回行程的时间，从而节省动力n并提高(t go)了生产率。如牛头刨床中用的n导杆机构就起到了这种作用。 第33页/共59页第三十三页，共59页。平面(pngmin)四杆机构具有急回运动的条件：（1）原动件作等速整周转动(zhun dng)；（2）输出(shch)件作往复运动；（3）0第34页/共59页第三十四页，共59页。C1B1B2HC2偏置曲柄滑块机构2AB134eCab10,有急回特性。摆动(bidng)导杆机构21B2B1有急回特性。B1B2H 0,无急回特性。314A对心曲柄滑块机构B2Cab1C1C21AB曲柄滑块机构中，原动件AB以等速转动1第35页/共59页第三十五页，共59页。三、压力(yl)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(shch)件运动的力的方向线与输出(shch)件上受 力点的速度方向线所夹的锐角。压力(yl)角：传动角：压力角的余角。ACBDvBFvcFFtFn1ABCD1234FvcaAB134Cb12越小，受力越好。越大，受力越好。由力的分解可以看出，沿着速度方向的有效分力FtFcos，垂直 Ft的分力 FnFsin，力 Fn只能使铰链 C、D对杆CD产生压力，希望它能越小越好，也就是Ft愈大愈好，这样可使其传动灵活效率高。总而言之，是希望压力角越小越好。FtFcosFn Fsin2 平面四杆机构的基本特性第36页/共59页第三十六页，共59页。F0vB3B1231AC0?F 3B132C2aAB134Cbvc画出压力角 v第37页/共59页第三十七页，共59页。由上面分析可知，传动角愈大(愈小)对传动愈有利。所以为了保证所设计的机构具有良好的传动性能，通常应使最小传动角min400，在传递力矩较大(jio d)的情况下，应使min500。在具体设计铰链四杆机构时，一定要校验最小传动角min是否满足要求。第38页/共59页第三十八页，共59页。当 BCD 90BCD 90时，BCDBCD因此设计(shj)(shj)时一般要求: min40: min40。当 BCD BCD 9090时，180180- BCD- BCD当BCDBCD最小或最大时，即在主动曲柄与机架共线(n xin)(n xin)的位置，都有可能出现minmin由于在机构(jgu)(jgu)运动过程中，角是变化的，minmin出现的位置：第39页/共59页第三十九页，共59页。四、机构(jgu)的死点位置死点：当机构处于传动角0（或压力角90）的位置B2C2vB踏板缝纫机主运动机构脚AB1C1DFB 不管在主动件上作用(zuyng)多大的驱动力，都不能在从动件上产生有效分力的机构位置，称为机构的死点位置。Ft=Fcos =Fcos90=0Fn=Fsin =Fsin90 =F第40页/共59页第四十页，共59页。B2C2vB踏板缝纫机主运动机构脚AB1C1DFB 第41页/共59页第四十一页，共59页。n对于传动机构在死点位置时，驱动(q dn)(q dn)从动件n的有效回转力矩为零，可见机构出现死点n对于传动是很不利的。n在实际设计(shj)(shj)中，应该采取措施n使其能顺利地通过死点位置。B2C2vB踏板缝纫机主运动机构脚AB1C1DFB 第42页/共59页第四十二页，共59页。死点(s din)的避免：1 1、利用惯性(gunxng)(gunxng)通过死点n缝纫机借助于带轮的惯性(gunxng)通过死点。n 单缸四冲程内燃机借助飞轮的惯性通过死点位置；2 2、利用机构错位排列通过死点ABCDBC11DBCA1BC1C1ABC(a)(b)(c)(d)飞轮图6-9第43页/共59页第四十三页，共59页。如图所示的蒸汽机车车轮(ch ln)联动机构，左右车轮(ch ln)两组联动机构中，曲柄AB与AB位置错开900。第44页/共59页第四十四页，共59页。n机构中死点位置并非总是(zn sh)起消n极作用。在工程实际中，也常利n用死点位置来实现一定工作要求。n例如飞机的起落架机构(jgu)飞机着陆时机构(jgu)处n于死点位置，从而便于支承飞机。第45页/共59页第四十五页，共59页。ABDC利用利用(lyng)死点位置死点位置飞机(fij)起落架工件PABCD1234工件ABCD1234工件P钻孔(zun kn)夹具 T 0ABCDFF 0第46页/共59页第四十六页，共59页。第47页/共59页第四十七页，共59页。2aAB134Cbvc请思考： 下列机构有没有死点位置？有的话，死点位置在哪里；怎样(znyng)使机构通过死点位置。B123AC第48页/共59页第四十八页，共59页。一、平面四杆机构设计(shj)的主要任务 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(qudng)机构的运动尺寸（一般又称为尺度综合），画出机构运动简图。设计的问题概括(giku)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（1）实验法；（2）几何法（作图法）；（3）解析法3 平面四杆机构的设计二、平面四杆机构设计的基本问题实现连杆占有若干指定的位置。使具有急回运动的从动件实现指定的行程速比系数。实现主动连架杆转角与从动连架杆转角之间指定的对应关系。三、平面四杆机构设计的方法第49页/共59页第四十九页，共59页。ABDC飞机(fij)起落架ABCDFF 0AB1C1DB2C2地面第50页/共59页第五十页，共59页。搅拌机机构(jgu)曲柄摇杆机构(jgu)鹤式起重机双摇杆机构(jgu)第51页/共59页第五十一页，共59页。 (一）按预定连杆(lin n)位置设计四杆机构a)给定连杆(lin n)两个位置有唯一(wi y)解。B2C2AD将铰链A、D分别选在B1B2，C1C2连线的垂直平分线上任意位置都能满足设计要求。b)给定连杆上铰链BC的三个位置有无穷多组解。ADB1C1四、设计实例第52页/共59页第五十二页，共59页。(1) 曲柄(qbng)摇杆机构已知：CD杆长，摆角及K， 设计此机构(jgu)。步骤如下：计算(j sun)180(K-1)/(K+1);任取一点D D，作腰长为CD 的等腰三角形，夹角为;作C1FC1C2，作C2F使C1C2F=90,两线交于P P; ;作F F C1C2的外接圆，A A点必在此圆上。选定A A，设曲柄为a，连杆为b，以A A为圆心，A AC2为半径作弧 交于E,E,得： a =EC2/ 2 b = A = A C2EC2/ 2( (二）按给定的行程速比系数K设计四杆机构第53页/共59页第五十三页，共59页。(2) 曲柄(qbng)滑块机构已知 K K，滑块行程 H H，偏距e e，设计(shj)(shj)此机构。计算(j sun) 180(K-1)/(K+1)；作C1 C2 H H ；作射线C2M， 使C1C2M=90， 以C2P P为直径作圆；以以A A为圆心，为圆心，A A C1为半径作弧交于为半径作弧交于E,E,得：得：作射线C1N垂直于C1C2 ，作与C1 C2平行且偏距为e e的直线，交圆于A A或A A，即为所求。l1 =EC2 / 2l2 = A = A C2EC2 / 2两条射线交于P P点 ；第54页/共59页第五十四页，共59页。ADmn=D3) 导杆机构(jgu)分析(fnx)： 与导杆摆角相等，设计此 机构时，仅需要确定曲柄 a。计算(j sun)180(K-1)/(K+1);任选D D作mDnmDn，取 A A 点 ， 使 得A D = d , A D = d , 则: : a=dsin(a=dsin(/2)/2)。=Ad作角分线; ;已知：机架长度d，K，设计此机构。第55页/共59页第五十五页，共59页。 二、函数生成机构的设计二、函数生成机构的设计 设计要求设计要求 通常为在主动连架杆的转角通常为在主动连架杆的转角和从动连架杆的转角和从动连架杆的转角 中，选定有中，选定有限个角位置限个角位置i i与与i i 的对应值，以满足传动函数的对应值，以满足传动函数 ( () )。设计特点设计特点 两连架杆的传动函数与杆长的绝对值无关，仅与其相对值有关。两连架杆的传动函数与杆长的绝对值无关，仅与其相对值有关。设计时，通常预先确定机架的长度设计时，通常预先确定机架的长度(chngd)(chngd)(即确定两个固定铰链的位置即确定两个固定铰链的位置) )。机构的待求参数为两连架杆的长度机构的待求参数为两连架杆的长度(chngd)(chngd)(即两连架杆上连接连杆铰链的四个即两连架杆上连接连杆铰链的四个坐标分量坐标分量) )。设计关键设计关键 确定连杆确定连杆BCBC上活动铰链点上活动铰链点C C的位置。的位置。 应用原理应用原理 机构转化原理机构转化原理第56页/共59页第五十六页，共59页。B 3C3C2B3 3 3E3 1B1 1E1 2B2 2E2( (一) ) 函数生成(shn chn)(shn chn)机构设计的图解法按两连架杆三组对应位置设计四杆机构已知机架长度d d 和两连架杆三组对应位置设计步骤(bzhu) 任意选定构件AB的长度 连接(linji)DB2(linji)DB2 将DB2 绕D 旋转 1 2得B 2点B 2AdD 连接DB3 将将DB3 绕绕D旋转旋转 1 3得得B 3点点 由由B1 、B 2 、B 3 三三点点求圆心求圆心C1C1 1 2 1 3第57页/共59页第五十七页，共59页。本章(bn zhn)重点：1.四杆机构的基本形式、其它(qt)形式及应用；2.曲柄存在条件、传动角、压力角、死点、急回特性：极位夹角(ji jio)和行程速比系数等物理含义，并熟练掌握其确定方法；3.掌握按连杆二组位置、三组位置、行程速比系数设计四杆机构的原理与方法。第58页/共59页第五十八页，共59页。感谢您的观看(gunkn)。第59页/共59页第五十九页，共59页。
