平面四杆机构结构设计复习过程.ppt
宁夏大学专用 作者(zuzh)：潘存云教授 224 4 平面四杆机构平面四杆机构(jgu)(jgu)的的设计设计 连杆机构设计的基本连杆机构设计的基本(jbn)问题问题 机构选型机构选型根据给定的运动要求选择机根据给定的运动要求选择机 构的类型；构的类型；尺度综合尺度综合确定各构件的尺度参数确定各构件的尺度参数(长度长度 尺寸尺寸)。同时要满足其他辅助条件：同时要满足其他辅助条件：a)结构条件（如要求有曲柄、杆长比恰当、结构条件（如要求有曲柄、杆长比恰当、运动副结构合理等）运动副结构合理等）;b)动力条件（如动力条件（如minmin）;c)运动连续性条件等。运动连续性条件等。第一页，共18页。宁夏大学专用 作者(zuzh)：潘存云教授 设计(shj)：潘存云设计(shj)：潘存云ADCB飞机起落架飞机起落架BC三类设计要求：三类设计要求：1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如:飞机起落架、函数机构。飞机起落架、函数机构。函数机构函数机构要求两连架杆的转角要求两连架杆的转角满足函数满足函数 y=logxxy=logxABCD第二页，共18页。宁夏大学专用 作者(zuzh)：潘存云教授 设计(shj)：潘存云三三类类(sn li)设设计计要求：要求：1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如:飞机起落架飞机起落架、函数机构。函数机构。前者要求两连架杆转角对应，后者要求急回运动2)满足预定的连杆位置要求，如满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构。铸造翻箱机构。要求连杆在两个位置要求连杆在两个位置垂直地面且相差垂直地面且相差180 CBABDC第三页，共18页。宁夏大学专用 作者(zuzh)：潘存云教授 设计(shj)：潘存云QABCDE设计(shj)：潘存云鹤式起重机鹤式起重机搅拌机构搅拌机构要求连杆上要求连杆上E点的轨迹点的轨迹为一条卵形曲线为一条卵形曲线要求连杆上要求连杆上E点的轨迹点的轨迹为一条水平直线为一条水平直线QCBADE三类设计要求：三类设计要求：1)满足预定的运动规律满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如，两连架杆转角对应，如:飞机起落架飞机起落架、函数机构。函数机构。2)满足预定的连杆位置要求，如满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构。铸造翻箱机构。3)满足预定的轨迹要求，如满足预定的轨迹要求，如:鹤式起重机鹤式起重机、搅拌机搅拌机等。等。第四页，共18页。宁夏大学专用 作者(zuzh)：潘存云教授 给给定定(i dn)的的设计条件：设计条件：1)几几何何条条件件(tiojin)（给给定定连连架架杆杆或或连连杆杆的的位位置）置）2)运动条件运动条件（给定（给定K）3)动力条件动力条件（给定（给定minmin）设计方法：设计方法：图解法、解析法、实验法图解法、解析法、实验法第五页，共18页。宁夏大学专用(zhunyng)作者：潘存云教授 设计(shj)：潘存云E 一、按给定的行程速比系数一、按给定的行程速比系数(xsh)K设计四杆机构设计四杆机构1)曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构计算计算180(K-1)/(K+1);已知：已知：CD杆长，摆角杆长，摆角及及K，设计此机构。步骤如下：设计此机构。步骤如下：任取一点任取一点D D，作等腰三角形，作等腰三角形 腰长为腰长为CDCD，夹角为，夹角为;作作C2PC1C2，作，作C1P使使作作P P C1C2的外接圆，则的外接圆，则A A点必在此圆上。点必在此圆上。选定选定A A，设曲柄为，设曲柄为l1 ，连杆为，连杆为l2 ，则，则:以以A A为圆心，为圆心，A A C2为半径作弧交于为半径作弧交于E,E,得：得：l1=EC1/2 l2=A=A C1EC1/2,A,A C2=l2-l1=l1=(A A C1A A C2)/2 C2C1P=90,交于交于P;P;90-P A A C1=l1+l2C1C2DA第六页，共18页。宁夏大学专用(zhunyng)作者：潘存云教授 设计(shj)：潘存云设计(shj)：潘存云ADmn=D2)导杆机构导杆机构分析：分析：由于由于与与导杆摆角导杆摆角相等，设计此相等，设计此 机构时，仅需要确定曲柄机构时，仅需要确定曲柄 a。计算计算180(K-1)/(K+1);180(K-1)/(K+1);任任选选D D作作mDnmDn，取取A A点，使得点，使得AD=d,AD=d,则则:a=dsin(a=dsin(/2)/2)。=Ad作角分线作角分线;已知：机架长度已知：机架长度d，K，设计此机构。设计此机构。第七页，共18页。宁夏大学专用(zhunyng)作者：潘存云教授 设计(shj)：潘存云E222ae3)曲柄曲柄(qbng)滑块机构滑块机构H已已知知K K，滑滑块块行行程程H H，偏偏距距e e，设设计计此此机机构构 。计算计算:180(K-1)/(K+1);180(K-1)/(K+1);作作C1 C2 H H作射线作射线C1O O 使使C2C1O=90,以以O O为圆心，为圆心，C1O O为半径作圆。为半径作圆。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：作射线作射线C2O O使使C1C2 O=90。作偏距线作偏距线e e，交圆弧于，交圆弧于A A，即为所求。，即为所求。C1C290-90-o90-90-Al1=EC2/2l2=A=A C2EC2/2第八页，共18页。宁夏大学专用(zhunyng)作者：潘存云教授 设计(shj)：潘存云二二、按按预预定定(ydng)连连杆杆位位置置设设计计四四杆杆机构机构a)给定连杆两组位置给定连杆两组位置有唯一解。有唯一解。B2C2AD将将 铰铰 链链A、D分分 别别 选选 在在B1B2，C1C2连连线线的的垂垂直直平平分分线线上上任任意意位位置都能满足设计要求。置都能满足设计要求。b)给定连杆上铰链给定连杆上铰链BC的三组位置的三组位置有无穷多组解。有无穷多组解。ADB2C2B3C3ADB1C1B1C1第九页，共18页。宁夏大学专用 作者(zuzh)：潘存云教授 设计(shj)：潘存云xyABCD1234三三、给给定定两两连连架架杆杆对对应应位位置置(wi zhi)设设计计四四杆机构杆机构给定连架杆对应位置：给定连架杆对应位置：构件构件3和和构件构件1满足以下位置关系：满足以下位置关系：l1l2l3l4建立坐标系建立坐标系,设构件长度为：设构件长度为：l1、l2、l3、l4在在x,yx,y轴上投影可得：轴上投影可得：l1+l2=l3+l4机构尺寸比例放大时，不影响各构件相对转角机构尺寸比例放大时，不影响各构件相对转角.l1 coc +l2 cos =l3 cos +l4 l1 sin +l2 sin =l3 sin i if(i i)i=1,2,3n设计此四杆机构设计此四杆机构(求各构件长度求各构件长度)。令：令：l1=1第十页，共18页。宁夏大学专用 作者(zuzh)：潘存云教授 消去消去整理得：整理得：coscos l3 cos cos(-)l3l4l42+l32+1-l222l4P2代入移项代入移项(y xin)(y xin)得：得：l2 l2 cos cos =l4 l4 l3 l3 cos cos cos cos 则化简为：则化简为：coccocP0 cos P1 cos()P2代入两连架杆的三组对应代入两连架杆的三组对应(duyng)(duyng)转角参数，得方程组：转角参数，得方程组：l2 sin =l3 sin sin 令:P0P1coccoc1P0 cos1 P1 cos(1 1)P2coccoc2P0 cos2 P1 cos(2 2)P2coccoc3P0 cos3 P1 cos(3 3)P2可求系数可求系数:P0、P1、P2以及以及:l2、l3、l4将相对杆长乘以任意比例系数，所得机构都能满足转角要求。若给定两组对应位置，则有无穷多组解。第十一页，共18页。宁夏大学专用 作者(zuzh)：潘存云教授 举举例例：设设计计(shj)(shj)一一四四杆杆机机构构满满足足连连架架杆杆三三组组对对应应位置：位置：1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 345 50 90 80 135 11045 50 90 80 135 1101 11 13 33 3代代 入入 方方 程程(fngchng)得：得：cos90=Pcos90=P0 0cos80+Pcos80+P1 1cos(80-90)+Pcos(80-90)+P2 2 cos135=Pcos135=P0 0cos110+Pcos110+P1 1cos(110-135)+Pcos(110-135)+P2 2 解得相对长度解得相对长度:P P0 0=1.533,P=1.533,P1 1=-1.0628,P=-1.0628,P2 2=0.7805=0.7805各杆相对长度为：各杆相对长度为：选定构件选定构件l1的长度之后，可求得其余杆的绝对长度。的长度之后，可求得其余杆的绝对长度。cos45=P cos45=P0 0cos50+Pcos50+P1 1cos(50-45)+Pcos(50-45)+P2 2B1C1ADB2C2B3C32 22 2l1=1 1l4=-l3/P1=1.442l2 =(=(l42+l32+1-2l3P P2 2)1/2=1.7831.783 l3=P P0 0=1.553,第十二页，共18页。宁夏大学专用 作者(zuzh)：潘存云教授 设计(shj)：潘存云D实实验验法法设设计计(shj)四四杆机构杆机构当给定连架杆位置超过三对时，一般不可能有精确解。只能用优化或试凑的方法获得近似解。1)首首先先在在一一张张纸纸上上取取固固定定轴轴A的的位位置置，作作原原动动件角位移件角位移i i位置位置 i i 位置位置 i i 12 15 10.8 45 15 15.8 23 15 12.5 56 15 17.5 34 15 14.2 67 15 19.2 2)任意取原动件长度任意取原动件长度AB3)任意取连杆长度任意取连杆长度BC，作一系列圆弧，作一系列圆弧;4)在一张透明纸上取固定轴在一张透明纸上取固定轴D，作角位移，作角位移iDk15)取取一一系系列列从从动动件件长度作同心圆弧。长度作同心圆弧。6)两图叠加，移动透明两图叠加，移动透明 纸，使纸，使ki落在同一圆落在同一圆 弧上。弧上。iiAC1B1第十三页，共18页。宁夏大学专用(zhunyng)作者：潘存云教授 设计(shj)：潘存云设计(shj)：潘存云四、按预定的运动轨迹设计四杆机构四、按预定的运动轨迹设计四杆机构ABCDE14325 传送机构传送机构搅拌机构搅拌机构CBADE6步进式步进式第十四页，共18页。宁夏大学专用(zhunyng)作者：潘存云教授 设计(shj)：潘存云ABCD四四、按按预预定定的的运运动动轨轨迹迹设设计计(shj)四四杆机构杆机构NEM连杆作平面运动连杆作平面运动,其上各点的轨迹均不相同其上各点的轨迹均不相同。B,C点的轨迹为圆弧点的轨迹为圆弧;其其余余各各点点的的轨轨迹迹为为一一条条 封闭曲线封闭曲线。设设计计目目标标:就就是是要要确确定定一一组组杆杆长长参参数数,使使连连杆杆上上某某点点的的轨轨迹满足设计要求迹满足设计要求。第十五页，共18页。宁夏大学专用(zhunyng)作者：潘存云教授 设计(shj)：潘存云连杆曲线生成器ABCD第十六页，共18页。宁夏大学专用(zhunyng)作者：潘存云教授 设计(shj)：潘存云连杆曲线图谱连杆曲线图谱第十七页，共18页。宁夏大学专用 作者(zuzh)：潘存云教授 本章本章(bn zhn)重点：重点：1.四杆机构四杆机构(jgu)的基本形式、演化及应用；的基本形式、演化及应用；2.曲曲柄柄存存在在条条件件、传传动动角角、压压力力角角、死死点点、急急回回特特性性：极极位位夹夹角角和和行行程程速速比比系系数数等等物物理理含含义义，并熟练掌握其确定方法；并熟练掌握其确定方法；3.掌掌握握按按连连杆杆二二组组位位置置、三三组组位位置置、连连架架杆杆三三组组对对应位置、行程速比系数设计四杆机构的原理与方法。应位置、行程速比系数设计四杆机构的原理与方法。第十八页，共18页。
