第五章平面连杆机构PPT讲稿.ppt

第五章平面连杆机构第1页，共62页，编辑于2022年，星期三第一节 概述第二节 铰链四杆机构的基本型式及其演化第三节 平面四杆机构曲柄存在的条件和几个基本概念第四节 平面四杆机构的设计第2页，共62页，编辑于2022年，星期三第一节概述 1、平面连杆机构：若干刚性构件用低副（回转副、移动副）联接而成的一种机构。（图5-l）第3页，共62页，编辑于2022年，星期三第4页，共62页，编辑于2022年，星期三 2、平面连杆机构的主要缺点:机构中，构件间因低副联接，存有间隙，传动中将产生较大的位置误差。平面连杆机构一般可分为：1）四杆机构 2）多杆机构第5页，共62页，编辑于2022年，星期三第二节第二节铰链四杆机构的基本型式及其演化铰链四杆机构的基本型式及其演化一、基本型式所有运动副均为转动副的平面四杆机构称为铰链四杆机构。（图5-2）第6页，共62页，编辑于2022年，星期三第7页，共62页，编辑于2022年，星期三分类（依照两连架杆运动形式的不同）：（一）曲柄摇杆机构 （二）双曲柄机构 （三）双摇杆机构第8页，共62页，编辑于2022年，星期三 （一）曲柄摇杆机构 在图5-2a所示的饺链四杆机构中，若连架杆1能作整周回转运动，称为曲柄；另一连架杆3仅在一定角度范围内摆动，称为摇杆；连杆2作一般平面运动，则此种铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。第9页，共62页，编辑于2022年，星期三 当曲柄为原动件，摇杆为从动件时，可将曲柄的连续转动转变成摇杆的往复摆动。图53所示的雷达天线俯仰机构 以摇杆为原动件的，如图54所示的缝纫机踏板机构，便是将原动件摇杆CD（踏板）的往复摆动，转换成从动件曲柄（曲轴）的整周转动。第10页，共62页，编辑于2022年，星期三第11页，共62页，编辑于2022年，星期三 （二）双曲柄机构 在图5-2b所示的饺链四杆机构称为双曲柄机构。特点：两曲柄以相同的角速度同向转动，连杆作平移运动。图55所示机车车轮的联动机构第12页，共62页，编辑于2022年，星期三第13页，共62页，编辑于2022年，星期三 （三）双摇杆机构 如图52c所示的饺链四杆机构中，若两连架杆l、3均为摇杆，仅能在有限的范围内往复摆动，则此种铰链四杆机构称为双摇杆机构。图5-6所示的飞机起落架机构第14页，共62页，编辑于2022年，星期三第15页，共62页，编辑于2022年，星期三二、铰链四杆机构的演化几种不同型式的四杆机构：（一）曲柄滑块机构（二）导杆机构（三）含有两个移动副的四杆机构第16页，共62页，编辑于2022年，星期三（一）曲柄滑块机构 在曲柄滑块机构中，当滑块移动的导路中心线通过曲柄回转中心A时，称为对心曲柄滑块机构（图57b）；导路中心线不通过曲柄回转中心A时，则称为偏置曲柄滑块机构（图57c），e为偏距。第17页，共62页，编辑于2022年，星期三第18页，共62页，编辑于2022年，星期三（二）导杆机构 把曲柄滑块机构的曲柄1为机架，杆4为导杆，滑块3在导杆4上滑动，并随连架杆2一起转动，该机构称为导杆机构（图58）。类型：转动导杆机构（图58a）。摆动导杆机构（图58b）。第19页，共62页，编辑于2022年，星期三第20页，共62页，编辑于2022年，星期三（三）含有两个移动副的四杆机构 图5-7b曲柄滑块机构中，若再将其中转动副C或B演化为移动副，则可得含两个移动副的四杆机构。图 59a为转动副 C演化为移动副的过程，此机构又称正弦机构。第21页，共62页，编辑于2022年，星期三第22页，共62页，编辑于2022年，星期三 若将图57b所示曲柄滑块机构中的转动副B演化为移动副，图5-10a所示的正切机构。构件1仅能在一定角度范围内摆动，并有关系 s atan（a为摆杆摆动中心至推杆导路中心的距离）。第23页，共62页，编辑于2022年，星期三第三节 平面四杆机构曲柄存在的条件和几个基本概念一、曲柄存在的条件 图5-11所示的四杆机构ABCD中，设a、b、c、d分别代表各杆的长度，杆AB为曲柄，杆CD为摇杆，则各杆的长度应保证曲柄在转动中能顺利通过与机架AD共线的两个位置AB1、AB2。第24页，共62页，编辑于2022年，星期三第25页，共62页，编辑于2022年，星期三曲柄存在的条件为：1）曲柄是最短杆。2）最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和。在铰链四杆机构中，最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和时，若以最短杆为机架，则构成双曲柄机构（图512a）；第26页，共62页，编辑于2022年，星期三第27页，共62页，编辑于2022年，星期三 若以最短杆相对的杆为机架，则构成双摇杆机构（图512b）；若以最短杆任一相邻杆为机架，则构成曲柄摇杆机构（图512C）。如果铰链四杆机构中的最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和时，则机构中不管以哪个杆件为机架，只能构成双摇杆机构。第28页，共62页，编辑于2022年，星期三二、压力角与传动角 1、压力角：如图5-13所示的曲柄摇杆机构，力由主动件AB通过连杆BC传递给从动件CD上，C点的力F将沿着BC方向。C点的速度是垂直于 CD，则力 F与Vc之间的夹角称为压力角。第29页，共62页，编辑于2022年，星期三第30页，共62页，编辑于2022年，星期三 2、传动角：连杆与从动件（摇杆）轴线之间所夹锐角称为传动角。由图可知，r90，角愈小，r角愈大，传动效率愈高。机构在运转过程中，传动角y是变化的。第31页，共62页，编辑于2022年，星期三三、行程速度变化系数 如图514所示的摆动导杆机构，曲柄AB等速回转，当曲柄由AB位置这时针转过 1角到达AB位置时，摆动导杆由BC摆过 角至BC，所需时间为t1，当曲柄继续转过 角回到AB位置，导杆就由HC摆回至BC的位置，所需时间为t2 1=180+2=180-因12 故t1t2第32页，共62页，编辑于2022年，星期三第33页，共62页，编辑于2022年，星期三 导杆摆动的平均角速度 1 2 1=-2=-t1 t2由此可知，导杆来回摆动的平均角速度不等，因此具有急回运动特征。为了表达该特征的相对程度，设第34页，共62页，编辑于2022年，星期三 2 t11180+K=-=-=-=-1 t22180-K+1180-K-1式中K机构从动杆行程速度变化系数；极位夹角，即曲柄在两极限位置时 所夹锐角，也等于导杆的摆角。第35页，共62页，编辑于2022年，星期三 四杆机构急回特征取决于：机构运动中有无极位夹角。如图515a所示的对心式曲柄滑块机构，极位夹角 0，故无急回特征。而图515b所示的偏置式曲柄滑块机构及图515c所示的曲柄摇杆机构，极位夹角总大于零，故机构运动中有急回特征。第36页，共62页，编辑于2022年，星期三第37页，共62页，编辑于2022年，星期三四、死点位置 1、死点位置：连杆作用于曲柄上的力通过铰链中心，不论力多大，都不能使曲柄转动，机构所处的这一位置称为死点位置。（图5-16）第38页，共62页，编辑于2022年，星期三第39页，共62页，编辑于2022年，星期三 为了克服机构运转过程中的死点位置和运动不确定的转向点：1.可在从动构件上安装转动惯量大的飞轮；2.或将机构错位排列；图517所示的汽车发动机。第40页，共62页，编辑于2022年，星期三第四节第四节平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 平面四杆机构的设计主要有两类问题：按照给定从动件的运动规律（位置、速度、加速度）设计四杆机构；按照给定轨迹设计四杆机构。平面四杆机构设计的方法有：1.图解法 2.解析法 3.实验法。第41页，共62页，编辑于2022年，星期三一、图解法 （一）按给定的行程速度变化系数设计四杆机构 1铰链四杆机构图5-18所示曲柄摇杆机构ABCD中，已知行程速度变化系数K，摇杆CD的长度和摆动的角度，要求设计四杆机构。设计步骤如下：1）计算极位夹角 K-1 =180 -K+1第42页，共62页，编辑于2022年，星期三第43页，共62页，编辑于2022年，星期三 2）任意选定转动副D的位置，并按CD之长和角大小画出摇杆的两个极限位置C1D和C2D。3）连接 C1C2，过 C2作C1C2 N=90，过 C1 作直线C1M垂直于C1C2，C1M与C2N相交于P点。作C1lC2P三点的外接圆，则圆弧PC1C上任意一点 A与 C1、C2 连线的夹角上C1AC2均为所要求的极位夹角。第44页，共62页，编辑于2022年，星期三 4）A点位置确定后，按曲柄摇杆机构极限位置，曲柄与连杆共线的原理可得 AC2ab，AC1ba，由此可求出。曲柄长度 AC2AC1 a=-2 连杆长度 bAC2aAC1a第45页，共62页，编辑于2022年，星期三2偏置曲柄滑块机构 图519所示偏置曲柄滑块机构中，除已知行程速度变化系数K外，尚知道滑块的行程s及偏距e，在计算出极位夹角0后，作一直线C1C2S，它代替了曲柄摇杆机构中的弦线C1C2，然后按上述完全相同的方法作出曲柄回转中心 A所在的圆弧C1AC2。第46页，共62页，编辑于2022年，星期三第47页，共62页，编辑于2022年，星期三 （二）按给定连杆的两个或三个位置设计四杆机构 如图 520所示，B1 C1、B2 C2、B3 C3是连杆要通过的三个位置，该四杆机构可如下求得:第48页，共62页，编辑于2022年，星期三l）连接B1B2、B2B3、C1C2、C2C3。2）分别作B1B2、B2B3的中垂线b12、b23，两条中垂线相交于A点。3）分别作 C1 C2、C2 C3的中垂线 C12、C23，两条中垂线相交于 D点。第49页，共62页，编辑于2022年，星期三 （三）按给定连架杆对应位置设计四杆机构 如图52la所示，已知四杆机构曲柄AB、机架CD的长度，AB的三个位置AB；、AB。、AB。和构件CD上某一直线DE的三个对应位置DE1、DE2、DE3（即三组对应摆角1、2、3 和1、2、3），要求设计该铰链四杆机构（即要求求出连杆BC、摇杆CD的长度）。第50页，共62页，编辑于2022年，星期三第51页，共62页，编辑于2022年，星期三该机构的设计可以采用反转法的原理。设计步骤：1）按给定机架的长度定出回转中心A、D的位置，作出两构件三个对应位置AB1、AB2、AB3和DE1、DE2、DE3。2）连接DB2、DB3及B2E2、B3E3，得DB2E2、DB3E3。第52页，共62页，编辑于2022年，星期三3作DB2E1DB2E2,DB3E1DB3E3，得点B2和B3。4）作 B1B2、B2B3的垂直平分线，并相交于C1点，即为连杆B1C1、摇杆C1D连接点的铰链中心。第53页，共62页，编辑于2022年，星期三 二、解析法 （一）铰链四杆机构的传动特性及设计 l传动特性 图522所示铰链四杆机构中，各杆长度分别用a、b、c、d表示。主动杆AB的转角中和从动杆DC的转角 之间的关系可如下求得：第54页，共62页，编辑于2022年，星期三第55页，共62页，编辑于2022年，星期三又因最后得从动杆DC的转角为：第56页，共62页，编辑于2022年，星期三从动杆的角速度：传动比i第57页，共62页，编辑于2022年，星期三2近似线性铰链四杆机构设计 如上所述，铰链四杆机构都具有非线性特性，但当机构处于特定位置附近工作时，却具有近似线性特性。其特定位置如图523a所示：第58页，共62页，编辑于2022年，星期三第59页，共62页，编辑于2022年，星期三 曲柄滑块机构的传动特性及设计：1传动特性：表示滑块位移S与曲柄角位移中之间的关系s=f（）称为曲柄滑块机构的传动特性。下面以偏置曲柄滑块机构为例，对传动特性进行分析。第60页，共62页，编辑于2022年，星期三第61页，共62页，编辑于2022年，星期三第62页，共62页，编辑于2022年，星期三