《连杆机构的设计》PPT课件.ppt

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1、8-1 连杆机构及其传动特点连杆机构及其传动特点 第八章平面连杆机构及其设计第八章平面连杆机构及其设计8-2 平面四杆机构的类型和应用平面四杆机构的类型和应用 8-3 平面四杆机构的基本性质平面四杆机构的基本性质曲柄存在条件曲柄存在条件急回特性及行程速比系数急回特性及行程速比系数四杆机构传动角、压力角及死点四杆机构传动角、压力角及死点铰链四杆机构的运动连续性铰链四杆机构的运动连续性8-4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计用图解法设计四杆机构用图解法设计四杆机构用图解法设计四杆机构用图解法设计四杆机构用解析法设计四杆机构用解析法设计四杆机构用实验法设计四杆机构用实验法设计四杆机构本讲重点：本

2、讲重点：四杆机构设计的图解法四杆机构设计的图解法四杆机构设计的图解法四杆机构设计的图解法本讲难点：本讲难点：图解法中图解法中图解法中图解法中反转原理反转原理反转原理反转原理的应用的应用的应用的应用前前述述内内容容复复习习8-4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计一、平面连杆设计的基本问题一、平面连杆设计的基本问题1.1.平面连杆机构设计的基本任务平面连杆机构设计的基本任务1)根据给定的设计要求选定机构型式；根据给定的设计要求选定机构型式；2)确确定定各各构构件件尺尺寸寸，并并要要满满足足结结构构条条件件、动动力力条条件件和运动连续条件等。和运动连续条件等。2.2.平面连杆机构设计的三大类基本

3、命题平面连杆机构设计的三大类基本命题1)满足预定运动的规律要求满足预定运动的规律要求2)满足预定的连杆位置要求满足预定的连杆位置要求3)满足预定的轨迹要求满足预定的轨迹要求（1 1）满足预定运动的规律要求）满足预定运动的规律要求）满足预定运动的规律要求）满足预定运动的规律要求要求两连架杆的转角能够满足预定的对应位置关系；要求两连架杆的转角能够满足预定的对应位置关系；要要求求在在原原动动件件运运动动规规律律一一定定的的条条件件下下，从从动动件件能能够够准准确地或近似地满足预定的运动规律要求。确地或近似地满足预定的运动规律要求。满满足足两两连连架架杆杆转转角角的的预预定定对对应应位位置置关关系系要

4、要求求的的机机构构示示例例 车车门门开开闭闭机机构构设设计计时时要要求求两两连连架架杆杆的的转转角角应应大大小小相相等等，方方向向相相反反，以以实实现现车车门门的的起起闭闭满足预定运动的规律要求机构示例满足预定运动的规律要求机构示例对数计算机构对数计算机构近近似似再再现现函函数数 y=log x的的 平平 面面 四四 杆杆 机机 构构（2 2）满足预定的连杆位置要求）满足预定的连杆位置要求）满足预定的连杆位置要求）满足预定的连杆位置要求设设计计时时要要求求连连杆杆能能依依次次点点据据一一系系列列的的预定位置。预定位置。(又称为又称为导引机构的设计导引机构的设计)机机构构示示例例 飞飞机机起起落

5、落架架机机构构设设计计时时要要求求机机轮轮在在放放下下和和收收起起时时连连杆杆BC占占据据图图示示的的两两个个共共线线位位置。置。（3 3）满足预定的轨迹要求）满足预定的轨迹要求）满足预定的轨迹要求）满足预定的轨迹要求设计时要求在机构运动过程中，连杆上某点能实现预定的轨迹设计时要求在机构运动过程中，连杆上某点能实现预定的轨迹。(又称为又称为轨迹生成机构的设计轨迹生成机构的设计)机构示例机构示例鹤式起重机鹤式起重机机构示例机构示例搅拌机机构搅拌机机构3.3.设计方法设计方法:1 1）解析法）解析法 2 2）图解法）图解法 3 3）实验法）实验法二、用图解法设计四杆机构二、用图解法设计四杆机构 1

6、.按给定的行程速比系数按给定的行程速比系数K设计四杆机构设计四杆机构实现给定运动要求实现给定运动要求2.按连杆预定位置设计四杆机构按连杆预定位置设计四杆机构实现给定连杆位置（轨迹）要求实现给定连杆位置（轨迹）要求3.按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构实现给定连架杆位实现给定连架杆位置（轨迹）要求置（轨迹）要求 1.按给定的按给定的行程速比系数行程速比系数K设计四杆机构设计四杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构设计要求设计要求：已知摇杆的长度已知摇杆的长度CD、摆角摆角 及行程速比系数及行程速比系数K。设计过程：设计过程：1)计算极位夹角：计算极位夹角：2)选定机

7、构比例尺，作出极位图：选定机构比例尺，作出极位图：GF(除弧除弧除弧除弧FGFG以外以外以外以外)I IM N90-C1C2D P B1B2A3)联联C1C2，过过C2 作作C1M C1C2；另另过过C1作作 C2C1N=90-射射线线C1N，交交C1M于于P点；点；4)以以C1P 为为直直径径作作圆圆I I，则则该该圆圆上上任任一一点点均均可可作作为为A铰铰链链，有有无无穷穷多解多解。设曲柄长度为设曲柄长度为a，连杆长度为，连杆长度为b，则，则:C2B2 C1B1 I IGFC1C2D B1B2A错位不连续问题错位不连续问题A A铰铰链链不不能能选选定定在在铰铰链链不不能能选选定定在在FGF

8、G弧弧段段弧弧段段不连通域不连通域不连通域不连通域 90-P AE2aIIIIOaObI IC1C2D 欲得确定解，则需附加条件：欲得确定解，则需附加条件：(1)给定机架长度给定机架长度d；(2)给定曲柄长度给定曲柄长度a；(3)给定连杆长度给定连杆长度b(1)给定机架长度给定机架长度d的解：的解：(2)给定曲柄长度给定曲柄长度a的解：的解：作图步骤：作图步骤：证明：证明：(3)给定连杆长度给定连杆长度b的解：的解：I I 90-PIIIIIIE2b AC1C2D OaOb作图步骤：作图步骤：证明：证明：曲柄滑块机构曲柄滑块机构已知条件：已知条件：滑块行程滑块行程H、偏距偏距e和行程速比系数和

9、行程速比系数K设计过程：设计过程：I IM N90-P B1B2AC1C2有无穷多解有无穷多解设曲柄长度为设曲柄长度为a，连杆，连杆长度为长度为b，则，则:摆动导杆机构摆动导杆机构对对于于摆摆动动导导杆杆机机构构,由由于于其其导导杆杆的的摆摆角角 刚刚好好等等于于其其极极位位夹夹角角，因因此此，只只要要给给定定曲曲柄柄长长度度LAB(或或给给定定机架长度机架长度LAD)和和行程速比系数行程速比系数K就可以求得机构就可以求得机构。分析：分析：由由于于与与导导杆杆摆摆角角相相等等，设设计计此此机机构构时，仅需要确定曲柄时，仅需要确定曲柄 a。i.计计 算算 180(K-1)/(K+1)；ii.任选

10、任选D作作mDniii.取取A点，使得点，使得AD=d,则则:a=d sin(/2)已知：已知：机架长度机架长度d，K，设计此机构。设计此机构。=mndAD=BADB2.按按连杆连杆预定位置设计四杆机构预定位置设计四杆机构1)1)已知连杆上两活动铰链的中心已知连杆上两活动铰链的中心B、C位置（即已知位置（即已知LBC）2)已知机架上固定铰链的中心已知机架上固定铰链的中心A、D位置（即已知位置（即已知LAD）i.已知连杆在运动过程中的已知连杆在运动过程中的两个位置两个位置B1C1、B2C2，设计四杆机构设计四杆机构ii.已已知知连连杆杆上上在在运运动动过过程程中中的的三三个个位位置置B1C1、B

11、2C2、B3C3，设设计计四杆机构。四杆机构。i.已知连杆在运动过程中的已知连杆在运动过程中的两个位置两个位置E1F1、E2F2，设计四杆机构设计四杆机构ii.已已知知连连杆杆上上在在运运动动过过程程中中的的三三个个位位置置E1F1、E2F2、E3F3，设设计计四四杆机构杆机构1)1)已知连杆上两活动铰链的中心已知连杆上两活动铰链的中心B、C位置（即已知位置（即已知LBC）i.已知连杆在运动过程中的已知连杆在运动过程中的两个位置两个位置B1C1、B2C2，设计四杆机构设计四杆机构c12设计步骤：设计步骤：b12设计分析：设计分析：铰铰链链和和位位置置已已知知，固固定定铰铰链链和和未未知知。铰铰

12、链链和和轨轨迹迹为为圆圆弧弧，其其圆圆心心分分别别为为点点和和。和和分分别别在在B1B和和C1C的垂直平分线上。的垂直平分线上。DAB1C1C2B2a)联联B1B，作，作垂直平分线垂直平分线b12铰铰链链b)联联C1C，作，作垂直平分线垂直平分线c12铰铰 链链D有无穷多解有无穷多解c23b23ii.已知连杆上在运动过程中的已知连杆上在运动过程中的三个位置三个位置B1C1、B2C2、B3C3，设计四杆机构。设计四杆机构。b12c12AB1C1C2B2B3C3D唯一解唯一解2)已知机架上固定铰链的中心已知机架上固定铰链的中心A、D位置（即已知位置（即已知LAD）i.已知连杆在运动过程中的已知连杆

13、在运动过程中的两个位置两个位置E1F1、E2F2，设计四杆机构设计四杆机构ADE1F1E2F2设计方法设计方法采用采用转化机构法转化机构法(或或反转法反转法)转转转转化化化化机机机机构构构构法法法法或或或或反反反反转转转转法法法法根根据据机机构构的的倒倒置置理理论论，通通过过取取不不同同构构件件为为机机架架，将将活活动动铰铰链链位位置置的的求求解解转转化化为为固固定定铰铰链链的的求求解解设计四杆机构的方法。设计四杆机构的方法。C2B2B2C2 12 12AB1C1DAB1C1D 12 12ADv转化机构法转化机构法(或或反转法反转法)原理：原理：其其原原理理与与取取不不同同构构件件为为机机架架

14、的的演演化化方方法法（称称为为“机机构构倒倒置置”原原理理）完完全全相相同同，即即相相对对运运动动不不变变原原理理。当当给给整整个个机机构构加加一一个个共共同同的的运运动动时时，虽虽然然各各构构件件的的绝绝对对运运动动改改变变了了，但但是是各各构构件件之之间间的的相相对对运运动动并并不不发发生生变变化化，亦亦即即各各构构件件的的相相对对尺尺寸寸不不发生改变。发生改变。对对转转化化后后的的机机构构进进行行设设计计与与对对原原机机构构设设计计的的结结果果是是完完全全一一样样的的，这这样样就就可可以以将将活活动动铰铰链链位位置置的的求求解解问问题题转转化化为为固固定定铰铰链链的的求求解解问题。问题。

15、以以连连杆杆为为相相对对机机架架的的情情况况ADB2C2E E2 2F F2 2以连杆上任一线为相对机架的情况以连杆上任一线为相对机架的情况所所得得结结果果与与以以连连杆杆为为相相对对机机架架时时相相同同，故故设设计计时时可可以以连连杆杆上上任任意线为相对机架进行，结果相同意线为相对机架进行，结果相同。AB1C1DAD 12 12C1B1ADE1F1E2F2AD已知连杆在运动过程中的已知连杆在运动过程中的两个位置两个位置E1F1、E2F2，设计四杆机构，设计四杆机构转化机构法转化机构法(或或反转法反转法)的应用的应用有无穷多解有无穷多解ADE1F1ii.已知连杆上在运动过程中的已知连杆上在运动

16、过程中的三个位置三个位置E1F1、E2F2、E3F3，设计四杆机构设计四杆机构E2F2E3F3A2D2A3D3C1B1唯一解唯一解v反反转转法法或或转转化化机机构构法法的的具具体体作作图图方方法法为为了了不不改改变变反反转转前前后机构的相对运动，作图时后机构的相对运动，作图时将原机构每一位置的各构件之间的相对位置视为刚性体；将原机构每一位置的各构件之间的相对位置视为刚性体；用用作作全全等等四四边边形形或或全全等等三三角角形形的的方方法法，求求出出转转化化后后机机构构的的各构件的相对位置。各构件的相对位置。这一方法又称为这一方法又称为“刚化刚化反转法反转法”。反转作图法只限于求解反转作图法只限于

17、求解两位置两位置或或三位置三位置的设计问题的设计问题 3.按按两连架杆两连架杆预定的对应位置设计四杆机构预定的对应位置设计四杆机构设计方法设计方法采用采用转化机构法转化机构法(或或反转法反转法)B2C2AB1C1D 12 12以连架杆为相对机架以连架杆为相对机架1)按两连架杆两个对应按两连架杆两个对应位置设计四杆机构位置设计四杆机构2)按两连架杆三个对应按两连架杆三个对应位置设计四杆机构位置设计四杆机构设计问题：设计问题：12B2 A 1)按两按两连架杆两个连架杆两个对应位置设计四杆机构对应位置设计四杆机构已知：已知：机架长度机架长度 LAD=d 两连架杆对应转角两连架杆对应转角 12、12

18、。设计：设计：四杆机构四杆机构 12 ld 12 121221B1B2C1B2-12ADd有无穷多解有无穷多解2)按两按两连架杆三个连架杆三个对应位置设计四杆机构对应位置设计四杆机构C C1 1B3_B2B B1 1A AD DC C1 1C2C3请求出请求出B1讨论：讨论：1、哪个构件应成为相对机架？、哪个构件应成为相对机架？2、反转角为哪个？、反转角为哪个？_E3E2B B1 1A AD DB2B3E1已知：已知：机架长度机架长度LAD、一、一连架杆长度连架杆长度 LAB及其起始位置、及其起始位置、两连架两连架杆对应转角杆对应转角 12、12、13、13。设计四杆机构设计四杆机构v四杆机构及其特点四杆机构及其特点v平面四杆机构的类型平面四杆机构的类型v平面四杆机构的基本性质平面四杆机构的基本性质平面四杆机构有曲柄的条件平面四杆机构有曲柄的条件急回运动急回运动四杆机构传动角及压力角四杆机构传动角及压力角铰链四杆机构的运动连续性铰链四杆机构的运动连续性v平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 平面连杆机构设计的基本问题平面连杆机构设计的基本问题 设计方法：解析法、设计方法：解析法、图解法图解法、实验法、实验法基本型式基本型式演化型式演化型式小小结结重点