《平面连杆机构》PPT课件.pptx

《《平面连杆机构》PPT课件.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《平面连杆机构》PPT课件.pptx（41页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第三章第三章 平面连杆机构平面连杆机构平面连杆机构平面连杆机构 是许多是许多构件用低副（转动副和移动构件用低副（转动副和移动副）连接组成的平面机构，副）连接组成的平面机构，又称平面低副机构。又称平面低副机构。F=3F=3 3-2 3-2 4=14=1优点：优点：能够实现多种运动形式的转换，低副面接触，接触能够实现多种运动形式的转换，低副面接触，接触应力小，耐磨损，传递载荷大、应力小，耐磨损，传递载荷大、易润滑、制造成本低、制造易润滑、制造成本低、制造精度较高。精度较高。缺点缺点：低副中存在间隙，构件数目多、累计误差大、低副中存在间隙，构件数目多、累计误差大、难实现动平衡，易产生冲击、振动与噪声

2、，设计比较复难实现动平衡，易产生冲击、振动与噪声，设计比较复杂、不易精确地实现复杂的运动规律。杂、不易精确地实现复杂的运动规律。应用：应用：鉴于以上特点，平面连杆机构被广泛应用于轻工、鉴于以上特点，平面连杆机构被广泛应用于轻工、纺织、食品、包装、加工等国民经济部门，尤其适用于低纺织、食品、包装、加工等国民经济部门，尤其适用于低速重载场合，例如起重运输、冶金机械等。速重载场合，例如起重运输、冶金机械等。最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的，称最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的，称为平面四杆机构。它的应用非常广泛，是组成多杆机为平面四杆机构。它的应用非常广泛，是组成多杆机构的基础，因此本章着

3、重介绍平面四杆机构的基本类构的基础，因此本章着重介绍平面四杆机构的基本类型、特性、演化及其常用的设计方法。型、特性、演化及其常用的设计方法。本章内容与基本要求本章内容与基本要求基本要求基本要求1.了解平面连杆机构的应用；了解平面连杆机构的应用；2.重点重点掌握铰链四杆机构的基本形式，急回运动、死点掌握铰链四杆机构的基本形式，急回运动、死点位置、压力角和传动角特性；位置、压力角和传动角特性；3.掌握曲柄存在的条件和铰链四杆机构的演化；掌握曲柄存在的条件和铰链四杆机构的演化；4.了解平面四杆机构的设计。了解平面四杆机构的设计。铰链四杆机构的基本型式和特性铰链四杆机构的基本型式和特性铰链四杆机构有整

4、转副的条件铰链四杆机构有整转副的条件铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计平面四杆机构平面四杆机构概念概念1.1.平面铰链四杆结构：平面铰链四杆结构：全部用转动副相连的平面四杆机构称为平面铰全部用转动副相连的平面四杆机构称为平面铰链四杆机构，简称铰链四杆机构。链四杆机构，简称铰链四杆机构。2.2.机架：机架：机构的固定构件。机构的固定构件。3.3.连杆：连杆：不与机架直接联接的杆。不与机架直接联接的杆。4.4.连架杆：连架杆：与机架用转动副相连接的杆。与机架用转动副相连接的杆。5.5.曲柄：曲柄：可以绕转动副中心作整周转动的连架杆。可以绕转动副中心作整周转动的

5、连架杆。6.6.摇杆：摇杆：不可以绕转动副中心作整周转动的连架杆。不可以绕转动副中心作整周转动的连架杆。铰链四杆机构的基本型式和特性铰链四杆机构的基本型式和特性BC曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双曲柄机构双摇杆机构双摇杆机构铰链四杆机构的基本型式和特性铰链四杆机构的基本型式和特性BC铰链四杆机构的基本型式和特性铰链四杆机构的基本型式和特性概念概念曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构两个连架杆，一个为曲两个连架杆，一个为曲柄，一个为摇杆的铰链四杆柄，一个为摇杆的铰链四杆机构。机构。曲柄摇杆机构特性曲柄摇杆机构特性v急回运动急回运动v死点位置死点位置v压力角和传动角压力角和传动角铰链四杆机构的基本型式和特

6、性铰链四杆机构的基本型式和特性 1 1 2 2 t t1 1tt2 2 急回特性可用急回特性可用行程速度变化系数（或行程速度变化系数（或行程速比系数）行程速比系数）K K表示，表示，即即曲柄摇杆机构特性曲柄摇杆机构特性急回运动急回运动摇杆在两极限位置间的夹角摇杆在两极限位置间的夹角 称为摇杆的称为摇杆的摆角摆角。摇杆处于极限位置时，对应的曲柄夹角摇杆处于极限位置时，对应的曲柄夹角 称为称为极位极位夹角夹角。设计新机械时，总设计新机械时，总是根据该机械的急回要是根据该机械的急回要求先给出求先给出K值，然后根值，然后根据公式算出据公式算出，再确定，再确定各构件尺寸。各构件尺寸。BC12曲柄摇杆机构

7、特性曲柄摇杆机构特性死点位置死点位置 当当摇摇杆杆为为原原动动件件,摇摇杆杆摆摆到到极极限限位位置置时时，机机构构的的连连杆杆与与曲曲柄柄共共线线，这这时时，无无论论驱驱动动力力多多大大都都不不能能驱驱使使机机构构运运动动，这这个个位置称为机构的位置称为机构的死点位置死点位置。B1C1B2ADC2F1F2VB2VB1死点位置危害死点位置危害 死点位置会使机构从动件出现卡死或运动不确定的情况。死点位置会使机构从动件出现卡死或运动不确定的情况。曲柄摇杆机构特性曲柄摇杆机构特性死点位置死点位置改进措施改进措施可以通过对从动曲柄施加可以通过对从动曲柄施加力；或者利用飞轮及构件自身力；或者利用飞轮及构件

8、自身的惯性作用，使机构通过死点的惯性作用，使机构通过死点位置；采用机构错位排列方式，位置；采用机构错位排列方式，使各机构的死点位置错开。使各机构的死点位置错开。ABCEDFF死点位置的作用死点位置的作用 尽管死点位置对转动虽然不利，但尽管死点位置对转动虽然不利，但是对某些夹紧装置却可以用来是对某些夹紧装置却可以用来防松防松。曲柄摇杆机构特性曲柄摇杆机构特性死点位置死点位置压力角压力角作用在从动件之上的驱动力作用在从动件之上的驱动力F F与该力作用点绝对速度与该力作用点绝对速度V Vc c之间所夹的锐角之间所夹的锐角 称为压力角。称为压力角。传动角传动角通常把压力角的余角通常把压力角的余角（即连

9、杆和从动摇杆之间所夹（即连杆和从动摇杆之间所夹的锐角）称为传动角。的锐角）称为传动角。曲柄摇杆机构特性曲柄摇杆机构特性压力角和传动角压力角和传动角曲柄摇杆机构特性曲柄摇杆机构特性压力角和传动角压力角和传动角概念概念 两连架杆均为曲柄的铰链两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构四杆机构称为双曲柄机构双曲柄机构双曲柄机构 双曲柄机构中，用的最多的是平行四边形机构，或称平行双曲柄机构。该机构存在运动不确定状态。双曲柄机构双曲柄机构概念概念 两连架杆均为摇两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构为双摇杆机构双摇杆机构双摇杆机构整转副整转副 两构件能相对转动两构件能相对转动3

10、603600 0的转动副称为整转副，的转动副称为整转副，具有整转副的铰链四杆机构才可能存在曲柄。具有整转副的铰链四杆机构才可能存在曲柄。铰链四杆机构有整转副的条件铰链四杆机构有整转副的条件为了实现曲柄为了实现曲柄1整周回转，整周回转，AB杆必须顺利通过与连杆共线的杆必须顺利通过与连杆共线的两个位置两个位置AB和和AB。003600=003600 3600 3600A、B是整转副，是整转副，C、D不是整不是整转副。转副。曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构当杆当杆1 1处于处于ABAB 位置时：位置时：l4(l2-l1)+l3l3(l2-l1)+l4即l1l4l2+l3 (1)l1l3 l2+l4 (2)当

11、杆当杆1 1处于处于ABAB 位置时：位置时：l1l2 l3+l4 (3)由由(1)(1)、(2)(2)、(3)(3)得得l l1 1 l l2 2；l l1 1 l l3 3;l;l1 1 l l4 4铰链四杆机构有整转副的条件铰链四杆机构有整转副的条件结论结论(1)铰链四杆机构有整转副的条件是：最铰链四杆机构有整转副的条件是：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和；度之和；(2)整转副是由最短杆与其临边组成的。整转副是由最短杆与其临边组成的。曲柄是连架杆，曲柄是连架杆，整转副处于机架上才能形成曲柄整转副处于机架上才能形成曲柄。因。因此，具有

12、整转副的铰链四杆机构是否存在曲柄，还应该此，具有整转副的铰链四杆机构是否存在曲柄，还应该根根据选择何杆为机架来判断据选择何杆为机架来判断。1.1.取最短杆为机架时，机架上有两个整转副，故得双曲柄机取最短杆为机架时，机架上有两个整转副，故得双曲柄机构。构。2.2.取最短杆的临边为机架时，机架上只有一个整转副，故得取最短杆的临边为机架时，机架上只有一个整转副，故得曲柄摇杆机构。曲柄摇杆机构。3.3.取最短杆的对边为机架时，机架上没有整转副，故得双摇取最短杆的对边为机架时，机架上没有整转副，故得双摇杆机构。这种具有整转副而没有曲柄的铰链四杆机构常用杆机构。这种具有整转副而没有曲柄的铰链四杆机构常用作

13、电风扇的摇头机构。作电风扇的摇头机构。如果铰链四杆机构中的最短杆与最长杆长度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，则该机构中不存在整转副，之和大于其余两杆长度之和，则该机构中不存在整转副，无论取哪个机架都只能得到双摇杆机构。无论取哪个机架都只能得到双摇杆机构。铰链四杆机构有整转副的条件铰链四杆机构有整转副的条件 通过用移动副取代转动副、变更杆件长度、变更机架和扩大转动副等途径，还可以得到铰链四杆机构的其他演化型式。v曲柄滑块机构v导杆机构v摇块机构和定块机构v双滑块机构v偏心轮机构铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化图图C)C)表示为对心曲柄滑块机构；表示为对心曲柄滑

14、块机构；图图(D)(D)表示为偏置曲柄滑块机构，表示为偏置曲柄滑块机构，可实现急回运动。可实现急回运动。曲柄滑块机构曲柄滑块机构广泛应用于活塞式内燃机、广泛应用于活塞式内燃机、空气压缩机、冲床等机械中。空气压缩机、冲床等机械中。动画展示动画展示曲柄滑块曲柄滑块导杆机构导杆机构摆动导杆机构摆动导杆机构当L1l2时，杆4只能往复摆动，称为曲柄摆动导杆或摆动导杆机构。导杆机构导杆机构导杆机构导杆机构由图可见，导杆的传动由图可见，导杆的传动角始终等于角始终等于900，具有很好的，具有很好的传力性能，故常用于传力性能，故常用于牛头刨牛头刨床床、插床和插床和回转式油泵回转式油泵之中。之中。摆动导杆机构摆动

15、导杆机构 如图如图C)C)所示，取杆所示，取杆2 2为为固定构件，原曲柄滑块机固定构件，原曲柄滑块机构演化为摆动滑块机构或构演化为摆动滑块机构或称摇块机构。称摇块机构。摇块机构摇块机构和定块机构和定块机构该机构广泛应用于摆缸式该机构广泛应用于摆缸式内燃机和内燃机和液压驱动装置液压驱动装置中中 图图D)示，杆示，杆3为固定件，称为固定滑为固定件，称为固定滑块机构，或称定块机构。常用于块机构，或称定块机构。常用于抽水唧筒抽水唧筒和抽油泵中和抽油泵中。双滑块机构双滑块机构概念概念具有两个具有两个移动副的四杆机移动副的四杆机构称为双滑块机构称为双滑块机构。构。正切机构正切机构正弦机构正弦机构滑块联轴器

16、滑块联轴器滑块联轴器滑块联轴器椭圆仪偏心轮机构偏心轮机构当曲柄长度很小时，当曲柄长度很小时，通常都把曲柄做成偏心轮，通常都把曲柄做成偏心轮，这样不仅增大了轴颈的尺这样不仅增大了轴颈的尺寸，提高偏心轴的强度和寸，提高偏心轴的强度和刚度，而且当轴颈位于中刚度，而且当轴颈位于中部时，还可以安装整体式部时，还可以安装整体式连杆，使结构简化。因此，连杆，使结构简化。因此，偏心轮广泛应用于传力较偏心轮广泛应用于传力较大的剪床、冲床、颚式破大的剪床、冲床、颚式破碎机、内燃机等机械中。碎机、内燃机等机械中。铰链四杆机构的其他演化机构铰链四杆机构的其他演化机构除上述外，生产中常见的某些多杆机构，也可以看成除上述

17、外，生产中常见的某些多杆机构，也可以看成是是由若干个四杆机构组合扩展形成的由若干个四杆机构组合扩展形成的。双摇杆机构和摇杆滑块机构手动冲床筛料机构双曲柄机构和曲柄滑块机构按照给定的行程速度变化系数设计四杆机构按照给定的行程速度变化系数设计四杆机构按给定的连杆位置设计四杆机构按给定的连杆位置设计四杆机构按照给定两连架杆对应位置设计四杆机构按照给定两连架杆对应位置设计四杆机构按照给定点的运动轨迹设计四杆机构按照给定点的运动轨迹设计四杆机构平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计按行程速度变化系数设计四杆机构按行程速度变化系数设计四杆机构在设计具有急回运动特在设计具有急回运动特性的四杆机构时，通常按实性

18、的四杆机构时，通常按实际需要先给定行程速度变化际需要先给定行程速度变化系数系数K的数值，然后根据机的数值，然后根据机构在极限位置的几何关系，构在极限位置的几何关系，结合有关辅助条件来确定机结合有关辅助条件来确定机构运动简图的尺寸参数。构运动简图的尺寸参数。1.由给定的由给定的K求出求出，2.任选固定铰链中心任选固定铰链中心D的位置，由摇杆长的位置，由摇杆长度度l3和摆角和摆角，作出摇杆两个极限位置，作出摇杆两个极限位置C1D和和C2D3.连接连接C1和和 C2,并作并作C1M垂直于垂直于C1C24.作作 C1C2N=900-，C2N与与C1M交于交于P点点5.作作 PC1C2的外接圆，在此圆周

19、上任取的外接圆，在此圆周上任取一点一点A作为曲柄的固定铰链中心。连作为曲柄的固定铰链中心。连AC1和和AC2，因为同一圆弧的圆周角相，因为同一圆弧的圆周角相等，所以等，所以 C1AC2=C1PC2=.6.通过几何关系，得到通过几何关系，得到:AB1=AB2=l1；B1C1=B2C2=l2及及AD=l4（一）曲柄摇杆机构设计（一）曲柄摇杆机构设计按按K值设计曲柄摇杆机构值设计曲柄摇杆机构已知摇杆长度已知摇杆长度l3，摆角，摆角 和和K（二）导杆机构设计（二）导杆机构设计按按K值设计值设计导杆机构导杆机构已知机架长度已知机架长度l4，行程速变化比系数，行程速变化比系数K1.由由K，按照，按照 求解

20、求解。2.任任选选固固定定铰铰链链中中心心C，以以夹夹角角 作作出出导导杆杆两极限位置两极限位置Cm和和Cn夹角夹角.3.过过摆摆角角 的的平平分分线线AC，并并在在线线上上取取AC=l4，得固定铰链中心，得固定铰链中心A位置。位置。4.过过点点A作作导导杆杆极极限限位位置置得得垂垂线线AB1(或或AB2)，即得曲柄长度，即得曲柄长度l1=AB1。按给定的按给定的连杆位置连杆位置设计四杆机构设计四杆机构已知条件已知条件已知连杆长度已知连杆长度l3及其两个位置及其两个位置B1C1和和B2C2。1.绘出连杆绘出连杆3的两个位置的两个位置B1C1和和B2C2。2.分别连接分别连接B1和和B2，C1和

21、和C2，并，并作作B1B2、C1C2的垂直平分线的垂直平分线b12、c12。3.由于由于A和和D两点可在两点可在b12和和c12，所以存在无穷多解。所以存在无穷多解。造型机翻转机构造型机翻转机构造型机翻转机构造型机翻转机构造型机翻转机构造型机翻转机构造型机翻转机构造型机翻转机构已知条件已知条件已知连杆长度已知连杆长度l3及其三个位置及其三个位置B1C1、B2C2和和B3C3。通过作图的方法得到唯一解，求固定铰链中心出通过作图的方法得到唯一解，求固定铰链中心出A、D。按照给定两连架杆对应位置设计四杆机构按照给定两连架杆对应位置设计四杆机构已知连架杆AB和CD的三对对应位置1、1；2、2；3、3，

22、要求确定各杆长度。解解因各杆的长度按同一比例增减时，各杆转角之间的关系不变，因此只需求各杆的相对长度，假设l1=1。则：(1)消去得：为了简化上式，定义：已知、若给定连架杆的位置超过若给定连架杆的位置超过三对，则无精确解，只能用优三对，则无精确解，只能用优化或试凑的方法求其近似解。化或试凑的方法求其近似解。如图所示,取一点作为连架杆1的转动中心A，并任选AB1作为连架杆1的长度l1，根据给定的 做出AB2、AB3、AB4和AB5。选取连杆2 的适当长度l2，以B1、B2、B3、B4和B5 各点为圆心，l2 为半径，作圆弧K1、K2、K3、K4 和K5。在透明纸上选取一点作为连架杆3 的转动中心

23、D，并任选Dd1作为连架杆3的第一位置，根据 做出Dd2、Dd3、Dd4和Dd5。将透明纸覆盖图上，进行试凑。使圆弧K1、K2、K3、K4和K5分别与连架杆3的对应位置Dd1、Dd2、Dd3、Dd4和Dd5的交点C1、C2、C3、C4、C5，均落在以D为圆心的同一圆弧上，则图形AB1C1D即为所要求的四杆机构。按照给定点的运动轨迹设计四杆机构按照给定点的运动轨迹设计四杆机构传送机构传送机构四杆机构运动时，其连杆作复杂运动，连杆上每一点都描出一条封四杆机构运动时，其连杆作复杂运动，连杆上每一点都描出一条封闭曲线闭曲线连杆曲线连杆曲线连杆曲线连杆曲线。连杆曲线的形状随点在连杆上的位置和各杆的相对尺

24、寸的不同而变化。连杆曲线的形状随点在连杆上的位置和各杆的相对尺寸的不同而变化。连杆曲线形状的多样性使它有可能用于描绘复杂的轨迹。连杆曲线形状的多样性使它有可能用于描绘复杂的轨迹。1.1.连杆曲线连杆曲线连杆曲线连杆曲线2.运用连杆曲线图谱设计四杆机构运用连杆曲线图谱设计四杆机构平面连杆曲线是高阶曲线，平面连杆曲线是高阶曲线，所以设计四杆机构使其连杆所以设计四杆机构使其连杆上某点实现给定的任意轨迹上某点实现给定的任意轨迹是十分复杂的。为了便于设是十分复杂的。为了便于设计，工程上常常利用事先编计，工程上常常利用事先编就的就的连杆曲线图谱连杆曲线图谱连杆曲线图谱连杆曲线图谱。从图谱。从图谱中找出所需

25、的曲线，便可直中找出所需的曲线，便可直接查出该四杆机构的各尺寸接查出该四杆机构的各尺寸参数。这种方法称为参数。这种方法称为图谱法图谱法图谱法图谱法。从图谱中查出形状与要求实从图谱中查出形状与要求实现的轨迹相似的连杆曲线；现的轨迹相似的连杆曲线；按照图上文字说明得出所求按照图上文字说明得出所求四杆机构各杆长度的比值；四杆机构各杆长度的比值；根据连杆曲线上的小圆圈与根据连杆曲线上的小圆圈与铰链铰链B、C的相对位置，即可确的相对位置，即可确定描绘轨迹之点在连杆上的位定描绘轨迹之点在连杆上的位置；置；用缩放仪求出图谱中的连杆用缩放仪求出图谱中的连杆曲线和所要求的轨迹之间相差曲线和所要求的轨迹之间相差的

26、倍数，并由此确定所求四杆的倍数，并由此确定所求四杆机构各杆的真实尺寸。机构各杆的真实尺寸。1.1.已知某曲柄摇杆机构的曲柄匀速转动，极位夹角已知某曲柄摇杆机构的曲柄匀速转动，极位夹角 为为30300 0，摇杆，摇杆工作行程需时工作行程需时7s7s，试问：，试问：(1)1)摇杆空回程需时几秒？摇杆空回程需时几秒？(2)(2)曲柄每曲柄每分钟转数是多少？分钟转数是多少？2.2.设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度l l3 3=100mm=100mm，摆角，摆角 30300 0，摇杆的行程速度变化系数。，摇杆的行程速度变化系数。(1)(1)用图解法确定其余三杆的尺寸；用图

27、解法确定其余三杆的尺寸；(2)(2)确定机构最小传动角确定机构最小传动角 minmin(若若 minmin 35 350 0，则应另选铰链，则应另选铰链A A的位的位置，重新设计）。置，重新设计）。3.3.设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度l l3 3=80mm=80mm，摆角，摆角 =40=400 0，摇杆的行程速度变化系数，摇杆的行程速度变化系数K=1K=1，且要求摇杆，且要求摇杆CDCD的一个极的一个极限位置与机架的夹角限位置与机架的夹角 CDA=90CDA=900 0，试用图解法确定其余三杆，试用图解法确定其余三杆的长度。的长度。习题习题4.4.设计一铰链

28、四杆机构。已知其两连架杆的四组对应设计一铰链四杆机构。已知其两连架杆的四组对应位置间的夹角为位置间的夹角为 1212=2323=3434=30=300 0，1212=15=150 0，2323=20=200 0，3434=15=150 0,试用实验法求出各杆的长度，试用实验法求出各杆的长度，并绘出机构简图。并绘出机构简图。习题习题5.5.已知某操纵装置采用铰链四杆机构。要求两连架杆已知某操纵装置采用铰链四杆机构。要求两连架杆的对应位置如图所示，的对应位置如图所示，1 1=45=450 0，1 1=52=520 0；2 2=90=900 0，2 2=82=820 0；3 3=135=1350 0，3 3=112=1120 01010,机机架长度架长度l lADAD=50mm=50mm试用解析法求出各杆的长度。试用解析法求出各杆的长度。习题习题