机械设计基础第2章平面连杆机构.ppt
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1、第第2章章 平面连杆机构平面连杆机构21 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22 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23 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化24 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计应用实例:应用实例:内内燃燃机机、鹤鹤式式吊吊、火火车车轮轮、手手动动冲冲床床、牛牛头头刨刨床床、椭椭圆圆仪仪、机机械械手手爪爪、开开窗窗户户支支撑撑、公公共共汽汽车车开开关关门门、折折叠叠伞伞、折叠床、折叠床、牙膏筒拔管机、单车制动操作机构等。牙膏筒拔管机、单车制动操作机构等。特征:特征:有一作平面运动的构件,称为连杆。有一作平面运动的构件,称为连杆。特点
2、:特点:采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损 形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。改变杆的相对长度,从动件运动规律不同。改变杆的相对长度,从动件运动规律不同。连杆曲线丰富。可满足不同要求。连杆曲线丰富。可满足不同要求。定义:定义:由低副(转动、移动)连接组成的平面机构。由低副(转动、移动)连接组成的平面机构。21 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缺点:缺点:构件和运动副多,累积误差大、运动精度低、效率低构件和运动副多,累积误差大、运动精度低、效率低。产生动载荷(惯性力),
3、不适合高速。产生动载荷(惯性力),不适合高速。设计复杂,难以实现精确的轨迹。设计复杂,难以实现精确的轨迹。分类分类:平面连杆机构平面连杆机构空间连杆机构空间连杆机构常以构件数命名:常以构件数命名:四杆机构四杆机构、多杆机构多杆机构。本章重点内容是介绍本章重点内容是介绍四杆机构。四杆机构。平面四杆机构的基本型式平面四杆机构的基本型式:基基本本型型式式铰铰链链四四杆杆机机构构,其其它它四四杆杆机机构构都都是是由由它它演演变得到的。变得到的。名词解释:名词解释:曲柄曲柄作整周定轴回转的构件;作整周定轴回转的构件;三种基本型式:三种基本型式:(1 1)曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构特征:特征:曲柄摇杆曲柄摇
4、杆作用:作用:将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。如雷达天线。如雷达天线。连杆连杆作平面运动的构件;作平面运动的构件;连架杆连架杆与机架相联的构件;与机架相联的构件;摇杆摇杆作定轴摆动的构件;作定轴摆动的构件;周转副周转副能作能作360 360 相对回转的运动副;相对回转的运动副;摆转副摆转副只只能作有限角度摆动的运动副。能作有限角度摆动的运动副。曲柄曲柄连杆连杆摇杆摇杆设计:潘存云设计:潘存云ABC1243DABDC1243(2 2)双曲柄机构双曲柄机构特征特征:两个曲柄:两个曲柄作用:作用:将等速回转转变为将等速回转转变为等速等速或或变速变速回转。回
5、转。雷达天线俯仰机构雷达天线俯仰机构曲柄主动曲柄主动缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构应用实例:应用实例:如如叶片泵、惯性筛叶片泵、惯性筛等。等。2143摇杆主动摇杆主动3124设计:潘存云设计:潘存云A AD DC CB B1 12 23 34 4旋转式叶片泵旋转式叶片泵A AD DC CB B1 12 23 3ABDC1234E6惯性筛机构惯性筛机构31设计:潘存云设计:潘存云设计:潘存云设计:潘存云ABCD耕地耕地料斗料斗DCAB耕地耕地料斗料斗DCAB实例:实例:火车轮火车轮特例:特例:平行四边形机构平行四边形机构AB=CD特征:特征:两连架杆等长且平行,两连架杆等长且平行,连杆作平动连杆作
6、平动BC=ADABDC摄影平台摄影平台ADBCBC天平天平播种机料斗机构播种机料斗机构设计:潘存云设计:潘存云设计:潘存云设计:潘存云反平行四边形机构反平行四边形机构-车门开闭机构车门开闭机构反向反向FAEDGBCABEFDCG平平行行四四边边形形机机构构在在共共线线位位置置出出现现运运动不确定。动不确定。采用两组机构错开排列。采用两组机构错开排列。设计:潘存云设计:潘存云设计:潘存云ABDCE(3 3)双摇杆机构双摇杆机构特征:特征:两个摇杆两个摇杆应用举例:铸造翻箱机构应用举例:铸造翻箱机构特例:特例:等腰梯形机构汽车转向机构等腰梯形机构汽车转向机构、风扇摇头机构、风扇摇头机构BCABDC
7、风扇座风扇座蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆电机电机ABDCEABDCE电机电机ABDC风扇座风扇座蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆电机电机ABDC风扇座风扇座蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆ABDC设计:潘存云ABCDB1C1AD1.1.急回运动急回运动在在曲曲柄柄摇摇杆杆机机构构中中,当当曲曲柄柄与与连连杆杆两两次次共共线线时时,摇摇杆杆位于两个极限位置,简称极位。位于两个极限位置,简称极位。当曲柄以当曲柄以逆时针转过逆时针转过180+180+时,摇杆从时,摇杆从C1D位置位置摆到摆到C2D。所花时间为所花时间为t1,平均速度为平均速度为V1,那么有:那么有:曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 3D此两处曲柄之间的夹角此两处曲柄之间的夹角 称为称
8、为极位夹角极位夹角。180180C2B2设计:潘存云B1C1ADC2当曲柄以当曲柄以继续转过继续转过180-180-时,摇杆从时,摇杆从C2D,置摆到置摆到C1D,所花时间为所花时间为t2,平均速度为平均速度为V2,那么有:那么有:180-180-因曲柄转角不同,故摇杆来回摆动的时间不一样,平均速度也不等。显然:显然:t t1 1 tt2 2 V V2 2 V V1 1摇杆的这种特性称为摇杆的这种特性称为急回运动急回运动。用以下比值表示急回程度称称K为为行程速比系数行程速比系数。且且越大,越大,K值越大,急回性质越明显。值越大,急回性质越明显。只要只要 0,就有就有 KK1所以可通过分析机构中
9、是否存在以及的大小来判断机构是否有急回运动或运动的程度。设计新机械时,往往先给定设计新机械时,往往先给定K值,于是值,于是:设计:潘存云FF F”当当BCD90BCD90时,时,BCDBCD2.压力角和传动角压力角和传动角压力角压力角:从动件驱动力从动件驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹锐角。与力作用点绝对速度之间所夹锐角。ABCD设计时要求设计时要求:minmin5050minmin出现的位置:出现的位置:当当BCD90BCD90时,时,180-BCD180-BCD切向分力切向分力:F=FcosF=Fcos法向分力法向分力:F”=FcosF”=Fcos FF 对传动有利对传动有利。=Fsin
10、=Fsin称称为为传动角传动角。此位置一定是:此位置一定是:主动件与机架共线两处之一。主动件与机架共线两处之一。CDBAF可用可用的大小来表示机构传动力性能的好坏的大小来表示机构传动力性能的好坏,F”F当当BCDBCD最小或最大时,都有可能出现最小或最大时,都有可能出现minmin为了保证机构良好的传力性能设计:潘存云C1B1l1l2l3l4DA由余弦定律有:由余弦定律有:B B1 1C C1 1D Darccosarccosl42 2+l32 2-(-(l4-l1)2 2/2/2l2 l3 BB2 2C C2 2D Darccosarccosl42 2+l32 2-(-(l4-l1)2 2/
11、2/2l2 l3若若BB1 1C C1 1D90D90,则则若若BB2 2C C2 2D90D90,则则1 1BB1 1C C1 1D D2 2180-B180-B2 2C C2 2D D机机构构的的传传动动角角一一般般在在运运动动链链最终一个从动件上度量。最终一个从动件上度量。v1 1minminBB1 1C C1 1D,180-BD,180-B2 2C C2 2DDminmin2 2F F车门车门C2B2设计:潘存云设计:潘存云F3.机构的死点位置机构的死点位置摇杆为主动件,且连杆摇杆为主动件,且连杆与曲柄两次共线时,有:与曲柄两次共线时,有:此时此时机构不能运动机构不能运动.避免措施:避
12、免措施:两组机构错开排列,如两组机构错开排列,如火车轮机构火车轮机构;称此位置为:称此位置为:“死点死点”0 0靠靠飞轮的惯性飞轮的惯性(如内燃机、缝纫机等)。(如内燃机、缝纫机等)。FAEDGBCABEFDCG0 0F0 0设计:潘存云设计:潘存云工件工件ABCD1234PABCD1234工件工件P钻孔夹具钻孔夹具=0=0TABDC飞机起落架飞机起落架ABCD=0=0F也可以利用死点进行工作也可以利用死点进行工作:飞机起落架、钻夹具起落架、钻夹具等。等。设计:潘存云l1l2l4l3CBAD平面平面四杆机构四杆机构具有具有整转副整转副可能存在可能存在曲柄。曲柄。杆杆1 1为曲柄,作整周回转,必
13、有两次与机架共线为曲柄,作整周回转,必有两次与机架共线l2(l4 l1)+l3则由则由BCD可得:可得:三角形任意两边之和大于第三边则由则由B”C”D可得:可得:l1+l4 l2+l3l3(l4 l1)+l2AB为最短杆为最短杆最长杆与最短杆的长度之和其他两杆长度之和22 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 l1+l2 l3+l4C”l1l2l4l3ADl4-l1将以上三式两两相加得:将以上三式两两相加得:l1 l2,l1 l3,l1 l4 l1+l3 l2+l4设计:潘存云2.连架杆或机架之一为最短杆。连架杆或机架之一为最短杆。可可知知:当当满满足足杆杆长长条条件件时时,其
14、其最最短短杆杆参参与与构构成成的的转转动动副都是整转副。副都是整转副。曲柄存在的条件:曲柄存在的条件:1.最长杆与最短杆的长度之和应最长杆与最短杆的长度之和应其他两杆长度之和其他两杆长度之和此时,铰链此时,铰链A为整转副。为整转副。若取若取BC为机架,则结论相同,可知铰链为机架,则结论相同,可知铰链B也是整转副。也是整转副。称为称为杆长条件杆长条件。ABCDl1l2l3l4作者:潘存云教授当当满满足足杆杆长长条条件件时时,说说明明存存在在整整转转副副,当当选选择择不不同同的的构构件作为机架时,可得不同的机构。如:件作为机架时,可得不同的机构。如:曲柄摇杆曲柄摇杆1 1、曲柄摇杆曲柄摇杆2 2、
15、双曲柄双曲柄、双摇杆机构双摇杆机构。设计:潘存云设计:潘存云设计:潘存云设计:潘存云设计:潘存云设计:潘存云(1)(1)改变构件的形状和运动尺寸改变构件的形状和运动尺寸23 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化偏心曲柄滑块机构偏心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构双滑块机构双滑块机构 正弦机构正弦机构s=l sin l设计:潘存云(2)(2)改变运动副的尺寸改变运动副的尺寸(3)(3)选不同的构件为机架选不同的构件为机架偏心轮机构偏心轮机构导杆机构导杆机构摆动导杆机构摆动导杆机构转动导杆机构转动导杆机构314A2BC曲柄滑块机构曲柄滑块
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- 机械设计 基础 平面 连杆机构
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