平面连杆机构及其设计74269(精品).ppt

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1、第十章第十章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计101 连杆机构及其传动特点连杆机构及其传动特点102 平面四杆机构的类型和应用平面四杆机构的类型和应用103 有关平面四杆机构的一些基本知识有关平面四杆机构的一些基本知识104 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计青岛科技大学专用 潘存云教授研制101 连杆机构及其传动特点连杆机构及其传动特点应用实例：应用实例：内内燃燃机机、鹤鹤式式吊吊、火火车车轮轮、急急回回冲冲床床、牛牛头头刨刨床床、翻翻箱箱机机、椭椭圆圆仪仪、机机械械手手爪爪、开开窗窗、车车门门、折折叠叠伞伞、床床、牙牙膏膏筒筒拔拔管管机、单车等机、单车等特征：特征：有一作平面运动

2、的构件，称为连杆。有一作平面运动的构件，称为连杆。特点：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。形状简单、易加工。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。构件呈构件呈“杆杆”状、传递路线长。状、传递路线长。青岛科技大学专用 潘存云教授研制缺点：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），不适合高速。产生动载荷（惯性力），不适合高速。难以实现精确的轨迹

3、。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四杆机构。本章重点内容是介绍四杆机构。青岛科技大学专用 潘存云教授研制102 平面四杆机构的类型和应用平面四杆机构的类型和应用1.平面四杆机构的基本型式平面四杆机构的基本型式基本型式基本型式铰链四杆机构铰链四杆机构，其它四杆机构都是由它演变得到的，其它四杆机构都是由它演变得到的名词解释：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

4、柄摇杆作用：作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。如雷达天线。将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。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青岛科技大学专用 潘存云教授研制（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：将等速回转转变为作用：将等速回转转变为等速等速或或变速变速回转。如回转。如惯性筛惯性筛

5、等。等。雷达天线俯仰机构雷达天线俯仰机构曲柄主动曲柄主动ABDC1243ABDC12432143缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构摇杆主动摇杆主动3124青岛科技大学专用 潘存云教授研制ABDC1234E6耕地耕地料斗料斗DCAB实例：实例：火车轮火车轮惯性筛机构惯性筛机构特例：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，连杆作平动两连架杆等长且平行，连杆作平动香皂成型机。香皂成型机。BC=ADABCD31BCABDC耕地耕地料斗料斗DCAB、摄影平台摄影平台ADBC、天平天平、播种机料斗机构播种机料斗机构青岛科技大学专用 潘存云教授研制为避免在共线位置出现运动不确定

6、，为避免在共线位置出现运动不确定，采用两组机构错开排列。采用两组机构错开排列。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AEDGBFCABEFDCG青岛科技大学专用 潘存云教授研制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：应用举例：铸造翻箱机构铸造翻箱机构特例：特例：等腰梯形机构汽车转向等腰梯形机构汽车转向机构机构、风扇摇头风扇摇头机构机构ABDCBCABDC风扇座风扇座蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆电机电机电机电机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ABDCEABDCE青岛科技大学专用 潘存云教授研制2

7、.2.平面四杆机构的演化型式平面四杆机构的演化型式(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ss=l sin 青岛科技大学专用 潘存云教授研制(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314A2BC314A2BC曲柄滑块机构曲柄滑块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青岛科技大学专用 潘存云教授研制小型刨床小型刨床牛头刨床牛头刨

8、床应用实例应用实例ABDCE123456ABDC1243C2C1青岛科技大学专用 潘存云教授研制(3)(3)选不同的构件为机架选不同的构件为机架摇块机构摇块机构314A2BC导杆机构导杆机构314A2BC314A2BC曲柄滑块机构曲柄滑块机构ACB1234应用实例应用实例B234C1A自卸卡车举升机构自卸卡车举升机构应用实例应用实例B34C1A2应用实例应用实例4A1B23C应用实例应用实例13C4AB2应用实例应用实例A1C234B青岛科技大学专用 潘存云教授研制(3)(3)选不同的构件为机架选不同的构件为机架摇块机构摇块机构314A2BC导杆机构导杆机构314A2BC314A2BC曲柄滑块

9、机构曲柄滑块机构314A2BC直动滑杆直动滑杆机构机构手摇唧筒手摇唧筒这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法称为：这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法称为：-机构的倒置机构的倒置BC3214AABC3214青岛科技大学专用 潘存云教授研制(4)(4)运动副元素的逆换运动副元素的逆换将将低低副副两两运运动动副副元元素素的的包包容容关关系系进进行行逆逆换换，不不影影响响两两构件之间的相对运动。构件之间的相对运动。椭圆仪机构椭圆仪机构例：选择双滑块机构中的不同构件例：选择双滑块机构中的不同构件 作为机架可得不同的机构作为机架可得不同的机构导杆机构导杆机构摇块机构摇块机构正弦机构

10、正弦机构3214123443213214青岛科技大学专用 潘存云教授研制103 有关平面四杆机构的一些基本知识有关平面四杆机构的一些基本知识1.1.平面平面四杆机构四杆机构有曲柄的条件有曲柄的条件设设adadad，同理有：同理有：da,db,dcabdcCBADB”C”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：a+db+cc(d-a)+b即即:a+bd+c即即:a+cd+bAB为最短杆为最短杆AD为最短杆为最短杆ad中必有一个是机架最长杆与最短杆的长度之和其他两杆长度之和cbd-a青岛科技大学专用 潘存云教授研制2.连架杆或机架之一为最短杆。连架杆或机

11、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，其其最最短短杆杆参参与与构构成成的的转转动动副都是周转副副都是周转副。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为周转副。为周转副。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也是周转副。也是周转副。ABCDabcd 称为称为杆长条件杆长条件。青岛科技大学专用 潘存云教授研制 当满足杆长条件时，说明存在周转副，当选择不同的当满足杆长条件时，说明存在周转副，当选择不同的构件作为机架时，可得不同的机构。如：构件作为

12、机架时，可得不同的机构。如：曲柄摇杆曲柄摇杆、双曲柄双曲柄、双摇杆机构双摇杆机构。青岛科技大学专用 潘存云教授研制ABCD2.2.急回运动和行程速比系数急回运动和行程速比系数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位置摆到位置摆到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3DB1C1AD此两处曲柄之间的夹角此两处曲柄之间的夹角 称为称为极位夹角极位夹角。C2

13、B2180180青岛科技大学专用 潘存云教授研制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，180-180-B1C1ADC2B2180180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：因曲柄转角不同，故摇杆来回因曲柄转角不同，故摇杆来回摆动的时间不一样，平均速度摆动的时间不一样，平均速度也不等。也不等。并且：并且：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：。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，

14、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。青岛科技大学专用 潘存云教授研制曲柄滑块机构曲柄滑块机构的急回特性的急回特性应用：应用：空行程节省运动时间，如空行程节省运动时间，如牛头刨牛头刨、往复式输送机等。、往复式输送机等。180180180-180-导杆机构导杆机构的急回特性的急回特性180180180-180-思考题：思考题：对心曲柄滑块机构的急回特性如何？对心曲柄滑块机构的急回特性如何？对于需要有急回运动的机构，常常是根据需要的行程速比系数K,先求出，然后在设计各构件的尺寸。青

15、岛科技大学专用 潘存云教授研制PPt PnABCDminmin出现的位置：出现的位置：3.四杆机构的压力角与传动角四杆机构的压力角与传动角切向分力切向分力:P Pt t=PcosPcos法向分力法向分力:P Pn n=PcosPcos P Pt t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,对传动有利对传动有利。为了保证机构良好的传力性能，设计时要求为了保证机构良好的传力性能，设计时要求:当当BCD90BCD90时，时，BCDBCD当当BCD90BCD90时，时，当当BCDBCD最最小小或或最最大大时时，都有可能出现都有可能出现minmin此位置一定是：此位置一定

16、是：=PsinPsin称称为为传动角传动角minmin5050 180-BCD180-BCDCDBAP主动件与机架共线两处之一。主动件与机架共线两处之一。青岛科技大学专用 潘存云教授研制由余弦定律有：由余弦定律有：B B1 1C C1 1D Darccosbarccosb2 2+c+c2 2-(d-a)-(d-a)2 2/2bc/2bc B B2 2C C2 2D Darccosbarccosb2 2+c+c2 2-(d+a)-(d+a)2 2/2bc/2bc若若B B1 1C C1 1D90,D90,则则若若B B2 2C C2 2D90,D90,则则1 1BB1 1C C1 1D D2 2

17、180-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最终一个从动件上度量。链最终一个从动件上度量。车门车门vC2B21 1C1B1abcdminminBB1 1C C1 1D,180-BD,180-B2 2C C2 2DDminmin2 2青岛科技大学专用 潘存云教授研制P4.四杆机构的死点四杆机构的死点摇杆为主动件，摇杆为主动件，且且连杆与连杆与曲柄两次共线曲柄两次共线时时，有：有：此时此时机构不能运动机构不能运动.避免措施：避免措施：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;P称此位置为：称此位置为：“死点死点”0 0靠靠飞轮的惯性

18、飞轮的惯性（如内然机、缝纫机等）。（如内然机、缝纫机等）。AEDGBFCABEFDCG青岛科技大学专用 潘存云教授研制ABCD1234P钻孔夹具钻孔夹具也可以利用死点进行工作也可以利用死点进行工作：起落架起落架、钻夹具钻夹具等等。工件工件ABCD1234工件工件P=0=0TABDC飞机起落架飞机起落架ABCDF=0=0青岛科技大学专用 潘存云教授研制5.铰链四杆机构的运动连续性铰链四杆机构的运动连续性指连杆机构能否连续实现给定的各个位置。指连杆机构能否连续实现给定的各个位置。可行域：可行域：摇杆的运动范围。摇杆的运动范围。不可行域：不可行域：摇杆不能达到的区域。摇杆不能达到的区域。设计时不能要

19、求从一个可行域跳过不可行域进入另一个可行域。设计时不能要求从一个可行域跳过不可行域进入另一个可行域。称此为称此为错位不连续错位不连续。错序不连续错序不连续设计连杆机构时，应满足运动连续性条件。设计连杆机构时，应满足运动连续性条件。DAB1C1B2C2B3C3DAB1C1B3C3B2C2CC1C2C1C2CADB青岛科技大学专用 潘存云教授研制104 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 1.连杆机构设计的基本问题连杆机构设计的基本问题2.用解析法设计四杆机构用解析法设计四杆机构3.用作图法设计四杆机构用作图法设计四杆机构3.2按两连架杆三组对应位置设计四杆机构按两连架杆三组对应位置设计四杆机构

20、3.1按预定连杆位置设计四杆机构按预定连杆位置设计四杆机构3.3按连杆上任意标志线的三组对应位置设计四杆机构按连杆上任意标志线的三组对应位置设计四杆机构3.4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青岛科技大学专用 潘存云教授研制104 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 1.连杆机构设计的基本问题连杆机构设计的基本问题 机构选型机构选型根据给定的运动要求选择机构的类型；根据给定的运动要求选择机构的类型；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(长度尺寸长度尺寸)。同时要满足其他辅助条件：同时要满足其他辅助条件：a)结构条件结构条件（如要求有曲柄、杆

21、长比恰当、运动副结构合理等）（如要求有曲柄、杆长比恰当、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。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，满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如牛头刨如牛头刨。2)满足预定的连杆位置要求，满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构如铸造翻箱机构。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。青岛科技大学专用 潘存云教授研制2.用作图法设计四杆机构用作图法设计四杆机构2.1按预定连杆位置设计四杆机构按预定连杆位置设计四杆机构a)给定

22、连杆两组位置给定连杆两组位置有唯一解。有唯一解。c)给定连杆四组位置给定连杆四组位置B1C1B2C2AD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置都都能能满满足设计要求。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唯一解，但设计复杂，不讨论。有唯一解，但设计复杂，不讨论。有无穷多组解。有无穷多组解。ADB1C1B2C2B3C3AD青岛科技大学专用 潘存云教授研制2.2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a)曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构计算计算180(K-1)/(K+1);180(K

23、-1)/(K+1);已知已知：CD杆长，摆角杆长，摆角及及K，设计设计此机构。步骤如下：此机构。步骤如下：任取一点任取一点D D，作等腰三角形腰长作等腰三角形腰长 为为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a a，连杆为连杆为b b，则，则A A C1=a+b,=a+b,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：a=EC1/2 b=A b=A C1EC1/290-PAEC1C2A A C2=b-a=b-a，故有：故有：a=(

24、A A C1A A C2)/2D C2C1P=90,交于交于P;P;青岛科技大学专用 潘存云教授研制22aC1C2e(3)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b)曲柄滑块机构曲柄滑块机构H90-oAE已已知知K K，滑滑块块行行程程H H，偏偏距距e e，设计此机构设计此机构 。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：a=EC2/

25、2 b=A b=A C2EC2/2作射线作射线C2O O使使C1C2 O=90。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。青岛科技大学专用 潘存云教授研制本章重点：本章重点：1.四杆机构的基本形式、演化及应用；四杆机构的基本形式、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：极极位夹角和行程速比系数等物理含义，并熟练掌握其确定方法；位夹角和行程速比系数等物理含义，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、行行程程速速比比系系数数设设计计四四杆杆机机构的原理与方法。构的原理与方法。青岛科技大学专用 潘存云教授研制