天津大学机械原理与机械设计主编张策连杆机构.pptx
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1、第六章第六章 连连 杆杆 机机 构构61 平面连杆机构的类型、特点和应用平面连杆机构的类型、特点和应用62 平面连杆机构的运动和动力特性平面连杆机构的运动和动力特性63 平面连杆机构的综合概述和刚体位移矩阵平面连杆机构的综合概述和刚体位移矩阵64 平面刚体导引机构的综合平面刚体导引机构的综合65 平面函数生成机构的综合平面函数生成机构的综合66 平面轨迹生成机构的综合平面轨迹生成机构的综合67 按行程速比系数综合平面连杆机构按行程速比系数综合平面连杆机构第1页/共54页应用:特征:有一作平面运动的构件,称为连杆。定义:由低副连接刚性构件组成的机构。第一节 平面连杆机构的类型、特点和应用内燃机、
2、牛头刨床、机械手爪、开窗户支撑、公共汽车开关门、折叠伞、折叠椅等。分类:平面连杆机构空间连杆机构平面连杆机构常以构件数命名:四杆机构、五杆机构、多杆机构等。一.连杆机构的特点第2页/共54页缺点:产生动载荷(惯性力),不适合高速。设计较复杂,难以实现精确的轨迹。本章重点介绍四杆机构。构件和运动副多,累积误差大,运动精度和效率 较低。优点: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。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。平面连杆机构的类型、特点和分类平面连杆机构的类型、特点和分类 第3页/共54页二.平面连杆机构的类型和应
3、用1.平面四杆机构的基本型式和应用全部由转动副组成的平面四杆机构称为铰链四杆机构。连架杆与机架相联的构件;机架固定不动的构件;连杆连接两连架杆且作平面运动的构件;曲柄作整周定轴回转的构件;摇杆作定轴摆动的构件;平面连杆机构的类型、特点和分类平面连杆机构的类型、特点和分类 第4页/共54页(1 1)曲柄摇杆机构特征:曲柄摇杆作用:将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。雷达天线俯仰机构缝纫机踏板机构(摇杆主动)(曲柄主动)平面连杆机构的类型、特点和分类平面连杆机构的类型、特点和分类 搅拌机构第5页/共54页(2 2)双曲柄机构特征:两个曲柄作用:将等速回转转变为 等速或变速回转。惯性筛平面连杆机构
4、的类型、特点和分类平面连杆机构的类型、特点和分类 第6页/共54页机车车轮联动机构特例:平行四边形机构特征:两连架杆等长且平行,连杆作平动。AB=CD BC=AD摄影平台升降机构平面连杆机构的类型、特点和分类平面连杆机构的类型、特点和分类 第7页/共54页反平行四边形机构平行四边形机构存在运动不确定位置。可采用两组机构错开排列的方法予以克服。平面连杆机构的类型、特点和分类平面连杆机构的类型、特点和分类 第8页/共54页(3 3)双摇杆机构特征:两个摇杆应用举例:鹤式起重机特例:等腰梯形机构 汽车转向机构 平面连杆机构的类型、特点和分类平面连杆机构的类型、特点和分类 第9页/共54页(1)(1)
5、将转动副演化成移动副偏心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构曲柄摇杆机构正弦机构 2.2.平面四杆机构的演化型式平面连杆机构的类型、特点和分类平面连杆机构的类型、特点和分类 第10页/共54页(2)(2)选不同的构件为机架整转副能作360360 相对回转的运动副;摆转副只能作有限角度摆动的运动副。平面连杆机构的类型、特点和分类平面连杆机构的类型、特点和分类 曲柄摇杆机构双摇杆机构双曲柄机构第11页/共54页(2)(2)选不同的构件为机架曲柄滑块机构转动导杆机构曲柄摇块机构移动导杆机构平面连杆机构的类型、特点和分类平面连杆机构的类型、特点和分类 第12页/共54页(3)(3)变换构件的形态将低副两运动副
6、元素的包容关系进行逆换,不影响两构件之间的相对运动。平面连杆机构的类型、特点和分类平面连杆机构的类型、特点和分类 摆动导杆机构曲柄摇块机构第13页/共54页牛头刨床应用实例:小型刨床(摆动导杆机构)(转动导杆机构)平面连杆机构的类型、特点和分类平面连杆机构的类型、特点和分类 第14页/共54页(4)(4)扩大转动副偏心轮机构曲柄滑块机构将转动副将转动副B B加大,直至把加大,直至把转动副转动副A A包括进去,成为包括进去,成为几何中心是几何中心是B B,转动中心,转动中心为为A A的偏心圆盘。的偏心圆盘。平面连杆机构的类型、特点和分类平面连杆机构的类型、特点和分类 第15页/共54页第二节 平
7、面连杆机构的运动和动力特性1.1.平面四杆机构存在曲柄的条件平面四杆机构具有整转副 则可能存在曲柄。设l1 l4,可得:l4 l1,l4 l2,l4 l3即:AD为最短杆连架杆之一或机架为最短杆。曲柄存在的条件:(Grashof Grashof 定理)最长杆与最短杆的长度之和 其他两杆长度之和 称为杆长条件。此时,铰链A、B均为整转副。当满足杆长条件时,其最短杆上的转动副都是整转副。平面连杆机构的运动和动力特性平面连杆机构的运动和动力特性 第17页/共54页2.压力角和传动角压力角:作用在从动件上的驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹锐角。切向分力 F Ft=FcosFcos法向分力 F Fn=
8、Fcos=Fcos F Ft 对传动有利。=Fsin=Fsin常用的大小来表示机构传力性能的好坏,称为传动角。是的余角。平面连杆机构的运动和动力特性平面连杆机构的运动和动力特性 第18页/共54页当 BCD 90BCD 90时,BCDBCD因此设计时一般要求:minmin4040。当 BCD BCD 9090时,180-BCD180-BCD当BCDBCD最小或最大时,即在主动曲柄与机架共线的位置,都有可能出现minmin平面连杆机构的运动和动力特性平面连杆机构的运动和动力特性 由于在机构运动过程中,角是变化的,minmin出现的位置:第19页/共54页当 B B2 2C C2 2D D 909
9、0 (=180=180)时,minmin minmin,180-,180-maxmax minmin根据余弦定律,当 B B1 1C C1 1D 90D 90(=0=0)时,平面连杆机构的运动和动力特性平面连杆机构的运动和动力特性 第20页/共54页3.死点对于曲柄摇杆机构,当摇杆为主动件时,在连杆与曲柄两次共线的位置,机构均不能运动。机构的这种位置称为:“死点”(机构的死点位置)在“死点”位置,机构的传动角 0 0平面连杆机构的运动和动力特性平面连杆机构的运动和动力特性 第21页/共54页*可以利用“死点”位置进行工作,例如:飞机起落架、钻夹具等。*“死点”位置的过渡方法:依靠飞轮的惯性(如
10、内燃机、缝纫机等)。平面连杆机构的运动和动力特性平面连杆机构的运动和动力特性 两组机构错开排列,如火车轮联动机构。第22页/共54页4.急回特性从动件作往复运动的平面连杆机构中,若从动件工作行程的平均速度小于回程的平均速度,则称该机构具有急回特性。在曲柄摇杆机构中,当从动件(摇杆)位于两极限位置时,曲柄与连杆共线。此时对应的主动曲柄之间所夹的锐角叫作极位夹角。平面连杆机构的运动和动力特性平面连杆机构的运动和动力特性 第23页/共54页设曲柄以逆时针匀速旋转。从ABAB1 1转到ABAB2 2,转过180+180+时为工作行程,所花时间为t1;此时摇杆从C1D摆到C2D,平均速度为V1,则有:曲
11、柄从ABAB2 2 继续转过180-180-到ABAB1 1时为回程,所花时间为t2,此时摇杆从C2D摆到C1D,平均速度为V2,那么有 显然 t1 t2 V2 V1 即该机构具有急回特性平面连杆机构的运动和动力特性平面连杆机构的运动和动力特性 第24页/共54页而且越大,K值越大,机构的急回性质越明显。只要极位夹角 0,就有 K1。因此,可通过分析机构中是否存在及其大小,来判断机构是否具有急回运动,以及急回的程度。设计时往往先给定 K 值,再计算,即 为能定量描述急回运动,将回程平均速度V2 与工作行程平均速度V1之比定义为行程速度变化系数 K 平面连杆机构的运动和动力特性平面连杆机构的运动
12、和动力特性 第25页/共54页曲柄滑块机构的急回特性分析应用:节省回程时间,提高生产率。导杆机构的急回特性分析 平面连杆机构的运动和动力特性平面连杆机构的运动和动力特性 第26页/共54页5.机构运动的可行域可行域:摇杆的运动范围。不可行域:摇杆不能达到的 区域。以四杆机构为例。各构件的长度关系及安装的初始状态,决定了曲柄整周转动时,机构运动的可行域。概念平面连杆机构的运动和动力特性平面连杆机构的运动和动力特性 第27页/共54页分析设想拆开运动副C,考察点C的运动范围。1.1.点C必在C圆上运动。2.相对于点A,点C运动的最远范围不能超出圆弧Rmax,最近范围不能小于圆弧Rmin。3.以上两
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- 天津大学 机械 原理 机械设计 主编 连杆机构
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