机械制造技术平面连杆机概述.pptx

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1、第二章第二章 平面平面(pngmin)连杆机连杆机学习重点学习重点:1.熟练掌握并能应用四杆机构曲柄存在条件判断是熟练掌握并能应用四杆机构曲柄存在条件判断是否存在曲柄及机构类型；否存在曲柄及机构类型；2.理解四杆机构的行程速比系数理解四杆机构的行程速比系数K、急回特性、极、急回特性、极位夹角、传动角、压力角、死点位置等概念，并能位夹角、传动角、压力角、死点位置等概念，并能熟练通过作图确定和求出四杆机构的极限位置、极熟练通过作图确定和求出四杆机构的极限位置、极位夹角、最小传动角（或最大压力角）和死点位置。位夹角、最小传动角（或最大压力角）和死点位置。3.能综合运用能综合运用(ynyng)按给定的

2、行程速比系数按给定的行程速比系数K和和连杆的位置等运动条件来熟练设计四杆机构。连杆的位置等运动条件来熟练设计四杆机构。第一页，共46页。第二章第二章 平面平面(pngmin)连杆机构连杆机构第一节第一节 概述概述第二节第二节 铰链四杆结构的基本铰链四杆结构的基本(jbn)形式及其形式及其演化演化第三节第三节 平面四杆机构的基本平面四杆机构的基本(jbn)特性特性第四节第四节 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计第二页，共46页。第一节第一节 概述概述(i sh)平面连杆机构是由若干个构件通过平面连杆机构是由若干个构件通过(tnggu)低副联接而成的机构，又称为平面低副联接而成的机构，又称为平面

3、低副机构。低副机构。由四个构件通过低副联接由四个构件通过低副联接(lin ji)而成的平面连杆机构，称为四杆机构。而成的平面连杆机构，称为四杆机构。如果所有低副均为转动副，这种四杆机构就称为铰链四杆机构。如果所有低副均为转动副，这种四杆机构就称为铰链四杆机构。平面连杆机构的优点平面连杆机构的优点由于是低副，为面接触，所以承受压强小、便于润滑、磨损较轻，可由于是低副，为面接触，所以承受压强小、便于润滑、磨损较轻，可 承受较大载荷承受较大载荷结构简单，加工方便，构件之间的接触是有构件本身的几何约束来保结构简单，加工方便，构件之间的接触是有构件本身的几何约束来保 持的，所以构件工作可靠持的，所以构件

4、工作可靠可使从动件实现多种形式的运动，满足多种运动规律的要求可使从动件实现多种形式的运动，满足多种运动规律的要求利用平面连杆机构中的连杆可满足多种运动轨迹的要求利用平面连杆机构中的连杆可满足多种运动轨迹的要求平面连杆机构的缺点平面连杆机构的缺点根据从动件所需要的运动规律或轨迹来设计连杆机构比较复杂，精度不高。根据从动件所需要的运动规律或轨迹来设计连杆机构比较复杂，精度不高。运动时产生的惯性难以平衡，不适用于高速场合。运动时产生的惯性难以平衡，不适用于高速场合。第三页，共46页。1、曲柄、曲柄(qbng)摇杆机构摇杆机构在两连架杆中，一个在两连架杆中，一个(y)为曲柄，另一个为曲柄，另一个(y)

5、为摇杆。为摇杆。应用应用(yngyng)举举例：例：牛头刨床横向进给机构、搅面机、卫星天线、飞剪牛头刨床横向进给机构、搅面机、卫星天线、飞剪缝纫机脚踏板机构、自行车、走步机、送料机构缝纫机脚踏板机构、自行车、走步机、送料机构 一般曲柄主动，将一般曲柄主动，将连续转动转换为摇杆的连续转动转换为摇杆的摆动，也可摇杆主动，摆动，也可摇杆主动，曲柄从动。曲柄从动。运动特点：运动特点：根据连架杆运动形式的不同，可分为三种基本形式根据连架杆运动形式的不同，可分为三种基本形式第二节第二节 铰链四杆机构的基本形式及其演化铰链四杆机构的基本形式及其演化一、铰链四杆机构的基本形式一、铰链四杆机构的基本形式第四页，

6、共46页。曲柄摇杆机构应用曲柄摇杆机构应用(yngyng)实例实例搅面机搅面机第五页，共46页。曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构(jgu)应用实应用实例例第六页，共46页。曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构(jgu)应用实例应用实例缝纫机脚踏板机构缝纫机脚踏板机构(jgu)第七页，共46页。曲柄摇杆机构应用曲柄摇杆机构应用(yngyng)实例实例自行车自行车第八页，共46页。曲柄曲柄(qbng)摇杆机构应用摇杆机构应用实例实例跑步机跑步机第九页，共46页。2.双曲柄双曲柄(qbng)机构机构两连杆架均为曲柄两连杆架均为曲柄(qbng)的四的四杆机构杆机构应用应用(yngyng)举例：举例：惯性惯性(gunxng

7、)筛、插床机构筛、插床机构运动特点：从动曲柄变速回转运动特点：从动曲柄变速回转第十页，共46页。惯性惯性(gunxng)筛筛双曲柄机构双曲柄机构(jgu)应用实应用实例例第十一页，共46页。插床机构插床机构(jgu)双曲柄双曲柄(qbng)机构应用机构应用实例实例第十二页，共46页。两曲柄的长度相等，转向相同，即平行四边形机构两曲柄的长度相等，转向相同，即平行四边形机构特点：特点：1)两曲柄角速度相等两曲柄角速度相等 2)连杆始终与机架平行连杆始终与机架平行缺点：曲柄与连杆共线缺点：曲柄与连杆共线(n xin)后的瞬间，从动曲柄运动后的瞬间，从动曲柄运动不确定。不确定。为避免这种情况：装飞轮，

8、加虚约束，错列机构为避免这种情况：装飞轮，加虚约束，错列机构第十三页，共46页。3.双摇杆机构双摇杆机构(jgu)两连杆架均为摇杆的四杆机构两连杆架均为摇杆的四杆机构(jgu)港口起重机、飞机港口起重机、飞机(fij)起落架、车辆的前轮转向机构起落架、车辆的前轮转向机构应用应用(yngyng)举例：举例：第十四页，共46页。双摇杆机构双摇杆机构(jgu)应用实应用实例例港口港口(gngku)起重机起重机选择连杆上合适选择连杆上合适(hsh)的点，轨迹为近似的水平直线的点，轨迹为近似的水平直线第十五页，共46页。双摇杆机构应用双摇杆机构应用(yngyng)实例实例飞机飞机(fij)起起落架落架第

9、十六页，共46页。风扇风扇(fngshn)摇头摇头双摇杆机构双摇杆机构(jgu)应用应用实例实例第十七页，共46页。二、铰链二、铰链(jiolin)四杆机构的演化四杆机构的演化1.扩大扩大(kud)转动副，使转动副变成转动副，使转动副变成移动副移动副1)一个转动副转化成移动副一个转动副转化成移动副第十八页，共46页。曲柄曲柄(qbng)滑快机构演滑快机构演化化第十九页，共46页。2)2)偏心轮机构偏心轮机构(jgu)(jgu)特点：容易加工；特点：容易加工；工作时润滑条件和受力情况好；工作时润滑条件和受力情况好；可用于较重载荷的传动中。可用于较重载荷的传动中。应应用用(yngyng)(yngy

10、ng)举举例例：蒸蒸汽汽机机换换气气阀阀传传动动机机构构、冲冲压压机机传传动机构等。动机构等。（a a）等效曲柄）等效曲柄(qbng)(qbng)滑块滑块机构机构 （b b）曲柄）曲柄(qbng)(qbng)滑块机构滑块机构 （c c）等效曲柄）等效曲柄(qbng)(qbng)摇杆摇杆机构机构 （d)d)曲柄曲柄(qbng)(qbng)摇杆机构摇杆机构第二十页，共46页。3)3)两个转动副转化成一个两个转动副转化成一个(y)(y)移动副移动副 如果两个移动副代替铰链四杆机构中的两个转动副，便可得如果两个移动副代替铰链四杆机构中的两个转动副，便可得到到(d do)三种不同形式的四杆机构三种不同形

11、式的四杆机构1.曲柄曲柄(qbng)移动导移动导杆机构杆机构2.双转块机构双转块机构3.双滑块机构双滑块机构第二十一页，共46页。铰链铰链(jiolin)(jiolin)四杆机构的演化四杆机构的演化单移动副机构单移动副机构(jgu)(jgu)的演化的演化将转动导杆机构的构件将转动导杆机构的构件(gujin)2(gujin)2作的比构件作的比构件(gujin)1(gujin)1短，可变得摆动短，可变得摆动导杆机构。导杆机构。2.取不同的构件为机架取不同的构件为机架第二十二页，共46页。导杆机构导杆机构(jgu)(jgu)图图2 2 曲柄摆动导杆机构(jgu)(a)曲柄摆动导杆机构(jgu);(b

12、)电气开关小型(xioxng)刨床机构 卡车车厢自动翻转卸料机构 手动抽水机第二十三页，共46页。取不同取不同(b tn)的构件为机架的构件为机架第二十四页，共46页。当构件当构件2和构件和构件4均能作整周转动，小型均能作整周转动，小型(xioxng)刨床就是应用实例刨床就是应用实例第二十五页，共46页。当杆当杆2的长度小于机架长度时，导秆的长度小于机架长度时，导秆4只能作来回摆动只能作来回摆动(bidng)，又称为摆动，又称为摆动(bidng)导秆机构，牛头刨中的主运动机构是他的应用实例导秆机构，牛头刨中的主运动机构是他的应用实例第二十六页，共46页。当以构件当以构件3为机架时，可演化成移动

13、为机架时，可演化成移动(ydng)导杆机构，图示压水机就是实例导杆机构，图示压水机就是实例第二十七页，共46页。正弦正弦(zhngxin)机构应机构应用实例用实例缝纫机针运动缝纫机针运动(yndng)机构机构第二十八页，共46页。在在 中中 在在 中中整理整理(zhngl)(zhngl)得得 将式将式、中的三个不等式两中的三个不等式两两相加，化简后得两相加，化简后得 曲柄存在条件：曲柄存在条件：最短杆与最长杆长度最短杆与最长杆长度(chngd)(chngd)之和小于或等于其余两杆长度之和小于或等于其余两杆长度(chngd)(chngd)之之和；和；连架杆与机架中必有一杆为最短杆。连架杆与机架中

14、必有一杆为最短杆。一、曲柄存在一、曲柄存在(cnzi)(cnzi)条件条件第三节第三节 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性第二十九页，共46页。双摇杆机构双摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双摇杆机构双摇杆机构双曲柄机构双曲柄机构以最短杆相邻杆为机架以最短杆相邻杆为机架以与最短杆相对的杆为机架以与最短杆相对的杆为机架以最短杆为机架以最短杆为机架NY判断由不同判断由不同(b tn)(b tn)杆作机架时四杆机构属于哪杆作机架时四杆机构属于哪种机构种机构 第三十页，共46页。取不同取不同(b tn)(b tn)构件为机架时的铰链四杆机构型式构件为机架时的铰链四杆机构型式(a)(a)构件构件

15、4 4为机架为机架;(b);(b)构件构件2 2为机架为机架;(c);(c)构件构件1 1为机架为机架;(d);(d)构件构件3 3为机架为机架取不同构件取不同构件(gujin)(gujin)为机架时的铰链四杆机构型式为机架时的铰链四杆机构型式第三十一页，共46页。二、急回特性和行程速比二、急回特性和行程速比(s b)(s b)系数系数摇杆的摆角摇杆的摆角C1DC2 ；极位夹角极位夹角(ji jio)(ji jio)曲柄等速转动曲柄等速转动(zhun(zhun dng)dng)时，摇杆往复摆动的时，摇杆往复摆动的平均速度不相同，这种运动平均速度不相同，这种运动称为曲柄摇杆机构的急回运称为曲柄摇

16、杆机构的急回运动。曲柄摇杆机构的急回运动。曲柄摇杆机构的急回运动程度可以用动程度可以用 2 2和和 的比的比值值 来衡量，来衡量，称为行程速比系数。称为行程速比系数。极位夹角极位夹角：曲柄在两次与连杆共线时所夹的锐角：曲柄在两次与连杆共线时所夹的锐角，K，急回程度，急回程度。=0时，时，K=1时，机构无急回运动。时，机构无急回运动。第三十二页，共46页。具有急回特性的充要条件：具有急回特性的充要条件：1.曲柄曲柄(qbng)为主动件，作匀速转动为主动件，作匀速转动2.输出件作往复运动输出件作往复运动3.极位夹角极位夹角0第三十三页，共46页。三、压力三、压力(yl)角和传动角角和传动角1.1.

17、压力压力(yl)(yl)角角a a压力角：从动件所受的力压力角：从动件所受的力F与与受力点速度受力点速度Vc所夹的锐角所夹的锐角a a。有效分力有效分力：Ft=Fcosa a有害分力有害分力：Fn=Fsina aa a愈小，机构传动性能愈好。愈小，机构传动性能愈好。2.2.传动传动(chundng)(chundng)角角g g传动角：传动角：连杆与从动件所夹的锐角连杆与从动件所夹的锐角g g。g g=900-a ag g越大，机构的传动性能越好，设计时一般应使越大，机构的传动性能越好，设计时一般应使g gmin400,对于高速大功率机械对于高速大功率机械应使应使g gmin500。3.3.最小

18、传动角的位置最小传动角的位置铰链四杆机构在曲柄与机架共线的两位置出现最小传动角。铰链四杆机构在曲柄与机架共线的两位置出现最小传动角。第三十四页，共46页。对于曲柄滑块机构，当主动件为曲柄时，对于曲柄滑块机构，当主动件为曲柄时，最小传动角出现在曲柄与机架垂直最小传动角出现在曲柄与机架垂直(chuzh)(chuzh)的位置。的位置。对于摆动导杆机构由于在任何位置时主对于摆动导杆机构由于在任何位置时主动曲柄通过滑块传给从动杆的力的方向动曲柄通过滑块传给从动杆的力的方向(fngxing)(fngxing)，与从动杆上受力点的速，与从动杆上受力点的速度方向度方向(fngxing)(fngxing)始终一

19、致，所以传始终一致，所以传动角等于动角等于9090度。度。第三十五页，共46页。四、死点位置四、死点位置(wi zhi)死点的位置死点的位置在从动曲柄与连杆共线的两个位置之一在从动曲柄与连杆共线的两个位置之一时，出现机构的传动角时，出现机构的传动角g g=0，压力角压力角a a=90的情况，这时连杆对从动曲柄的的情况，这时连杆对从动曲柄的作用力恰好通过其回转中心，无论摇杆作用力恰好通过其回转中心，无论摇杆的力有多大机构也无法运动（不能推动的力有多大机构也无法运动（不能推动曲柄转动），机构的这种位置称为死点曲柄转动），机构的这种位置称为死点位置。位置。死点位置的利弊死点位置的利弊利：工程上利用死

20、点进行工作。利：工程上利用死点进行工作。弊：弊：机构有死点，从动件将出现卡死或运动方向不确定机构有死点，从动件将出现卡死或运动方向不确定现象，对传动机构不利现象，对传动机构不利第三十六页，共46页。在曲柄摇杆机构中，当曲柄为主动件时，机构无死在曲柄摇杆机构中，当曲柄为主动件时，机构无死点位置点位置(wi zhi)；当摇杆为主动件时，机构有死点；当摇杆为主动件时，机构有死点位置位置(wi zhi)。结论：结论：1.主动件无极限位置主动件无极限位置(wi zhi)时，该机构无死点位置时，该机构无死点位置(wi zhi)2.死点位置死点位置(wi zhi)出现在有极限位置出现在有极限位置(wi zh

21、i)的四的四杆机构中且当摇杆、滑块或导杆为主动件时杆机构中且当摇杆、滑块或导杆为主动件时(主动件主动件有极限位置有极限位置(wi zhi)度过死点的方法度过死点的方法增大从动件的质量、利用惯性度过死点位置。增大从动件的质量、利用惯性度过死点位置。采用机构错位排列的方法采用机构错位排列的方法第三十七页，共46页。利用利用(lyng)(lyng)惯性惯性利用机构利用机构(jgu)(jgu)错错位排列位排列第三十八页，共46页。具具夹夹速速快快第三十九页，共46页。第四节第四节 平面四杆机构平面四杆机构(jgu)的的设计设计 设计设计(shj)(shj)概论概论 一个设计过程一个设计过程(guchn

22、g)(guchng)：已知条件：已知条件构件尺寸构件尺寸 两类基本问题：实现给定运动规律；两类基本问题：实现给定运动规律；实现给定运动轨迹；实现给定运动轨迹；三种设计方法：三种设计方法：图解法图解法 解析法解析法 实验法实验法 已知条件：运动条件、几已知条件：运动条件、几何条件、动力条件。何条件、动力条件。简明易懂，精确性差。简明易懂，精确性差。精确度好，计算繁杂。精确度好，计算繁杂。形象直观，过程复杂。形象直观，过程复杂。第四十页，共46页。图解法设计图解法设计(shj)平面四杆机构平面四杆机构 一、按给定连杆位置设计一、按给定连杆位置设计(shj)(shj)四杆机构四杆机构 已知：连杆已知

23、：连杆(lin n)BC(lin n)BC长度及三个位置（长度及三个位置（B1C1,B2C2,B3C3B1C1,B2C2,B3C3）要求：设计铰链四杆机构要求：设计铰链四杆机构设计步骤：设计步骤：连接连接B1 1B2 2、B2 2B3 3，作线作线B1 1B2 2、B2 2B3 3的垂直平分线的垂直平分线b1212、b2323，交于，交于A点；点；连接连接C1 1C2 2、C2 2C3 3，作线作线C1 1C2 2、C2 2C3 3的垂直平分线的垂直平分线c1212、c2323，交于，交于D点；点；连接连接AB1 1、C1 1D。第四十一页，共46页。二、按给定行程速度变化二、按给定行程速度变

24、化(binhu)(binhu)系数系数K K设计四杆机构设计四杆机构 设计具有设计具有急回特性急回特性的四杆机的四杆机构，关键构，关键是要抓住是要抓住机构处于机构处于极限位置极限位置(wi zhi)(wi zhi)时的几何时的几何关系，必关系，必要时还应要时还应考虑其他考虑其他辅助条件。辅助条件。第四十二页，共46页。例：已知摇杆长度例：已知摇杆长度L=100L=100，摆角，摆角 =50 =50 和行程速比和行程速比(s b)(s b)系数系数k=1.4k=1.4，试设计曲柄摇杆机构。，试设计曲柄摇杆机构。解解:由给定的行程速比由给定的行程速比(s b)(s b)系数求出极系数求出极位夹角位

25、夹角:=30=30DC2C190-AEB1B2以以A A为圆心，为圆心，ACAC1 1为为半径作圆弧交半径作圆弧交A A与与E E，平分，平分ECEC2 2得曲柄得曲柄长度长度 。再以。再以A A为圆心，为圆心，为为半径作圆，交半径作圆，交C C1 1A A的延长线和的延长线和C C2 2A A于于B B1 1和和B B2 2，连杆长度，连杆长度 .第四十三页，共46页。已知条件：行程已知条件：行程(xngchng)(xngchng)速比系数速比系数K K、摇杆的长度、摇杆的长度 CD CD和摇杆的摆角和摇杆的摆角（1 1）计算极位夹角）计算极位夹角（2 2）取适当的比例尺）取适当的比例尺l=

26、CD/CD(m/mm)l=CD/CD(m/mm)，并由，并由 CD CD 和和 作出两极限位置作出两极限位置C1DC1D、C2D;C2D;（3 3）过）过C2C2点作点作C1C2NC1C2N9090的射线的射线C2MC2M，然后再过，然后再过C1C1点作点作C2C1C2C1的垂线的垂线C1N C1N 交交C2MC2M于于P;P;（4 4）以）以C2PC2P为直径作圆，圆心为为直径作圆，圆心为O O，则，则A A点必在此圆上点必在此圆上;（5 5）由其他已知条件在圆周上取点）由其他已知条件在圆周上取点A A，连，连AC1AC1、AC2;AC2;（6 6）以）以A A为圆心，为圆心，AC1AC1为

27、半径做圆弧交为半径做圆弧交AC2AC2于于E E点，作点，作EC2EC2的垂直平分线得的垂直平分线得EC2EC2之半即之半即为为ABAB长度由于极限位置处曲柄与连杆共线，故长度由于极限位置处曲柄与连杆共线，故AC2AC2BCBCABAB，AC1AC1BCBCABAB，因此，容易得到，因此，容易得到 （7 7）讨讨论论：由由于于A A点点可可在在C1PC2C1PC2的的外外接接圆圆周周的的弧弧C1PC2C1PC2上上任任意意选选取取，所所以以，若若仅仅按按行行程程(xngchng)(xngchng)速速比比系系数数K K来来设设计计，可可以以得得到到无无穷穷多多组组解解。因因此此，在在未未给给出

28、出其其它它附附加加条条件件的的情情况况下下，如如欲欲获获得得良良好好的的传传动动质量，可按照传动角最优或其它辅助条件来确定质量，可按照传动角最优或其它辅助条件来确定A A点的位置。点的位置。1 1曲柄曲柄(qbng)(qbng)摇杆机构摇杆机构第四十四页，共46页。2 2曲柄曲柄(qbng)(qbng)滑块机构滑块机构 已知条件：行程速比系数已知条件：行程速比系数K K、滑块行程滑块行程H H偏心距偏心距e e 计算极位夹角计算极位夹角;作直线作直线C1C2C1C2H/lH/l，且，且C1C1、C2C2作为滑块的两极限位置作为滑块的两极限位置;根根据据C1C1、C2C2点点求求满满足足极极位位

29、夹夹角角为为的的A A点点（结结果果(ji(ji gu)gu)为为一一圆圆弧弧C1PC2C1PC2）;作一直线与作一直线与C1C2C1C2平行，并使其间的距离等于偏心距平行，并使其间的距离等于偏心距e e，则此直线与上，则此直线与上述圆弧的交点即为曲柄的轴心述圆弧的交点即为曲柄的轴心A A 的位置的位置;连接连接AC1AC1、AC2AC2，并按上述作图方法，即可得到曲柄的长度，并按上述作图方法，即可得到曲柄的长度 lAB lAB和和连杆的长度连杆的长度 lBC lBC。第四十五页，共46页。3 3导杆机构导杆机构(jgu)(jgu)分分析析：对对于于摆摆动动导导杆杆机机构构，其其极极位位夹夹角

30、角 等等于于导导杆杆的的摆摆角角，而而所所需需要要确确定定的的尺尺寸寸是曲柄长度是曲柄长度lABlAB。已知条件：行程速比已知条件：行程速比(s b)(s b)系数系数K K、机架长度、机架长度lAClAC 计算极位夹角；计算极位夹角；选择适当的比例尺作直线选择适当的比例尺作直线ll，任选固定铰链点任选固定铰链点C C；按夹角按夹角（）作出导杆的两极限位置）作出导杆的两极限位置CmCm和和CnCn；作摆角作摆角的角平分线的角平分线ACAC，并在，并在ACAC上截取上截取AC=lAC/lAC=lAC/l，即可得到曲柄轴心即可得到曲柄轴心A A点的位置；点的位置；过过A A点作导杆极限位置的垂线点作导杆极限位置的垂线AB1AB1（或（或AB2AB2），即得曲柄长度），即得曲柄长度lAB=lABlAB=lAB。第四十六页，共46页。