清华大学连杆机构讲义.pptx

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1、What is the planar linkages mechanisms(什么是平面连杆机构)？The mechanisms are composed of lower pairs and links(由连杆和低副联结而成的机构)。It is lower-pair mechnisms(或称低副机构)。Crank-rocker mechanismEllipsograph mechanism 椭圆规机构Crank-slider mechanism第1页/共64页Crank Press冲床Planer刨床Gear planer插齿机All above it application.What is

2、 the characteristics of planar linkages mechanism?第2页/共64页3-1Characteristic of linkage mechanisms and its design (连杆机构的特点及其设计的基本问题)Planar linkage mechanisms平面连杆机构。Planar linkage mechanism is popular in industrial application.平面连杆机构有诸多优点被广泛应用。1.Types of linkage mechanisms(连杆机构的分类)：（1）According to rel

3、ative motion of links (根据其构件间的相对运动分类)。Spatial linkage mechanisms空间连杆机构。Four-bar linkages 四杆机构。（2）According to number of links (根据构件的数目分类)。Five-bar linkages五杆机构。.杆机构。一、Characteristics of mechanisms第3页/共64页2.Advantages of planar linkage mechanisms (平面连杆机构的主要优点)：（2）The contact pressure stress is lower,

4、and it is easy to manufacture.(低副不易磨损而又易于加工)。（1）It can perform many motion (能够实现多种运动轨迹曲线和运动规律)；（3）Structure is simple(几何封闭，结构简单)。3-1 Character of linkage mechanisms and its design (连杆机构的特点及其设计的基本问题)第4页/共64页3.Disadvantages of planar linkage mechanisms (平面连杆机构的主要缺点)：（1）Inertia force and inertia moment

5、(惯性力及惯性力矩)。（2）Approximately achieve anticipated motion (近似实现预期的运动规律，设计方法复杂)。（3）Cumulative error(造成累计误差)。4.Application(平面连杆机构的应用)：light industrial machinery,agricultural machinery(轻工机械、农业机械等)。（连杆机构作变速运动的构件引起振动和噪声的主要原因，如纺织厂，噪音污染十分严重，现在有所改善，但机构决定不可避免）5.Development trend发展趋势：Computer aided design(计算机辅助设

6、计是一大趋势)。3-1 Character of linkage mechanisms and its design (连杆机构的特点及其设计的基本问题)第5页/共64页1.Implement anticipated motion(实现预期的运动规律)Molding machine造型机的翻转机构3-1 Character of linkage mechanisms and its design (连杆机构的特点及其设计的基本问题)Transverse planing machine牛头刨主体机构二、Basic Section of Design 设计的基本问题第6页/共64页2.Implem

7、ent anticipated moving track 实现预期的运动轨迹Crane起重机Blender搅拌机3-1 Character of linkage mechanisms and its design (连杆机构的特点及其设计的基本问题)二、Basic Section of Design 设计的基本问题Four-bar Linkages is most popular in planar linkage mechanisms.平面连杆机构中结构最简单、应用最广的，是四杆机构!第7页/共64页3-2 Types of Four-bar Linkages and its evoluti

8、on 平面 四杆机构的基本形式及其演变一、Four-bar Linkages平面四杆机构的基本形式-铰链四杆机构Slide link连架杆Frame机架Slide link连架杆Coupler连杆能绕其轴线转360的。仅能绕其轴线作往复摆动的。Crank曲柄:Rocker摇杆:2.Composition组成All pairs are revolute pairs in a four-bar mechanisms 所有运动副全为转动副的四杆机构。1.Definition：Frame机架：固定架。做平面运动的构件。Coupler连杆:连架杆第8页/共64页According to two slid

9、e links,types of Four-bar linkages are as following:按照两连架杆的运动形式的不同,可将铰链四杆机构分为：Crank-rocker mechanism曲柄摇杆机构Double-crank mechanisms双曲柄机构Double-rocker mechanisms双摇杆机构一般曲柄为原动件.P364破碎机、缝纫机3.Types分类第9页/共64页(1)Application of Crank-rocker Mechanisms 曲柄摇杆应用举例Blender搅拌机Device for training legs下肢力量训练器4.Applica

10、tion应用第10页/共64页Radar scanning aerial雷达扫描天线Fly shear飞剪机构Sewing machine缝纫机第11页/共64页(2)Application of Double-crank Mechanisms双曲柄应用举例Train wheel 机车车轮Unbalanced-throwscreen惯性筛第12页/共64页(3)Application of Double-rocker Mechanisms双摇杆应用举例Aircraft landing gear飞机起落架B1C1ADB2C2地面All above are basic definition,com

11、position,types and application of Four-bar Linkages.第13页/共64页二、Evolution of Four-bar Linkages 平面四杆机构的演化CABD1234C3AB124eAB1234eCABD1234C1.Replacing a revolute pair with a sliding pair 转动副转化成移动副的演化AB1234C1234ABcrank and translating guide-bar mechanism曲柄移动导杆机构in-line(对心)slider-crank mechanismeccentric(

12、or offset)(偏置)slider-crank mechanism第14页/共64页对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构曲柄滑块机构（对心）曲柄当滑块机构（偏心）Eccentric(or offset)(偏置)slider-crank mechanismIn-line(对心)slider-crank mechanism第15页/共64页曲柄滑块机构Crank-slide mechanisms2.Enlarging(扩大)a revolute pair 扩大回转副Evolution演化：扩大回转副B偏心轮机构Eccentric mechanism 第16页/共64页曲柄滑块机构Crank-sl

13、ide mechanisms2.Enlarging(扩大)a revolute pair 扩大回转副Evolution演化：扩大回转副B偏心轮机构Eccentric mechanism 第17页/共64页Eccentric mechanism 偏心轮机构Application：Advantages：High strength,high rigidity,easy to make.强度高，刚度高，且便于加工制造。Transfer big force.用于传递较大力场合。如破碎机、冲床、剪床、内燃机等。第18页/共64页3.Taking different links as the frame取不

14、同构件为机架Crank-rocker mechanismDouble-crank Mechanisms(0360)(0360)(360)(360)1234ABDCDouble rocker Mechanisms(0360)(0360)(360)1234ABCD(360)由铰链四杆机构动画知取不同构件为机架各构件间的相对运动关系不变，得到四种机构(0360)(0360)(360)(a时，式（2）变为(bc)(c b)(1)(2)(2b)（2a）(bc)(c b)要使AB成为曲柄，必须满足条件由(1)及（2a）、(2b)可知a是最短杆，且最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。第28页/

15、共64页（2a）(2b)同理当a d时，同样有由(1)及（2a）(2b)可得(1)(bc)a-db-c(2b)(c b)a-dc-b（2a）cbB2DC3r2BaAd+a1da-d|C-b|r34cb,由(1)及（2a）、(2b)可知d是最短杆，且最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。第29页/共64页One of two links composing the revolute is shortest link and the sum length of the shortest and the longest links must be less than or equal t

16、o the sum length of the remaining two links.(组成该转动副的两构件中必有一个构件为最短构件，且最短构件与最长构件长度之和小于或等于其它两构件长度之和)。Necessary and sufficient condition of revolute being fully rotating revolute in Four-bar linkages Chain铰链四杆运动链中，转动副为整转副的充要条件为：最短构件与最长构件长度之和小于或等于其它两构件长度之和 杆长和条件。This is called Grashof criterion(准则)or the

17、 Condition for having a crank(曲柄存在条件).第30页/共64页（1）If the sum length of the shortest and the longest links is less than or equal to the sum length of the remaining two links.如果最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其它两杆 长度之和 满足杆长和条件。For Four-bar Linkages Mechanism(在铰链四杆机构中)：2以最短杆为机架，则此机构为双曲柄机构；以最短杆的相邻构件为机架，则此机构为以最短杆为曲柄的曲柄

18、摇杆机构；Then：13以最短杆的对边构件为机架，则此机构为双摇杆机构。(0360)(0360)(360)(a，且当时，存在曲柄。为曲柄摆动导杆机构。4Ad12aCB3e图2dae3d1C4B3daaB223B3A1d第34页/共64页二、The coefficient of travel speed variation行程速度变化系数1.Analysis of Quick Return Characteristics 急回性能分析(曲柄摇杆机构)B2C2B1C1When AB and BC on the same line,CD is two limitation position(当AB与

19、BC两次共线时，输出件CD处于两极限位置)。极位夹角：Crank acute angle between the two limited position.曲柄在摇杆处于两极限位置时所夹的锐角(C1AC2)。A21C34BD摆角极位夹角v1v2Assuming：The rotation speed is a constant 1(曲柄以1等速转动)Angular stroke of the rocker摆角：The angle between two limitation position of rocker摇杆在两极限位置间的夹角(C1DC2)。第35页/共64页二、The coeffici

20、ent of travel speed variation行程速度变化系数Angle of crank rotating曲柄转角Time of crank AC rotating 对应的时间B2C2B1C1A21C34BD摆角极位夹角v1v2Average speed of point C摇杆点C的平均速度)ApparentlyWorking strokeReturn stroke1.Analysis of Quick Return Characteristics 急回性能分析(曲柄摇杆机构)第36页/共64页Quick Return Characteristics and The Coeff

21、icient of Travel Speed Variation（急回特性和行程速比系数)Quick Return Characteristics（急回特性）Characteristic for the speed of working part during return stroke is bigger than working strokes(机构工作件返回行程速度大于工作行程速度的特性)。Working stroke：V1 Return stroke：V2The Coefficient of Travel Speed Variation(行程速比系数)KThe ratio of the

22、 faster average speed V2 to the slower one V1.is to express the extend of quick returning表示工作件往复运动时的急回程度.Then：)第37页/共64页The condition of Four-bar linkages having Quick Return Characteristics平面四杆机构具有急回特性的条件：（1）The speed of driving link is a constant 原动件作等速整周转动；（2）Output link move back and forth alter

23、nately 输出件作往复运动；（3）Effect of Quick Return Characteristics急回特性的作用Save space and increase productive efficiency 急回特性可以节省空间，提高生产率。第38页/共64页2.Crank-slider Mechanisms曲柄滑块机构中，原动件AB以等速转动C1B1B2HC2偏置曲柄滑块机构2AB134eCab,有急回特性。3.Crank oscillating guide-bar mechanism曲柄摆动导杆机构B2B1有急回特性。B1B2HH=2a,无急回特性。314A对心曲柄滑块机构B2

24、CabC1C2AB第39页/共64页(1)Press Angle:压力角：The transmission angle is the complement of the pressure angle 传动角是压力角的余角ACBDvBF vcFFtFn1ABCD234FvcAB134C2越小,传力性能越好。越大,传力性能越好。effective forceno effective forceForce F三、Pressure Angle and Transmission Angle 压力角和传动角机构中驱使输出件运动的力的方向线与输出件上受力点的速度方向线所夹的锐角(2)Transmission

25、 Angle:传动角：（一）Definition of Pressure Angle and Transmission Angle 第40页/共64页vcABC12FFvB3B123AC2aAB134CbvcDraw pressure angle in the FigureExamples：第41页/共64页（二）The position of minimum g 平面四杆机构的最小传动角位置1.Four-bar Linkage铰链四杆机构中Whenis an acute angle(锐角)4vcABCDF123Whenis an obtuse angle(钝角)For Crank-slide

26、r Mechanismf 当曲柄和机架处于两共线位置时，连杆和输出件的夹角最小和最大（）。F1vcDFCABF21234abcdB2 DAC2B1C1 当压力角变化时影响到有效分力大小，希望压力角越小越好，传动角越大越好。当传动角很小时，效率会很低。故限定最小传动角。一个循环中，传动角是变化的在哪里最小呢?一般取40，重载时50第42页/共64页2.Offset Crank-slider Mechanism AB为主动的偏置曲柄滑块机构FvcDB1C1342aAB1Cbe图1 只有使偏置方位、曲柄转向、输出件工作行程方向正确匹配，方能保证输出件有急回特性Maximum pressure ang

27、le is at return stroke.机构的最大压力角处于输出件的回程位置。C1B1B2C22AB134eCab图2工作行程回程第43页/共64页3.Guide-bar mechanism AB为主动的导杆机构vB3F图1B123AC图2B4Ad12aC3evB3FFor Guide-bar mechanismAB为主动的导杆机构第44页/共64页1C234ABDabcdvBFBPosition of Dead-points：死点位置：的机构位置B2C2vB四、Position of Dead-points 死点位置踏板Sewing machine缝纫机脚AB1C1DFB当机构处于传动

28、角The position with Transmission Angle bing zeroFBvB第45页/共64页2aAB134CbvcThink：Where is the dead-point position for following mechanisms?下列机构的死点位置在哪里?B123ACHow to carry the mechanism through the dead point position?怎样使机构通过死点位置?Flywheel can help mechanism through the dead point position.第46页/共64页Applic

29、ation of dead-point position 死点位置利用B1C1ADB2C2地面Aircraft landing gear飞机起落架机构第47页/共64页Application of dead-point position 死点位置利用第48页/共64页Application of dead-point position 死点位置利用第49页/共64页3-4 The Four-bar linkages design to achieve the required motion.实现连杆给定位置的平面四杆机构运动设计翻转机 Usually,different problems wi

30、ll use different methods.Graphical methodAnalytical methodExperimental method第50页/共64页AD此问题的本质是：已知活动铰链，求固定铰链B1B2B3C1C2C3一 按给定连杆上任意三个位置设计四杆机构C2A1a4b3cdBD（求活动铰链轨迹圆的圆心）第51页/共64页二、按给定两连架杆上三对对应位置设计四杆机构 即已知固定饺链中心A、D及一个活动铰链中心，求另一活动饺链中心。1122ADO33第52页/共64页二、按给定两连架杆上三对对应位置设计四杆机构 即已知固定饺链中心A、D及活动饺链中心一个，求另一活动饺链中

31、心。1122ADO33随便取定两个活动饺链中心行吗？B1ADC1DiBiAiCiCiBiAi2112ADO33B1B2B3（一）求解两连架杆对应位置设计问题的“刚化反转法”如果把机构的第i个位置AiBiCiDi看成一刚体(即刚化)，并绕点D转过(-1i)角度(即反转)，使输出连架杆CiD与C1D重合，称之为“刚化反转法”。相对机架1i第53页/共64页（二）给定两连架杆上三对对应位置的设计C1B3_B2B1ADC1C2C3试确定B1讨论：如果已知C1、C2、C3，确定B1、哪个构件应成为相对 运动机架？2、反转角为哪个？_E3E2B1ADB2B3E1二、按给定两连架杆上三对对应位置设计四杆机构

32、第54页/共64页三、按给定行程速度变化系数设计四杆机构已知：输出件的极限位置，行程速比系数K，求运动学尺寸。1、铰链四杆机构ADC1C2BO第55页/共64页四、按给定行程速度变化系数设计四杆机构已知：输出件的极限位置，行程速比系数K，求运动学尺寸。1、铰链四杆机构ADC1C2AB=(AC1-AC2)/2BC=AC1-ABAC2=BC-ABBOAC1=AB+BCA点位置不是唯一C2A1a4b3cdBD第56页/共64页2、曲柄滑块机构2aAB134CbvcHO已知：H，K，e 求运动学尺寸。eAc1c2B1B2第57页/共64页2、曲柄滑块机构2aAB134CbvcHO已知：H，K，e 求运

33、动学尺寸。eAc1c2BAB=(AC1-AC2)/2BC=AC1-AB第58页/共64页小结一、平面四杆机构 1、基本形式：铰链四杆机构 2、分类：取并摇杆、双曲柄、双摇杆。3、演化方法：转动副变移动副、扩大转动副、不同构件作机架。二、铰链四杆机构 1、存在整转副的条件：2、类型的判别 3、参数确定第59页/共64页小结三、几个概念：1、压力角、传动角、极位夹角、死点位置、最小传动角；2、极位夹角与行程速比系数的关系；3、有无急回特性怎样判断；四、运动设计：1、按位置设计 2、按K设计作业：3、6、9、12第60页/共64页ABC12B123AC2aAB134CbvcDraw current pressure angle in the FiguresTest 1：第61页/共64页2aAB134CbvcTest 2：Draw current pressure angle in the Figure.Is there dead-point in following mechanisms?Where is the dead-point position for following mechanisms?在图中标出当前位置压力角。判定下列机构有无死点，如果有死点在图中标出位置在哪里?B123ACB4Ad12aC3e第62页/共64页第63页/共64页感谢您的观看！第64页/共64页