平面连杆机构及其设计cs课件.pptx

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1、青岛科技大学专用 潘存云教授研制8-1 连杆机构及其传动特点 连杆机构 共同特点：原动件的运动都通过一个不与机架直接相连的中间构件（从动件）传递的。具有连杆的机构连杆机构不与机架相连的中间构件连杆常见的连杆机构：1234连杆机构由若干个构件通过低副连接而组成，又称为低副机构。第1页/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制优点：连杆机构为低副机构，运动副为面接触，压强小，承载能力大，耐冲击；运动副元素的几何形状多为平面或圆柱面，便于加工制造；原动件输入的运动规律不变，改变构件的相对长度，使从动件具有不同的运动规律；不同的连杆曲线可以满足不同运动轨迹的设计要求。缺点：由于运动积累误差较大，因而影

2、响传动精度；有惯性力，存在动载荷，不适于高速传动；设计方法比较复杂。连杆机构的广泛应用原动机：工作机：内燃机仪器：椭圆仪牛头刨床鹤式吊车连杆机构的特点搅拌机连杆曲线步进运输机开门机构缝纫机踏板双曲柄机构曲柄摇杆机构双摇杆机构第2页/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制连杆机构中的构件总呈现杆的形状，故常称构件为“杆”。连杆机构常用其所含的杆数而命名：四杆机构、六杆机构、多杆机构等。四杆机构使用广泛，是组成多杆机构的基础：右图中的六杆机构的组成：1236 四杆机构 3456 四杆机构本章重点内容是介绍平面四杆机构。第3页/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制曲柄作整周定轴回转的构件；连杆

3、不与机架相连的中间构件；连架杆与机架相联的构件；摇杆作定轴摆动的构件；周转副能作360 相对回转的运动副；摆转副只能作有限角度摆动的运动副。曲柄连杆摇杆8-2 平面四杆机构的类型和应用 平面四杆机构各部分的名称（术语）：曲柄摇杆机构第4页/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制构件机架相对固定连架杆曲柄摇杆整周回转往复摆动连杆中间构件转动副整周回转往复摆动周转副摆转副平面四杆机构各部分的名称：第5页/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制基本型式铰链四杆机构（全转动副）（1）曲柄摇杆机构特点：铰链四杆机构中，其两个连架杆一为曲柄，一为摇杆。ABCD3214四杆机构的类型和应用作用：将曲柄的

4、整周回转转变为摇杆的往复摆动。曲柄摇杆机构第6页/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制曲柄摇杆机构的应用：动画曲柄主动摇杆主动动画雷达缝纫机第7页/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制曲柄摇杆机构的应用实例：搅拌机构拉胶片机构剪板机 碎石机 动画动画飞箭第8页/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制（2）双曲柄机构特点：两个连架杆都是曲柄的铰链四杆机构。特例：平行四边形机构ABCD3214双曲柄机构作用：将等速回转变为等速或变速回转。两连架杆等长且平行，连杆作平动。ABCDBC动画第9页/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制惯性筛机构机车车轮联动机构双曲柄机构的应用实例：动画第1

5、0页/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制平行机构的应用实例：耕地料斗DCABABDC耕地料斗DCABADBC播种机料斗机构天平升降机构第11页/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制车门开闭机构逆平行（反平行）四边形机构（两相对杆长相等但不平行的双曲柄机构）平行机构的应用实例：第12页/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制（3）双摇杆机构两个连架杆都是摇杆的铰链四杆机构ABCD3214作用：往 复 摆 动往 复 摆 动特例：等腰梯形机构两摇杆长度相等的双摇杆机构汽车前轮转向机构双摇杆机构动画第13页/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制飞机起落架机构图-22M重型轰炸机前起落架

6、动画双摇杆机构的应用实例：鹤式起重机动画电风扇摇头机构动画第14页/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制铰链四杆机构的名称用两个连架杆连架杆的运动性质来的命名。演化以曲柄为机架以曲柄为连杆机构命名：双曲柄机构曲柄摇杆机构双摇杆机构演化：第15页/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制平面四杆机构的演化型式(1)改变构件的形状和运动尺寸偏心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构曲柄摇杆机构曲柄滑块机构双滑块机构 正弦机构可见，移动副可以认为是一种特殊的转动副，即转动中心在无限远处的一个转动副。第16页/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制(2)改变运动副的尺寸(3)选不同的构件为机架偏心轮机构导

7、杆机构314A2BC314A2BC曲柄滑块机构转动导杆机构曲柄滑块机构与偏心轮滑块机构是完全等效的！各构件之间的相对运动没有改变，各构件的绝对运动被改变了。第17页/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制小型刨床牛头刨床应用实例ABDCE123456ABDC1243C2C1导杆机构摆动导杆机构转动导杆机构第18页/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制(3)选不同的构件为机架摇块机构314A2BC导杆机构314A2BC314A2BC曲柄滑块机构ACB1234应用实例B234C1A自卸卡车举升机构应用实例B34C1A2应用实例4A1B23C应用实例13C4AB2应用实例A1C234B第19页

8、/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制(3)选不同的构件为机架摇块机构314A2BC导杆机构314A2BC314A2BC曲柄滑块机构314A2BC直动滑杆机构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机构的倒置BC3214AABC3214各构件的相对运动没有改变，各构件的绝对运动被改变了。第20页/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制(4)运动副元素的逆换导杆机构摇块机构43213214椭圆仪机构选择双滑块机构中的不同构件作为机架可得不同的机构正弦机构32141234第21页/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制83 有关平面四杆机构的一些基本知识1.平面四杆机构有曲

9、柄的条件设ad，同理满足杆长条件，且有：da,db,dc可见周转副存在的条件：当满足杆长条件时，其最短杆参与构成的转动副都是周转副。d为最短杆2个条件缺一不可！ABCDabcdACBDadbc第23页/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制2.最短杆必须为连架杆或机架。（曲柄：绕定轴旋转一周）曲柄存在的条件：1.最长杆与最短杆的长度之和应其他两杆长度之和（此时，机构中存在周转副，即为最短杆两端的转动副。）ABCDabcd 杆长条件第24页/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制曲柄滑块机构曲柄的存在条件123L1L2对心式：L1 L2123L1L2e偏心式：L1+e t2 ,V1 90时，

10、180-BCDCDBAPPPt PnABCD当BCD最小或最大时，都有可能出现min出现min的位置一定是：主动件与机架共线两个位置之一。min1,2min?第29页/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制由余弦定律有：B1C1Darccosb2+c2-(d-a)2/2bc B2C2Darccosb2+c2-(d+a)2/2bc若B1C1D90,则若B2C2D90,则1B1C1D2180-B2C2DC2B21C1B1abcdmin1,2minB1C1D,180-B2C2Dmin2D注意：机构的传动角，一般是对运动链最终一个从动件（执行构件）来度量。出现min位置一定是：主动件与机架共线两处之

11、一:第30页/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制P4.四杆机构的死点摇杆为主动件，且连杆与曲柄两次共线时，有：此时，曲柄受力P的方向通过其回转中心，机构不能运动（顶死）！避免措施：两组机构死点错开排列，如火车轮机构;P此2位置称其为：机构的“死点”。min0靠飞轮的惯性（如内然机、缝纫机等）。AEDGBFCABEFDCG可用的大小来衡量机构传动力性能的好坏！第31页/共46页青岛科技大学专用 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。可行域：摇杆的运动范围。不可行域：摇杆不能达到的区域。不能从一个可行域跳过不可行域运动到另一个可

12、行域的连续运动 错位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。CC1C2C1C2CADB 不能按给定位置的顺序连续运动。DAB1C1B2C2B3C3DAB1C1B3C3B2C2第32页/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制84 平面四杆机构的设计 1.连杆机构设计的基本问题 机构选型根据给定的运动要求选择机构的类型；尺度确定确定各构件的尺寸。同时要满足其他辅助条件：a)结构条件（如要求有曲柄、杆长比恰当等）;b)动力条件（如min）;c)运动连续性条件等。三类设计要求：1)满足预定的运动规律。2)满足预定的连杆位置要求。3)满足预定的轨迹要求。基本问题：第33页/共46页青岛科

13、技大学专用 潘存云教授研制飞机起落架函数机构ADCBBC要求两连架杆转角对应要求两连架杆的转角满足函数 y=logxxy=logxABCD第34页/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制鹤式起重机搅拌机构要求连杆上E点的轨迹为一条鹅卵石形曲线要求连杆上E点的轨迹为一条水平直线QABCDEQCBADE第35页/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制给定的设计条件：1)几何条件（给定连架杆或连杆的位置）2)运动条件（给定K）3)动力条件（给定min）设计方法：解析法、图解法平面四杆机构的图解法ABCDabcd第36页/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制3.用作图法设计四杆机构3.1按预定

14、连杆位置设计四杆机构a)给定连杆BC的两组位置B1C1B2C2AD固定铰链A、D分别位于B1B2，C1C2连线的垂直平分线上；b)给定连杆上铰链BC的三组位置有无穷多组解。ADB1C1B2C2B3C3AD作B1B2的垂直平分线作B2B3的垂直平分线得交点A作C1C2的垂直平分线作C1C2的垂直平分线得交点DA、D即为所求；则：有唯一解。且线上的任意位置都能满足设计要求。例 炉门设计只要求讨论已知活动构件连杆三组以下给定位置的设计。只要求讨论已知活动构件连杆三组以下给定位置的设计。第37页/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制第38页/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制ADBC机构的倒

15、置原理铰链B相对于铰链A的运动轨迹为一圆弧；反之，铰链A相对于铰链B的运动轨迹也是一个圆弧；同理：铰链C相对于铰链D的运动轨迹为一圆弧,铰链D相对于铰链C的运动轨迹也是一圆弧。反转法结论：机构中各构件的相对运动与选择哪个构件作为机架无关。第39页/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制22B2E2 11B1E13.2按两连架杆三组对应位置设计四杆机构已知:机架长度d和两连架杆三组对应位置。AdD1.任意选定构件AB的长度B333E3B22.连接B2 E2、DB2的得B2 E2D，3.绕D 将B2 E2D旋转1-2得B2点；机构的倒置原理第40页/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制 32

16、1321AB3B2B1E3E2E1dDB2B33.2 按两连架杆三组对应位置设计四杆机构已知:机架长度d和两连架杆三组对应位置。1.任意选定构件AB的长度2.连接B2 E2、DB2的得B2 E2D，4.连接B3 E3、DB3的得B3 E3D，5.绕D将B3E3D旋转1-3得B3点；3.绕D 将B2 E2D旋转1-2得B2点；第41页/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制 321321AB1E3E2E1dDB3B2C1B2C2B3C33.2按两连架杆三组对应位置设计四杆机构已知:机架长度d和两连架杆三组对应位置。1.任意选定构件AB的长度2.连接B2 E2、DB2的得B2 E2D，3.绕D点

17、旋转B2 E2D得B2点；6.由B1 B2 B3 三点求圆心C3。4.连接B3 E3、DB3的得B3 E3D，5.绕D将B3E3D旋转1-3得B3点；第42页/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制精品课件！第43页/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制精品课件！第44页/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制3.4按给定的行程速比系数K设计四杆机构曲柄摇杆机构计算180(K-1)/(K+1);已知：摇杆CD杆长，摆角及K，设计此机构。步骤如下：任取一点D，作等腰三角形腰长 为CD，夹角为;作C2PC1C2，作C1P使作P C1C2的外接圆，则A点必在此圆上。选定A，设曲柄为a，连杆为b，则A C1=a+b,以A为圆心，A C2为半径作弧交于E,得：a=EC1/2 b=A C1EC1/290-PAEC1C2A C2=b-a，故有：a=(A C1A C2)/2D C2C1P=90,交于P;第45页/共46页青岛科技大学专用 潘存云教授研制感谢您的观看。第46页/共46页