《平面连杆机构》PPT课件.ppt

,机械设计基础,第2章,平面连杆机构,关键知识点,1、平面四杆机构设计； 2、平面四杆机构最小传动角的确定。,难 点,第2章平面连杆机构,1、铰链四杆机构的基本型式、应用及其演化； 2、平面四杆机构有曲柄的条件、急回运动及行程速比系数、压力角和传动角、死点位置； 3、用图解法分别按行程速比系数K、连杆预定位置设计四杆机构；解析法按两连架杆预定对应位置设计四杆机构；用实验法按两连架杆多对对应位置和预定轨迹设计四杆机构。,本章教学内容,2.1 铰链四杆机构的基本型式、特性及应用 2.2 铰链四杆机构的曲柄存在条件 2.3 铰链四杆机构的演化 2.4 平面四杆机构的设计 总 结,第2章平面连杆机构,2.1 铰链四杆机构的基本型式、特性及应用,第2章平面连杆机构,内燃机、鹤式吊、火车轮、手动冲床、椭圆仪、机械手爪、旋转式叶片泵、雷达调整机构、缝纫机、公共汽车开关门、折叠伞等。,特点：有一作平面运动的构件，称为连杆。,特点： 由于是低副机构，两构件之间为面接触，因此接触面上的压 强小、便于润滑、磨损较轻，可以承受较大的载荷,改变构件的相对长度，从动件运动规律不同。,连杆曲线丰富。可满足不同要求。,定义：若干刚性构件由低副（转动、移动）连接组成的平面机构，称为平面连杆机构。,应用实例：,第2章平面连杆机构,缺点： 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），不适用于高速的场合 。,设计复杂，难以实现精确的轨迹。,在平面连杆机构中最常用、最基本的是四杆机构 本章重点内容是介绍四杆机构。,第2章平面连杆机构,平面四杆机构的基本型式是铰链四杆机构；其它四杆机构都是由它演变得到的。,名词解释： 连架杆与机架相联的构件； 连杆不与机架相联的构件,连杆作平面运动.,三种基本型式：,（1）曲柄摇杆机构,特征：若两连架杆中一杆为曲柄，另一杆为摇杆时，此机构称为曲柄摇杆机构,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。,第2章平面连杆机构,应用举例,图2-2 雷达调整机构 图2-3 缝纫机的踏板机构,第2章平面连杆机构,当曲柄作匀速转动时，摇杆往复摆动的平均速度是不一样的，这种特性称为急回特性。,极位夹角: 曲柄AB与连杆BC两次共线位置所夹的锐角，称为极位夹角，用 表示。,图2-4 曲柄摇杆机构的急回运动,2.1.1 曲柄摇杆机构的三个特性,1 急回运动,第2章平面连杆机构,为了表示急回特性的急回程度，可用行程速比系数K 表示，即,当给定行程速比系数K 时，将式(2-1)整理后，可得极位夹角 的计算公式：,由以上分析可知：平面连杆机构有无急回特性取决于有无极位夹角 ， 越大，K 值越大，急回程度越显著，但机构运动的平稳性也越差。因此在设计时，应根据其工作要求，恰当地选择K值，在一般机械中1K2。,（2-1）,（2-2）,第2章平面连杆机构,压力角的定义是：从动件上所受驱动力方向（不计重力、摩擦力和惯性力）与该力作用点绝对速度方向之间所夹的锐角，用表示。,图2-5 压力角与传动角,2 . 压力角和传动角,第2章平面连杆机构,传动角的定义是：与压力角互为余角的角称为传动角，用 来表示，即 =90-，显然 值越大（即越小）越好，理想情况是 =90。,为了保证机构传力性能良好，通常对传动角的最小值min加以限制，即应使 min , 称为许用传动角，一般机械中，推荐 =40-50。,当BCD90时， BCD,min出现的位置：,180- BCD,min位置一定是：主动件与机架共线两处之一。,当BCD最小或最大时，都有可能出现min,当BCD90时，,第2章平面连杆机构,摇杆为主动件，且连杆与曲柄两次共线时，有0,此时机构不能运动.称此位置为：“死点”,避免措施： 两组机构错开排列，如火车轮机构; 靠飞轮的惯性（如内燃机、缝纫机等）。,3 . 机构的死点位置,第2章平面连杆机构,事物都是一分为二的也可以利用死点进行工作：飞机起落架、钻床夹具等。,飞机起落架,图2-7 夹紧装置,第2章平面连杆机构,作用：将等速回转转变为等速或变速回转。,应用实例：如叶片泵、惯性筛等。,在铰链四杆机构中，若两连架杆均为曲柄，则该机构称为双曲柄机构。,旋转式叶片泵 惯性筛中的双曲柄机构,2.1.2 双曲柄机构,第2章平面连杆机构,实例：图2-10天平机构 图2-13 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,特例：反平行四边形机构 其运动特点是两曲柄的角速度大小不等、转向相反。,第2章平面连杆机构,在铰链四杆机构中，若两连架杆均为摇杆，则该机构称为双摇杆机构。,图2-14 为港口用鹤式起重机 图2-15 汽车前轮转向机构,2.1.3 双摇杆机构,第2章平面连杆机构,图2-16所示的铰链四杆机构中，设连架杆1为曲柄，连架杆3为摇杆。下面反推出机构中各杆的相对长度之间的关系。,l3(l2 l1)+ l4,则由AC2D可得：三角形任意两边之和大于第三边,则由AC1D可得：,l1+ l2 l3 + l4,l4(l2 l1)+ l3,AB为最短杆, l1+ l3 l2 + l4,将以上三式两两相加得： l1 l2, l1 l3, l1 l4, l1+ l4 l2 + l3,2.2 铰链四杆机构的曲柄存在条件,第2章平面连杆机构,铰链四杆机构有一个曲柄的条件是： (1) 满足杆长条件,即最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和. (2) 曲柄是最短杆；,如何判断铰链四杆机构的类型?我们得出如下结论：在满足杆长条件的情况下： （1）取最短杆相邻的构件（构件2或构件4）为机架时，得曲柄摇杆机构。 （2）取最短杆（构件1）为机架，得双曲柄机构。 （3）取最短杆（构件3）的对边为机架，得为双摇杆机构。,铰链四杆机构变更机架后机构的演化,第2章平面连杆机构,图2-18 曲柄滑块机构的演化,2.3 铰链四杆机构的演化,2.3.1 改变构件的形状和运动尺寸,第2章平面连杆机构,图4-20 回转导杆机构,图2-21牛头刨床的摆动导杆机构,图2-19曲柄滑块机构,2.3.2 取不同的构件为机架,第2章平面连杆机构,图2-22自卸卡车翻斗机构,图2-23 手动抽水机,第2章平面连杆机构,2.3.3 扩大转动副,第2章平面连杆机构,生产实践中的要求是多种多样的，给定的条件也各不相同，归纳起来，四杆机构设计主要分为两类问题： （1）按给定的位置和运动规律设计四杆机构； （2）按给定的运动轨迹设计四杆机构。,四杆机构设计的方法有图解法、解析法和实验法。一般来说，图解法比较直观、易懂，尺寸精度较差；解析法计算繁琐，但精确较高；实验法形象直观，但过程复杂。下面主要介绍图解法，个别实例介绍一下解析法和实验法。,2.4 平面四杆机构的设计,第2章平面连杆机构,计算180(K-1)/(K+1);,已知：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l1 ，连杆为l2 ，则:,以A为圆心，A C1为半径作弧交于E,得： l1 =EC2/ 2,A C1=l2- l1,= l1 =( A C2A C1)/ 2,C2C1P=90,交于P;,A C2= l1+l2,曲柄摇杆机构,2.4.1 按给定的行程速比系数K设计四杆机构,1. 曲柄摇杆机构,第2章平面连杆机构,图2-26 按行程速比系数K 设计曲柄滑块机构,已知K，滑块行程H，偏距e，设计此机构 。,计算:180(K-1)/(K+1);,作C1 C2 H,作C1PC1C2，作C2P使,作P C1C2的外接圆，则A点必在此圆上。,选定A，设曲柄为l1 ，连杆为l2 ，则:,以A为圆心，A C1为半径作弧交于E,得： l1 =EC2/ 2, A C2=l2+l1,C1C2P=90,交于P;,A C1=l2- l1,2.曲柄滑块机构,第2章平面连杆机构,分析： 由于与导杆摆角相等，设计此 机构时，仅需要确定曲柄的长度 a。,计算180(K-1)/(K+1);,任选C作mCn ，,据lAC 取A点 , 则曲柄的长度 : lAB= lAC sin( /2)。,作角分线;,已知：机架长度lAC ，K，设计此机构。,导杆机构,3. 导杆机构,第2章平面连杆机构,图2-28 按给定连杆位置设计铰链四杆机构,已知：连杆BC的长度 lBC 和它的三个位置，试设计该铰链四杆机构。,b) 给定连杆两组位置,有唯一解。,有无穷多组解。,2.4.2 按给定连杆的2个或3个位置设计四杆机构,第2章平面连杆机构,在图2-29所示的铰链四杆机构中，已知两连架杆AB和CD的对应转角i=（i），求各构件的长度l1、l2、l3和l4。,建立坐标系如图所示，可写出以下矢量方程式：,将上式分别向x及y轴投影， 可得如下两个代数方程：,2.4.3 按给定的两连架杆对应位置设计四杆机构,1解析法,第2章平面连杆机构,消去，整理后得：,为简化上式，再令:,则有:,第2章平面连杆机构,式中只有P0、P1及P2、三个待定参数，所以该机构最多满足两连架杆AB和CD的三组对应转角1、1 ，2、2和3、3。若仅给定连架杆组对应转角1、1 和2、2，则方程组中只能得到两个方程，P0、P1、P2三个参数中的一个可以任意给定，所以有无穷个解。欲使其有确定的解，可以添加其他的附加条件。,上式中有P0、P1、P2、0 及0 五个待定参数。若将连架杆AB和CD的五组对应转角分别上式，五个方程组可以求出五个待定参数P0、P1、P2、0及0 。然后代入公式,可求得m、n、p的值，最后根据实际情况确定连架杆AB的长度l1，则其余三构件的长度l2、l3和l4就可完全确定了。,若两连架杆的起始角 0=0=0，则式则成为:,第2章平面连杆机构,下表给出了两连架杆六组对应转角关系。用实验法求解:,实验法设计四杆机构,1)首先在一张纸上取固定轴A的位置，作原动件角位移i,2)任意取原动件长度AB,3)任意取连杆长度BC，作 一系列圆弧Ki;,4)在一张透明纸上取固定轴D，作角位移i,5) 取一系列从动件长度作同心圆弧。,6) 两图叠加，移动透明纸，使Ki与DDi的交点Ci 落在同一圆弧上。,实验法设计四杆机构,第2章平面连杆机构,连杆作平面运动,其上各点的轨迹均不相同。,B, C点的轨迹为圆弧;,其余各点的轨迹为一条 封闭曲线。,设计目标: 就是要确定一组杆长参数, 使连杆上某点的轨迹满足设计要求。,2.4.4 按给定的运动轨迹设计四杆机构,1 实验法,第2章平面连杆机构,2图谱法,第2章平面连杆机构,图谱法按轨迹设计四杆机构,第2章平面连杆机构,1.四杆机构的基本形式、演化及应用；,2.曲柄存在条件、传动角、压力角、死点、急回特性：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；,3.掌握按连杆二组位置、三组位置、连架杆三组对应位置、行程速比系数设计四杆机构的原理与方法。,本章重点：,总 结,第2章平面连杆机构,1 连杆机构是由若干构件用低副联接而成的.,2铰链四杆机构是平面连杆机构的基本形式。而其他各种类型的四杆机构都可以看做