平面连杆机构及其设计(10).ppt

1,内容简介: 一、连杆机构及其传动特点 二、平面四杆机构的类型和应用 三、平面四杆机构的基本知识 四、平面四杆机构的设计 五、多杆机构,第八章 平面连杆机构及其设计,2,飞机起落架,3,在工程应用中十分广泛,如内燃机 鹤式起重机 火车轮 急回冲床 牛头刨床 翻箱机 椭圆仪 机械手爪,4,连杆机构 由若干刚性构件用低副联接而成的机构，又称为低副机构。,5,2.平面连杆机构的特点,优点： （1）承受载荷大，便于润滑 （2）制造方便，易获得较高的精度 （3）两构件之间的接触靠几何封闭实现 （4）较好实现多种运动规律和轨迹要求,6,缺点： （1）惯性力不易平衡，常应用于中低速场合 （2）不易精确实现各种运动规律和轨迹要求 （3）构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低,增加若干较大的平衡质量，尤其是要把平衡质量安装在连架杆延长线的某部位处，给机构设计带来较大困难。为了使机构的惯性力得到平衡，可采用将相同机构按对称方式进行布置的设计方法进行平衡。,7,a 曲柄（与机架相联且作整周回转运动的构件）,平面四杆机构最基本型式 铰链四杆机构,b 连杆（不与机架相联作平面运动的构件）,c 摇杆（与机架相联且只能在一定范围内作往复摆动构件）,d 机架 （相对固定不动的构件）,a、c 连架杆（与机架相连的杆件）,8,根据铰链四杆机构两连架杆的不同运动情况分类：,9,（1）曲柄摇杆机构 两连架杆中一杆为曲柄，另一杆为摇杆。,10,（2）双曲柄机构 两连架杆均为相对机架作整周回转的曲柄。,震动筛,应用举例：,11,机车车轮联动机构,车门开闭机构,特例：平行双曲柄机构 反平行双曲柄机构,平行双曲柄机构,反平行双曲柄机构,12,（3）双摇杆机构 两连架杆均为摇杆。,应用举例：,鹤式起重机,摇头风扇,汽车转向机构,特例：等腰梯形机构,13,2、平面四杆机构的演化型式,1）改变相对杆长、转动副演化为移动副,改变运动副类型 转动副变成移动副,当CD无穷大时, 曲柄摇杆机构演化为何种机构 ?,14,(1)曲柄滑块机构,偏置曲柄滑块机构,当e=0时,如何 ?,15,对心曲柄滑块机构,思考题: 偏置曲柄滑块机构与对心曲柄滑块机构的区别 ?,当BC无穷大时, 曲柄滑块机构演化为何种机构 ?,改变构件相对尺寸 e0,16,(2)双滑块机构,正弦机构,17,(1)变化铰链四杆机构的机架,曲柄摇杆机构,双摇杆机构,曲柄摇杆机构,双曲柄机构,2）选用不同构件为机架,18,曲柄滑块机构中构件1为机架,得到导杆机构。,(2)变化单移动副机构的机架,19,曲柄滑块机构中构件2为机架,得到曲柄摇块机构。,A,20,手摇唧筒,曲柄滑块机构中滑块3为机架，得到定块机构 （移动导杆机构）,21,（3）变化双移动副机构的机架,正弦机构,双转块机构,双滑块机构,22,机构类型?,举例1.牛头刨床,摆动导杆机构+曲柄滑块机构,23,3）改变运动副的尺寸,偏心轮机构,扩大运动副尺寸,24,特点: (1) 小行程 (2) 大输出力,25,小结,1）曲柄摇杆机构的演化,改变运动副类型 转动副变成移动副,改变构件相对尺寸,改变构件相对尺寸e0,26,2）双曲柄机构的演化,改变运动副类型 转动副变成移动副,转动导杆机构,改变运动副类型 转动副变成移动副,双转块杆机构,改变构件相对尺寸,0,改变构件相对尺寸,27,3）双摇杆机构的演化,改变运动副类型 转动副变成移动副,移动导杆机构,改变运动副类型 转动副变成移动副,双滑块机构,0,改变构件相对尺寸,改变构件相对尺寸,28,4）曲柄滑块机构的演化,改变运动副类型 转动副变成移动副,改变构件相对尺寸,正弦机构,改变机架,定为机架,双滑块机构,29,总结：平面四杆机构的演化,曲柄摇杆机构是四杆机构的最基本形式，其它类型的四杆机构都可以通过适当途径演化而成。,途径二：改换机架（改变机构类型）,途径一：改变杆长（改变机构类型）,途径三：扩大运动副尺寸（不改变机构类型）,30,曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构,铰链四杆机构,如何形成的三种基本形式?,三、平面四杆机构的基本知识（重点）,1.铰链四杆机构有曲柄的条件,31,曲柄摇杆机构,机架,连架杆曲柄,连架杆摇杆,连杆,周转副,周转副,摆转副,摆转副,（1）周转副和摆转副,32,铰链四杆机构,(2)周转副存在条件,结论： （1）构成周转副的两个构件中，必有一个是最短杆。,（2）最短杆和最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。,33,推论： （1）若A是周转副，则B必为周转副,（2）具有两个周转副的构件必为最短杆，并满足杆长和条件,（3）C、D不是周转副,（4）周转副条件不满足时，机构中的各构件只能摆动,34,曲柄摇杆机构,曲柄摇杆机构,双曲柄机构,双摇杆机构,例题,机架?,周转副?,35,(3)曲柄的存在条件（戈拉霍夫定理重点）,最短杆和最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和,周转副,周转副,摆转副,摆转副,最短杆是连架杆或机架,36,例1：曲柄滑块机构有曲柄的条件,曲柄滑块机构有曲柄的条件,37,例2：对心导杆机构有曲柄的条件,38,（1）极位夹角,当曲柄逆时针转过一周时，摇杆最大摆角 对应其两个极限位置（曲柄和连杆处于两次共线位置），通常把曲柄这两个位置所夹的锐角 称为极位夹角。,极位夹角()：输出构件在两个极限位置时，主动曲柄的一个位置的方向与第二位置的反方向之间的夹角 。,2.急回运动和行程速比系数,39,曲柄AB1AB2，摇杆C1DC2D, 1 推程运动角,曲柄 AB2AB1, 摇杆C2DC1D, 2 回程运动角,40,（2）急回运动,在曲柄等速回转情况下，摇杆往复摆动速度快慢不同的运动。,（3）行程速比系数,为衡量摇杆急回作用的程度，通常把从动件往复摆动平均速度的比值（大于1）称为行程速比系数，并用K来表示。,41,42,有急回要求的设备上，应明显标出原动件的正确回转 方向。,机构急回特性在工程上应用的三种情况： （1）慢进快退 （2）快进慢退 （3）无急回,43,讨论1：曲柄摇杆机构的极位夹角,44,讨论2：曲柄滑块机构的极位夹角,对心,偏置,= 0，K=1，无急回特性, 0，K 1，有急回特性,45,讨论3：摆动导杆机构的极位夹角, 0，K 1，有急回特性； =,46,3.铰链四杆机构的传动角和死点,（1）压力角和传动角,压力角：力F的作用线与力作用点绝对速度V所夹的 锐角。,在其它条件不变的情况下压力角越小，作功W越大。,47,传动角：压力角的余角。,传动角：机构传力性能的一个重要指标，是力利用率大小的衡量指标。,48,铰链四杆机构的压力角 铰链四杆机构中，如果不考虑构件的惯性力和铰链中的摩擦力，则原动件AB 通过连杆BC作用到从动件CD上的力将沿BC方向，该力的作用线与力作用点C点绝对速度所夹的锐角 称为压力角。,传动角 压力角的余角 定义为传动角。,49,讨论： 压力角越小，推动机构运动的有效分力越大，故压力角越小越好；,50,51,52,53,54,讨论：曲柄滑块机构的压力角。,55,从动件的传动角 时机构所处的位置（压力角等于90）。,（2）死点位置,56,无死点存在!,57,58,机构的极位与死点是同一位置吗？区别何在？,59,无死点存在！,有死点存在！,60,采取措施使其能顺利地通过死点位置。,蒸汽机车车轮联动机构,61,利用死点位置来实现一定工作要求。,飞机起落架机构,钻床夹具机构,62,* 连杆机构运动的连续性,错位不连续 错序不连续,63,四杆机构设计的基本问题,函数机构设计 轨迹机构设计 导引机构设计,四、平面四杆机构设计,64,65,1.导引机构设计,设计方法：图解法、解析法,（1）图解法,（2）解析法,66,2.函数机构设计,设计方法：图解法、解析法、数值比较法,（1）解析法,67,铰链四杆机构位置方程：,68,（2）数值比较法,设计步骤 建立连架杆转角曲线 数据库 将给定函数y=f（x）转换为连架杆转角关系曲线 与数据库中曲线 比较求得机构,69,（3）按从动件急回特性设计四杆机构,已知：行程速比系数K=1.25，摇杆长度 mm，摇杆摆角 ，机架长度 mm，试确定曲柄摇杆机构尺寸。,解：,70,已知：行程速比系数K、行程H和偏距e，现设计此机构。,71,已知:摆动导杆机构中机架的长度lAC，行程速比系数K，要求设计此机构。,B2,B1,72,3.轨迹机构设计,设计方法：实验法、解析法,（1）实验法,（2）解析法,73,74,75,4.连杆机构的优化设计,（1）问题的提出,（2）优化设计的基本概念,设计变量 目标函数 约束条件 优化设计的数学模型,76,机构优化设计建模的基本问题： 正确地选择设计变量，根据机构的工作要求，提出恰当的限制条件并构造约束函数，建立能够描述机构特征的目标函数，并求其最小值。,77,五、多杆机构,1.多杆机构的功用,（1）取得有利的传动角,（2）获得较大的机械利益,（3）改变从动件的运动特性,（4）实现从动件带停歇的运动,（5）扩大机构从动件的行程,（6）使机构从动件的行程可调,（7）实现特定要求下的平面导引,结论 由于多杆机构的尺度参数较多，因此它可以满足更为 复杂的或实现更加精确的运动规律要求和轨迹要求。但其设计也 较困难。,78,（1）多杆机构的分类,1）按杆数分,五杆、六杆、八杆机构等；,2）按自由度分,单自由度、两自由度和三自由度多杆机构。,（2）六杆机构的分类,1）瓦特（Watt）型，有型、型两种。,2.多杆机构的类型,瓦特型,斯蒂芬森型,瓦特型,瓦特型,79,2）斯蒂芬森（Stephenson）型，有型、型、型三种。,斯蒂芬森型,斯蒂芬森型,斯蒂芬森型,（3）六杆机构的应用,80,契贝谢夫四足机器人,它是利用连杆曲线特性，当一对角足运动处在曲线的直线段时则着地静止不动，而另一对角足则处在曲线段作迈足运动，从而可实现