平面连杆机构及其设计

第三章 平面连杆机构及其设计基本要求 :1.了解平面四杆机构的基本型式，掌握其演化方法。 2.掌握平面四杆机构的工作特性。 3.了解连杆机构传动的特点及其功能。 4.掌握平面连杆机构运动分析的方法，学会将复杂的平面连杆机构的运动分析问题转化为可用计算机解决的问题。 5.了解平面连杆机构设计的基本问题，熟练掌握根据具体设计条件及实际需要，选择合适的机构型式和合理的设计方法，解决具体设计问题。 教学内容3-1 平面连杆机构的特点及其设计的基本问题3-2 平面四杆机构的基本型式及其演化3-3 平面四杆机构的主要工作特性3-4 实现连杆给定位置的平面四杆机构运动设计3-5 实现已知运动规律的平面四杆机构运动设计3-6 实现已知运动轨迹的平面四杆机构运动设计3-1 平面连杆机构的特点及其设计的基本问题一、平面连杆机构的特点 1、连杆机构中构件间以低副相连，低副两元素为面接触，在承受同样载荷的条件下压强较低，因而可用来传递较大的动力。又由于低副元素的几何形状比较简单（如 平面 、 圆柱面 ），故容易加工。2、 构件运动形式具有多样性。连杆机构中既有绕定轴转动的曲柄、绕定轴往复摆动的摇杆，又有作平面一般运动的连杆 、 作往复直线运动的滑块 等，利用连杆机构可以获得各种形式的运动，这在工程实际中具有重要价值。 一、平面连杆机构的特点3、在主动件运动规律不变的情况下，只要改变连杆机构各构件的相对尺寸，就可以使从动件实现不同的运动规律和运动要求。4、连杆曲线具有多样性。连杆机构中的连杆，可以看作是在所有方向上无限扩展的一个平面，该平面称为 连杆平面 。在机构的运动过程中，固接在连杆平面上的各点，将描绘出各种不同形状的曲线，这些曲线称为 连杆曲线 。 一、平面连杆机构的特点缺点：1、不能满足高精度运动要求。（累积误差大）2、不适宜高速场合。（运动复杂，惯性力难以平衡）二、平面连杆机构的作用 a.实现有轨迹、位置或运动规律要求的运动图示的四杆机构为 圆轨迹复制机构 ，利用该机构能实现预定的圆形轨迹 二、平面连杆机构的作用b. 实现从动件运动形式及运动特性的改变图示为 单侧停歇曲线槽导杆机构 ，当原动件曲柄 1连续转动至左侧时，将带动滚子 2进入曲线槽的圆弧部分，此时从动导杆 3将处于停歇状态，从而实现了从动件的间歇摆动 。 二、平面连杆机构的作用c. 实现较远距离的传动 如 自行车的手闸 ， 锻压机械中 的离合器控制。d. 调节、扩大从动件行程 图示为 可变行程滑块机构，通过调节导槽与水平线的倾角，可方便地改变滑块的行程 二、平面连杆机构的作用e. 获得较大的机械增益目的 达到增力。图示为杠杆机构的示意图。利用该机构也可以获得较大的机构增益 。三、设计的基本问题平面连杆机构设计通常包括选型和运动尺寸设计两个方面 。 选型：是确定连杆机构的结构组成，包括构件数目以及运动副的类型和数目。 运动尺寸设计：是确定机构运动简图的参数，包括转动副中心之间的距离、移动副位置尺寸以及描绘连杆曲线的点的位置尺寸等。 运动尺寸设计是本章主要研究内容，它一般可归 纳为以下三类基本问题： 三、设计的基本问题1、实现构件给定位置 (刚体导引机构 设计 )要求所设计的机构能引导一个刚体顺序通过一系列给定的位置。该刚体一般是机构的连杆。 图示的铸造造型机砂箱翻转机构，砂箱固结在连杆连杆 BC上，要求所设计的机构中的连杆能依次通过位置上，要求所设计的机构中的连杆能依次通过位置 ， ，以便引导砂箱实现造型振实和拔模两个动作。，以便引导砂箱实现造型振实和拔模两个动作。三、设计的基本问题2、实现已知运动规律 （ 函数生成机构 设计 ）即要求主、从动件满足已知的若干组对应位置关系，包括满足一定的急回特性要，或者在主动件运动规律一定时，从动件能精确或近似地按给定规律运动。（ 如车门开闭机构 ）3、实现已知运动轨迹（ 轨迹生成机构 设计）即要求连杆机构中作平面运动的构件上某一点精确或近似地沿着给定的轨迹运动。 三、设计的基本问题如： 鹤式起重机工作要求连杆上吊钩滑轮中心 E点的轨迹为一直线，以避免被吊运的物体作上下起伏 。这类设计问题通常称为 轨迹生成机构 的设计设计方法：大致可分为 图解法、解析法、实验法 三类 图 解法 解析法 实验 法直 观 性 强 、 简单易行。 对 于某些设计 往往比解析法方便有效，它是连 杆机构 设计 的一种基本方法。 设计 精度低，不同的设计 要求， 图 解的方法各异。 对 于较 复 杂 的 设计 要求， 图 解法很 难解决。解析法精度 较高，但 计 算量大，目前由于计 算机及数 值计 算方法的迅速 发 展，解析法已得到广泛应 用。实验 法通常用于 设计 运 动 要求比 较 复 杂 的连 杆机构，或者用于 对 机构进 行初步 设计。设计时选用哪种方法，应视具体情况来决定 3-2 平面四杆机构的基本型式及其演化一、铰链四杆机构在平面连杆机构中， 结构最简单 的且 应用最广泛 的是由 4个构件所组成的平面四杆机构，其它多杆机构可看成在此基础上依次增加杆组而组成。 在平面四杆机构中最基本的是铰链四杆机构，它可以演化成其它形式的四杆机构铰链四杆机构： 所有运动副均为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构 1、组成机架 -构件 4； 连架杆 -直接与机架相连的构件 1， 3； 连杆 -不直接与机架相连的构件 2其中： 曲柄 连架杆 1（能做整周回转的连架杆）摇杆 连架杆 3为（ 仅能在某一角度范围内往复摆动的连架杆）。转动副 A、 B为 整转副 ，转动副 C、D为 摆动副。整转副：以转动副相连的两构件能作整周相对转动的转动副。摆动副：以转动副相连的两构件不能作整周相对转动的转动副。类型：（ 1）曲柄摇杆机构定义 在铰链四杆机构中，若两连架杆中有一个为曲柄，另一个为摇杆，则称为曲柄摇杆机构。实例 a.缝纫机踏板机构 (如图 )b.搅拌器机构（如图）（ 2）双曲柄机构定义 在铰链四杆机构中，若两连架杆均为曲柄，称为双曲柄机构。传动特点 当主动曲柄连续等速转动时，从动曲柄一般不等速转动。实例惯性筛机构（右图）双曲柄机构中有两种特殊机构： 平行四边形机构和反平行四边形机构a、平行四边形机构定义： 在双曲柄机构中，若两对边构件长度相等且平行，则称为平行四边形机构。传动特点： 主动曲柄和从动曲柄均以相同角速度转动惯性筛机构平行四边形机构位置不确定问题平行四边形机构有一个位置不确定问题，如图示。解快方法：（ 1）加惯性轮 利用惯性维持从动曲柄转向不变。（ 2）加虚约束 通过虚约束保持平行四边形，如 机车车轮联动的平行四边形机构b.反四边形机构定义 两曲柄长度相同，而连杆与机架不平行的铰链四杆机构，称为反平行四边形机构。如图示应用实例汽车车门开闭机构（ 3）双摇杆机构 定义 在铰链四杆机构中，若两连架杆均为摇杆，则称为双摇杆机构。实例： 鹤式起重机 中的四杆机构即为双摇杆机构当主动摇杆摆动时，从动摇杆也随之摆动，位于连杆延长线上的重物悬挂点将沿近似水平直线移动。双摇杆机构中有一种特殊机构： 等腰梯形机构 在双摇杆机构，如果两摇杆长度相等，则称为等腰梯形机构。实例 汽车前轮转向机构 中的四杆机构二、平面连杆机构的演化铰链四杆机构 其它形式平面四杆机构演化演化方法：（ 1）将转动副变成移动副；（ 2）变换机架；（ 3）扩大转动副。1、转动副转化为移动副在图（ a）示曲柄摇杆机构中，当曲柄 1转动时，摇杆3上 C点的轨迹是圆弧 mm，且当摇杆长度愈长时，曲线 mm 愈平直。当摇杆为无限长时，