第5章平面连杆机构及其设计重点(zl)

作者：朱理第五章平面连杆机构及其设计缺点： 构件和运动副多产生动载荷（惯性力），不适合高速。设计复杂，难以实现精确的轨迹。机械效率低 。累积误差大 运动精度低 。特点： 采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度 。改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。连杆曲线丰富，可满足不同要求。特征： 至少有一个作平面运动的构件，称为连杆。定义： 由低副（转动、移动）连接组成的平面机构。5.1 平面连杆机的应用构及其设计的基本问题作者：朱理第五章平面连杆机构及其设计基本类型 铰链四杆机构 ，其它四杆机构都是由它演变得到的。机架 固定不动的构件；共有三种基本型式：1.曲柄摇杆机构特征： 曲柄摇杆作用： 将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。如雷达天线。连杆 作平面运动的构件；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。5.2.1 平面四杆机构的基本类型曲柄 作整周定轴回转的构件；机架 摇杆连杆曲柄连架杆连架杆5.2 平面四杆机构的基本形式和演化作者：朱理第五章平面连杆机构及其设计ABC1243D2. 双曲柄机构特征：两个曲柄作用：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。AB DC12433124缝纫机踏板机构2143摇杆主动雷达天线俯仰机构曲柄主动作者：朱理第五章平面连杆机构及其设计特例： 平行四边形机构AB = CD特征：两连架杆等长且平行，连杆作平动BC = AD播种机料斗机构实例： 火车轮摄影平台B CAB CD耕地料斗D CAB耕地料斗CBABDC作者：潘存云教授DB C天平作者：潘存云教授作者：朱理第五章平面连杆机构及其设计反平行四边形机构 车门开闭机构 反向平行四边形机构在共线位置出现运动不确定。 采用两组机构错开排列。火车轮 ABEFDCGFA E D GB C作者：朱理第五章平面连杆机构及其设计3. 双摇杆机构特征 ：两个摇杆应用举例 ： 铸造翻箱机构特例：等腰梯形机构 汽车转向 机构 、 风扇摇头 机构BCABDCABDC风扇座蜗轮蜗杆电机电机ABC风扇座蜗轮蜗杆电机ABD风扇座蜗轮蜗杆ABDCEBCED作者：朱理第五章平面连杆机构及其设计1.改变构件的形状和运动尺寸（转动副化为移动副）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5.2.2 平面四杆机构的演化 ABCDCDABDCABs=l sin lBACCABCAB作者：朱理第五章平面连杆机构及其设计2.改变运动副的尺寸（扩大转动副）3.选不同的构件为机架双曲柄机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 双摇杆机构偏心轮机构12 34 12 341 2 34 12 34作者：朱理第五章平面连杆机构及其设计牛头刨床 小型刨床ABDCE 123456导杆机构摆动导杆机构转动导杆机构314A2BC曲柄滑块机构314A2BC3.选不同的构件为机架ABDC1243C2 C1作者：朱理第五章平面连杆机构及其设计3.选不同的构件为机架ACB 1234导杆机构摇块机构314A2BC314A2BC曲柄滑块机构314A2BCB234C1A34A241B3C134A2A 14 自卸车举升机构录像应用实例 动画作者：朱理第五章平面连杆机构及其设计314A2BC直动滑杆 机构这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法称为： 机构的倒置3.选不同的构件为机架导杆机构摇块机构314A2BC314A2BC曲柄滑块机构314A2BCBC3214AA4手摇唧筒作者：朱理第五章平面连杆机构及其设计椭圆仪机构实例：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 缝纫机针头4.运动副元素的逆换将低副两运动副元素的包容关系进行逆换，不影响两构件之间的相对运动。32141234导杆机构 4 321摇块机构3214作者：朱理第五章平面连杆机构及其设计 a+ c b + da+ d b + c三角形任意两边之和大于第三边平面 四杆机构 具有 周转副 可能存在 曲柄。 而且从该例可得以下结论由 BCD 可得：由 B”C”D可得：AB为最短杆这说明：若有整周回转副，则最长杆与最短杆的长度之和 其他两杆长度之和。5.3 平面四杆机构的基本特性5.3.1 平面 四杆机构 有曲柄的条件连架杆若能整周回转，必有 两次与机架共线 。若设 ad，同理有：将以上三式两两相加得： ab ac b(d a)+ cc(da)+ b设 at2 V2 V1称 K为 行程速比系数 。 只要 0 K1设计新机械时，往往先给定 K值，于是 且 K 急回性质越明显。 摇杆的这种特性称为： 用以下比值表示急回程度 所以可通过分析机构中是否存在 以及 的大小来判断机构是否有急回运动或运动的程度。ABCDB1C1DC2B2 180 当曲柄以 继续转过 180- 时，摇杆从 C2D位 置摆到 C1D， 所花时间为 t2 ,平均速度为 V2 ,那么有 ：急回运动作者：朱理第五章平面连杆机构及其设计曲柄滑块机构 的 急回特性应用： 节省返程时间，如 牛头刨 、往复式输送机等。导杆机构 的急回特性 思考题：对心曲柄滑块机构 的急回特性如何 ？对于需要有急回运动的机构，常常是根据需要的行程速比系数 K, 先求出 ， 然后在设计各构件的尺寸。很显然，当曲柄与连杆拉直共线时，滑块位于右侧极限位置；而当曲柄与连杆重叠共线时，滑块位于左侧极限位置；180 180-180 180-导杆机构作者：朱理第五章平面连杆机构及其设计FF”F当 BCD90 时， BCD2. 压力角和传动角压力角 ：从动件驱动力 F与力作用点绝对速度之间所夹锐角 。设计时要求 : min50 min出现的位置 ：当 BCD90 时， 180- BCD切向分力 F= Fcos法向分力 F”= Fcos 对传动有利 。=Fsin此位置一定是： 主动件与机架共线两处之一 F 称 为 传动角 。 为了保证机构良好的传力性能ABCDCDBFF”F可用 的大小来表示机构传动力性能的好坏 ,当 BCD最小或最大时，都有可能出现 min作者：朱理第五章平面连杆机构及其设计d a若 B1C1D90,则若 B2C2D90, 则1 B1C1D2 180- B2C2D 1min B1C1D, 180- B2C2Dmin请大家回忆余弦定律 机构的传动角一般在运动链最终一个从动件上度量。C1B1abcd DAab cAC2B2d + a 2车门v F作者：朱理第五章平面连杆机构及其设计曲柄滑块机构 min= 0 90导杆机构 min出现在曲柄垂直滑块导路，且远离导路处。ACBeEFFtFnFV作者：朱理第五章平面连杆机构及其设计此时 机构不能运动 .称此位置为： “ 死点”靠 飞轮的惯性 （如内燃机、缝纫机等）。 0FF 0 03. 机构的死点位置 曲柄作主动件时，机构总是可以运动FA E D GB CABEFDCG避免措施：两组机构错开排列，如 火车轮机构 ;摇杆为主动件， 且 连杆与曲柄两次共线 时 ， 有：作者：朱理第五章平面连杆机构及其设计工件P钻孔夹具飞机起落架对于 曲柄滑块机构和导杆机构 ，当滑块或导杆作为主动件时，都有死点位置存在。ABDCABCDF =0AB CD1234ABCD123工件P也可以利用死点进行工作： 飞机 起落架 、 钻夹具 等。T =0作者：朱理第五章平面连杆机构及其设计小结：1）在设计含有曲柄的平面连杆机构时，各构件长度必须满足曲柄存在条件。要求熟记两个条件。2）急回运动是平面连杆机构的重要特性，工程上利用急回特性来节省非工作时间。要求熟记以下计算公式：3）压力角和传动角是描述机构传力性能的重要指标， +=90 ,工程上一般要求： min504）当 曲柄为从动件 时，机构会出现死点： = 0三种机构： 曲柄摇杆机构 、 曲柄滑块机构 、 导杆机构5）设计连杆机构时，应满足运动连续性条件。作者：朱理第五章平面连杆机构及其设计5.4 平面四杆机构的设计5.4.1 平面四杆机构设计的基本问题及设计方法机构选型 根据给定的运动要求选择机构的类型；尺度综合 确定各构件的尺度参数 (长度尺寸 )。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、运动副结构合理等） ;b)动力条件（如 min） ;c)运动连续性条件等。作者：朱理第五章平面连杆机构及其设计ADCB飞机起落架B C三类设计要求：1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如 : 飞机 起落架 、 函数机构 。函数机构要求两连架杆的转角满足函数 y=logxxy=logxABCD作者：朱理第五章平面连杆机构及其设计三类设计要求：1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如 : 飞机 起落架 、 函数机构。2)满足预定的连杆位置要求，如 铸造翻箱机构 。要求连杆在两个位置垂直地面且相差 180 BC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： 图解法、解析法、实验法3)满足预定的轨迹要求，如 抓片机 。ABDC作者：朱理第五章平面连杆机构及其设计1. 按给定连杆位置设计平面四杆机构1) 给定连杆两组位置有唯一解。将铰链 A、 D分别选在 B1B2，C1C2连线的垂直平分线上任意位置都能满足设计要求。2) 给定连杆上铰链 BC的三组位置有无穷多组解。5.4.2 用作图法设计平面四杆机构已知：连杆长度及几个位置，设计平面四杆机构B2C2A DA DB1C1B2C2DAB1C1B3