《平面连杆机构设计》PPT课件.ppt

21 铰链四杆机构的基本形式和特性,第二章 平面连杆机构,22 铰链四杆机构有整转副的条件,23 铰链四杆机构的演化,本章要点,24 铰链四杆机构的设计,21 铰链四杆机构的基本形式和特性,基本概念 1、铰链四杆机构： 全部用转动副相连的平面四杆机构。它是平面四杆机构的基本型式，其它型式的四杆机构可看作是在它的基础上通过演化而成的。,2、机架：机构的固定构件，如杆4 。 3、连杆：不直接与机架连接的构件，如杆2。 4、连架杆：与机架用转动副相连接的构件， 如杆1、3 。 连架杆可分为： 5、曲柄：能绕机架作整周转动的连架杆，如杆1； 6、摇杆：只能绕机架作小于360的某一角度摆动 的连架杆，如3。,1.平面四杆机构有曲柄的条件,f,设 AB 为曲柄, 且 ad .,由 BCD :,b+cf 、,b+f c 、,c+f b,以 fmax = a + d ， fmin = d - a 代入并整理得：,b+c a+d 、 b+d a+c 、 c+d a+b,并可得: ab 、 ac 、 ad .,（以曲柄摇杆机构为例）,曲柄存在的条件： (1)最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度和。 (2)最短杆是连架杆或机架。,一、运动特性,一、曲柄摇杆机构,两个连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆，则此铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。,曲柄1为原动件，作匀速转动；摇杆3为从动件， 作变速往复摆动。,雷达天线俯仰机构,机构特性,雷达天线俯仰机构,1、机构的急回运动特性：,曲柄摇杆机构的一些主要特性：,摆角, 12 , t1t2 , v2 =C1C2/t2,1=180+, v1 =C1C2/t1,曲柄转角,2=180-,铰链C的平均速度：,v1v2,它表明摇杆具有急回运动特性。,慢行程,快行程,极位夹角,急回运动特性可用行程速度变化系数：（或行程速比系数）K表示：,=,K =,=180（K-1）/（K+1）,v2/v1,（C2C1/t2）/ （C1C2/t1 ）,t1/t2,1/2,（180+）/（180-）,=,=,=,极位夹角越大，K值越大，急回运动的性质越显著。,极限夹角计算公式：,连杆机构输出件具有急回特性的条件：,1）原动件等角速整周转动； 2）输出件具有正、反行程的往复运动； 3）极位夹角0。,2、压力角和传动角,F,vc,（1）机构压力角:在不计摩擦力、惯性力和重力的条件下，机构中驱使输出件运动的力与输出件上受力点的绝对速度方向间所夹的锐角，称为机构压力角，通常用表示。,传动角：压力角的余角。,A,B,C,D,F1,F2,通常用表示.,F1 = Fcos,F1,在连杆设计中，为度量方便，习惯用传动角来判断机构传力性能。 F1，机构传力性能越好，反之，机构传力越费劲，传动效率越低。, 90,，连杆和从动摇杆之间所夹的锐角,min ； = 3060； 为许用传动角。 曲柄摇杆机构的最小传动角出现在曲柄与机架共线（ 0 或180 ）的位置。,机构运转时，传动角是变化的，为了保证机构的正常工作，机构的传动角作出如下规定,BD2= l12 +l42-2l1l4cos,最小传动角的确定,=,F2,F2,3、死点位置：（主动件条件）,在不计构件的重力、惯性力和运动副中的摩擦阻力的条件下: 当摇杆为主动件，连杆和曲柄共线时，过铰链中心A的力，对A点不产生力矩，不能使曲柄转动，机构的这种位置称为死点位置 。,B,F,D,A,B,C,F,工件夹紧机构,1、机构停在死点位置，不能起动。运转时，靠 惯性冲过死点。,2、利用死点实例,缝纫机踏板机构,飞机起落架,二、双曲柄机构,两个连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。,特例：平行双曲柄机构,运动特性：主动曲柄以等角速度作整周回转，从动曲柄作变速整周回转。,最小传动角也是出现在主动曲柄与机架共线的位置无死点位置。,1、曲柄1为原动件，作等角速转动；从动件曲柄3也以相同角速度转动。,平行双曲柄机构：其相对两杆平行且相等。,2、当四个铰链中心处于同一直线上时，将出现运动不确定状态。,为了消除这种运动不确定状态,可在主、从动曲柄上错开一定角度再安装一组平行四边形机构。即采用平行连接附加构件。,机车驱动轮连动机构,多套机构交错排列,三、双摇杆机构,两个连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。,22 铰链四杆机构有整转副的条件,一、整转副：,二、整转副存在的条件：,两构件能相对转动360的转动副。,取决于各杆的长度。,l1,A,l4,l2,l3,C,B,D,B,C ,B“,C “,曲柄摇杆机构,分析：若l1能绕A整周相对转动，则存在两个特殊位置 在ACD中有：,在AC“ D中有：,l4（l2- l1）+l3 l3（l2- l1）+l4,l1+l4 l2+l3 l1+l3 l2+l4,l1+l2 l4+l3,(3),(2),(1),将（1）、（2）、（3）式两两相加，得到以下关系式：,l1l2， l1l3， l1l4，,以上关系表明l1为最短杆。,结论：,（1）整转副存在的条件：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和。（杆长和条件）,（2）整转副是由最短杆与其邻边组成。,由于曲柄是连架杆，整转副处于机架上，才能形成曲柄。所以，具有整转副的铰链四杆机构是否存在曲柄，还应根据选择何杆为机架来判断。,铰链四杆机构类型的判断条件：,1 在满足杆长和的条件下： （1）取最短杆为机架时，机架上有两个整转副，该 机构为双曲柄机构。 （2）取最短杆的邻边为机架时，机架上只有一个整 转副，该机构为曲柄摇杆机构. （3）取最短杆的对边为机架时，机架上没有整转副， 该机构为双摇杆机构。,2）若不满足杆长和条件： 该机构只能是双摇杆机构。 注意： 铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭多边形条件：最长杆的杆长其余三杆长度之和。,双摇杆机构,曲柄摇杆机构,应用实例,平行四边形机构,曲柄摇杆机构,双曲柄机构,反平行四边形机构,双摇杆机构,各种型式的四杆机构相互之间有无关系？,还有含一个移动副的四杆机构 ，型式多样。,23 铰链四杆机构的演化,一、曲柄滑块机构： 改变构件的形状和运动副,通过用移动副取代转动副、变更杆件长度，变更机架和扩大转动副等途径，可得到铰链四杆机构的其它演化形式。,二、导杆机构： 选用不同的构件为机架,三、摇块机构和定块机构： 选用不同的构件为机架,四、双滑块机构： 改变构件的形状和运动副,五、偏心轮机构：扩大转动副,一、曲柄滑块机构：改变构件的形状和运动尺寸,摇杆长,转动副D,直线,滑块,摇杆3,移动副,曲柄滑块机构,对心曲柄滑块机构,e称为偏距,e0，偏置曲柄滑块机构 e=0， 对心曲柄滑块机构,偏置曲柄滑块机构,运动特性：,思考：曲柄滑块结构有无急回作用？死点位置？,杆4称为导杆,4,滑块3沿导杆 移动并绕C点 转动,当l1l2，杆2、杆4能作整周转动，称为转动导杆机构。,二、导杆机构： 选用不同的构件为机架,当l1l2，杆2能作整周转动，杆4只能往复摆动，称为摆动导杆机构。,三、摇块机构和定块机构： 选用不同的构件为机架,摆动滑块机构,自卸卡车车箱的举升机构,运动特性：杆1绕B点整周回转的同时，杆4相对滑块3滑动，并于滑块3一起绕C点摆动。,固定滑块机构或定块机构,手动抽水机,四、双滑块机构： 改变构件的形状和运动副,双滑块机构是具有两个移动副的四杆机构。,正切机构,正弦机构,五、偏心轮机构：扩大转动副,杆1变为圆盘，其几何中心为B，运动时，圆盘绕偏心A转动，故称为偏心轮。 A 、B之间的距离称为偏心距e，即为曲柄的长度。,1.扩大回转副,平面四杆机构的演化,机构演化方法,扩大回转副 改变更杆件长度用移动副取代回转副 变更机架等,偏心轮机构,2.改变杆件长度,正弦机构,曲柄滑块机构,3.变换机架,曲柄摇杆机构,双曲柄机构,曲柄摇杆机构,双摇杆机构,曲柄滑块机构,导杆机构,摇块机构,定块机构 (直动滑杆机构),AB AC 回转导杆机构,AB AC 摆动导杆机构,正弦机构,双转块机构,正弦机构,双移块机构,正切机构,2-4 平面四杆机构的设计,一、基本问题 1.实现预定运动规律（函数生成机构的设计） 例如：连架杆的对应位置 从动件的急回运动特性 2.实现连杆给定位置（刚体导引机构的设计） 3.实现预定运动轨迹（轨迹生成机构的设计） 方法：解析法、作图法、实验法,用作图法设计四杆机构,设计, 确定杆长,根据四杆机构各铰链之间相对运动关系，通过作图确定未知铰链位置。, 若为圆点,必能作圆通过它的相关点. 反之也然:若能作圆通过它的相关点,该点即为圆点.,圆点, 构件上轨迹为圆的点.,圆心点, 圆点轨迹的中心.,相关点 ,对应构件的不同位置,构件上某个点的相应点.(点位), D,1.设计一四杆机构,实现连杆给定位置,已知活动铰点B、C中心位置，求固定铰链A、D中心位置。,B1,C1,B2,C2,四杆机构 AB1C1D 为所求.,A ,实现连杆给定的三个位置,B1,C1,B2,C2,B3,C3,A,D,四杆机构 AB1C1D 为所求.,D,A, D,A ,四边形 AB2C2D 四边形 AB1C1D,已知固定铰链A、D中心位置，求活动铰点B、C中心位置。,实现连杆给定位置（续）,E1,F1,E2,F2,E3,F3, C,B ,A,D,A,D,2.设计一四杆机构,实现连架杆预定对应位置,1） 用反转法求相对位置、相对运动轨迹 。,试设计铰链四杆机构, 实现连架杆两对对应位置.,C1,例. 已知: LAB、LAD、f10、f12、y10、y12 .,铰链四杆机构 AB1C1D 为所求.,已知点(B)绕未知点(C)的转动中心(D)反转.,C1,设计铰链四杆机构,实现连架杆三对对应位置.,铰链四杆机构 AB1C1D 为所求.,3.按给定的 K 值,综合曲柄摇杆机构,1） 给定 K、y、LCD,q,2q, 分析.,900 - q,900 - q,2q,A,E,B,C,AC1=BC-A