机械设计基础第二章平面连杆机构.ppt

第二章 平面连杆机构,2.1 平面机构的运动简图和自由度 为了便于在设计中描述和分析各种常用机构，先了解运动副、机构运动简图及自由度等内容。,所有构件都在同一平面或互相平行的平面内运动的机构称为平面机构，否则称为空间机构。工程中平面机构用得最多。,（一） 运动副及其分类,定义:两个构件直接接触而又能产生一定相对运动的联接称为运动副。 运动副的基本特征： （1）两个构件直接接触； （2）能产生一定形式的相对运动。,运动副的分类：,按其接触形式： 高副 （点和线接触的运动副）和低副（面接触的运动副）。 按所能产生的相对运动的形式： 转动副、移动副、平面高副、螺旋副及球面副。,转动副,只允许两构件在平面内作相对转动的运动副称为转动副。 两构件其中之一固定的铰链称为固定铰链； 两构件均为活动构件的称为活动铰链。,移动副,只允许两构件沿某一直线做相对移动的运动副称为移动副。,平面高副,构成高副的两构件在同一平面内作相对运动称为平面高副。,螺旋副,球面副,常用运动副的符号,为了便于绘制机构运动简图，运动副常用如下符号来表示：,运动链,两个以上的构件通过运动副连接而构成的系统称运动链 运动链中首尾两构件相连接的为闭式链，否则为开式链。,机构,在运动链中，将其中一个构件固定作为机架，其余各构件相对机架有确定运动的运动链称为机构。,机构中固定不动的构件称机架；给定运动规律独立运动的构件称原动件；其余活动构件为从动件。,（二） 平面机构的运动简图,分析现有机器或设计新机器时，为清楚表达其运动状况和基本机构的组成关系，必须绘制机构运动简图。 机构的运动状态由其原动件的运动规律、各运动副的类型和机构运动尺寸来确定； 而与构件的外形、截面尺寸、组成构件的零件数目、固连方式及运动副的具体结构无关。 研究时，用机构运动简图对机构的结构、运动、动力进行分析。,机构运动简图： 用简单的线条和符号来代表构件和运动副，并按一定的比例表示各运动副的相对位置，这种表明机构中各构件间相对运动关系的简单图形称。 机构示意图： 定性表明机构的运动状况，不严格按比例来绘制机构简图。,平面机构运动简图的绘制,首先分析机构或机器的构造和运动状况； 其次确定机构的原动件、机架和从动件； 再沿着传动路线逐一分析每两个构件间的相对运动性质及各运动副的类型和数目； 最后选择能表达构件运动关系的视图平面，用运动副的符号、机构运动简图符号和简单线条，以适当的比列绘出机构运动简图； 标出各构件的编号和运动副的代号。,构件的表示方法,构件与运动副的基本画法P22表22： 1. 两个活动构件组成转动副 2. 两个活动构件组成移动副 3. 两个活动构件组成高副 4. 三个转动副元素的构件,两构件组成转动副,两构件组成移动副,三运动副构件,偏心轮冲床,1偏心轮； 2连杆； 3冲头； 4机架。,偏心轮冲床,（三）平面机构的自由度计算,1. 构件的自由度和约束 构件的自由度: 构件自由运动的参数数目； 平面运动的自由构件有3个自由度(x方向移动、y方向移动及绕垂直xoy平面的转动） 约束：运动副对构件运动的限制作用。,自由度,转动副,移动副,高副,a 转动副： 2个约束，x,y方向的移动； b 移动副： 2个约束，y方向的移动和绕垂直于xoy平面的轴转动； c 平面高副：1个约束，接触点公法线n-n方向的移动。,结论： 平面低副引入的约束：2个 平面高副引入的约束：1个 含有一个低副的1个构件的自由度：1 含有一个高副的1个构件的自由度：2,2 平面机构自由度及其计算公式,设某平面机构由N个构件，PL个低副，PH个高副组成，则 该机构的活动构件数n=N-1 运动构件带入的自由度应为3n个 整个机构就有（2PL+PH）个约束 机构的自由度F应是 F=3n - (2PL+PH) = 3n-2PL-PH,偏心轮冲床机构,n=2 (活动件个数,偏心轮1和冲头2) PL=2 (1-3形成转动副,2-3形成移动副) PH=1 (1-2形成高副) F=3n-2PL-PH=3*2-2*2-1=1,3 机构具有确定相对运动的条件,机构的自由度：机构具有独立运动的数目称 机构具有确定相对运动的条件： (1) 机构的原动件的数目等于机构的自由度 (2) F0,当机构不满足该条件时，如果机构的自由度数大于原动件数，则机构的运动规律将不确定；若机构自由度数小于原动件数，则机构可能发生破坏。,铰链四杆机构,铰链五杆机构,刚性桁架结构,4 计算平面机构自由度应注意的事项,(1) 复合铰链 定义：两个以上的构件同时在一处以铰链相联接，此种铰链称为复合铰链。 方法：若有m个构件在同一回转轴上构成复合铰链，共构成的转动副数应等于(m-1)个。,复合铰链,(2) 局部自由度,定义：滚子绕自身轴线的转动丝毫不影响其他构件的运动称为局部运动。由局部运动所对应的自由度称为局部自由度。 方法：使滚子与从动件焊为一体。,局部自由度,动 画,(3) 虚约束,定义：机构中有时需要增加一些构件，使得运动副的数目增加。但加入这些构件而产生的约束对机构的实际运动并没有产生任何影响，这类约束称为虚约束。 方法：先找出再将虚约束去除不计。,（1）重复的轨迹：须证明； （2）重复表示的运动副：两构件只构成一个运动副； （3）对传递运动不起独立作用的对称部分 （4）在机构运动过程中，如果两个构件上的某两个点之间的距离始终保持不变。将此两点间以一个构件和两个转动副相连，由此而形成的也是虚约束；,常见的虚约束：,1,2,3,1,H,2,2,2,3,3,虚约束,等径凸轮 1机架；2从动件； 3凸轮；4滚子（2个）,4,行星轮系,4,大筛机构,2.2 平面四杆机构的基本类型,（一）铰链四杆机构 全部采用转动副联接的平面四杆机构称为铰链四杆机构。 与机架4相联的杆1、杆3称为连架杆； 不与机架相联的杆2称为连杆。 在连架杆中，能作整周回转的称为曲柄； 而只能在某一角度范围内摆动的称为摇杆。,平面连杆机构：不含高副的平面机构。 优点： 接触处压强低，耐磨，传递动力； 易于加工，易改变运动参数。 缺点： 存在间隙，运动误差较大； 连杆有惯性力，不能用于高速； 设计复杂，难以实现复杂运动规律。,铰链四杆机构,铰链四杆机构的基本类型,分类：按两连架杆是曲柄或是摇杆分为三种基本类型： 1曲柄摇杆机构； 2双曲柄机构； 3双摇杆机构。,1. 曲柄摇杆机构,搅拌机机构,插床机构,颚式破碎机,2. 双曲柄机构,惯性筛机构,3. 双摇杆机构,飞机起落架机构,鹤式起重机,平面四杆机构的基本特性 1、急回特性,急回特性和行程速比系数,上图有几个特性：,极位夹角 急回运动特性 证明：曲柄由B1到B2，摇杆由C1到C2； 曲柄由B2到B1，摇杆由C2到C1。 急回运动的相对程度用行程速比系数 来衡量,曲柄滑块机构的急回特性,对心,无急回运动特性,偏心,有急回运动特性,导杆机构的急回特性,2、死点位置,死点的防止和应用,防止： 1 利用从动件的惯性，通过死点； 2 采用多组机构，使机构的死点位置错开。 应用： 1 飞机起落架； 2 夹具。,飞机起落架,（二）偏心轮机构,B,A,C,A,B,C,曲柄摇杆机构 曲柄滑块机构,（三）铰链四杆机构演变成曲柄滑块机构,偏置与对心曲柄滑块机构,（四）摆动导杆机构,2.3 平面连杆机构的设计,（一）平面连杆机构设计的基本问题 主要根据给定的运动条件，选定机构的形式，确定机构运动简图的尺寸参数。 设计要求： 1 按照给定的位置或运动规律设计 2 利用连杆平面上的点实现一定轨迹的 要求。 设计方法：图解法、实验法和解析法。,（二） 用图解法设计四杆机构,1 按连杆预定位置设计四杆机构,2 按两连架杆给定的对应位置设计四杆机构,应用低副相对运动不变性原理，转换机架。,3 给定行程均衡速比系数 K设计四杆机构,(1)曲柄摇杆机构 已知：摇杆长度，摆角，行程速比系数K,90-,(2)曲柄滑块机构,已知：滑块的行程H，偏距e，行程速比系数K,e