平面连杆机构及其设计(3).ppt

第六章 平面连杆机构及其设计,61 概述 62 平面四杆机构的基本类型及演化 63 平面四杆机构有曲柄的条件 64、5平面四杆机构的基本特性 66 按从动件行程速度变化系数K 设计平面四杆机构 67 按连杆位置或两连架杆相对位置 设计平面四杆机构 68 & 69,61 概述,1定义： 连杆机构：构件用低副联接而成的机构。 平面连杆机构：组成机构的构件都在相互平行的平面中运动的连杆机构。 空间连杆机构：组成机构的构件不在相互平行的平面中运动的连杆机构。 注：本章主要讨论最基本的平面四杆机构。 2优缺点： 优：1）低副联接，面接触，磨损小，承载能力大。 2）杆状件，园柱形或平面形接触面，易制造，传递运动远。 3）运动多样性（转、摆、移、平面运动等） 4）轨迹多样性。 缺：1）设计较困难。 2）运动副的制造误差会累积，从而降低机构的传动精度。 3）惯性力难平衡，不适用于高速。 应用：很广泛（e.g：自行车，缝纫机，纺机等中都有应用）,62 平面四杆机构的基本类型及演化,工程中使用的平面四杆机构形式很多，但最基本的是铰四机构。 机 架：固定不动的构件.4. 连杆架：与机架相连的杆.1.3. 曲 柄：能整周转动的连架杆。 摇 杆：不能整周转动的连架杆。 连 杆：不与机架相连的杆.2. 其它四杆机构均可用以下方法由铰四机构 演化得到,1、同性异形演化（详见2-6）,2、取不同的构件为机架,63 平面四杆机构有曲柄的条件,一铰链四杆机构： 设铰四机构ABCD中，AB能360转动而成为曲柄，则AB必能转至与机架AD共线的两个位置A1B1和A2B2，此时有：,1）L1L4时（图6-3a） B1C1D L1+ L4L2+ L3 L1+ L4L2+ L3 L1L2 B2C2D L2+(L4-L1)L3 L1+ L3L2+ L4 L1L3 L3+(L4-L1)L2 L1+ L2L3+ L4 L1L4,2) L1L4时(图6-3b) B1C1D L1+ L4L2+ L3 L1+ L4L2+ L3 L4L1 B2C2D L2L3+(L1-L4) L2+ L4L1+ L3 L4L2 L3L2+(L1-L4) L3+ L4L1+ L2 L4L3,1有曲柄的条件: 1）连架杆和机架中有一最短杆 2）最短杆和最长杆的长度和不大于其余两杆的长度和。 2结论（满足有曲柄条件时）： 1）最短杆为连架杆，铰四为曲摇。 2）最短杆为机架，铰四为双曲。 3）最短杆为连杆，铰四为双摇,64、5平面四杆机构的基本特性,一 行程速度变化系数： 1曲柄摇杆机构,1）极限位置： 曲柄AB作用360转动时，摇杆CD在C1D和C2D间来回摆 动，与C1D、C2D相对应的两个机构位置AB1C1合AB2C2D 叫机构的极限位置。,2）极位夹角（书中称为快行程中曲柄转角的补角） 曲柄与连杆的两共线位置之间所夹的锐角。 AB位置 AB转角 所化时间 CD位置 C点均速 AB1AB2 1=180+ t1=1/ C1DC2D V1=C1C2/t1 工作行程 AB2AB1 2=180+ t2=2/ C2DC1D V2=C1C2/t2 空间行程 3)急回特性: (12 t1t2 V2V1 急回) 从动件在往复两行程中，一个行程（通常是空回行程）较快的特性 4）行程速度变化系数K： （用来反映急回的程度）,5）曲摇机构的分类： 按A、D与C1C2线的关系或四杆的杆长关系，可分成三类： （1）对心曲摇： A位于C1C2线上。 或 L12+ L42 = L22+ L32+ 无急回特性 （2）型曲摇： A的D位于C1C2线的同侧 或 L12+ L42 L22+ L32+ 有急回特性。,2偏置曲柄滑块机构（见图6-5）： 滑块的移动导路不通过A的曲滑机构 偏距e：移动导路到A点的距离 动程h：滑块移动的距离。 h= C1C2 注：有急回特性。,3摆动导杆机构（见图6-6）： 1）有急回特性，=（导杆摆角） 2）动力性能好。 不计摩擦时，滑块2对导杆3的作用力 总垂直作用于导杆3。即 90,二压力角、传动角：,1压力角： = （F、Vc） 在不计摩擦力和惯性力等时，连杆BC为二力杆，原动件AB通过BC作用 于从动件CD上的力F（沿BC）与从动件上的受力点C的速度Vc间的夹角 2传动角： 压力角的余角，即 = 90- ，有用分力Ft=Fsin，有害分力fn=Fcos，运动轻快灵活，效率高 （及）是衡量机构动力性能的一个重要指标。 3许用压力角，许用传动角： 由于(或)，机构动力性能，所以为保证机构有良好性能，通常 规定： min=40 max=50,4最大压力角max，最小传动角min： 机构运动时，是不断变化的，其中必有一最小值min，可确定如下： 1）铰四机构：min出现于曲柄AB与机架AD的共线位置AB3C3D或AB4C4D（图6-7） 若：上述两位置的传动角分别为3和4 则： min=（3，4）min 2）曲滑机构：min出现于AB与滑块导路的垂直位置AB3C3D和AB4C4D（图6-8）。 仿上： min=（3，4）min 3）导杆机构： 90,三死点,缝纫机的驱动装置是曲摇机构，其中摇杆CD（踏板）主动，曲柄AB从动。踏板常 会顶死，原因是连杆BC与从动件AB共线，BC对AB的力通过AB的转动中心A点， 也即：= （F、VB）= 90。如图6-9a 1死点位置： 连杆与从动件共线的位置。 2死点特性： 1）F通过从动件转动中心，引起“顶死” 2）从动件运动不确定（如图6-9b） 3死点克服：（a）装飞轮。如图6-9c （b）多杆组合。如图6-9d,64按从动件行程速度变化系数K设计平面四杆机构,一曲柄摇杆机构的设计：,1图解法： 已知： 速度变化系数K，摇杆摆角，摇杆 长度L3。 求： L1 ， L2 ， L4 解：1）求：= 180(K-1)/(K+1) 2）取定L及固定铰链点D，作C1D = C2D = L3/L，且C1DC2=； 3）作C1O、C2O，使C2C1O=C1C2O = 90-，两线交于O点 4）以O为心，OC1为半径作园。 5）在园的C1MC2弧上任取一点作 为AB的固定铰链点A。,6）求L1 ， L2 ， L4： AC1 = BC AB AC2 = BC + AB AB =1/2（AC2 - AC1） BC =1/2（AC2 + AC1） 于是： L1=LAB L2=LBC L4=LAD 2.解析法: 设： e = LoD , =NOA 园的半径,（1）式即是型曲摇的设计公式。任意给定K、L1、L2、L3、L4中的三个量， 即可由（1）式求得其余三个量,例1 已知 K = 1.2 = 45 L3 = 300mm 要求L2/L1 = 4 (P.89.) 求: L1. L2. L4,解：,=180(K-1)/(K+1)=16.36,二曲柄滑块机构： 1图解法： 已知：动程h，偏距e和K 求：L1. L2. 解： 1）求：=180(K-1)/(K+1) 2）取定L，作C1C2 = h/L. 3）作C1O、C2O， 使C2C1O =C1C2O = 90- 4）以O为心，OC1为半径作园。,5）作AAC1C2 .间距为e/L. 则A（或A） 即是AB的固定铰链。 6）求L1. L2： AB =1/2（AC2 - AC1） BC =1/2（AC2 + AC1） L1=LAB L2=LBC,2解析法： 设： =NOA 则： R = h/2sin,（2）式即是偏置曲滑的设计方程，K.h.e.L1.L2中任意给定三个， 即可由（2）式求出其余二个。,67 按连杆位置或两连架杆相对位置设计平面四杆机构,一按连杆的三个位置设计： 1已知连杆BC的三个位置B1C1，B2C2，B3C3。,分析：连杆的动铰链B必位于以A为园心，LAB为半径的园上，Ci仿此. 可图解如下： 解1）取L，作出连杆的三个位置。 且 B1C1=B2C2=B3C3= LBC/L 2）作B1B2和B2B3的中垂线b12.b23.交点即是AB的固定铰链A 3）作C1C2和C2C3的中垂线C12.C23. 交点即是连杆架CD,4）LAB =L AB1 LCD =L C1D LAD =L AD,2已知两连架杆的固定铰链点A和D，以及连杆上一标线BE的三个位置B1E1， B2E2，B3E3,分析： 本题的关键是定出连杆上的另一铰链点C，为此可用运动倒置法。也即假想将BC取成“机架”，而AD取成“连杆”，在保持相对运动不变的情况下反转。（见图6-13）,解： 1）将B2E2D移至B2E2与B1E1重合，此时D点位于D2。 2）将B3E3D移至B3E3与B1E1重合，此时D点位于D3。 3）作DD2.D2D3的中垂线d12.d23,其交点即为C。 4）求LBC，LCD： LBC =L B1C LCD =L CD 二按两连架杆的三组对应位置设计 已知：固定铰链A、D