《平面连杆机构》PPT课件.ppt

主讲：林明军,永春职业中专,机械基础,第一章 绪论,1-2 铰链四杆机构的基本形式,1-3 铰链四杆机构的演化,第一章 机械设计概论,1-1 平面机构运动简图,1-4 铰链四杆机构的基本性质,1-5 图解法设计四杆机构,学习目标： 1.掌握运动副概念； 2.熟悉运动副的类型、符号； 3.掌握运动副的特点和应用； 4.了解常用运动副的运动简图,1-1 平面机构运动简图,一、运动副的概念,两构件直接接触而又能产生一定相对运动的连接 二、运动副的种类 按两构件接触形式不同分低副和高副 1.低副：两构件以面接触的运动副 （1）移动副：组成运动副的两构件只能作相对直线移动,图1-2 移动副 a)实物图 b)简图,动画演示,（2）转动副,组成运动副的两构件只能作相对转动的运动副,a) b) 图1-1 转动副 a)实物图 b)简图,动画,2.高副,高副是两构件间以点或线接触的运动副 如齿轮副、凸轮副、钢轮钢轨接触等，如：,图 1-4 高副,动画,低副与高副的特点：,低副是面接触的运动副，接触面为平面或圆柱面，制造容易、承受载荷时单位面积上压力小，不能传递较复杂运动。 高副是点或线接触的运动副，承受载荷时，单位面积上压力大，易磨损，制造维修困难，能传递较复杂运动。 3.低副机构和高副机构 所有运动副都是低副的机构称为低副机构。 只要有一个运动副是高副的机构称为高副机构,三、平面机构运动简图的测绘,机构运动简图这种说明机构各构件间相对运动关系的简化图形。,1机构分析,（1）分清各运动单元，确定原动件、机架、传动部件和执行部件，从而确定组成机构的构件数目和运动副的数目。,（2）确定各个运动副的种类。,（3）选择最能表现机构特征的平面作为视图平面。,（4）在稿纸上按规定的符号及构件的连接次序逐步画出机构运动简图的草图，然后用数字1、2、3分别标出各构件，用A、B、C分别标出各运动副。,（5）仔细测量机构各运动尺寸，对于高副则应仔细测出高副的轮廓曲线及其位置，然后以适当的比例作机构运动简图。,2绘制机构运动简图的步骤,（1）了解清楚机械的实际构造、动作原理和运动情况。,（2）沿运动传递路线，逐一分析每两个构件之间相对运动的性质，确定运动副的类型和数目。,（3）选择恰当的运动简图视图平面（通常选择机械中多数构件的运动平面）。,（4）选择恰当的作图比例。,（5）确定各运动副的相对位置，用各运动副的代表符号、常用机构运动简图符号和简单线条，绘制机构运动简图。,（6）在原动件上标出箭头以表示其运动方向。,三、机构运动简图,用简单的线条和符号表示构件和运动副，并按比例绘制各运动位置，表示机构间相对运动关系的简化图形,鄂式破碎机,练习,1-2 铰链四杆机构的基本形式,学习目标: 1.了解铰链四杆机构的基本类型；,铰链四杆机构,铰链四杆机构,曲柄与机架用转动副相连，且能绕该转动副轴线整周旋转的构件。,摇杆与机架用转动副相连，但只能绕该转动副轴线摆动的构件。,连杆连接两连架杆的杆成为连杆。,一、铰链四杆机构的基本类型,1.曲柄摇杆机构 铰链四杆机构两连架杆中，若一个连架杆是曲柄，另一个连架杆为摇杆，则此机构为曲柄摇杆机构 例：,雷达天线俯仰角度调整装置 曲柄主动,曲柄摇杆机构应用,剪板机,刮雨器,搅拌机,破碎机,功能:将主动曲柄等速回转运动转变为从动摇杆的往复摆动,或将主动摇杆的往复摆动转变为从动曲柄的连续转动,2.双曲柄机构,铰链四杆机构的两个连架杆均为曲柄的机构 功能:将主动曲柄等速回转转变成从动曲柄的变速回转,惯性筛,插床主运动,(1)平行四边形机构,连杆与机架长度相等,两曲柄长度相等且回转方向相同,机车联动装置,特点:两曲柄转向相同、角速度相同,（2）反向平行双曲柄机构,连杆与机架长度相等，两曲柄长度也相等但转向相反的四杆机构,车门启闭机构,特点：两曲柄回转方向相反，角速度不相等,3.双摇杆机构,铰链四杆机构中，若两连架杆均为摇杆，则为双摇杆机构,港口起重机,飞机起落架,自卸翻斗车,功能：将从动摇杆的摆动转变为从动摇杆的摆动,练习 说出以下的机构类型,曲柄摇杆机构,0001,/wlkj/main/CH06/SEC01/002.htm,/html/article/design/2007/1084.html,0004,1-3 铰链四杆机构的演化,【学习目标】 1了解铰链四杆机构的演化方法及常见的演化类型。 2了解曲柄滑块机构的演化过程、运动特点及应用。 3了解导杆机构的演化过程、种类、运动特点及应用。,在实际工作机械中，铰链四杆机构还远远不能满足需要，生产实践中，常常采用多种不同外形、结构和特性的四杆机构，都可以认为是铰链四杆机构的演化形式。 常用的的演化方法： （1）转动副转化为移动副； （2）扩大转动副； （3）取不同的构件作机架。,一、曲柄滑块机构 通过将摇杆改变为滑块，摇杆长度增至无穷大，可得到曲柄滑块机构，进而还可演化出双滑块机构和正弦机构等。 下图所示为曲柄摇杆机构(图a)，演化为曲线导轨的曲柄滑块机构(图b、c)、偏置曲柄滑块机构(图d)和对心曲柄滑块机构(图e)的过程。曲柄滑块机构广泛应用于冲床、内燃机、压缩机等装置中。,一、 转动副转化为移动副,应用案例：内燃机、空气压缩机、冲床和送料机构等。,活塞式内燃机,冲床,B副扩大,二、 扩大转动副,图a 对心曲柄滑块机构,图b 偏心轮机构,1,B,如下图a对心曲柄滑块机构中若将转动副B逐渐增大到包含A，如图b所示，构件1就成为回转轴线在A点的偏心轮，A、B两点间的距称为偏心距，他等于曲轴的长度，而其相对运动性质不变，这种由曲柄转化为偏心轮的机构称为偏心轮机构。这种机构广泛应用于剪床、冲床、内燃机等机械中。,曲柄摇杆机构,双曲柄机构,双摇杆机构,曲柄摇杆机构,三、取不同的构件作机架,2作机架,作机架,图 四杆机构及其演化,1-4 铰链四杆机构的基本性质,【学习目标】 1.掌握曲柄存在的条件； 2.认识急回运动特性，了解其参数及应用； 3. 理解压力角定义； 4. 了解“死点”的产生及克服方法。,一、曲柄存在的条件,如右图：曲柄1、连杆2、摇杆3、机架4 的长度分别用a、b、c、d来表示。为了保证 曲柄1作整周运动，曲柄1必须能与连杆2处 于两次共线。 曲柄位于AB1时，它与连杆重叠共线， 机构形成三角形AC1D，在三角形AC1D中： 即 曲柄位于AB2时，它与连杆拉直共线，机构形成AC2D，在AC2D中： a+bc+d 由中三个公式化简得到：,曲柄摇杆机构,曲柄存在与机构中各杆的相对尺寸大小有关,得: ab ac ad 即曲柄存在的条件: 1.连架杆与机架必有一个是最短杆; 2.最短杆与最长杆长度之和必小于等于其余两杆 长度之和 两个条件必须同时满足,曲柄摇杆机构,铰链四杆机构基本类型的判别,1若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和，则： （1)取最短杆1的邻杆2或4为机架时，构成曲柄摇杆机构； （2)取最短杆为机架时，构成双曲柄机构； （3)取最短杆对边的杆件为机架时，构成双摇杆机构。 2若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则无曲柄存在，只能构成双摇杆机构。,链链四杆机构基本类型的判别方法,1.基本概念：（以曲柄摇杆机构为例，曲柄为原动件） （1）四杆机构的极限位置：当曲柄与连杆二次共线时，摇杆位于机构的最左或最右的位置。 （2）极位夹角（）：连杆处于二个极限位置时，相对应的原动件曲柄所夹的锐角。 （3）摆角（）：摇杆在两极限位置之间的夹角。,二、急回特性与行程数比系数,动画/html/article/design/2007/1084.html,2、急回特性与行程数比系数,生产设备都是在慢速运动的行程中工作（称为工作 行程），在快速运动的行程中返回（称为空回行 程）。机构的这种工作特性称为急回特性，机构的 急回特性用行程速比系数K表示，即,曲柄摇杆机构急回特性,机构有无急回特性，取决于行程速比系数K。 K1，机构具有急回特性，且K值愈大，急回 特性愈显著，也就是从动件空回行程愈快； K=1时，机构无急回特性。 行程速比系数K与极位夹角有关：=0， K=1，机构无急回特性；0，机构有急回 特性，且愈大，急回特性愈显著。,得,常用机构的急回方向分析：,偏置曲柄滑块机构,摆动导杆机构,3压力角与传动角,作用在从动件上的驱动力F与该力作用点的速度vc方向之间所夹锐角称为压力角，以表示。,Ft=Fcos 有效分力 Fn=Fsin 有害分力 压力角越小，有效分力Ft就 越大，对传动越有利；反之 越大，有效分力Ft就越小，对传动越不利。,为测量方便，常用压力角的余角来判断传力性能，称为传动角。压力角越小，越大，机构传力性能越好,4.传动角（）：压力角的余角，即=90-称为传动角。 讨论：（） Fn传力性能差。 （ ） Fn 传力性能好。 为保证机构的传力性能良好，必须限定机构的最小传动角，通常 min 。 对于一般机械，通常min 40, =4050;对于传递功率大的 机械min 50，对于一些非传力机构，也可取 min 40,但不能过小。,5.min 的确定 （1）曲柄摇杆机构的min位置 摇杆CD为从动件，曲柄AB为原动时，当原动件AB与机架AD共线时，传动角最小。比较两者两次共线的min，并取小值为该机构的最小传动角min 。,三、死点位置,连杆BC作用于从动件曲柄AB上的力F通过 其转动中心A,转动力矩为零，从动件不转， 机构停顿。机构的这种位置，称为死点位置,曲柄摇杆机构，摇杆为主动件时死点位置,双摇杆死点位置,克服死点位置的方法：,1.是利用从动件本身的质量或附加一转动惯量较大的飞轮，依靠其惯性来通过死点位置。 2.是增设辅助构件。 3.是采取多组机构错列。,机车车轮多组错列,利用死点位置的快速夹具,项目训练,习2-1 如图6-41所示，设已知四杆机构各构件的长度AB=240mm、BC=600mm、CD=400mm、AD=500mm。试回答下列问题： （1）当取构件4为机架时，是否有曲柄存在？ （2）若各构件长度不变，能否以选不同构件为机架的办法获得双曲柄机构和双摇杆机构？如何获得？,项目训练,习2-2 一铰链四杆机构，已知lBC=500mm，lCD=350mm、lAD=300mm，AD为机架，试问： （1）若此机构为曲柄摇杆机构，且AB为曲柄，求lAB的最大值； （2）若此机构为双曲柄机构，求lAB的最小值 （3）若此机构为双摇杆机构，求lAB的取值范围,答案 2-1 (1) 最短杆AB为连架杆且AB+BCCD+AD， 即240+600400+500 所以有曲柄存在。 （2）双曲柄：以AB杆为机架 双摇杆：以CD杆为机架 2-2 （1）依题意得LAB+LBCLCD+LAD LABmax=LCD+LAD-LBC =350+300-500 =150 （2）,圆的特性,平面四杆机构的设计，主要考虑给定的运动条件，确定机 构运动简图。有时为了使设计可靠、合理，还应考虑几何条件 和动力条件。 生产实践中的四杆机构设计问题可归纳为两类： （1）实现给定的从动件运动规律,或使从动件具有急回特性。 （2）实现给定的运动规律。 平面四杆机构运动设计的方法有图解法、实验法和解析法。本节主要介绍图解法。,1-5 图解法设计四杆机构,一按给定连杆两个位置设计四杆机构 已知连杆的两个位置B1C1、B2C2、及其长度BC，设计铰链四杆机构。 设计分析：按给定条件，画出设想的四杆机构。由图可知，待求的铰链中心点A、D分别是B点的轨迹B1B2和C点的轨迹C1C2的圆心。（如图若无其他条件有无穷解）,若给定连杆三个已知位置，其设计过程与上述基本相同。但三个确定位置，相应可定一圆，故一般情况下有确定解。,设计步骤：, 选定连杆上两活动铰链的位置。,用三点定心法确定两固定铰链A、D。,若已知连杆的三位置：,注意：,1）若连杆长度给定，已知三位置，有唯一解；,2）若已知两位置，有无穷多解；,3）若已知四位置， BC不能任意选定。但总可以在连杆上找到一些点，其四个位置在同一圆上，涉及布尔梅斯特尔理论。,4）若已知五位置，可