工学机械设计基础第五版高等教育出版第2章ppt课件

第2章平面连杆机构,21平面四杆机构的基本型式和特性,22铰链四杆机构整转副存在条件,23铰链四杆机构的演化,24平面四杆机构的设计,1,应用实例,内燃机、起重机变幅机构、牛头刨床、翻箱机、椭圆仪、机械手爪等。,优点：低副为面接触，承载能力大、便于润滑、耐磨性好、容易获得较高的制造精度；,改变杆长，即可实现不同的从动件运动规律；,连杆曲线丰富，可满足不同要求。,21平面四杆机构的基本型式和特性,连杆机构机构中所有的运动副均为低副。,连杆机构中做一般平面运动（非简单的转动或直线移动）的构件。,2,缺点：构件和运动副多，累积误差大、运动精度低；,惯性力难以平衡，不适合高速；,难以精确实现复杂运动规律。,分类：,平面连杆机构,空间连杆机构,平面连杆机构常以构件数命名：四杆机构、多杆机构。,本章重点介绍四杆机构。,平面四杆机构的基本型式和特性,2-1,3,一、平面四杆机构的基本型式,四杆机构的基本型式是铰链四杆机构。,连杆,曲柄,摇杆,曲柄作定轴回转；,连杆作一般平面运动；,摇杆作定轴摆动；,连架杆与机架相联（构件1、3）；,整转副被联接两构件能作整周回转(A、B）；,摆转副被联接两构件只能作有限角度摆动（C、D）。,2-1,平面四杆机构的基本型式和特性,4,铰链四杆机构的三种基本型式：,1.曲柄摇杆机构,组成：曲柄连杆摇杆机架,作用：整周回转往复摆动,雷达天线俯仰机构（曲柄主动）,应用实例：雷达天线俯仰机构、缝纫机踏板机构等。,2-1,平面四杆机构的基本型式和特性,5,2.双曲柄机构,组成：两个曲柄连杆机架,作用：,缝纫机踏板机构,应用实例：叶片泵、惯性筛等。,等速回转,变速回转,2-1,平面四杆机构的基本型式和特性,6,旋转式叶片泵,2-1,平面四杆机构的基本型式和特性,7,实例：火车驱动轮,特例：平行四边形机构,特征：相对两杆长度相等，两个曲柄同向回转，连杆作平动。,摄影平台,天平,2-1,平面四杆机构的基本型式和特性,8,反平行四边形机构两个曲柄反向回转。,应用实例：车门启闭机构,平行四边形机构在四杆共线位置出现运动不确定。,2-1,平面四杆机构的基本型式和特性,9,克服方法：两组平行四边形机构串联或错位并联。,2-1,平面四杆机构的基本型式和特性,10,3.双摇杆机构,组成：两个摇杆连杆机架,应用举例：铸造翻箱机,特例：等腰梯形机构汽车转向机构,风扇摇头机构,2-1,平面四杆机构的基本型式和特性,11,二、平面连杆机构的基本特性,从动件往复运动的速度不相等。例：曲柄摇杆机构。,1.急回运动特性,平面四杆机构的基本型式和特性,2-1,极位和极位夹角,从动件（摇杆）的两个运动极限位置称极位；原动件（曲柄）两个对应位置之间所夹锐角称极位夹角，以表示。,12,V1从动件正行程平均速度；V2从动件反行程平均速度。,V2V1，则K1，称机构有急回特性。,推导可得：,00时，K1；K越大，急回特性越显著。,（公式推导）,急回特性的应用,工程上，常利用机构的急回特性提高效率。如：牛头刨床。,平面四杆机构的基本型式和特性,2-1,行程速比系数,定义：,K行程速比系数。,13,1800+,设原动件曲柄以顺时针转动。,曲柄：AB1AB2,摇杆：C1DC2D,C点平均运动速度为：,曲柄：AB2AB1,1800-,摇杆：C1DC2D,平面四杆机构的基本型式和特性,2-1,14,K行程速比系数。,00，则K1；越大，K越大，急回特性越显著。,平面四杆机构的基本型式和特性,2-1,15,2.压力角和传动角,定义,从动件上，驱动力F与力作用点绝对速度V之间所夹锐角称压力角，常用表示。,压力角的余角称传动角，用表示。900,意义,平面四杆机构的基本型式和特性,2-1,16,设计时要求:min50,min出现的位置：,F,传动效率。,主动件与机架共线两位置之一。,（）,机构的传动角一般在运动链最终一个从动件上度量。,平面四杆机构的基本型式和特性,2-1,17,当BCD最小或最大（即原动件与机架共线）时，都有可能出现min。,180BCD,当BCD90时，,当BCD90时，,BCD；,平面四杆机构的基本型式和特性,2-1,18,B2C2Darccosb2+c2-(d+a)2/2bc,AB1C1D位置，B1C1D最小。,AB2C2D位置，B2C2D最大。,1B1C1D,2180B2C2D,B1C1Darccosb2+c2-(d-a)2/2bc,或：min180B2C2D,minB1C1D,2-1,平面四杆机构的基本型式和特性,19,3.死点位置,曲柄摇杆机构中，若以摇杆为主动件，当连杆与曲柄两次共线时，理论上：,00（即900）,=0,=0,此时机构不能运动，称“死点位置”。,概念,“死点位置”不利于机构运动，需设法克服。如：利用飞轮惯性克服“死点位置”。,平面四杆机构的基本型式和特性,2-1,克服方法,20,钻孔夹具,飞机起落架,利用机构的死点位置可实现夹紧功能。如：飞机起落架、钻夹具等。,死点位置的利用,平面四杆机构的基本型式和特性,2-1,21,一、整转副存在条件,已知A为整转副。曲柄AB转一周，有两次与机架共线。,由BCD可得：,l1+l4l2+l3,22铰链四杆机构整转副存在条件,以曲柄摇杆机构为例。,曲柄摇杆机构,22,由B”C”D可得：,l2(l4l1)+l3,l1+l2l3+l4,l3(l4l1)+l2,l1+l3l2+l4,将以上三式两两相加得：l1l2，l1l3，l1l4,l4-l1,铰链四杆机构整转副存在条件,2-2,23,结论：当满足杆长条件时，最短杆参与构成的转动副都是整转副。,综上，得到整转副存在条件：,最长杆与最短杆的长度之和其他两杆长度之和杆长条件,若取BC为机架，结论相同，即：铰链B也是整转副。,铰链四杆机构整转副存在条件,2-2,24,当杆长条件满足时，说明存在整转副；此时选择不同的构件为机架，可得不同的机构。,以最短杆邻边为机架曲柄摇杆机构,以最短杆为机架双曲柄机构,以最短杆对边为机架双摇杆机构,杆长条件不满足时，只能得到双摇杆机构。,二、铰链四杆机构类型判断,铰链四杆机构整转副存在条件,2-2,【举例】,25,一、改变构件的形状和运动尺寸,偏置曲柄滑块机构,对心曲柄滑块机构,曲柄摇杆机构,正弦机构,s=lsin,23铰链四杆机构的演化,（有急回特性）,26,二、改变运动副的尺寸,三、选不同的构件为机架,偏心轮机构,导杆机构,摆动导杆机构,转动导杆机构,铰链四杆机构的演化,2-3,曲柄滑块机构,曲柄滑块机构,（有急回特性、00）,27,牛头刨床,摆动导杆机构应用实例:,铰链四杆机构的演化,2-3,28,铰链四杆机构的演化,2-3,29,应用实例：手摇唧筒,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：,机构倒置,铰链四杆机构的演化,2-3,30,椭圆仪机构,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,铰链四杆机构的演化,2-3,31,两类主要设计问题,按照给定从动件运动规律（位移、速度、加速度）设计四杆机构；,24平面四杆机构的设计,设计主要目的,根据给定运动条件，确定机构类型和运动尺寸；有时还需满足辅助条件（如min）。,按照给定点的运动轨迹设计四杆机构。,设计方法,解析法、图解法、实验法。,32,一、按给定行程速比系数设计四杆机构,1.曲柄摇杆机构,已知：摇杆长lCD，摆角、速比系数K。,【基本步骤】：,计算；,作出摇杆极限位置；,作过C1、C2点、且圆周角为的圆；,选定A，作连线AC1、AC2；,求曲柄长lAB=(AC1AC2)/2；,得到机构一位置AB1C1D，及各杆尺寸。,平面四杆机构的设计,2-4,33,2.摆动导杆机构,摆动导杆机构=；设计此机构时，仅需要确定曲柄a。,计算=180(K-1)/(K+1)；,选定C点，作出导杆两个极限位置；,作角平分线，取A点，使AC=d；,已知：机架长度d、速比系数K。,【基本步骤】：,以A为圆心作一与导杆两极限位置相切的圆，得切点B1，AB1=a。,平面四杆机构的设计,2-4,34,3.偏置曲柄滑块机构,已知速比系数K、滑块行程H、偏距e。,计算；,作C1C2=H；,作一过C1、C2点、且圆心角为2的圆O；,根据偏距e在圆周上确定A点；,AB2C2即为所求机构。,连AC1、AC2，lAB=(AC2-AC1)/2；,【基本步骤】：,平面四杆机构的设计,2-4,35,二、按给定连杆位置设计四杆机构,1.给定连杆两个位置,该条件下有唯一解。,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的三个位置,该条件下有无穷多解。,平面四杆机构的设计,2-4,36,三、给定两连架杆对应位置设计四杆机构,设连架杆3和1满足以下位置关系：if(i)，i=1,2,3,n,建立直角坐标系。设构件长度为：l1、l2、l3、l4,在x、y轴上分别投影，可得：,设计此四杆机构（求各构件长度）。,四个构件构成封闭的矢量多边形，,可得：,平面四杆机构的设计,2-4,37,消去未知量：,令：,机构运动取决于各杆相对长度，可令l1=1。,平面四杆机构的设计,2-4,38,化简得：,上式含三个未知量。,当给定两个连架杆三组对应位置时，有唯一解；,当给定两个连架杆两组对应位置时，有无穷解；,当给定两个连架杆对应位置超过三组时，无精确解。,平面四杆机构的设计,2-4,39,铰链四杆机构整转副存在条件,2-2,（1）AD取何值时分别得到曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构？,（2）设AD=210mm。计算该机构的极位夹角、行程速比系数K和最小传动角min。,40,铰链四杆机构整转副存在条件,2-2,（1）解：该机构为曲柄摇杆机构时，AB必为最短杆。分两种情况讨论。AD不是最长杆时，应有：AB+BCCD+ADADAB+BC-CDAD90+200-150=140140AD200AD为最长杆时，应有：AB+ADBC+CDADBC+CD-ABAD200+150-90=260200AD260140mmAD260mm时，为曲柄摇杆机构。,41,铰链四杆机构整转副存在条件,2-2,该机构为双曲柄机构时，AD必为最短杆，而BC则为最长杆。此时应有：AD+BCAB+CDADAB+CD-BCAD90+150-200=400AD40mm时，为双曲柄机构。,该机构为双摇杆机构时，AD取上述区间以外的值。即：40mmAD140mm，或：260mmAD440mm(ADAB+BC+CD=90+200+150=440装配条件。),42,铰链四杆机构整转副存在条件,2-2,（2）解：,=C1AD-C2ADC1AD=arccos(BC-AB)2+AD2-CD2/2*(BC-AB)*ADC2AD=arccos(BC+AB)2+AD2-CD2/2*(BC+AB)*AD联立求