平面连杆机构及其设计.ppt

返回 第八章平面连杆机构及其设计 8 1连杆机构及其传动特点 8 2平面四杆机构的类型和应用 8 3平面四杆机构的基本知识 8 4平面四杆机构的设计 8 5多杆机构 连杆机构常用其所含的杆数而命名 故此类机构统称为连杆机构 8 1连杆机构及其传动特点 1 应用举例 契贝谢夫四足步行机构 图片 动画 2 连杆机构 曲柄滑块机构 摆动导杆机构 此类机构的共同特点 机构的原动件1和从动件3的运动都需要经过连杆2来传动 机构中的运动副一般均为低副 故此类机构也称低副机构 连杆机构中的构件多呈现杆的形状 故有四杆机构 六杆机构等 例8 1铰链四杆机构 故常称构件为杆 平面连杆机构是由若干构件用平面低副 转动副和移动副 联接而成的平面机构 用以实现运动的传递 变换和传递动力 平面连杆机构的优点 由于是低副 为面接触 所以承受压强小 便于润滑 磨损较轻 可承受较大载荷 结构简单 加工方便 构件之间的接触是有构件本身的几何约束来保持的 所以构件工作可靠 连杆曲线形状丰富 可满足各种轨迹要求 概念 平面连杆机构的缺点 根据从动件所需要的运动规律或轨迹来设计连杆机构比较复杂 精度不高 运动时产生的惯性难以平衡 不适用于高速场合 平面连杆机构的类型很多 一般的多杆机构可以看成是由几个四杆机构所组成 平面四杆机构不仅应用广泛 而且是多杆机构的基础 8 2平面四杆机构的类型和应用 概念 由四个构件通过低副联接而成的平面连杆机构 称为四杆机构 如果所有低副均为转动副 这种四杆机构就称为铰链四杆机构 基本型式 铰链四杆机构 其它四杆机构都是由它演变得到的 常用名词 连架杆 与机架相联的构件 连杆 作平面运动的构件 曲柄 整周回转的连架杆 摇杆 只能在一定范围内摆动的连架杆 周转副 能作360 相对回转的运动副 摆转副 只能作有限角度摆动的运动副 平面四杆机构的基本型式 特征 曲柄 摇杆 作用 将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动 一 曲柄摇杆机构 雷达天线 搅面机 一 曲柄摇杆机构 跑步机 一 曲柄摇杆机构 缝纫机脚踏板机构 一 曲柄摇杆机构 自行车运动 一 曲柄摇杆机构 自动送料机构 一 曲柄摇杆机构 特征 将等速回转转变为等速或变速回转 二 双曲柄机构 两个曲柄 作用 惯性筛 二 双曲柄机构 插床机构 二 双曲柄机构 特例 平行四边形机构 特征 两连架杆等长且平行 连杆作平动 二 双曲柄机构 逆 反 平行四边形机构 特征 两连架杆等长且不平行 连杆作平动 二 双曲柄机构 二 双曲柄机构 门开关 特征 两个摇杆 三 双摇杆机构 三 双摇杆机构 特征 两个摇杆 风扇摇头 三 双摇杆机构 港口起重机 选择连杆上合适的点 轨迹为近似的水平直线 三 双摇杆机构 飞机起落架 三 双摇杆机构 炉门机构 三 双摇杆机构 车辆的前轮转向机构 等腰梯形机构 汽车转向机构 三 双摇杆机构 8 2平面四杆机构的类型和应用 1 四杆机构的类型 1 基本型式 铰链四杆机构 等腰梯形机构 8 2平面四杆机构的类型和应用 1 四杆机构的类型 2 演化形式 1 改变构件的形状及运动尺寸 3 改变运动副的尺寸 2 选用不同的构件为机架 即机构的倒置 2 四杆机构的应用 1 基本型式四杆机构的应用 2 演化型式四杆机构的应用 1 曲柄滑块机构 改变转动副 使转动副变成移动副 铰链四杆机构的演变 变换运动副形式 铰链四杆机构的演变 变换运动副形式 2 正弦机构 正弦机构应用实例 缝纫机针运动机构 3 双转块机构 铰链四杆机构的演变 变换运动副形式 4 双滑块机构 铰链四杆机构的演变 变换运动副形式 铰链四杆机构的演变 变换运动副尺寸 铰链四杆机构的演变 变换机架 5 导杆机构 曲柄滑块机构 3 1 4 A 2 B C 转动导杆机构 导杆机构 摆动导杆机构 铰链四杆机构的倒置 当构件2和构件4均能作整周转动 小型刨床就是应用实例 转动导杆机构 当杆2的长度小于机架长度时 导秆4只能作来回摆动 又称为摆动导秆机构 牛头刨中的主运动机构是他的应用实例 摆动导杆机构 6 定块机构 铰链四杆机构的演变 变换机架 3 1 4 A 2 B C 摇块机构 铰链四杆机构的演变 变换机架 7 摇块机构 应用实例 自卸车 8 3平面四杆机构的基本知识 1 铰链四杆机构有曲柄的条件 1 周转副的条件 8 3平面四杆机构的基本知识 1 铰链四杆机构有曲柄的条件 最短杆长度 最长杆长度 其余两杆长度之和 组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆 1 周转副的条件 其中第一个条件称为杆长条件 且最短杆参与构成的转动副是周转副 其它皆是摆动副 1 最长杆与最短杆的长度之和应 其他两杆长度之和 必要条件2 连架杆或机架之一为最短杆 结论 2 铰链四杆机构有曲柄的条件 曲柄存在的条件 满足杆长条件时 取不同的构件为机架 1 最短杆为连架杆 曲柄摇杆2 最短杆为机架 双曲柄3 最短杆为连杆 不存在曲柄 双摇杆 曲柄存在的条件 哪一副动画不对 各杆长度满足杆长条件 铰链四杆机构有曲柄的条件 最短杆为连架杆或机架 例8 3铰链四杆机构 1 各杆长度满足杆长条件 各杆长度应满足杆长条件 2 各杆长度不满足杆长条件 曲柄存在的条件 且最短杆参与构成的转动副是周转副 其它皆是摆动副 例8 4偏置曲柄滑块机构 偏置曲柄滑块机构有曲柄的条件 连架杆长度 偏距 连杆的长度 连架杆为最短杆 对心曲柄滑块机构有曲柄的条件 连架杆长度 连杆的长度 连架杆为最短杆 曲柄存在的条件 Y 双摇杆机构 N lmin为机架 lmin为连架杆 N N Y 双曲柄机构 曲柄摇杆机构 Y lmin lmax l4 l3 开始 2 急回运动和行程速比系数 1 急回运动 当主动件曲柄等速转动时 从动件摇杆摆回的平均速度大于摆出的平均速度 摇杆的这种运动特性称为急回运动 2 行程速比系数K 结论 且 角越大 K值越大 机构的急回性质也越显著 当机构存在极位夹角 时 机构便具有急回运动特性 例8 6对心曲柄滑块机构 例8 7偏置曲柄滑块机构 急回运动与速比系数 1 2 摆动导杆机构的极位夹角 1工作时慢速 回程时快速 牛头刨床 插床2 工作时快速 回程时慢速 破碎机 3 正反行程无急回 急回运动与速比系数 2 2 3 急回 连杆BC与从动件CD之间所夹的锐角 称为四杆机构在此位置的传动角 且 90 90 最小传动角的确定 对于曲柄摇杆机构 min出现在主动件曲柄与机架共线的两位置之一 为了保证机构传力性能良好 3 四杆机构的传动角 传动角 1 1 对于曲柄摇杆机构 以摇杆CD为主动件 则当连杆与从动件曲柄共线时 机构的传动角 0 这时主动件CD通过连杆作用于从动件AB上的力恰好通过其回转中心 出现了不能使构件AB转动的 顶死 现象 机构的这种位置称为 死点 4 死点 例8 9曲柄滑块机构 例8 10摆动导杆机构 例8 8曲柄摇杆机构 死点 1 1 1 克服死点的方法 1 利用安装飞轮加大惯性的方法 借惯性作用使机构闯过死点 2 采用将两组以上的同样机构组合使用 且使各组机构的死点位置相互错开排列的方法 死点 1 1 利用惯性 缝纫机脚踏板机构 2 死点的应用 例8 11飞机起落架收放机构 例8 12折叠式桌的折叠机构 死点 1 1 注意 机构不能运动的三种情况的区别 死点 自锁 F 0 死点 不计摩擦时 机构传动角 0 90 的特殊位置 利用惯性或其它方法 机构可以通过该位置 自锁 计入摩擦时 驱动力方向满足一定几何条件而使机构无法运动的现象 具有方向性 F 0 运动链为桁架 连杆曲线 1 1 4 连杆曲线 运动连续性 1 3 5 连杆机构的运动连续性 1 运动连续性 当主动件连续运动时 从动件能否连续实现给定的各个位置的运动 2 可行域 当曲柄AB连续转动时 摇杆CD的摆动范围 或 3 不可行域 由 和 所决定的范围 可行域 不可行域 可行域 不可行域 运动不连续问题有 错位不连续错序不连续 4 错位不连续 不连通的两个可行域内的运动不连续 5 错序不连续 原动件按同一方向连续转动时 连杆不能按顺序通过给定的各个位置 图中 要求连杆依次占据B1C1 B2C2 B3C3 当AB沿逆时针转动可以满足要求 但沿顺时针转动 则不能满足连杆预期的次序要求 错顺连续性 8 4平面四杆机构的设计 1 连杆机构设计的基本问题 流量指示机构 牛头刨床机构 1 满足预定的连杆位置要求 连杆机构设计的基本问题是根据给定的要求选定机构的型式 确定各构件的尺寸 同时还要满足结构条件 动力条件和运动连续条件等 2 满足预定的运动规律的要求 即满足两连架杆预定的对应位置要求 又称实现函数的问题 即要求连杆能占据一系列预定位置 小型电炉炉门的开闭机构 满足给定行程速比系数K的要求等 又称刚体导引问题 3 满足预定的轨迹要求 图解法 解析法和实验法 即要求在机构的运动过程中 连杆上某些点的轨迹能满足预定的轨迹要求 例8 16鹤式起重机 例8 17搅拌机构 连杆机构的设计方法有 平面四杆机构的设计 2 6 1 用作图法设计四杆机构 固定铰链A D 活动铰链B C 圆心 圆或圆弧 i 1 2 N 图解设计问题 作图求解各铰链中心的位置问题 各铰链间的运动关系 1 1图解设计的基本原理 平面四杆机构的设计 3 6 图解设计的具体方法 1 按连杆预定的位置设计 1 已知活动铰链中心的位置 2 已知固定铰链中心的位置 平面四杆机构的设计 5 6 刚化反转法 机构倒置 B为A 和A的回转中心 1 将机构的各位置的构型均视为刚体 2 整体移动 使新机架 连杆位置 重合 3 即得新连杆相对于新机架的各个位置 即实现了机构的倒置 这样 就将求活动铰链的位置问题转化为求固定铰链的位置问题了 这种方法又称为反转法 为了求活动铰链的位置 可将待求活动铰链所在的杆视作新机架 而将其相对的杆视为新连杆 机构的倒置原理 平面四杆机构的设计 4 6 机构倒置的三步骤 凡所有相 皆是虚妄 若见诸相非相 即见如来 金刚经5相是虚妄的 事物在不停的变化发展 这是一种无色无相的境界 告诉你世间所有的相都是假的 不要太过于执著 等你能到了无色无相的境界时候 你就到了佛的境界 即见如来 图解设计的具体方法 1 按连杆预定的位置设计 1 已知活动铰链中心的位置 2 已知固定铰链中心的位置 求解条件讨论 当N 3时 当N 2时 当N 4时 当N 5时 有唯一解 有无穷多解 可能有无穷多解 可能有解或无解 平面四杆机构的设计 5 6 1图解设计的具体方法 2 按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构 1 已知两连架杆三对对应位置 2 已知两连架杆四对对应位置 平面四杆机构的设计 5 6 3 按两连架杆的多对对应位置设计 机构的倒置原理 3 按给定的行程速比系数设计四杆机构 例8 18曲柄摇杆机构 例8 19曲柄滑块机构 例8 20摆动导杆机构 平面四杆机构的设计 6 6 2 用解析法设计四杆机构 3 按预定的运动规律设计 1 按预定的两连架杆对应的位置设计 2 按期望函数设计四杆机构 1 按预定的连杆位置设计 平面四杆机构的设计 2 6 2 按预定的运动轨迹设计 例1 例2 8 5多杆机构 1 多杆机构的功用 1 取得有利的传动角 2 获得较大的机械利益 3 改变从动件的运动特性 4 实现从动件带停歇的运动 5 扩大机构从动件的行程 6 使机构从动件的行程可调 7 实现特定要求下的平面导引 结论由于多杆机构的尺度参数较多 因此它可以满足更为复杂的或实现更加精确的运动规律要求和轨迹要求 但其设计也较困难 1 多杆机构的分类 1 按杆数分 五杆 六杆 八杆机构等