第三章 平面连杆机构.ppt

3 2平面四杆机构的类型和应用 16 3 3平面四杆机构的基本知识 30 3 4平面连杆机构的设计 10 第3章平面连杆机构及其设计 3 1连杆机构及其传动特点 作业 3 1 3 11 飞剪 应用实例 3 1连杆机构及其传动特点 契贝谢夫四足步行机 利用连杆曲线特性 当一对角足处在曲线的直线段时则着地并静止不动 而另一对角足则处在曲线段作迈足运动 3 1连杆机构及其传动特点 二 平面连杆机构的特点 连杆机构 运动副为面接触 承载大 不易磨损 寿命长 接触面为圆柱面或平面 易加工 容易获得较高的制造精度 加工成本低 能实现较复杂的运动及较大的行程 构件间的接触靠几何封闭 不需弹簧等附件 较难准确实现预定的连续的运动规律 设计方法复杂 惯性力难以平衡 运动副有间隙 磨损后间隙难以补偿 3 1连杆机构及其传动特点 由若干构件用低副 转动副 移动副 联接而成的机构 也称为低副机构 一 平面连杆机构 3 2平面四杆机构的类型和应用 一杆 二杆 运动简单 三杆 不是机构 四杆 五杆 F 2 使用较少 六杆 铰链四杆机构 不是机构 3 2平面四杆机构的类型和应用 一 四杆机构的基本形式和应用 机架 连架杆 曲柄 摇杆 连杆 2 基本形式 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构 作为参考坐标系的构件 与机架相连的杆 能作360 转动 在 360 范围内摆动 作平面运动的构件 整转副 摆动副 构成转动副的两构件能作相对整周转动能作360 转动 构成转动副的两构件不能作相对整周转动能作360 转动 1 名词术语 3 2平面四杆机构的类型和应用 机架 作为参考坐标系的构件 连架杆 与机架相连的杆 曲柄 能作360 转动 摇杆 在 360 范围内摆动 连杆 作平面运动的构件 铰链四杆机构的三种型式 1 曲柄摇杆机构 2 双曲柄机构 3 双摇杆机构 1 名词术语 3 2平面四杆机构的类型和应用 曲柄摇杆机构 雷达天线俯仰机构 缝纫机踏板机构 3 2平面四杆机构的类型和应用 缝纫机踏板机构 曲柄摇杆机构 3 2平面四杆机构的类型和应用 3 2平面四杆机构的类型和应用 抓片机构 3 2平面四杆机构的类型和应用 惯性筛 火车轮 特例 平行四边形机构 特征 两曲柄同向同速转动 升降平台 天平 3 2平面四杆机构的类型和应用 两连架杆等长且平行 连杆作平动 播种机料斗机构 3 2平面四杆机构的类型和应用 平行四边形机构在共线位置出现运动不确定 3 2平面四杆机构的类型和应用 动画演示 特例2 反向平行四边形机构 车门开闭机构 3 2平面四杆机构的类型和应用 3 2平面四杆机构的类型和应用 双摇杆机构 鹤式起重机 电扇摇头机构 3 2平面四杆机构的类型和应用 汽车转向机构 3 2平面四杆机构的类型和应用 特例 等腰梯形机构 两摇杆长度相等 1 改变构件的形状及相对尺寸 偏心曲柄滑块机构 对心曲柄滑块机构 曲柄摇杆机构 曲柄滑块机构 双滑块机构 正弦机构 lsin 3 2平面四杆机构的类型和应用 二 平面连杆机构的演化 动画演示 3 2平面四杆机构的类型和应用 2 置换机架 AB为曲柄 CD为摇杆 A B 周转副 整转副 C D 摆转副 双曲柄机构 曲柄摇杆机构 双摇杆机构 曲柄摇杆机构 曲柄摇杆机构 13 3 2平面四杆机构的类型和应用 3 2平面四杆机构的类型和应用 曲柄滑块机构 导杆机构 摆动导杆机构 转动导杆机构 牛头刨床 3 2平面四杆机构的类型和应用 小型刨床 3 2平面四杆机构的类型和应用 手摇唧筒 3 2平面四杆机构的类型和应用 3 2平面四杆机构的类型和应用 正弦机构 双移动副四杆机构 双转块机构 双滑块机构 3 2平面四杆机构的类型和应用 双转块机构 3 2平面四杆机构的类型和应用 双转块机构 2 3 4 十字滑块联轴器 3 2平面四杆机构的类型和应用 双滑块机构 3 2平面四杆机构的类型和应用 双滑块机构 偏心轮机构 3 同性异形演化 扩大转动副的尺寸 3 2平面四杆机构的类型和应用 运动副特性相同 偏心轮机构 3 运动副同性演化 运动副特性相同 扩大转动副的尺 3 2平面四杆机构的类型和应用 3 2平面四杆机构的类型和应用 移动副元素互换 3 3平面四杆机构的基本知识 1 铰链四杆机构 一 平面四杆机构的运动特性 运动副A成为周转副的条件 若A为周转副 则B绕A可到达任意位置 不应出现B C D三点共线的情况 此时 机构不能转动 1 曲柄存在的条件 由 B C D可得 3 3平面四杆机构的基本知识 1 铰链四杆机构 由 B C D可得 同理 可得 运动副A成为周转副的条件 一 平面四杆机构的运动特性 1 曲柄存在的条件 3 3平面四杆机构的基本知识 运动副A成为周转副的条件为 最短杆与最长杆的长度和小于等于其余两杆长度和组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆 同理 运动副B所铰接的两个构件有一个为最短构件 且满足杆长条件 B也为周转副 推论 四杆机构满足杆长条件时 其最短杆两端均为周转副 11 杆长条件 3 3平面四杆机构的基本知识 四杆机构曲柄存在条件为 杆的长度满足杆长条件 若lmax lmin 其余两杆长度和 双摇杆机构 若lmax lmin 其余两杆长度和 则 最短杆为机架 双曲柄机构 最短杆为连杆 双摇杆机构 最短杆为连架杆 曲柄摇杆机构 最短杆为机架或连架杆 讨论 3 3平面四杆机构的基本知识 若为平行四边形机构 则不论取哪个构件为机架 均为双曲柄机构 3 3平面四杆机构的基本知识 曲柄滑块机构 若AB为曲柄 应满足 导杆机构 摆动导杆机构 转动导杆机构 3 3平面四杆机构的基本知识 摆动导杆机构 转动导杆机构 3 3平面四杆机构的基本知识 2 急回特性和行程速比系数 3 3平面四杆机构的基本知识 2 急回特性和行程速比系数 当主动曲柄等速转动时 作往复运动的从动件 在工作行程有较慢的平均速度 而在回程有较快的平均速度 摇杆处于极限位置时曲柄之间所夹锐角 称为极位夹角 3 3平面四杆机构的基本知识 曲柄摇杆机构 1 C 当曲柄转动一周 曲柄与连杆共线两次 摇杆处于两极限位置 摇杆处于极限位置时曲柄之间所夹锐角 称为极位夹角 3 3平面四杆机构的基本知识 曲柄摇杆机构 1 C 当曲柄转动一周 曲柄与连杆共线两次 摇杆处于两极限位置 定义 行程速比系数 极位夹角 3 3平面四杆机构的基本知识 一般为锐角 机构输出构件具有急回特性的条件 原动件等速整周转动 输出构件具有正反行程 0 讨论 3 3平面四杆机构的基本知识 偏置曲柄滑块机构 对心曲柄滑块机构 3 3平面四杆机构的基本知识 3 3平面四杆机构的基本知识 摆动导杆机构 3 3平面四杆机构的基本知识 摆动导杆机构 3 3平面四杆机构的基本知识 3 3平面四杆机构的基本知识 3 3平面四杆机构的基本知识 例 已知K 1的偏置曲柄滑块机构如图 试确定曲柄的转向 工作行程 3 3平面四杆机构的基本知识 例 试画出图示机构的极位夹角 和从动件的摆角 1 压力角和传动角 1 压力角 3 3平面四杆机构的基本知识 径向分力 切向分力 有效分力 推动CD杆转动 在机构运动过程中是变化的 2 传动角 设计时应满足 二 传力特性 不计摩擦时 从动件受力方向与受力点绝对速度之间所夹锐角 压力角的余角 Fn 运动副摩擦 3 3平面四杆机构的基本知识 的位置 令连杆与摇杆的夹角为 如图 若 若 动画演示 3 3平面四杆机构的基本知识 2 机构的死点位置 曲柄滑块机构 3 3平面四杆机构的基本知识 其它机构的压力角 传动角 曲柄滑块机构 3 3平面四杆机构的基本知识 导杆机构 3 3平面四杆机构的基本知识 例 分别标出下列机构在图示位置的压力角和传动角 F v F v F v F v 3 3平面四杆机构的基本知识 例 分别标出下列机构在图示位置的压力角和传动角 F v F v 即连杆与曲柄两次共线时的位置 此时 机构不能运动 称此位置为 3 3平面四杆机构的基本知识 2 死点 定义 死点 注意 作往复运动的构件为原动件时 才有死点 机构在死点时本不能运动 但如因冲击 振动等原因离开死点 这时运动不确定 故机构的死点位置也是机构运动的转折点 3 3平面四杆机构的基本知识 曲柄滑块机构 偏置 对心 3 3平面四杆机构的基本知识 导杆机构 摆动导杆机构 3 3平面四杆机构的基本知识 克服的方法 安装飞轮 利用惯性克服死点 例如 缝纫机 多个机构错位排列 例如 火车车轮 火车 飞机起落架 3 死点的利用 3 3平面四杆机构的基本知识 例如 飞机起落架 夹具等 夹具 3 3平面四杆机构的基本知识 夹具 3 3平面四杆机构的基本知识 3 3平面四杆机构的基本知识 折叠桌 一 平面连杆机构设计的基本问题 机构选型 尺度综合 同时要满足其他辅助条件 a 结构条件 如要求有曲柄 杆长比恰当 运动副结构合理等 b 动力条件 如 min c 运动连续性条件等 3 4平面连杆机构的设计 基本问题 根据给定的运动要求选择机构的类型 确定各构件的尺度参数 长度尺寸 3 4平面连杆机构的设计 设计问题的类型 实现预定的运动规律 函数机构 要求两连架杆的转角满足函数y logx 3 4平面连杆机构的设计 3 4平面连杆机构的设计 实现连杆的预定位置 造型机翻转机构 3 4平面连杆机构的设计 3 4平面连杆机构的设计 搅拌机 要求连杆上E点的轨迹为一条卵形曲线 实现预定的运动轨迹 3 4平面连杆机构的设计 钢材输送机 3 4平面连杆机构的设计 钢材输送机 3 4平面连杆机构的设计 二 平面连杆机构设计 图解法 1 实现预定的连杆位置 1 已知活动铰链中心的位置 由B C 动点 求A D 定点 分析 A点是Bi点的轨迹中心 D点是Ci点的轨迹中心 步骤 连接B1B2 作中垂线 连接B2B3 作中垂线 相交得A点 同理求得D点 方法 作垂直平分线 中垂线 3 4平面连杆机构的设计 讨论 若给定连杆平面三个位置有唯一解 若给定连杆平面两个位置 则有无穷多解 但若给定其它辅助条件 可有确定解 若给定连杆平面四个位置 在连杆上任取一点为铰链点 则在连杆四个预定位置上的该点不一定在同一圆周上 导致无解 若C1 C2 C3位于一条直线上 则杆CD是滑块 D 设计后要检验运动连续性 C1 C2 C3应在同一可行域内 B1 B2 B3 B4 3 4平面连杆机构的设计 例 已知连杆的两位置B1C1 B2C2 B C为铰链点 要求与连杆两位置对应的连架杆AB的转角为 60 且C1点的速度方向如图所示 试确定其余各杆尺寸 vC1 B2 B1 C2 C1 60 E 2 实现预定的运动规律 1 曲柄摇杆机构 计算 已知 摇杆CD长 摆角 及K 任取一点D 作摇杆CD的两极限位置 夹角为 作C2P C1C2 作 PC1C2的外接圆 选定A 设曲柄为a 连杆为b 则 以A为圆心 AC2为半径作弧交AC1于E 得 步骤 3 4平面连杆机构的设计 B1 分析 K 关键是求满足 角的A点 作C1P使 则A点必在此圆上 a EC1 2b AC1 EC1 2 2 曲柄滑块机构 已知 K 滑块行程H 偏距e 计算 作C2C1 H 作射线C2O使 C1C2O 90 以O为圆心 C1O为半径作圆 以A为圆心 AC2为半径作弧交于E 得 作射线C1O使 C2C1O 90 作偏距线e 交圆弧于A 即为所求 步骤 3 4平面连杆机构的设计 分析 K 关键是求满足 角的A点 3 摆动导杆机构 分析 由于 与导杆摆角 相等 设计此机构时 仅需要确定曲柄a 计算 任选D作 mDn 取A点 使得AD d 则 a dsin 2 作角平分线 已知 机架长度d K 设计此机构 步骤 3 4平面连杆机构的设计 3 4平面连杆机构的设计 例 已知连杆BC上BC连线的两个位置如图示 对应CD杆的两个极限位置 且要求CD杆在第一个位置的传动角 60 试设计该四杆机构 1 2 E D A 作业 3 1 1 偏置 2 曲柄与机架的两次共线 3 满足杆长条件且最小杆为机架 4 摇杆 曲柄 连杆 5 速度 3 2 因为 25 100 125 90 75 165 所以 满足杆长条件 1 若AD为机架 曲柄摇杆机构 2 若AB为机架 双曲柄机构 3 若CD为机架 双摇杆机构 解 3 3 e r l 1 2 3 4 a P 24 1 3 2 4 b P 13 P 13 4 1 3 2 3 1 P 12 P 23 P 14 P 43 P 24 3 2 4 1 4 2 P 12 P 14 P 23 P 34 P 13 1 2 4 3 c P 24 d 1 3 4 2 P 13 P 13 4 1 3 2 3 1 P 12 P 23 P 14 P 43 P 24 3 2 4 1 4 2 P 12 P 14 P 23 P 34 C 1 D 54 P 3 14 作业 4 1 3 2 3 1 3 2 4 1 4 2 4 为构件1和构件3的等速点 解 为构件1和构件3的等速点 4 1 3 2 3 1 3 2 4 1 4 2 解 3