清华大学机械原理课件——第2章 连杆机构

第2章 连杆机构,平面连杆机构的基本形式与特性平面连杆机构中存在曲柄的条件平面连杆机构的演化形式平面连杆机构的运动设计空间连杆机构简介,2.1平面连杆机构的基本形式与特性平面连杆机构组成,4 机架(固定件)，1,3 连架杆，2 连杆A,B,C,D 四个铰链,2.1.1 曲柄摇杆机构基本运动形式：,等速回转往复摆动,特性（1）急回运动行程速比系数K,行程速度变化系数：,极位夹角：,例：牛头刨床，机械手K 由工作要求提出,思考： 能否实现 K=1 ? 以摇杆为主动件时，vm1=vm2 ,曲柄的运动？,（2）压力角与传动角（传力性能） 从动件受到驱动力的问题,条件：不计摩擦力当计摩擦力时， 90时卡死（自锁）,传动角 = 90- 角度按锐角计,为了防止机构卡死：=40 ，高速和大功率=50 仪表机构可小些,思考:（1）太小怎么办？ （2）与各杆长之间的关系？,（3）死点位置,摇杆为主动件，曲柄与连杆重合时，运动不确定,= 0或= 180 例：缝纫机主轴传动机构,死点位置：出现踏不动或倒转现象,对从动件施加外力；利用从动件本身的惯性或在从动件上加装飞轮(缝纫机，单缸柴油机)；采用多组同样的机构联动和错开死点位置（蒸汽机车）。,通过死点位置的措施：,蒸汽机车车轮联动机构,死点位置的利用：夹具,工件厚度有误差怎么办？,飞机起落架机构：,2.1.2 双曲柄机构运动形式主动件等速回转从动件变速回转,例：惯性筛机构,三杆共线时出现运动不确定，怎么办？,特例：平行四边形机构,三杆共线时出现运动不确定，怎么办？,应用实例：,例1：机车驱动轮联动装置,例2：两错开排列的平行四边形机构,例3：车门启闭机构,例4：绘图仪,2.1.3 双摇杆机构运动形式两连架杆均为摇杆的机构,例1：鹗式起重机,例2：飞机起落架机构,如何形成这三种基本形式？,2.2 整转副与曲柄存在条件2.2.1 整转副 把构件用铰链或销轴联接，使两构件能相互运动，形成动联接（运动副） 回转副,能够相互回转一整周的回转副叫整转副,1.2.2 整转副存在条件,1.构成整转副的两个构件中，必有一个最短杆；2.最短杆与最长杆杆长之和其余两杆之和。 推论：,(1)若A是整转副，B必定是整转副；(2)具有两个整转副的构件必为最短杆，并满足杆长和条件；(3)CD不是整转副；(4)整转副条件不满足时，机构总的各构件只能摆动。,2.2.3 曲柄存在条件整转副？ 机架？,2.3 平面连杆机构的演化形式2.3.1 曲柄滑块机构,当CD趋于无穷大时，机构变成了什么样？,1. 偏置曲柄滑块机构,当e=0时，如何？,思考：曲柄滑块机构最大压力角的位置，急回特性？,2. 对心曲柄滑块机构,当BC时，曲柄滑块机构演化为什么机构？,3. 正弦机构,2.3.2 导杆机构,导杆机构,1. 摆动导杆机构,2. 转动导杆机构,导杆机构中， 传动角=？,摇块机构,2.3.3 摇块机构与定块机构1.摇块机构,2. 定块机构（移动导杆机构）,例1：牛头刨床,急回运动？机构类型？,例2：转缸式径向柱塞泵,机构类型？,例3：自动货车翻斗机构,机构类型？,2.3.4 偏心轮机构,特点：小行程大出力,2.3.5 多杆机构 实际应用中，单个的四杆机构很难满足运动的要求，往往是多个机构的组合。,例：牛头刨床,2.4 平面连杆机构的运动分析 分析机构的位移（包括轨迹）、速度和加速度等运动情况目的：为机械运动和动力性能研究提供必要的依据。 位移速度加速度方法：图解法：简单方便，但精度有限。解析法：计算精度高，但数学模型繁杂，计算工作量大。,2.4.1 瞬心法及其应用1.速度瞬心 相互作平面相对运动的两构件上在任意瞬时其相对速度为零的重合点速度瞬心(1) 绝对瞬心与相对瞬心若构件1不动时， 为绝对瞬心，否则， 为相对瞬心。,2. 机构中瞬心的数目n个构件组成的机构：3. 机构中瞬心位置的确定(1)通过运动副直接相联的两构件的瞬心1)转动副相联 绝对瞬心 相对瞬心,2)移动副相联 3)平面高副相联 纯滚动 接触点M 滚动+滑动 公法线nn上,(2)不直接相联的两构件的瞬心三心定理：三个作平面平行运动的构件共有三个瞬心，且位于同一直线上。即瞬心与 、 位于同一直线上。,4.瞬心在速度分析中的应用已知： 和长度比例求： 、 和,为构件2和4的瞬心，则： 结论：传动比等于两构件的绝对瞬心至其相对瞬心距离的反比。,传动比,推广：,C点的速度即为瞬心 的速度,2.4.2 杆组法及其应用（自学）1. 杆组法2.杆组法在运动分析中的应用,2.5 平面连杆机构的运动设计2.5.1 基本问题及方法1. 设计的基本问题实现刚体预定位置的设计,实现预定运动规律的设计实现预定轨迹的设计,2. 设计的基本方法图解法解析法实验法设计时选用哪种方法应视具体情况而定,2.5.2 急回机构的设计问题：已知行程速比系数K，摇杆长度l3，摆角,设计过程求极位夹角确定D，C1，C2的位置,求曲柄转轴A的位置,求曲柄长度即确定B点的位置,设计结果曲柄滑块机构的设计方法？,2.5.3 刚体导引机构的设计工作要求连杆能通过三个位置，设计能实现以上要求的连杆机构,假设四杆机构已经设计完成如下：,选定铰链B、C的位置，确定连杆BC的长度,求铰链A、D的位置,连接AB1C1D即为所求四杆机构,讨论：连杆上B、C位置要根据实际需要确定，所以，满足以上设计命题的解有无穷多个；A、D点重合的问题？已知连杆的两个位置或更多的位置？,2.5.4 函数生成机构的设计 已知四杆机构中两固定铰链A、D的位置，要求所设计的四杆机构两连架杆的转角能实现三组对应关系。,1.图解法(刚化反转法)以AD为机架时，观察到ABCD的两个位置图以CD为机架时，观察到ABCD的两个位置图,以DF为机架时，连杆AE的相对位置,AE上选定B铰链，DF为机架，I位置为参考位置。,用刚化反转法求 的转位点,作 及 的中垂线，其交点为所求铰链点,即为所求铰链四杆机构讨论：AB杆的长度，无穷多解。,2.解析法(按两连架杆预定的对应位置来设计)自学3.解析法(按给定的函数要求来设计)自学,2.5.5 按给定轨迹设计连杆曲线：连杆上任意点的轨迹是一个封闭曲线,1. 解析法（略）2. 图谱法简介轨迹形状相同或相似的连杆曲线相应的各构件的相对长度比例放大(或缩小),3. 实验法 设计一个四杆机构，使其连杆上一点M的轨迹与给定轨迹近似。,构件AB为长度可调的构件，构件BC为具有若干分支杆的构件，其各分支杆不仅长度可调，且相互之间的夹角也可调。,若在这些曲线中找到直线或近似直线的轨迹，则所求的四杆机构为曲柄滑块机构。,2.6 空间连杆机构简介2.6.1 空间机构的运动副,球面运动副S,柱面运动副C,球销运动副S,移动运动副P,螺旋运动副H,转动运动副R,2.空间连杆机构,RSSR,RSSP,PRSR,球面4R,空间连杆机构有许多特点，可以实现平面连杆机构难以实现或根本无法实现的运动，因此在工程实际中也得到了较多的应用。张启先编著，空间机构的分析与综合(上)，北京：机械工业出版社，1984谢存禧等编著，空间机构设计， 上海：上海科学技术出版社,本章总结1. 重点内容(1)掌握铰链四杆机构的三种基本形式及其演 化形式机构简图，运动形式,基本特性运动特性：急回运动，死点位置与运动不确定性及克服的办法。传动特性：压力角或传动角与自锁。重点：曲柄摇杆机构和曲柄滑块机构，其它都可演化而来。了解演化方法有助于理解。两个基本规律：, 同一曲柄摇杆机构或曲柄滑块机构，通过改变机架和各杆长度可得其它机构；, 整转副存在的条件，整转副存在与否与机架无关，曲柄存在与否不仅与整转副有关，还与机架有关。,注重实际应用，逐渐学会自己分析。(2