平面连杆机构及其设计(改)ppt课件

连杆机构凸轮机构齿轮机构间歇运动机构轮系 连杆机构 若干刚性构件通过低副连接组成的机构 称为连杆机构或低副机构 曲柄摇杆机构 曲柄滑块机构 对心 牛头刨床 连杆机构的主要优点 2 低副不易磨损而又易于加工 连杆机构的主要缺点 1 连杆机构作变速运动的构件惯性力及惯性力矩难以完成平衡 2 连杆机构较难准确地实现预期的运动规律 设计方法也较复杂 1 能够实现多种运动轨迹曲线和运动规律 根据其构件间的相对运动分为平面或空间连杆机构 1平面连杆机构类型及其应用 平面连杆机构及其设计 2平面四杆机构的基本特性 3平面四杆机构的设计 根据构件数目分为四杆机构 多杆机构 广泛应用的是平面四杆机构 而且它是构成和研究平面多杆机构的基础 本章主要讨论平面四杆机构 1平面连杆机构类型及其应用 一 平面四杆机构的基本形式 铰链四杆机构 1平面连杆机构类型及其应用 1 曲柄滑块机构 2 导杆机构 3 摇块机构 4 定块机构 二 其它型式的平面四杆机构 一 平面四杆机构的基本形式 铰链四杆机构 连架杆 机架 连架杆 连杆 曲柄摇杆机构 按照两连架杆的运动形式的不同 可将铰链四杆机构分为 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构 曲柄摇杆机构 双摇杆机构 双曲柄机构 曲柄摇杆机构 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 摄影平台 天平 播种机料斗机构 实例 火车轮 双摇杆机构 对心曲柄滑块机构 偏置曲柄滑块机构 1 曲柄滑块机构 曲柄摇杆机构中转动副转化成移动副的演化 二 其它型式的平面四杆机构 曲柄滑块机构 对心 曲柄当滑块机构 偏心 对心曲柄滑块机构 偏置曲柄滑块机构 还可以转化为双滑块机构 2 导杆机构 取曲柄滑块机构中不同的构件为机架的演化 b 导杆机构 c 摆动导杆机构 导杆 组成移动副的两活动构件 画成杆状的构件称为导杆 回转导杆机构 摆动导杆机构 l1 l2时 转动导杆机构 l1 l2时 摆动导杆机构 转动 3 摇块机构 取曲柄滑块机构中不同的构件为机架的演化 b 摇块机构 4 定块机构 取曲柄滑块机构中不同的构件为机架的演化 定块机构 移动导杆机构 手摇唧筒 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 机构的倒置 2平面四杆机构的基本特性 一 铰链四杆机构有周转副的条件 四 机构的死点位置 二 急回运动 三 压力角和传动角 周转副 作整周转动的转动副 夹角范围 00 3600 摆转副 在一定范围转动的转动副 转动副A B 夹角范围 3600 转动副C D 2平面四杆机构的基本特性 一 铰链四杆机构有周转副的条件 周转副 周转副 摆转副 摆转副 设a d 连架杆1整周回转 必有两次与机架共线 a b c d a c b d a d b c 由 B2C2D可得 由 B1C1D可得 b d a c c d a b 将以上三式两两相加得 即 杆1为最短杆 2平面四杆机构的基本特性 一 铰链四杆机构有周转副的条件 周转副 A B 周转副 周转副 即 杆1为最短杆 铰链四杆机构有周转副的条件 l 最短杆和最长杆长度之和小于或等于其他两杆长度之和 称为杆长条件 2 组成周转副的两杆中必有一杆为最短杆 当满足杆长条件时 说明存在周转副 当选择不同的构件作为机架时 可得不同的铰链四杆机构 如 曲柄摇杆 双曲柄 双摇杆机构 当最短杆为连架杆时 该铰链四杆机构成为 以最短杆为机架 则得 以最短杆的对边为机架 则得 若最短杆和最长杆长度之和小于或等于其他两杆长度之和 则 若最短杆和最长杆长度之和大于其他两杆长度之和 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构 则无论取何杆为机架均得双摇杆机构 二 急回运动 曲柄摇杆机构中 原动件AB以 等速转动 1 摇杆CD的两极限位置 当AB与BC两次共线时 摇杆CD处于两极限位置 曲柄转角 对应的时间 摇杆点C的平均速度 1 急回运动 摇杆 对应的时间 摇杆点C的平均速度 曲柄转角 则 可见 摇杆往复摆动摇杆点C的平均速度为v1和v2 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 摇杆 曲柄转角 对应的时间 摇杆点C的平均速度 工程上 把曲柄转过1800 时 摇杆从动件由C1D摆到C2D的过程 称为工作行程 把曲柄转过1800 时 摇杆从动件由C2D摆回到C1D的过程 称为空回行程 摇杆 2 摇杆从动件的行程速度变化系数K 空回行程平均速度v2与工作行程平均速度v1之比 由公式可知 行程速比系数K随极位夹角 增大而增大 换句话说 值愈大 急回运动特性愈明显 在很多机器中利用机构的急回特性节省空回行程的时间 从而节省动力并提高了生产率 如牛头刨床中用的导杆机构就起到了这种作用 平面四杆机构具有急回运动的条件 1 原动件作等速整周转动 2 输出件作往复运动 3 有急回特性 摆动导杆机构 有急回特性 三 压力角与传动角 在不计摩擦力 重力 惯性力的条件下 机构中驱使输出件运动的力的方向线与输出件上受力点的速度方向线所夹的锐角 压力角 越小 受力越好 越大 受力越好 由力的分解可以看出 沿着速度方向的有效分力Ft Fcos 垂直Ft的分力Fn Fsin 力Fn只能使铰链C D对杆CD产生压力 希望它能越小越好 也就是Ft愈大愈好 这样可使其传动灵活效率高 总而言之 是希望压力角 越小越好 Ft Fcos Fn Fsin 2平面四杆机构的基本特性 由上面分析可知 传动角 愈大 愈小 对传动愈有利 所以为了保证所设计的机构具有良好的传动性能 通常应使最小传动角 min 400 在传递力矩较大的情况下 应使 min 500 在具体设计铰链四杆机构时 一定要校验最小传动角 min是否满足要求 当 BCD 90 时 BCD 因此设计时一般要求 min 40 当 BCD最小或最大时 即在主动曲柄与机架共线的位置 都有可能出现 min 由于在机构运动过程中 角是变化的 min出现的位置 四 机构的死点位置 不管在主动件上作用多大的驱动力 都不能在从动件上产生有效分力的机构位置 称为机构的死点位置 Ft Fcos Fcos90 0 Fn Fsin Fsin90 F 对于传动机构在死点位置时 驱动从动件的有效回转力矩为零 可见机构出现死点对于传动是很不利的 在实际设计中 应该采取措施使其能顺利地通过死点位置 死点的避免 1 利用惯性通过死点 缝纫机借助于带轮的惯性通过死点 单缸四冲程内燃机借助飞轮的惯性通过死点位置 2 利用机构错位排列通过死点 如图所示的蒸汽机车车轮联动机构 左右车轮两组联动机构中 曲柄AB与A B 位置错开900 机构中死点位置并非总是起消极作用 在工程实际中 也常利用死点位置来实现一定工作要求 例如飞机的起落架机构飞机着陆时机构处于死点位置 从而便于支承飞机 利用死点位置 飞机起落架 钻孔夹具 0 请思考 下列机构有没有死点位置 有的话 死点位置在哪里 怎样使机构通过死点位置 一 平面四杆机构设计的主要任务 根据机构所要完成的功能运动而提出的设计条件 运动条件 几何条件和传力条件等 确定机构的运动尺寸 一般又称为尺度综合 画出机构运动简图 设计的问题概括成下述两个基本问题 2 实现已知轨迹问题 1 实现已知运动规律问题 3平面四杆机构的设计 二 平面四杆机构设计的基本问题 实现连杆占有若干指定的位置 使具有急回运动的从动件实现指定的行程速比系数 实现主动连架杆转角与从动连架杆转角之间指定的对应关系 三 平面四杆机构设计的方法 飞机起落架 0 搅拌机机构曲柄摇杆机构 鹤式起重机双摇杆机构 一 按预定连杆位置设计四杆机构 a 给定连杆两个位置 有唯一解 B2 C2 A D 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 b 给定连杆上铰链BC的三个位置 有无穷多组解 A D 四 设计实例 1 曲柄摇杆机构 已知 CD杆长 摆角 及K 设计此机构 步骤如下 计算 180 K 1 K 1 任取一点D 作腰长为CD的等腰三角形 夹角为 作C1F C1C2 作C2F使 C1C2F 90 两线交于P 作 FC1C2的外接圆 A点必在此圆上 选定A 设曲柄为a 连杆为b 以A为圆心 AC2为半径作弧交于E 得 a EC2 2b AC2 EC2 2 二 按给定的行程速比系数K设计四杆机构 2 曲柄滑块机构 已知K 滑块行程H 偏距e 设计此机构 计算 180 K 1 K 1 作C1C2 H 作射线C2M 使 C1C2M 90 以C2P为直径作圆 以A为圆心 AC1为半径作弧交于E 得 作射线C1N垂直于C1C2 作与C1C2平行且偏距为e的直线 交圆于A或A 即为所求 l1 EC2 2 l2 AC2 EC2 2 两条射线交于P点 3 导杆机构 分析 与导杆摆角 相等 设计此机构时 仅需要确定曲柄a 计算 180 K 1 K 1 任选D作 mDn 取A点 使得AD d 则 a dsin 2 作角分线 已知 机架长度d K 设计此机构 二 函数生成机构的设计设计要求通常为在主动连架杆的转角 和从动连架杆的转角 中 选定有限个角位置 i与 i的对应值 以满足传动函数 设计特点两连架杆的传动函数与杆长的绝对值无关 仅与其相对值有关 设计时 通常预先确定机架的长度 即确定两个固定铰链的位置 机构的待求参数为两连架杆的长度 即两连架杆上连接连杆铰链的四个坐标分量 设计关键确定连杆BC上活动铰链点C的位置 应用原理机构转化原理 B 3 一 函数生成机构设计的图解法按两连架杆三组对应位置设计四杆机构已知机架长度d和两连架杆三组对应位置 设计步骤 任意选定构件AB的长度 连接DB2 将DB2绕D旋转