CH08平面连杆机构及其设计.ppt

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,第八章平面连杆机构及其设计,平面连杆机构的应用：,折叠小桌,四足机器人,车门开闭机构,牛头刨床,8-1连杆机构及其传动特点,连杆机构：全部构件以低副连结，至少有一个构件不与机架直接相连。平面连杆机构和空间连杆机构。,连杆：不直接与机架相连的构件。,曲柄滑块机构,摆动导杆机构,铰链四杆机构,连架杆：直接与机架相连的构件。,构件多呈现杆的形状（常用其所含的杆数命名）；,可实现多种运动变换和运动规律；,连杆曲线形状丰富，可满足各种轨迹要求。,缺点：,运动链长，累积误差大，效率低；,惯性力难以平衡，动载荷大，不宜用于高速运动；,一般只能近似满足运动规律要求。,传动特点,运动副一般为低副（也称低副机构）；,优点：,8-2平面四杆机构的类型和应用,1.平面四杆机构的基本型式,铰链四杆机构,（1）曲柄摇杆机构,1）以曲柄为原动件,2）以摇杆为原动件,缝纫机踏板机构、脚踏车,（2）双曲柄机构,惯性筛机构,2）平行四边形机构,a）两曲柄等速同向转动,b）连杆平动,机车车轮联动机构,摄影平台升降机构,3）反平行四边形机构,两曲柄反向转动,车门开闭机构,（3）双摇杆机构,鹤式起重机机构,汽车前轮转向机构：等腰梯形机构,2.平面四杆机构的演化型式,各构件的相对运动不变，只改变构件形状或尺寸、运动副尺寸等。,（1）改变构件的形状及运动尺寸,（2）改变运动副的尺寸,1）铰链四杆机构的倒置,2）曲柄滑块机构的倒置,（3）选用不同的构件为机架,（即机构的倒置）,曲柄滑块机构,导杆机构,曲柄摇块机构,直动滑杆机构,（4）运动副元素的逆换,思考题,3.铰链四杆机构的三种基本形式是、和。,1.铰链四杆机构中能作整周回转的连架杆称为，只能在一定范围内摆动的连架杆称为。,2.铰链四杆机构中能相对整周转动的两构件组成，不能相对整周转动的为。,4.给出下列机构的名称,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,在B、C、D三点构成的三角形中,f,b+cf,b+fc,f+cb,fmax,fmin,fmax=a+d,假设ad,fmin=d-a,将fmax、fmin代入上式后得；,b+ca+d,b+da+c,c+da+b,同理假设da；,ab,ac,ad,da,db,dc,转动副A成为周转副,A成为周转副的条件:,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。,结论：,推广：,铰链四杆机构周转副存在条件(杆长条件):,最短杆长度最长杆长度其余两杆长度之和,铰链四杆机构周转副存在位置:,最短杆参与组成的转动副为周转副,（2）铰链四杆机构曲柄存在条件,最短杆为连架杆或机架。,各杆长度应满足杆长条件；,铰链四杆机构,1）各杆长度满足杆长条件,2）各杆长度不满足杆长条件,此时不论以何杆为机架，机构均为双摇杆机构。,则机构为双曲柄机构；,当最短杆为连架杆时，,如果各杆长度不满足杆长条件，,则机构无周转副，,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。,则机构为曲柄摇杆机构；,当最短杆的相对杆为机架时，,当最短杆为机架时，,机构为双摇杆机构。,结论：,如果铰链四杆机构各杆长度满足杆长条件，,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）行程速度变化系数K,结论,且角越大，K值越大，机构的急回性质也越显著。,牛头刨床机构,当机构存在极位夹角时，机构便具有急回运动特性；,对心曲柄滑块机构,偏置曲柄滑块机构,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9090,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,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,曲柄滑块机构,摆动导杆机构,曲柄摇杆机构,（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。,（2）死点的应用,飞机起落架收放机构,折叠式桌的折叠机构,5连杆机构的运动连续性,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,（2）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。,（1）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,（又称函数生成问题)；,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,满足给定行程速度变化系数K的要求等。,（又称刚体引导问题）。,（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（又称轨迹生成问题)。,鹤式起重机,搅拌机构,连杆机构的设计方法有：,2.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：,2.1图解设计的基本原理,接下来，将原机构的各位置的构型均视为刚体，并向某一选定位置相对移动，使新机架的各杆位置重合，便可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,2.2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N3时，,当N2时，,当N4时，,当N5时，,（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,有唯一解；,有无穷多解；,可能有无穷多解；,可能有解或无解；,（3）按给定的行程速比系数设计四杆机构,曲柄摇杆机构,曲柄滑块机构,摆动导杆机构,4