机械设计基础 第2版(机械工业出版社)课件

机械设计基础,第二章平面连杆机构,第二章平面连杆机构,第一节平面连杆机构的类型和演化第二节铰链四杆机构的基本特性第三节平面四杆机构的设计,第一节平面连杆机构的类型和演化,一、平面连杆机构的应用和分类平面连杆机构的类型很多，按机构中所含低副的类型不同，可分为铰链四杆机构和滑块四杆机构两大类。,图2-1铰链四杆机构,第一节平面连杆机构的类型和演化,1.铰链四杆机构(1)曲柄摇杆机构具有一个曲柄和一个摇杆的四杆机构，称为曲柄摇杆机构。,图2-2液体搅拌器,第一节平面连杆机构的类型和演化,图2-3缝纫机的踏板机构,第一节平面连杆机构的类型和演化,(2)双曲柄机构两连架杆均为曲柄的四杆机构，称为双曲柄机构。,图2-4双曲柄机构a)惯性筛机构b)平行双曲柄机构c)反向双曲柄机构,图2-5平行双曲柄机构,第一节平面连杆机构的类型和演化,(3)双摇杆机构两连架杆均为摇杆的四杆机构称为双摇杆机构，其主要功用是实现摆动与摆动的互相转换。,图2-6鹤式起重机,第一节平面连杆机构的类型和演化,图2-7电风扇摇头机构,第一节平面连杆机构的类型和演化,图2-8滑块四杆机构,2.滑块四杆机构,第一节平面连杆机构的类型和演化,图2-9曲柄滑块机构a)对心曲柄滑块机构b)偏心曲柄滑块机构图,(1)单滑块机构的基本形式1)曲柄滑块机构。2)导杆机构。,第一节平面连杆机构的类型和演化,图2-10转动导杆机构,若l1l2(见图2-10)，则杆2、4都能作整周回转运动，此时该机构称为转动导杆机构，常用于刨床和插床中。,第一节平面连杆机构的类型和演化,图2-11所示为小型牛头刨床主机构，其中构件1、2、3、4组成转动导杆机构，可使滑块5上的刨刀6产生急回作用。若l1l2，如图2-12a所示，则导杆4只能在一定范围内摆动，这种机构称为摆动导杆机构。图2-12b为另一种刨床驱动机构，其中构件1、2、3、4组成摆动导杆机构，并通过构件5带动刨刀6作往复直线运动，进行刨削。,图2-11小型牛头刨床主机构,第一节平面连杆机构的类型和演化,3)定块机构(移动导杆机构)。,图2-12摆动导杆机构,第一节平面连杆机构的类型和演化,图2-13定块机构(移动导杆机构),第一节平面连杆机构的类型和演化,图2-14摇块机构,4)摇块机构。,第一节平面连杆机构的类型和演化,图2-15偏心圆盘机构,(2)双滑块四杆机构的基本形式1)正弦机构。2)正切机构。3)椭圆仪机构图2-18为双滑块机构。,5)偏心圆盘机构。,第一节平面连杆机构的类型和演化,图2-16正弦机构,第一节平面连杆机构的类型和演化,图2-17正切机构,第一节平面连杆机构的类型和演化,4)十字滑块联轴器(双转块)机构。,图2-18椭圆仪(双滑块)机构,第一节平面连杆机构的类型和演化,图2-19十字滑块联轴器(双转块)机构,第一节平面连杆机构的类型和演化,二、平面连杆机构特点1)由于平面连杆机构是低副机构，运动副元素之间为面接触，压强小，而且由于低副的构造便于润滑，故磨损小，寿命较长，利于承受较大的载荷。2)运动副元素均为平面或圆柱、圆孔，制造方便，易于获得较高的精度。3)由于构件的运动形式比较多样，如转动、移动、摆动、平面运动等，故能够实现多种机械运动形式的转换；能在原动件等速运动的条件下，使从动件实现多种运动规律，如等速、不等速，连续、不连续等。4)构件间的相互接触是靠运动副元素间的几何形状来保证的，无需其他锁合装置。,第一节平面连杆机构的类型和演化,5)平面连杆机构中，连杆作平面一般运动，其上诸点的运动轨迹各不相同，轨迹曲线形状随着各构件相对长度的改变而改变，这样，就可以利用这些曲线满足不同轨迹要求。1)由于运动副都有相对滑动，消耗功率较大。2)平面连杆机构只能近似地满足对运动规律和运动轨迹的要求，只能在一些离散点上精确满足设计要求。3)由于机构运动链较长，运动副的制造误差可能会引起机构较大的误差积累，特别是当运动副磨损后，运动副间隙难以补偿。4)机构中作平面运动和移动的构件所产生的惯性力难以平衡，故在高速时将引起较大的振动和动载荷，因此，平面连杆机构常用在速度较低的场合。,第二节铰链四杆机构的基本特性,一、铰链四杆机构中曲柄存在的条件由上述可知，铰链四杆机构运动形式的不同，主要在于机构中是否有曲柄存在。而机构在什么条件下存在曲柄，则与各构件相对尺寸的大小以及取哪个构件为机架有关。下面首先来分析各杆的相对尺寸与曲柄存在的关系。,图2-20铰链四杆机构曲柄存在条件,第二节铰链四杆机构的基本特性,1)最长杆与最短杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和。2)最短杆或其相邻杆为机架。二、急回特性,图2-21曲柄摇机构的急回特性,第二节铰链四杆机构的基本特性,三、压力角和传动角,图2-22压力角和传动角,第二节铰链四杆机构的基本特性,图2-23曲柄滑块机构的最小传动角,第二节铰链四杆机构的基本特性,图2-24导杆机构的传动角,第二节铰链四杆机构的基本特性,图2-25死点的位置,四、死点,第二节铰链四杆机构的基本特性,图2-26机构错位排列,第二节铰链四杆机构的基本特性,图2-27夹具机构,第三节平面四杆机构的设计,1)按给定的从动件的位置设计四杆机构，称为位置设计。2)按一定的轨迹要求设计四杆机构称为轨迹设计。,图2-28给定连杆的三个位置设计四杆机构,第三节平面四杆机构的设计,(1)按连杆预定的位置设计四杆机构如图2-28所示，已知连杆的长度和它依次占据的三个预定位置B1C1、B2C2、B3C3，要求设计此铰链四杆机构。1)根据实际尺寸选择适当的长度比例尺，画出给定的连杆位置。2)作线段的中垂线b12，则圆弧KB的圆心应在直线b12上；再作线段的中垂线b23，而圆弧KB的圆心又应在直线b23上，所以b12和b23的交点必为圆弧KB的圆心。3)以点A和点D作为两连架杆与机架的铰链中心，连接AB1和DC1并连AD作机架，即得各构件的实际长度,第三节平面四杆机构的设计,图2-29炉门开闭机构,第三节平面四杆机构的设计,解该机构设计步骤如下：1)选取比例尺l=0.003m/mm，画出炉门的铰链中心B和C在位置和时的位置B1C1和B2C2，如图2-29b所示。2)连接B1、B2和C1、C2，分别作线段B1B2和C1C2的垂直平分线b12和c12。3)按比例画出距炉门口距离为x=15mm，并与炉口平行的直线nn。4)连AB1C1D，即得所求机构。5)各构件实长应分别为(2)按给定的行程速度变化系数设计四杆机构已知曲柄摇杆机构的行程速度变化系数Kv，摇杆的长度lCD及摆角，试设计此四杆机构。,第三节平面四杆机构的设计,图2-30按K设计曲柄摇杆机构,1)由公式=-1/+1180计算出极位夹角。,第三节平面四杆机构的设计,1)由公式=-1/+1180计算出极位夹角。2)选定转动副D的位置，选择比例尺l，按给定的摇杆长度及摆角，绘出摇杆的两个极限位置C1D和C2D。3)由C1、C2作C1C2O=C2C1O=90-，得交点O。4)以O点为圆心、OC1为半径作圆m，则弧所对的圆周角为。5)连接C1A和C2A，则C1A和C2A分别为曲柄与连杆共线的两个位置，故AC1=B1C1-AB1=lBC-lAB，AC2=B2C2+AB2=lBC+lAB。,图2-31,第三节平面四杆机构的设计,图2-32,(1)若此机构为曲柄摇杆机构，且AB杆为曲柄，求lAB的最大值。(2)若此机构为双曲柄机构，求lAB的最小值。(3)若此机构为双摇杆机构，求lAB的范围。(1)用图解法求滑块的行程长度。,第三节平面四杆