机械原理平面连杆机构及其设计

.,第八章平面连杆机构及其设计,81连杆机构及其传动特点82平面四杆机构的类型和应用83平面四杆机构的基本知识84平面四杆机构的设计,.,81连杆机构及其传动特点,几种常见的连杆机构,连杆机构的传动特点,1.机构中的运动副一般均为低副；,2.当机构中的原动件的运动规律不变时，可用改变各构件的相对长度来使从动件得到不同的运动规律；,3.可以通过改变各构件的相对长度来得到众多的连杆曲线，以满足不同的轨迹设计要求。,.,连杆机构的缺点,2.连杆或滑块做变速运动所产生的惯性力难以用一般平衡方法消除，因而连杆机构不宜用于高速传动；,1.传动路程长，传动误差大，传动效率低；,3.连杆机构的设计比较复杂繁琐，且一般多为近似解。,连杆机构设计近年来的新方法、新的发展趋势,1.根据机械设计理论，利用数学上的最优化方法，借助计算机对机构进行设计，即计算机优化设计近年来已成为一个重要发展方面；,2.已不再仅局限在单自由度的四杆机构设计，更多地注意多自由度的多杆机构的研究；,3.同时兼顾运动学和动力学的特性的研究；,4.针对高速运动构件的运动弹性动力学研究得到高速发展；,.,82平面四杆机构的类型和应用,曲柄摇杆机构,双曲柄机构,双摇杆机构,一.平面四杆机构的基本形式,连杆,机架,各部名称及运动形式,连架杆直接与机架相连接的杆件,连杆连接两连架杆的杆,机架固定的构件,摇杆只能做非整周摆动的连架杆,.,1.曲柄摇杆机构,作用将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。,特征两个连架杆中一个为曲柄,另一个为摇杆的机构,结构特点：连架杆AB为曲柄，CD为摇杆,应用：雷达天线，搅拌机器运动构变换转动摇动,.,2.双曲柄机构,1）一般双曲柄机构,3）逆平行四边形机构,特征：两连架杆均为曲柄,1）一般双曲柄机构,特征：,2）平行四边形机构,分类：,（1）两曲柄不等长,（2）主动曲柄匀速转动,（3）从动曲柄变速转动,.,振动筛机构,一般双曲柄机构应用举例：振动筛机构,.,2）平行四边形机构,特点：,（1）对应边杆长相等且平行；,（2）两曲柄等速、匀速转动；,（3）连杆作平动运动。,.,摄影平台升降机构,播种机料斗机构,平行四边形机构应用举例,.,平行四边形机构运动不确定问题,天平,或加焊接构件,加虚约束构件,第一种可能,第二种可能,平行四边形机构应用举例,.,特点：,3）逆（反）平行四边形机构,车门开闭机构,（）对应边杆长相等但连杆与机架不平行,（）两曲柄反向匀速转动,.,3.双摇杆机构,等腰梯形机构,特点：铰链四杆机构中，两连架杆均为摇杆,一般双摇杆机构,分类,两摇杆等长,两摇杆不等长,.,鹤式起重机,铸造翻箱机构,一般双摇杆机构应用举例,.,等腰梯形机构应用举例汽车前轮转向机构,.,偏心曲柄滑块机构,对心曲柄滑块机构,二.铰链四杆机构的演化,1.改变构件的形状和运动尺寸,通过改变摇杆CD的长度（运动尺寸改变）,将曲柄摇杆机构演化成了曲柄滑块机构（将杆变成了块形状改变）,.,双滑块机构,杆件2上B点相对滑块3上的C铰链点的运动为定轴（绕C点）转动，回转半径为,.,正弦机构,椭圆仪机构,.,2)改变运动副的尺寸曲柄滑块机构与偏心轮机构的相互演化,当AB的距离很短时，常将曲柄改成偏心圆盘,偏心轮机构,曲柄滑块机构,.,3)选不同的构件为机架机构的倒置,曲柄滑块机构,曲柄滑块机构,曲柄摇块机构,摆动导杆机构,转动导杆机构,导杆机构,动画,移动导杆机构1,移动导杆机构（定块机构）,曲柄摇块机构,导杆机构,移动导杆机构2,.,曲柄滑块机构演化实例,曲柄摇块机构（连杆作机架）,自卸卡车举升机构,.,曲柄滑块机构,手摇唧筒,移动导杆机构,摆动导杆机构,转动导杆机构,.,lBClAB，导杆AC整周转动,转动导杆机构,应用实例小型刨床,C,.,lBC90时，与互补,本节课后作业：8-18-3，8-58-9,.,切向分力:,法向分力:,切向分力F越大，机构的传力性能越好，法向分力F越大，机构的传力性能越差,压力角、传动角对传动性能的影响,.,min出现的位置：,即此位置一定是：主动件与机架共线两位置之一。,曲柄与机架拉直共线,曲柄与机架重叠共线,当最小或最大时，都有可能出现,.,死点,机构出现死点位置的条件当曲柄摇杆机构中的摇杆为主动构件，曲柄为从动构件时；,死点出现的位置曲柄与连杆的两次共线位置；,死点出现的原因曲柄所受力的力线恰好通过曲柄的回转中心，此时传动角=0,本节课后作业：8-18-3，8-68-12,.,死点出现的位置曲柄与连杆的两次共线位置；,死点出现的原因曲柄所受力的力线恰好通过曲柄的回转中心，此时=90传动角=0,由切向分力公式:,得：,.,采用机构错位排列法克服死点蒸汽机车联动机构,机构错位排列法,在曲柄上加装飞轮,.,飞机起落架机构,死点的利用：,工件夹具,.,可行域,4.铰链四杆机构运动的连续性,连杆机构的可行域,四杆机构正装,四杆机构的运动连续性，是指连杆机构在运动过程中。能否连续实现给定的各个位置的问题。,.,可行域,4.铰链四杆机构运动的连续性,连杆机构的可行域,四杆机构反装,.,连杆机构的不可行域,连杆机构的可行域,连杆机构的错位不连续,连杆机构不能在两个不连通的可行域内连续运动称作错位不连续。,不可行域,不可行域,.,连杆机构的错序不连续,当原动件按同一方向连续转动时，若连杆不能按要求的顺序通过给定的各个位置，这种运动不连续称作错序不连续。,.,例1求下列曲柄滑块机构该位置的压力角、传动角，最小传动角位置，冲程H、极位夹角。设曲柄主动。,.,例求下列曲柄滑块机构的冲程H、极位夹角，正、反行程。,求冲程H、极位夹角。,.,本节课后作业：8-18-3，8-58-9,.,例2设铰链四杆机构各杆件长度,试回答下列问题:,1.当取杆4为机架时，是否有曲柄存在？若有曲柄存在，杆（）为曲柄？此时该机构为（）机构？,2.要使机构成为双曲柄机构，则应取杆（）为机架？,3.要使机构成为双摇杆机构，则应取杆（）为机架？且其长度的允许变动范围为（）,4.如将杆4的长度改为d=400mm，其它各杆长度不变，则分别以1、2、3杆为机架时，所获得的机构为（）机构？,.,1.当取杆4为机架时，是否有曲柄存在？若有曲柄存在，杆（）为曲柄？此时该机构为（）机构？,解：根据杆长条件:,曲柄摇杆,2.要使机构成为双曲柄机构，则应取杆（）为机架？,1,1,该机构有曲柄存在。,.,3.要使机构成为双摇杆机构，则应取杆（）为机架？且其长度的允许变动范围为（）,3,解：1,（1）a杆为最短杆，C杆为最长杆时,（2）a杆为最短杆，C杆为一般杆时,340mmc860mm,问题：能否设c为最短杆?,.,3.要使机构成为双摇杆机构，则应取杆（）为机架？且其长度的允许变动范围为（）,3,（3）假设C杆为最长杆，则有：,（2）假设C杆为一般杆，则有：,（1）假设C杆为最短杆，则有：,340mmc860mm,140mmc340mm,860mmc1340mm,140mma=(AC2AC1)/2,作C1C2P=90,交于P;,AC2=b+a,以A为圆心，AC1为半径作弧交于E,2按给定的行程速比系数K设计四杆机构,b=BC=(AC1+AC2)/2,得:,=(AC2AC1)/2,腰长为CD，摆角为;,.,2.曲柄的轴心A尽量远离F、G两点，否则机构的最小传动角将减小。,.,2）曲柄滑块机构,已知K，滑块冲程H，偏距e，要求设计此机构。,求极位夹角180(K-1)/(K+1);,作C2C1H,作射线C1M使C2C1M=90,以A为圆心，AC2为半径作弧交于E,得：,作偏距线e，交圆弧于A，即为所求。,b=(AC1AC2)/2,a=(AC1AC2)/2,A,M,N,C1M与C2N交得O点，以为O点为圆心，C1O为半径作圆。,作射线C2N使C1C2N=90,.,3)导杆机构,分析：由于与导杆摆角相等，设计此机构时，仅需要确定曲柄长度a。,已知：机架长度d，行程速比系数K，设计此机构。,问题：该机构如何成为转动导杆机构,？,.,计算180(K-1)/(K+1);,分别作Dm、Dn线,由A分别向mD、nD作垂线得：,作垂线，在垂线上任选D，取A点，,使得：DA=d,ADm、ADn/2,.,例1试设计一脚踏轧棉机的曲柄四杆机构，如要求踏板CD能离开水平位置上下各摆，且试求AB及BC的长度。,解：1取长度比例尺做机构图。,.,C1,C2,2求,.,例2设计一铰链四杆机构，已知其摇杆的长度行程速比系数机架，摇杆的一个极限位置与机架间的夹角求曲柄的长度和连杆的长度。,解:1取长度比例尺作机构图,2，则：,.,3求：,C1,.,解：1取长度比例尺做机构图。,2K=1，则：,.,C2,C1,.,例4试设计一曲柄摇杆机构。当曲柄AB和机架AD拉成一直线位置时为起始位置。当曲柄逆时针方向转过摇杆摇到右极限位置。已知摇杆的行程速比系数摇杆机架。用图解法求：,1）曲柄和连杆的长度；2）确定最小传动角的位置并量出最小传动角值,解：（1）取长度比例尺作图,（2）求,.,.,2）求最小传动角,.,例5如图所示，设已知碎矿机的行程速比系数，颚板长度颚板摆角曲柄长度求连杆的长度，并验算最小传动角是否在允许的范围之内,解：1取长度比例尺做机构图。,2计算极位夹角,K=1，则：,.,基本满足要求。,比较：,.,.,给定两连架杆对应位置设计四杆机构,给定连架杆对应位置：构件3和构件1满足以下位置关系：,建立坐标系,设构件长度为：l1、l2、l3、l4,在x,y轴上投影可得：,机构尺寸比例放大时，不影响各构件相对转角.令：l1=1,l1coc+l2cos=l3cos+l4,l1sin+l2sin=l3sin,if(i)i=1,2,3n设计此四杆机构(求各构件长度)。,x,y,l1,l2,l3,l4,二解析法,.,带入移项得：l2cos=l4l3coscos,则化简为：cocP0cosP1cos()P2,代入两连架杆的三组对应转角参数，得方程组：,l2sin=l3sinsin,coc1P0cos1P1cos(11)P2,coc2P0cos2P1cos(22)P2,coc3P0cos3P1cos(33)P2,可求系数:P0、P1、P2,以及:l2、l3、l4,.,举例：设计一四杆机构满足连架杆三组对应位置：,带入方程得：,cos90=P0cos80+P