ch03平面连杆机构设计.ppt

机械工程基础部,1,第3章平面连杆机构,平面连杆机构是由若干构件用平面低副（转动副和移动副）联接而成的平面机构，用以实现运动的传递、变换和传递动力。,机械工程基础部,2,平面连杆机构的优点,由于是低副，为面接触，所以承受压强小、便于润滑、磨损较轻，可承受较大载荷；,结构简单，加工方便，构件之间的接触是有构件本身的几何约束来保持的，所以构件工作可靠；,可使从动件实现多种形式的运动，满足多种运动规律的要求；,利用平面连杆机构中的连杆可满足多种运动轨迹的要求。,平面连杆机构的缺点,低副间隙，运动误差，精度不高；,运动时产生的惯性难以平衡，不适用于高速场合。,第3章平面连杆机构,机械工程基础部,3,平面连杆机构的类型很多，一般的多杆机构可以看成是由几个四杆机构所组成。平面四杆机构不仅应用广泛，而且是多杆机构的基础。,第3章平面连杆机构,机械工程基础部,4,第3章平面连杆机构,31铰链四杆机构32平面四杆机构的特性33铰链四杆机构的演变3-4平面四杆机构的设计,机械工程基础部,5,由四个构件通过低副联接而成的平面连杆机构，称为四杆机构。,如果所有低副均为转动副，这种四杆机构就称为铰链四杆机构。,31铰链四杆机构,机械工程基础部,6,铰链四杆机构，其它四杆机构都是由它演变得到的。常用名词：曲柄作整周定轴回转的构件；连杆作平面运动的构件；摇杆作定轴摆动的构件；连架杆与机架相联的构件；周转副能作360相对回转的运动副；摆转副只能作有限角度摆动的运动副。,平面四杆机构的基本型式,31铰链四杆机构,机械工程基础部,7,1、曲柄摇杆机构特征：曲柄摇杆。作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。,二.铰链四杆机构的基本型式及其特性,31铰链四杆机构,机械工程基础部,8,搅面机,1、曲柄摇杆机构,31铰链四杆机构,机械工程基础部,9,缝纫机脚踏板机构,1、曲柄摇杆机构,31铰链四杆机构,机械工程基础部,10,跑步机,1、曲柄摇杆机构,31铰链四杆机构,机械工程基础部,11,自动送料机构,1、曲柄摇杆机构,31铰链四杆机构,机械工程基础部,12,2、双曲柄机构特征：两个曲柄。,作用：将等速回转转变为等速或变速回转。如图所示惯性筛,31铰链四杆机构,机械工程基础部,13,特例：（逆）平行四边形机构,运动不稳定,特征：两连架杆等长且平行，连杆作平动,双曲柄机构的变化,机械工程基础部,14,惯性筛,2、双曲柄机构,31铰链四杆机构,机械工程基础部,15,插床机构,31铰链四杆机构,匀速-变速,机械工程基础部,16,3、双摇杆机构,特征：两个摇杆。,等腰梯形机构汽车转向机构,31铰链四杆机构,机械工程基础部,17,港口起重机,选择连杆上合适的点，轨迹为近似的水平直线,31铰链四杆机构,机械工程基础部,18,第3章平面连杆机构,31铰链四杆机构32平面四杆机构的特性33铰链四杆机构的演变3-4平面四杆机构的设计,机械工程基础部,19,1曲柄存在的条件,如图所示，设ad，同理有：da，db，dcAD杆为最短杆。,31铰链四杆机构,机械工程基础部,20,1）杆长条件：最长杆与最短杆的长度之和其他两杆长度之和2）连架杆或机架之一为最短杆。此时，曲柄存在。由此可知：当满足杆长条件时，最短杆两端为周转副，其余为摆转副；不满足杆长条件时，则不存在周转副，全部为摆转副。,当选择不同的构件作为机架时，可得不同的机构。,三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。,结论：,31铰链四杆机构,机械工程基础部,21,2急回运动和行程速比系数,在曲柄摇杆机构中，当曲柄与连杆两次共线时，摇杆位于两个极限位置，简称极位。此两处曲柄之间的所夹的锐角称为极位夹角。,31铰链四杆机构,当曲柄等速回转时，摇杆来回摆动的时间不一样，平均速度也不等。并且：t1t2V2V1摇杆的这种特性称为急回运动。,机械工程基础部,22,K为行程速比系数。只要0，就有K1，且越大，K值越大，急回性质越明显。,急回特性的作用：在空行程中节省运动时间。例如牛头刨、往复式输送机,牛头刨床,转动导杆刨床,机械工程基础部,23,3传动角,min出现的位置：,压力角：,从动件上某点的受力方向与从动件上该点速度方向的所夹的锐角。,传动角,31铰链四杆机构,机械工程基础部,24,当BCD90时，BCD当BCD90时，180-BCD当BCD最小或最大时，都有可能出现min，此位置一定是主动件与机架共线两处之一。,31铰链四杆机构,二者取较小值,机械工程基础部,25,4死点,摇杆为主动件，且连杆与曲柄两次共线时，有：0，此时机构不能运动，称此位置为“死点”,又叫“转折点”死点的避免与应用：（1）两组机构错开排列，如火车轮机构（2）靠飞轮的惯性，如内然机、缝纫机（3）也可以利用死点进行工作，如起落架、钻夹具等。,31铰链四杆机构,例2曲柄滑块机构的死点,死点的应用,折叠式桌的折叠机构,工件夹紧,机械工程基础部,26,第3章平面连杆机构,31铰链四杆机构32平面四杆机构的特性33铰链四杆机构的演变3-4平面四杆机构的设计,机械工程基础部,27,演化形式,其他型式的四杆机构可以认为是由基本型式的四杆机构演化而来的，,其演化方法有：,1）改变构件的形状及运动尺寸,2）改变运动副的尺寸,铰链四杆机构,等腰梯形机构,机械工程基础部,28,例,铰链四杆机构的倒置,曲柄滑块机构的倒置,双滑块机构的倒置,4）运动副元素的逆换,平面四杆机构的类型和应用(2/2),3）选用不同的构件为机架,（即机构的倒置）,机械工程基础部,29,第3章平面连杆机构,31铰链四杆机构32铰链四杆机构的演变33平面四杆机构的设计,机械工程基础部,30,作业：3-8第一问；3-9,实验：机构测绘各班班长与实验室王福荣老师联系实验时间。电话机械工程基础部,31,一个设计过程：已知条件构件尺寸,两类基本问题：实现给定运动规律实现给定运动轨迹,三种设计方法：图解法解析法实验法,已知条件：运动条件、几何条件、动力条件。,简明易懂，精确性差。,精确度好，计算繁杂。,形象直观，过程复杂。,33平面四杆机构的设计,机械工程基础部,32,1.连杆机构设计的基本问题,例8-13流量指示机构,例8-14牛头刨床机构,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,（又称实现函数的问题)；,满足给定行程速比系数K的要求等。,机械工程基础部,33,（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。,例8-16鹤式起重机,例8-17搅拌机构,连杆机构的设计方法有：,平面四杆机构的设计(2/6),（2）满足预定的连杆位置要求,即要求连杆能占据一系列预定位置,例8-15小型电炉炉门的开闭机构,（又称刚体导引问题）。,机械工程基础部,34,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,图解设计的具体方法,按连杆预定的位置设计,1）已知活动铰链中心的位置（给定连杆位置）,2）已知固定铰链中心的位置（给定机架位置）,机械工程基础部,35,33平面四杆机构的设计,机械工程基础部,36,33平面四杆机构的设计,机械工程基础部,37,已知：连杆AB和CD的三组对应位置,要求：确定各构件的长度a、b、c、d,步骤：,建立坐标系xAy，和分别为AB和CD的初始角。将各向量坐标投影得，,将三组已知位置代入以上公式，确定出选定曲柄长度a，则b、c、d。设计出所需四杆机构,设计方法：建立方程式，根据以知参数对方程求解。,解析法设计平面四杆机构,、,、,、,、,、,33平面四杆机构的设计,机械工程基础部,38,连杆曲线（定义）：四杆机构运动时，连杆作为平面复杂运动，对其上面任意一点都能描绘出一条封闭