机械设计基础平面连杆机构

机械设计基础,信息管理与信息系统-工业工程,FundamentalsofMachineDesign,第3章平面连杆机构,预热：什么是平面连杆机构？特点及研究内容是什么？,定义:全由低副（转动副、移动副）构成的平面机构称为平面连杆机构特点：面接触，承载能力强，耐磨损；易于制造和获得较高的制造精度；能实现多种运动规律。缺点：效率低；累计运动误差较大；高速运转时不平衡动载荷较大，且难于消除。内容：类型、应用及其特性，平面四杆机构的设计,3.1平面四杆机构的类型及其应用,一、基本概念,1、铰链四杆机构：全部用转动副相连的平面四杆机构。它是平面四杆机构的基本型式，其它型式的四杆机构可看作是在它的基础上通过演化而成的。,2、机架：机构的固定构件，如杆4。3、连杆：不直接与机架连接的构件，如杆2。4、连架杆：与机架用转动副相连接的构件，如杆1、3。连架杆可分为：5、曲柄：能绕机架作整周转动的连架杆，如杆1；6、摇杆：只能绕机架作小于360的某一角度摆动的连架杆，如3。,2,3,1,4,二、铰链四杆机构的基本形式,在铰链四杆机构中，按连架杆能否作整周转动，可将铰链四杆机构分为：,铰链四杆机构,双曲柄机构,曲柄摇杆机构,双摇杆机构,1.曲柄摇杆机构,两连架杆中一个为曲柄，另一个为摇杆。,曲柄1为主动件时，可以实现由曲柄1的整周回转运动到摇杆3往复摆动的运动转换。摇杆3为主动件时，则可以将摇杆3的摆动转换为曲柄1的整周回转运动。,雷达天线俯仰机构缝纫机的踏板机构搅拌器中搅拌机构,应用举例,雷达天线俯仰机构(回转运动摆动),缝纫机踏板机构(摆动回转运动),搅拌器中搅拌机构(实现所需运动轨迹),2.双曲柄机构,2.双曲柄机构,当主动曲柄作匀速转动时,从动曲柄作周期性的变速运动,以满足机器的工作要求。,惯性筛机车驱动轮联动机构摄影车座斗升降机构,应用举例,两个连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。,惯性筛,惯性筛,特例,平行双曲柄机构：双曲柄机构中，组成四边形的对边长度分别相等，。当两曲柄转向相同时，它们的角速度时时相等，连杆始终与机架平行，四根杆形成一平行四边形，可得到正平行四边形机构。另：反平行四边形机构。,正平行四边形机构,蒸汽机车的车轮联动机构,反平行四边形机构,车门启闭机构,机车驱动轮联动机构,摄影车座斗升降机构,3.双摇杆机构,3.双摇杆机构,港口起重机飞机起落架可逆式座椅电风扇摇头机构轮式车辆转向机构,应用举例,两个连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。,港口起重机,港口起重机,港口起重机,飞机起落架,飞机起落架,飞机起落架,可逆式座椅,轮式车辆转向机构（等腰梯形机构）,三、铰链四杆机构类型的判别,若最短构件为连架杆，则该机构一定是曲柄摇杆机构。,若最短构件为机架，则该机构一定是双曲柄机构。,若最短构件为连杆，则该机构一定是双摇杆机构。,在中,在中,整理得,将式、中的三个不等式两两相加，化简后得,3.2铰链四杆机构曲柄存在条件,若不满足？该机构只能是双摇杆机构。,曲柄存在条件：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和；连架杆与机架中必有一杆为最短杆。,双摇杆机构,曲柄摇杆机构,双摇杆机构,双曲柄机构,以最短杆相邻杆为机架,以与最短杆相对的杆为机架,以最短杆为机架,N,Y,判断由不同杆作机架时四杆机构属于哪种机构,铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭多边形条件：最长杆的杆长2,t1t2,v2=C1C2/t2,1=180+,v1=C1C2/t1,曲柄转角,2=180-,铰链C的平均速度：,v1l2，杆2能作整周转动，杆4只能往复摆动，称为摆动导杆机构。,选用不同的构件为机架,运动特性,运动特性,运动特性,运动特性,运动特性,实例,实例,三、摇块机构和定块机构,摆动滑块机构,自卸卡车车箱的举升机构,选用不同的构件为机架,运动特性,实例,实例,固定滑块机构或定块机构,手动抽水机,实例,四、双滑块机构,双滑块机构是具有两个移动副的四杆机构。,正切机构,正弦机构,改变构件的形状和运动副,实例,五、偏心轮机构,杆1变为圆盘，其几何中心为B，运动时，圆盘绕偏心A转动，故称为偏心轮。A、B之间的距离称为偏心距e，即为曲柄的长度。,1,2,3,4,扩大转动副,（a）等效曲柄滑块机构（b）曲柄滑块机构（c）等效曲柄摇杆机构（d)曲柄摇杆机构,(a)曲柄滑块机构;(b)转动导杆机构;（c)摆动导杆滑块机构(摇块机构）;(d)移动导杆机构（定块机构）,3.5平面四杆机构的设计,设计目标根据给定的几何条件、运动条件，确定机构的运动尺寸。按给定的行程速比系数设计四杆机构；按给定的连杆位置设计四杆机构。设计方法图解法、实验法和解析法等。,曲柄摇杆机构,设计具有急回特性的四杆机构，关键是要抓住机构处于极限位置时的几何关系，必要时还应考虑其他辅助条件。,已知条件：行程速比系数K、摇杆的长度lCD和摇杆的摆角,一、按给定的行程速比系数设计四杆机构,1）计算极位夹角2）任选固定铰D的位置，并作出摇杆两极限位置C1D和C2D，夹角为。3）连接C1C2，作C1C2O=C2C1O=90-，得交点O，以O为圆心，OC1为半径作圆。4）在圆上任取一点A为固定铰。5）连接AC1、AC2，则AC1、AC2分别为曲柄与连杆重迭拉直共线位置，即：AC1=BC-ABAC2=BC+AB可分别求得AB与BC,D,C2,C1,90-,A,B1,B2,O,90-,计算实例,已知摇杆长度L=100，摆角=50和行程速比系数k=1.4，试设计曲柄摇杆机构。,解：,由给定的行程速比系数求出极位夹角:,D,C2,C1,90-,A,以A为圆心，AC1为半径作圆弧交AC2与E，平分EC2得曲柄长度lAB。再以A为圆心，lAB为半径作圆，交C1A的延长线和C2A于B1和B2，连杆长度lBC=lB1C1=lB2C2,E,B1,B2,二、按给定的连杆位置设计四杆机构,分析：根据设计要求，铰链四杆机构在运动过程中，其连杆必须能依次通过预定位置、，。显然，此类机构设计的实质就是确定两固定铰链A、D点的位置。由铰链四杆机构运动可知，连杆上B、C两点的运动轨迹分别是以A、D两点为圆心的圆或圆弧，而连杆相邻位置对应点的连线B1B2、B2B3、C1C2、C2C3分别为对应圆或圆弧上的弦长。所以，A、D两点必然分别位于上述对应弦长的垂直平分线上。这样，此类连杆机构的设计就变得比较简单了。,给定连杆两个位置设计四杆机构,设计步骤：根据已知条件，选取适当的比例尺l，绘出连杆的两个位置；连接，并分别作它们的垂直平分线；在和上分别任取两点A、D（一般也可根据其它辅助条件选取）；连接AB1C1D即为所求四杆机构的一个位置。注意：在给定连杆的两个位置要求设计四杆机构时，由于A、D两点可在b12和c12上任意选取，因此可得无穷多组解。一般还应该考虑其他辅助条件，例如，满足合理的结构要求，使机械在运转中的最小传动角最大，等等。,如果给定连杆三个、四个或五个位置呢？,已知B1C1、B2C2、B3C3为连杆所要到达的三个位置，要求设计该四杆机构。根据已知条件，活动铰链B、C两点的相对位置已定，所以，设计此四杆机构的实质仍然是要求出两固定铰链点A、D的位置。由于连杆上的铰链中心B和C的轨迹分别为一圆弧而同时通过三点要