08平面连杆机构及其设计(1-3).ppt

第八章平面连杆机构及其设计,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8-5多杆机构,8-1连杆机构及其传动特点,曲柄摇杆机构,曲柄滑块机构,摆动导杆机构,共同特征：原动件的运动都是通过一个不直接与机架相连的中间构件（BC连杆）传递到从动件上。BC连杆连杆机构低副机构。,平面连杆机构和空间连杆机构。杆：运动单元体（杆块）。四杆机构、六杆机构、多杆机构。平面四杆机构应用最广泛，而且常是多杆机构的基础。,平面连杆机构特点：低副压强小、易润滑、磨损小、结构简单、易加工；2.原动件规律不变，改变各构件的相对长度，使从运件得到不同的运动规律；3.几何封闭；,4.连杆曲线工作要求；5.可以实现改变运动的传递方向、增力、扩大行程、锁紧等目的；6.设计复杂，难以精确实现较杂的运动规律，效率低；7.高速机械中，不易平衡。,研究现状,1、多杆多自由度平面连杆机构，提出一些有关的分析和综合的方法；,2、设计要求不再局限于运动学的要求，同时兼顾机构的动力学特性；,3、对高速机械，考虑构件的弹性变形（运动弹性力学KED）；,4、优化方法和计算机辅助设计的应用已成为研究连杆机构的重要方法。,8-2平面四杆机构的类型和应用,一、四杆机构的基本形式,机架AD；连架杆AB、CD曲柄能整周回转的连架杆摇杆只能摆动的连架杆,机架AD；连架杆AB、CD；曲柄能整周回转的连架杆；摇杆只能摆动的连架杆。,铰链四杆机构中，各运动副都是转动副；如组成转动副的两构件能相对整周转动，为周转副；如不能作相对整周运动者，为摆转副。,曲柄摇杆机构,铰链四杆机构的两个连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆。,若曲柄为原动件时，可将曲柄的连续运动转变为摇杆的往复摆动。如雷达天线俯仰搜索机构。,曲柄摇杆机构,若摇杆为原动件时，可将摇杆的摆动转变为曲柄的整周运动。如以人力为动力的机械。,2.双曲柄机构,铰链四杆机构中的两个连架杆均为曲柄。,当主动曲柄作匀速转动时，从动曲柄则作变速运动。,冲床机构,2.双曲柄机构,特点：通过作变速运动的曲柄CD，使往复运动的滑块获得加大的加速度。,2.双曲柄机构,2.双曲柄机构,特点：正模式下连杆BC作平运动，两曲柄同步运动。,两对边分别平行且相等时平行四边形机构。,2.双曲柄机构,两对边分别平行且相等时平行四边形机构。,2.双曲柄机构,特点：负模下，连杆作一般运动，曲柄反向运转。,两对边分别相等，但不平行时逆（反）平行四边形机构。,3.双摇杆机构,铰链四杆机构中的两个连架杆均为摇杆。,鹤式起重机,3.双摇杆机构,两摇杆长度相等并最短，则构成等腰梯形机构，如汽车、轮式拖拉机前轮的转向机构。,1.改变构件的形状和运动尺寸,二、平面四杆机构的演化型式,具有曲线导轨的曲柄滑块机构,1.改变构件的形状和运动尺寸,1.改变构件的形状和运动尺寸,二、平面四杆机构的演化型式,1.改变构件的形状和运动尺寸,二、平面四杆机构的演化型式,2.改变运动副的尺寸,二、平面四杆机构的演化型式,3.选用不同的构件为机架,二、平面四杆机构的演化型式,3.选用不同的构件为机架,二、平面四杆机构的演化型式,3.选用不同的构件为机架,二、平面四杆机构的演化型式,3.选用不同的构件为机架,二、平面四杆机构的演化型式,小型刨床中回转导杆机构（ABC）,3.选用不同的构件为机架,二、平面四杆机构的演化型式,3.选用不同的构件为机架,二、平面四杆机构的演化型式,3.选用不同的构件为机架,二、平面四杆机构的演化型式,3.选用不同的构件为机架,二、平面四杆机构的演化型式,3.选用不同的构件为机架,二、平面四杆机构的演化型式,3.选用不同的构件为机架,二、平面四杆机构的演化型式,4.运动副元素的逆换,二、平面四杆机构的演化型式,对于移动副，运动副元素的包容关系逆换，并不影响两构件之间的相对运动，但却能演化成不同的机构。,摆动导杆机构,曲柄摇块机构,8-3平面四杆机构的基本知识,构件组ABCD中，不设固定件讨论相对运动关系。设各杆长度分别为：a、b、c、d。,一、曲柄存在条件,+ad+ac+ab,a最小,在BCD中：b(da)cabcdc(da)bacbd在BCD中：adbc,一、曲柄存在条件,若使A为整转副B必须能顺利通过特殊点B、B点,B、C点的轨迹如图,即BCD和BCD能够成立,一、曲柄存在条件,四杆机构中有整转副的条件是：（1）最短杆与最长杆的长度之和不大于其余两杆的长度之和；（2）构成该转动副的两杆之一为四杆中最短杆。如图：满足杆长之和条件且l2为最短A、B为整转副,一、曲柄存在条件,若满足杆长之和条件：,最短杆为连架杆曲柄摇杆机构,最短杆为机架双曲柄机构,最短杆为连杆双摇杆机构,若不满足杆长之和条件：双摇杆机构,曲柄存在条件：（1）最短杆与最长杆的长度之和不大于其余两杆的长度之和；（2）最短杆为机架或连架杆。,一、曲柄存在条件,若满足杆长之和条件：,最短杆为连架杆曲柄摇杆机构,最短杆为机架双曲柄机构,最短杆为连杆双摇杆机构,若不满足杆长之和条件：双摇杆机构,曲柄存在条件：（1）最短杆与最长杆的长度之和不大于其余两杆的长度之和；（2）最短杆为机架或连架杆。,一、曲柄存在条件,如果四杆机构的两相邻杆长两两相等，则机构将变为泛菱机构。,当以其短杆为机架时，为双曲柄机构；当以其长杆为机架时，为曲柄摇杆机构；当其相邻两杆重叠到一起时将退化为二杆机构，运动不确定。,1,如图：曲柄AB匀速转动，摇杆CD在一定范围内摆动。,二、急回运动和行程速比系数,2,（1）B：B1B21180；,：C1C2t1v1,摇杆两极限位置C1D、C2D极位夹角两极限位置曲柄所夹锐角,（2）B：B2B12180；：C2C1t2v2显然：12t1t2v2v1急回运动行程速比系数K,可见：K急回特性；0K1无急回特性。,其它机构的急回特性,偏置的曲柄滑块机构有急回特性,=0没有急回特性,其它机构的急回特性,导杆机构急回特性明显,双曲柄机构的急回特性,曲柄AB为主动件，作匀速转动，在连杆BC与机架AD平行的位置，两曲柄的角速度相等。,主动曲柄AB1逆时针转到AB2，此区间，,在其余区间，,双曲柄机构的行程速度变化系数K,比值,越大，K值也越大，故一般双曲柄机构可有,很大的行程速度变化系数K。,可用改变机架长度等办法来改变行程速度变化系数。,Fn(正压力)压力角,可见：F传力性能效率机构在运动中，（）是变化的，为了保证机构的传力性能min,三、传动角与死点位置1、压力角和传动角,FtFcos有效分力FnFsin有害分力,FFt、Fn,压力角：从动件受力的方向与受力点线速度方向之间所夹的锐角。,传动角：压力角的余角90，,设计要求：min或max便于观察：min出现主动曲柄与机架共线的两位置之一处。当BCD90时：BCD当BCD90时：,180BCD,三、传动角与死点位置1、压力角和传动角,其它机构的最小传动角min,三、传动角与死点位置1、压力角和传动角,90传力性能良好,三、传动角与死点位置2、死点位置,往复运动构件作主动件时：=90、=0Ft=0F无论多大都不能时机构运动死点位置死点从动件转向不定工作中利用惯性或机组错位排列通过死点；有时利用死点位置来工作。,三、传动角与死点位置2、死点位置,机构的极位和死点实际上是机构的同一位置，所不同的仅是原动件不同。当原动件与连杆共线时为极位。在极位附近，从动件的速度接近于0，故可获得很大的增力效果（机械利益）。,拉铆机,三、传动角与死点位置2、死点位置,当从动件与连杆共线时为死点。机构在死点时本不能运动，但因冲击振动等原因使机构离开死点而继续运动时，这时从动件的运动方向是不确定的，即可能正转也可能反转，故机构的死点位置也是机构运动的转折点。,四、铰链四杆机构的连杆曲线,不同的连杆曲线有不同的特性。如有的连杆曲线有尖点，有的有交叉点。,四、铰链四杆机构的连杆曲线,在尖点处，描绘该连杆曲线的点的瞬时速度为0，尖点的这一特性在传送、冲压及进给工艺过程中获得应用。,四、铰链四杆机构的连杆曲线,有的连杆曲线具有对称性。如图所示的曲柄摇杆机构，当满足BCCDCE时，其连杆上E点所生成的连杆曲线即为对称连杆曲线。该连杆曲线的对称轴垂直于机架AD。,四、铰链四杆机构的连杆曲线,对于双曲柄机构，其连杆曲线较单调，故实际应用较少。对于双摇杆机构，如果连杆能相对于两连架杆作整周转动，则可生成封闭的连杆曲线；如果不能，则只能生成非封闭的曲线。,四、铰链四杆机构的连杆曲线,双摇杆机构的连杆曲线最常见的一种应用是生成近似直线。,四、铰