第二章机构的组成及平面连杆机构

1、精密零件设计 主讲人：郝秀红 机构的组成及平面连杆机构 n1-1 平面机构的运动简图和自由度 n1-2 铰链四杆机构的基本型式和特性 n1-3 铰链四杆机构的曲柄存在条件 n1-4 铰链四杆机构的演化 n1-5 四连杆机构的传动特征 n1-6 平面四杆机构的设计 机构的组成及平面连杆机构 平面机构的运动简图和自由度 n一、研究对象 n1、零件 n独立加工制造的实体，是构成机械结构的最小单元。 平面机构的运动简图和自由度 n2、构件 n把若干个零件刚性地联接在一起，彼此不做任何相对运动，作 为一个刚性整体进行工作，这种刚性组合体称为构件。 单一零件曲轴多个零件的刚性组合连杆 平面机构的运动简图和

2、自由度 n3、机构 n由若干构件组成，各构件之间具有确定相对运动关系的组合体 称为机构。 n曲柄滑块机构 n齿轮机构 n凸轮机构 平面机构 平面机构的运动简图和自由度 n二、运动副及其分类 n一个平面运动的自由构件具有三个自由度 平面机构的运动简图和自由度 n运动副的定义 n 两构件直接接触并能产生一定相对运动的联接称为运动副 n轴和轴承 n活塞与汽缸 n传动齿轮 n组成运动副的结果： n独立运动受到约束，自由度随之减少 平面机构的运动简图和自由度 n运动副分类： n 活动铰链 n 转动副 n 低副 固定铰链 n 平面运动副 移动副 n 高副 n 空间运动副：球面副、螺旋副 n1、低副：两构件

3、通过面接触组成的运动副称为低副 平面机构的运动简图和自由度 n(1)回转副 或称铰链。 (a)固定铰链 平面机构的运动简图和自由度 (b)活动铰链 平面机构的运动简图和自由度 n(2)移动副 平面机构的运动简图和自由度 n2.高副：两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。 凸轮副 平面机构的运动简图和自由度 齿轮副 平面机构的运动简图和自由度 n三、平面机构运动简图 n机构运动简图：说明机构各个构件间相对运动关系的简单图形。 n1、运动副的表示方法 n(1)转动副 平面机构的运动简图和自由度 (2)移动副 n 两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一致 平面机构的运动简图和自由度 n(3

4、)平面高副 画出两构件接触处的曲线轮廓 n凸轮、滚子画出其全部轮廓 n齿轮用点划线画出其节圆 平面机构的运动简图和自由度 n 3、空间运动副 球面副螺旋副 平面机构的运动简图和自由度 n2、构件的表示方法及分类 n(1)构件的表示方法 n(a)两个运动副元素 平面机构的运动简图和自由度 n(b)多个运动副元素 平面机构的运动简图和自由度 n机构中构件的分类： n固定件(机架)：用来支承活动构件的构件。 n原动件：是运动规律已知的活动构件，又称为输入构件。 n n从动件：是机构中随着原动件的运动而运动的其余活动构件。 1-2 平面机构运动简图 注意注意 1.与机构中构件 的外形，截面尺 寸、组成

5、构件的 零件数目、运动 副的具体构造无 关； 2.与机构中运动 副的性质（低副、 高副）、运动副 的数目及相对位 置、构件的数目 有关。 1-2 平面机构运动简图 n三、绘制机构运动简图的步骤 分析机构的实际构造和运动情况，找出机架、主动件、从动件 从主动件开始顺着传动路线，分析各构件间的的相对运动 情况，确定活动构件的数目、运动副的类型和数目 选择恰当的视图和适当的机构运动瞬时位置 选取比例尺，根据构件尺寸，定出各运动副间的相对位置 绘制出各运动副、机构符号，表示出各构件，完成运动简图 标出机架、主动件 平面机构的运动简图和自由度 例2-1 绘制颚式破碎机的机构运动简图 平面机构的运动简图和

6、自由度 例1-2 绘制内燃机的机构运动简图 平面机构的运动简图和自由度 平面机构的运动简图和自由度 n四、平面机构的自由度及机构具有确定运动的条件 不同运动副对机构自由度的影响 平面机构的运动简图和自由度 n1、平面机构的自由度计算公式 nW=3n-2PL-PH n式中，n活动件个数 n PL低幅个数 n PH高副个数 平面机构的运动简图和自由度 n例2-2 计算颚式破碎机机构的 n 自由度 n活动件个数 n=3 n低幅个数 PL=4 n高副个数 PH=0 nW=3n-2PL-PH=3*3-4*2-0=1 平面机构的运动简图和自由度 n2、机构具有确定运动的条件 F=2x3-3x2=0F=3x

7、3-4x2=1 F=4x3-5x2=2 平面机构的运动简图和自由度 n讨论： n1)W0 机构不能动 n2)W0，原动件数0，原动件数F 机构将卡死或损坏 n4)W0，原动件数=F 机构具有确定的运动 n机构具有确定运动条件： n 机构运动的可能性，自由度W0。 n 机构运动的确定性，自由度W=原动件(主动件)数。 平面机构的运动简图和自由度 n3、计算平面机构自由度的注意事项 n(1)复合铰链 n计算右图所示的机构的自由度 n活动构件数n=5 n低副均为转动副PL=6 n没有高副，即PH=0 nW=3n-2PL-PH=3*5-2*6=3 n实际上该机构的自由度数为1而不是3 平面机构的运动简

8、图和自由度 n复合铰链两个以上构件同时在一处用转动副相连接就构 n 成了复合铰链 平面机构的运动简图和自由度 n处理方法处理方法：K个构件汇交而成的复合铰链具有(K-1)个转动副。 n例1-5 计算图示圆盘锯主体机构的自由度 n nn=7 nA、C、D、F为复合铰链，PL= 10 nPH= 0 nW=3n-2PL-PH=3*7-2*10=1 平面机构的运动简图和自由度 n(2)局部自由度 nW=3n-2PL-PH=3*3-2*3-1=2 nW=3n-2PL-PH=3*2-2*2-1=1 平面机构的运动简图和自由度 n局部自由度局部自由度机构中某些构件所具有的自由度仅与其自身 n 的局部运动有关

9、，并不影响其他构件的运动， n 称为局部自由度或多余自由度 n处理方法：处理方法：计算自由度时，设想将滚子与安装滚子的构件焊成 n 一体，视为一个构件。 平面机构的运动简图和自由度 n(3)虚约束是重复约束或对机构运动不起限制作用的约束， 又叫消极约束。 n处理方法： n计算自由度时，应将虚约束去除。 平面机构的运动简图和自由度 n(a)两构件之间组成多个移动副，且其导路互相平行或重合时， n 则只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束 带虚约束的凸轮机构 平面机构的运动简图和自由度 n(b)两构件构成多个转动副，且轴线互相重合时，则只有一个转 n 动副起作用，其余转动副都是虚约束。 带虚约束

10、的曲轴带虚约束的曲轴 同轴转动副同轴转动副 平面机构的运动简图和自由度 n(c)机构中对运动起重复限制作用的对称部分，传递运动不起独 n 立作用。 带虚约束的行星轮系 平面机构的运动简图和自由度 n(d)存在一个构件和两个以上的构件组成运动副，而其中任意两 个构件都能使该构件运动轨迹相同。 机构中的虚约束 平面机构的运动简图和自由度 n小结：小结： n复合铰链：存在于转动副处 n处理方法：复合铰链处有K个构件则有(K-1)个转动副 n局部自由度：常发生在为了减小高副磨损而将滑动摩擦变为滚 动摩擦的滚子处 n处理办法：计算自由度时将局部自由度减去 n虚约束：存在于特定的几何条件或结构条件下 n处

11、理方法：将引起的虚约束除去不记 习题 n2-12-1 计算大筛机构的自由度，并指出机构运动简图中的复合铰 链、局部自由度、虚约束。 nC为复合铰链 nF处为局部自由度 nE处为虚约束 nn=7 nPL=9 nPH= 1 nW=3n-2PL-PH=3*7-2*9-1=2 习题 作业 2-54 2-58 2-60 铰链四杆机构的基本型式和特性 n平面连杆机构：是由若干构件通过低副连接而成的平面机构。 n平面四杆机构：是由四个杆件组成的最简单的平面连杆机构， 是组成多杆机构的基础。 n铰链四杆机构：全部用回转副组成的平面四杆机构称为铰链四 杆机构。 铰链四杆机构的基本型式和特性 n组成 n回转副：整

12、转副、摆动副 n连架杆的分类 n三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构 机架 连架杆 连杆 整转副 摆动副 机架 曲柄 摇杆 铰链四杆机构的基本型式和特性 n一、曲柄摇杆机构 n在两个连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆 n运动特点： n一般曲柄主动，将连续转动转换为摇杆的 n摆动，也可摇杆主动，曲柄从动。 n应用举例： n颚式破碎机机构、牛头刨床横向 n进给机构、搅面机、卫星接收装置、 n缝纫机脚踏板机构、走步机、等等 铰链四杆机构的基本型式和特性 搅面机 铰链四杆机构的基本型式和特性 雷达调整装置 铰链四杆机构的基本型式和特性 缝纫机脚踏板机构 铰链四杆机构的基本型式和特性 n走

13、步机 铰链四杆机构的基本型式和特性 自行车 铰链四杆机构的基本型式和特性 n二、双曲柄机构 n 两连杆架均为曲柄的四杆机构。 n运动特点： n 从动曲柄变速回转 n应用举例： n 惯性筛、插床机构、 铰链四杆机构的基本型式和特性 n惯性筛 铰链四杆机构的基本型式和特性 n插床机构 铰链四杆机构的基本型式和特性 铰链四杆机构的基本型式和特性 n三、双摇杆机构 n 两连杆架均为摇杆的四杆机构 n应用举例：港口起重机、飞机起落架 铰链四杆机构的基本型式和特性 n港口起重机 选择连杆上合适的点，轨迹为近似的水平直线 铰链四杆机构的基本型式和特性 n飞机起落架 C 铰链四杆机构的基本型式和特性 n四、四

14、杆机构的基本特性 n1、压力角和传动角 n压力角 n传动角 n压力角越小，传动角越大，机构传动性能越好。 n压力角越大，传动角越小，机构传动性能越不好，效率越低。 0 90 急回特性 铰链四杆机构的基本型式和特性 n2、急回特性 n曲柄顺时针匀速回转 n曲柄的转角 n摇杆的摆角 n极位夹角 12 21 C DC D C DC D 1 2 t t 1 2 180 180 1121 2122 C C / C C / t t 摇杆位置 时间 曲柄转角 摇杆上C点的平均速度 12，t1t2， v1v2 铰链四杆机构的基本型式和特性 n行程速比系数： n极位夹角越大，K值越大，急回特性也越显著。 221

15、1 1122 180 180 tt K tt 1 180 1 K K 急回特性 牛头刨床 铰链四杆机构的基本型式和特性 n3、死点 n传动角 或 n以CD杆为主动件、AB杆为从动件 n当机构以AB为主动件时，机构不 会出现死点。 0 0 0 180 克服死点(加大飞轮) 利用惯性 克服死点 利用死点(夹具) 1 2 3 5 4 D A B C 铰链四杆机构的曲柄存在条件 n一、曲柄存在的条件 n整转副存在条件 n最短杆与最长杆长度之和小于等于其余两杆长度之和。 n曲柄存在的条件 n(1)整转副条件:最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长 度之和； n(2)机架或连架杆为最短杆。 铰链四杆机

16、构的曲柄存在条件 n二、铰链四杆机构类型的判断 n1、若不满足杆长条件，则为双摇杆机构； n2、若满足杆长条件： n 取最短杆为机架时，得双曲柄机构； n 取最短杆的邻边为机架时，得曲柄摇杆机构 n 取最短杆的对边为机架时，得双摇杆机构 铰链四杆机构的演化 n一、曲柄滑块机构 变摇杆变摇杆 为滑块为滑块 摇杆尺寸摇杆尺寸 为无穷大为无穷大 曲线导轨曲柄滑块机构曲线导轨曲柄滑块机构 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 偏心曲柄滑块机构偏心曲柄滑块机构 对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构 e=0 铰链四杆机构的演化 铰链四杆机构的演化 n偏置曲柄滑块机构的急回特性 应用：活塞 式内燃机、 空气压缩机、 冲床等

17、 内燃机 铰链四杆机构的演化 n二、导杆机构 转动导杆机构 铰链四杆机构的演化 摆动导杆机构 铰链四杆机构的演化 1 2 3 4 摇块机构 卡车车厢自动卸货机构 铰链四杆机构的演化 铰链四杆机构的演化 n定块(固块)机构 铰链四杆机构的演化 n三、双滑块机构 n 具有两个移动副的四杆机构 正弦机构正切机构 铰链四杆机构的演化 n四、偏心轮机构 n当曲柄的尺寸很小时，由于结构和强度的需要，常通过扩大 转动副尺寸 ，将曲柄改作成为一个几何中心与回转中心不重 合的圆盘。 铰链四杆机构的演化 偏心轮是回转副B扩大到包括回转副A形成的。偏心距e即为曲 柄的长度。 铰链四杆机构的演化 n五、连杆机构的简化

18、 铰链四杆机构的演化 n五、连杆机构的简化 四连杆机构的传动特征 n一、铰链四杆机构的传动特性 nAB为主动杆，CD为从动杆曲柄长度为a，各杆件相对于曲柄a 的相对杆长为 bcd n aaa 四连杆机构的传动特征 n传动比 n若取 ，则 1 01 sinsin sinsin Pdf i dfPP 0 0 1a i Pc = 四连杆机构的传动特征 n二、曲柄滑块机构的传动特性 n传动比 n当 时， ，则 n此时传动比i0仅与a有关，与b、d无关，这与以前分析的一样，会给结构设 计带来方便。 0 2 d11 cossinds cos cos 1 i ada ad b b 0 ii0 1 i a 四连杆机构的传动特征 n为了简化设计，减少参数的数目，可取杆长的相对量，即 n则 n曲柄滑块机构的相对传动比i和传动比i之间成一个a的倍数关系，而其变 化规律是一样的。研究i的变化即可代替研究i的变化情况。 sbd aaa 2 2 d1 cossind cos cos i 0 i iai i 四连杆机构的传动特征 n三、正切机构和正弦机构 0 tantansa 2 dcos d i sa 2 0 0 1 co