连杆机构非阶梯教室PPT学习教案

1、会计学1 连杆机构非阶梯教室连杆机构非阶梯教室 2. 分类 连杆机构可分为空间连杆机构和平面连杆机构 以上三图为平面连杆机构 平面连杆机构 空间连杆机构 空间连杆机构 第1页/共72页 优点： 承载能力高、磨损少，便于润滑； 制造简单 ； 两构件之间的接触靠几何封闭实现； 实现多种运动规律和轨迹要求。 j0 x y A D C B a b c d b a0 j a A D M2 B j M M1 M3 连杆曲线 连杆 二、连杆机构的特点 第2页/共72页 不易精确实现各种运动规律和轨迹要求； 机械效率较低； 产生动态不平衡。 C a a B B C r rl l B C D A 4 2 1 3

2、 m2 m3 S2 S3 S1 m1 m m c m2B m2C 缺点： 第3页/共72页 8-2 平面四杆机构的类型及应用 补充： 1. 四杆机构是最简单的连杆机构 自由度为1时：F=1，即3n-2pl-ph = 1，亦即 3n=2pl+ph+1 = 2pl +1 (其中：ph =0) 所以：n = (2pl +1)/3，即n = 1、3、5。 n = 1时，N=2。一般不将其归纳为机构。 所以：自由度为1时的最简单机构为n=3(N=4)四杆机构。 第4页/共72页 自由度为2时：F=2，即3n-2pl-ph = 2，亦即 3n=2pl+2 = 2 (pl +1) (其中：ph =0) ，

3、n为偶数，N为奇数。 结论：偶数连杆机构自由度为1，奇数连杆机构自由度为2。 j j ab 开式链机构 第5页/共72页 2. 平面四杆机构是平面连杆机构研究的基础 在F=1的前提下，六杆、八杆机构均可分解为由一系列的四杆机构组成。 A B C D E + A B DD C E 第6页/共72页 运动可逆性：两构件上任一重合点，其相对运动轨迹是相同的，亦即，不论哪一个构件固定，另一构件上一点的运动轨迹都是相同的。 轨迹线 M(M1,M2) 2 1 M2点轨迹线渐开线 M1点轨迹线摆线 2 1 M1 M2 3. 低副机构具有运动可逆性 1 2 M(M1,M2) 第7页/共72页 1. 构件及运动

4、副名称 构件名称：连架杆与机架连接的构件 连杆未与机架连接的构件 机架 运动副名称： 回转副(又称铰链) 移动副 一、基本类型 曲柄作整周回转的连架杆 摇杆作来回摆动的连架杆 第8页/共72页 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 曲柄摇杆机构 双摇杆机构 2. 基本类型 第9页/共72页 1. 曲柄摇杆机构 二、应用 第10页/共72页 2. 双曲柄机构 惯性筛 第11页/共72页 3. 双摇杆机构 起落架 吊车 夹具 第12页/共72页 1. 改变运动副的形式（变转动副为移动副） A A B C D A B C D 偏置式曲柄滑块机构 A B C 对心式曲柄滑块机构 改变摇杆 相对尺寸 曲线轨迹曲柄滑

5、块机构 改变摇杆 相对尺寸 e 8-3 平面四杆机构的演化 偏距 第13页/共72页 导杆机构 变转动副 为移动副 双转块杆机构 第14页/共72页 0 移动导杆机构 改变构 件相对 尺寸 改变运动副类型 改变运动副类型 双滑块机构 第15页/共72页 改变运动副类型 改变构件 相对尺寸 正弦机 构 改变机架 定为机架 双滑块机构 A B C C 第16页/共72页 A C D B B 2. 扩大铰链副 扩大铰链副 A B C D 偏心轮机构 A C D B 扩大铰链副 B A B 第17页/共72页 3. 取不同构件作为机架 摇块机构 曲柄滑块机构 导杆机构 定块机构 第18页/共72页 曲

6、柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构 第19页/共72页 一、平面四杆机构有曲柄的条件 1. 铰链四杆机构有曲柄的条件 双 曲 柄 机 构 双 摇 杆 机 构 曲柄摇杆机构 8-平面四杆机构的几个特性 第20页/共72页 曲柄摇杆机构运动特点的观察 特点： 曲柄与连杆出现一次 共线、一次重合 由此导致另一连架 杆不能整周回转； 摇杆未与连杆出现共 线和重合现象； 曲柄上两运动副均为 整周铰链； 摇杆上两运动副均为 非整周铰链。 第21页/共72页 特点： 连架杆与连杆均未出现重合(或共线)现象； 固定铰链均为整周回转铰链；连杆上两活动铰链均为非整周回转铰链。 双曲柄机构运动特点的观察 第22页/

7、共72页 特点： 两连架 杆均与连杆均出现 重合或共线； 固定铰链均为 非整周回转铰链， 连杆上两铰链均为 整周回转铰链。 连杆与左摇杆重合 连杆与右摇杆共线 连 杆 与 右 摇 杆 重 合 连 杆 与 左 摇 杆 共 线 双摇杆机构运 动特点的观察 第23页/共72页 结论： 若要连架杆能整周回转(即 成为曲柄)，则另一连架杆与连 杆不能出现重合或共线。 双 曲 柄 机 构 双 摇 杆 机 构 曲柄摇杆机构 第24页/共72页 A B C D d a b c 设： 最长杆Lmax=Max(a,b,c,d) 最短杆Lmin=Min(a,b,c,d) 中间两杆杆长之和 Lm = a + b +

8、c + d -Lmax-Lmin (1) 曲柄存在条件 a. Lmax + Lmin Lm b. Lmin不得为连杆 (必要条件) (充分条件) 第25页/共72页 (1) 曲柄存在条件 a. Lmax + Lmin Lm (必要条件) b. Lmin不得为连杆 (充分条件) 双 摇 杆 机 构 双曲柄机构 曲柄摇杆机构 240 120 280 200 120+ 280 200+240 第26页/共72页 f d a b c C B BCDmi n B C BCDmax (2) 证明 设图示四杆机构为曲柄摇杆机构，AB杆为曲柄。 cos BCD= b2 + c2 - f2 2bc fmin f

9、max 亦即 0 BCD 180 A B C D 在BCD中有 a. 证明思路 若要使AB杆成 为曲柄，必须有 BCD存在， 为使此式成立，须有： 0 BCDmin， BCDmax 40 + 55 该机构为双摇杆机构。 对图(b)，有： 20 + 80 b时，摆动导杆机构。 D D A B C 第33页/共72页 1. 极限位置与极位夹角 B2 C2 B1 C1 C A D B 极位夹角q ：当机构处于两极限位置时，曲柄(或连杆)所在线所夹的锐角。 极限位置：当曲柄与连杆共线时，机构中摇杆所处的位置。 j 二、急回运动和行程速比系数 q 亦称机构此时的位置称为机构处于极限位置。 第34页/共7

10、2页 LAC1 LAC2 观察知：LAC1 =LBC - LAB LAC2 =LBC + LAB B2 C2 B1 C1 C A D B j 极限位置及极位夹角的位置确定： q B2 C2 B1 C1 C A D B j q 第35页/共72页 2. 急回特性及行程速比系数K a1 = 180+ q a2 = 180- q A B2 C2 B1 C1 q C D B j B2 B1 因为w = C，且a1 a2 ， C2 C1 a1 C2C1 B1 B2 C1 C2 a2 C1C2 t1 t2 C2C1 = C1C2 v1= /t1 C2C1 v2= /t2 C1C2 所以t1 t2 ， v2

11、 v1 a1 w a2 空回行程工作行程 又 第36页/共72页 在曲柄等速回转的情况下，通常将作往复运动从动件速度快慢不同的运动称为急回运动。 从动件回程的平均速度(或角速度) 从动件工程的平均速度(或角速度) = V2 V1 = t1 t2 = a1 w a2 w K = 180 = 180 + q - q A B2 C2 B1 C1 q C D B j B2 B1 C2 C1 a1 C2C1 B1 B2 C1 C2 a2 C1C2 t1 t2 v1= /t1 C2C1 v2= /t2 C1C2 a1 w a2 急回特性：称机构具有急回运动的特性为急回特性。 K 180 = 180 + q

12、 - q 行程速比系数 第37页/共72页 (1)推广到曲柄滑块机构 对心式曲柄滑块机构 B1 C1 q = 0 结论：对心式曲柄滑块机构无急回特性。 偏置式曲柄滑块机构 A B C B1 C1 C2 B2 q 0 结论：偏置式曲柄滑块机构有急回特性。 B2 C2 3. 推广 q B A C 第38页/共72页 (2) 推广到导杆机构 C1 C2 B A C q j 结论：有急回特性，且极位夹角等于摆杆摆角，且 q = j D D D 第39页/共72页 1. 定义 传动角g ：压力角的余角。 压力角a是衡量机构传力性能的一个重要指标。 Fx = F cos a 三、压力角和传动角 g a F

13、 V Fx Fy 压力角a：力F 的作用线与力作用点绝对速度V 所夹的锐角。 a Fx g 第40页/共72页 a：连杆对从动件力作用线与从动件上被作用点绝对速度方向线所夹锐角 。 因为： g = 90 - a 所以：当BCD 90 时，g =180 -BCD g 连杆线与从动杆线所夹锐角。 3. 意义 A B C D c d j a b 往往将g作为度量连 杆机构传力性能的一个 重要指标。 显然：g 90 时最好。 显然：a g Ft 传力性能 2. 曲柄摇杆机构的压力角与传动角 a g Fn F Ft VC w F V 第41页/共72页 4. g的大小(连杆与摇杆之夹角) 由BCD：f

14、2 = c 2 +b 2 2bc*cos g ABD：f 2 = a 2 +d 2 2ad*cos j f C2 B1 max g b 2 + c 2 a 2 d 2 + 2ad*cos j 2bc cosg = 显然： j = 0 时，有 gmin j =180时，有 gmax 5. gmin的确定 g 结论：最小传动角出现在曲柄与机架共线或重合处。 C2 B2 min g 因为: g(180- g) max max gmin=Min180 - g ， g max min 所以: g F Fn Ft a g A B C D c d a b j w 第42页/共72页 5. gmin的确定 结

15、论：最小传动角出现在曲柄与机架共线或重合处。 因为: g(180- g) max max gmin=Min180 - g ， g max min 所以: maxg min g A D min g 第43页/共72页 6. 曲柄滑块机构最小传动角的确定 7. 导杆机构最小传动角的确定 B A C F VC 结论：导杆机构传动角g 恒等于90 ，即压力角a 恒等于0 。 a 0 A B C D D C B B C min max 第44页/共72页 1. 定义 当g = 0(a=90)时 ， Fx = F * cosa=0，即连 杆作用在从动件上的力通过 了从动件的回转中心，将无 法使从动件产生运

16、动，此时 称机构处于死点位置。 D d 1 B 2 B 1 C 2 C A B C F VB a w 四、机构的死点位置 F VB a 第45页/共72页 “在四杆机构中当从动件与连杆共线或重合时，机构处于死点位置。” 曲柄摇杆机构中曲柄为主动件时 FC VC a DA B M C 结论：无死点位置存在。 2. 死点位置的确定 摇杆（从动件）与连杆不会出现共线或重合现象。 第46页/共72页 曲柄摇杆机构中摇杆为主动件时 DA B C 结论：当a= 90( g=0)时，即连杆与曲柄出现共线和重合时，机构出现死点位置。 M FC VC 2 C 2 B 1 B C1 F VB a F VB a 第

17、47页/共72页 双曲柄机构 结论：双曲柄机构无论哪个曲柄做原动件，都无死点位置存在； 双摇杆机构无论哪个摇杆做原动件，都有死点位置存在。 双摇杆机构 第48页/共72页 机构是否出现死点的判断： 若原动件作往复运动，则一定会出现死点位置； 导杆机构（曲柄为主动件） 导杆机构（摇杆为主动件） VB3 FB3 A B D 1 2 3 4 A B D 1 2 3 4 FB2 VB2 结论：导杆作原动件时，有死点位置存在。 其位置处于连杆与从动件共线和重合之处。 第49页/共72页 A B D 1 2 3 4 FB2 VB2 机构是否出现死点的判断： 若原动件作往复运动，则一定会出现死点位置；其位置

18、处于连杆与从动件共线和重合之处。 DA B C M 2 C 2 B 1 B C1 F VB a F VB a 第50页/共72页 3. 死点位置的应用 第51页/共72页 火车轮 4. 死点位置危害的避免 加虚约束的平行四边形机构 第52页/共72页 一、四杆机构设计的基本问题和方法 设计中的已知条件：运动条件(如行程速比系数)、几何条件及传力条件(如最小传动角)。 基本问题： 要求满足预定的位置或运动规律 A D M2 B M M1 M3 要求满足给定的轨迹 8-5 平面四杆机构的设计 第53页/共72页 设计方法 图解法、解析法和实验法。 A D M2 B M M1 M3 第54页/共72

19、页 二、用图解法设计四杆机构 1. 按连杆预定位置设计四杆机构 观察分析: 炉门不可能是连架杆，只能是连杆； 只对此两位置的准确性有要求； E1 E2 炉门 炉膛 所要解决的问题是寻找A、B、C、D，即各杆杆长。 根据所给定条件的不同，有两种情况： a. 已知连杆位置及活动铰链找固定铰链 b. 已知连杆位置及固定铰链找活动铰链 第55页/共72页 A B C D (1) 已知连杆位置及活动铰链找固定铰链 c12 b12 几何特点：活动铰链轨迹圆上任意两点连线的垂直平分线必过回转中心(固定铰链点)。 b. 设计 C1 C2 B1 B2 b12 c12 A点所在线 D点所在 线 A D B1 B2

20、 C1 C2 a. 分析 第56页/共72页 无穷解。要唯一解需另加条件。 已知连杆三位置 A D B2 C2 C3 B3 b23 c23 C1 B1 b12 c23 唯一解。 已知连杆四位置 无解。 B2 C2 C3 B3 C1 B1 C4 B4 已知连杆两位置 第57页/共72页 a. 条件 站在机架上看：B点饶A点顺时针转动，C点 饶D点顺时针转动。 站在连杆上观察：从位置1到位置2， ABC增大， BCD减小，即A点饶B点顺时针转动，C点饶D点顺时针转动。 (2) 已知连杆位置及固定铰链找活动铰链 b. 相对运动分析 E1 D F2 E2 F1 A B1 C1 C2 B2 EF只是连杆

21、上的一条线，不是 活铰。 第58页/共72页 E1 F2 E2 F1 B1 C1 B2 C2 AD a21 d21 F1 E1 B1 C1 A1 D1 E1 F2 E2 F1 B1 C1 B2 C2 AD C2 F2 E2 B2 A2 D2 d12a12 第59页/共72页 E1 F2 E2 F1 B1 C1 B2 C2 AD C2 F2 E2 B2 A2 D2 d12a12 E1 F2 E2 F1 AD B1 C1 A2 D2 F2 E2 a12d12 B2 C2 第60页/共72页 c. 设计 两对应位置 E1 AD E2 F1 F2 A1 D1 C2 B2 B1 C1 第61页/共72页

22、 E1 AD E2 F1 F2 A1 D1 B1 C1 C2 B2 A2 D2 E1 AD E2 F1 F2 B1 C1 C2 B2 C1所在线 B1所在线 第62页/共72页 三对应位置 B2 C2 A3 D3 E1 AD E2 F1 F2 F3 E3 B1 C1 a23 a12 d12 d23 设计步骤： 连接E2A、F2D、E3A、 F3D； 刚化E2F2DA、E3F3DA， 并将E2F2和E3F3分别重合于 连接A1A2 、A2A3 、D1D2 和D2D3 、并分别作其垂直平分线，得交点， B1和C1 ； 连接AB1、DC1、B1C1、B1E1和C1F1得所需机构。 根据图中线长，乘以比例尺得到各构件尺寸。 E1F1，得到A2、D2 、 A3 、和D3 点； A2 D2 B3 C3 第63页/共72页 已知条件：一连架杆杆长LAB，机架长LAD ，连架杆对应位置即j1、 j2、j3；a1、a2、a3。求活动铰链点C。 C3 C2 C1 3. 按两连架杆预定对应位置设计四杆机构 j1 j3 j2 B3 D E2 A B1 B2 E1 E3 a 3 a1 a2 第64页/共72页 (1)分析 B 2 C1 E2 E1 C2 D A B1 B 1 E1 A 1 C 1 第65页/共72页 B 1 (2) 设