第二章连杆机构ppt课件

1、第二章第二章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计二、连杆机构的分类二、连杆机构的分类1 1、根据构件之间的相对运动分为：、根据构件之间的相对运动分为：平面连杆机构，空间连杆机构。平面连杆机构，空间连杆机构。2 2、根据机构中构件数目分为：、根据机构中构件数目分为：四杆机构、五杆机构、六杆机构等。四杆机构、五杆机构、六杆机构等。 若干个构件全用低副若干个构件全用低副联接而成的机构，也联接而成的机构，也称之为低副机构。称之为低副机构。一、一、 连杆机构连杆机构三、平面连杆机构的特点三、平面连杆机构的特点1适用于传递较大的动力，常用于动力机械。适用于传递较大的动力，常用于动力机械。2依靠运动副

2、元素的几何形面保持构件间的相互依靠运动副元素的几何形面保持构件间的相互接触，且易于制造，易于保证所要求的制造精度接触，且易于制造，易于保证所要求的制造精度3能够实现多种运动轨迹曲线和运动规律，工程能够实现多种运动轨迹曲线和运动规律，工程上常用来作为直接完成某种轨迹要求的执行机构上常用来作为直接完成某种轨迹要求的执行机构 不足之处：不足之处：1 1不宜于传递高速运动。不宜于传递高速运动。2 2可能产生较大的运动累积误差。可能产生较大的运动累积误差。2-1 2-1 平面四杆机构的基本形式、演化平面四杆机构的基本形式、演化及其应用及其应用 在连架杆中，能在连架杆中，能绕其轴线回转绕其轴线回转3603

3、60者称为曲柄；仅能者称为曲柄；仅能绕其轴线往复摆动绕其轴线往复摆动者称为摇杆。者称为摇杆。一、平面四杆机构的基本形式一、平面四杆机构的基本形式1 1曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构: :两连架杆中，一个为曲柄，两连架杆中，一个为曲柄，而另一个为摇杆。而另一个为摇杆。2 2双曲柄机构双曲柄机构 两连架杆均为曲柄。两连架杆均为曲柄。3 3双摇杆机构双摇杆机构 两连架杆均为摇杆。两连架杆均为摇杆。机架机架连架杆连架杆连架杆连架杆连杆连杆4 41 12 23 3 前面介绍的三种铰链四杆机构， 还远远满足不了实际工作机械的 需求，在实际应用中，常常采用 多种不同外形、构造和特性的四 杆机构，这些类型的四杆机构

4、可以看作是由铰链四杆机构通过各种方法演化而来的。 这些演化机构扩大了平面连杆机构的应用，丰富了其内涵。 二、平面连杆机构的演化二、平面连杆机构的演化1、改变相对杆长、转动副演化为移动副、改变相对杆长、转动副演化为移动副在曲柄摇杆机构中，若摇杆的杆长增大至无穷长，则其与连杆相联的转动副转化成移动副。曲柄滑块机构321DCBA二二 平面四杆机构的演变平面四杆机构的演变1 1 转动副转化为移动副转动副转化为移动副321DCBAB BA AC C321 ABCe321对心滑块机构偏置滑块机构B BA AC C21 3A A3sB BC C21sinABls 曲柄滑块机构曲柄滑块机构偏心轮机构偏心轮机构

5、 当曲柄的实际尺寸很短并传递较大的动力时，可将曲柄做成几何中心与回转中心距离等于曲柄长度的圆盘，常称此机构为偏心轮机构。双滑块机构双滑块机构 若继续改变图314b中对心曲柄滑块机构中杆2长度，转动副C转化成移动副，又可演化成双滑块机构图315）。该种机构常应用在仪表和解算装置中。 原理：各构件间的相对运动保持不变原理：各构件间的相对运动保持不变（1 1变化铰链四杆机构的机架变化铰链四杆机构的机架 如图如图3-43-4所示的三种铰链四杆机构，各杆件间的相对所示的三种铰链四杆机构，各杆件间的相对运动和长度都不变，但选取不同构件为机架，演化运动和长度都不变，但选取不同构件为机架，演化成了具有不同结构

6、型式、不同运动性质和不同用途成了具有不同结构型式、不同运动性质和不同用途的以下三种机构。的以下三种机构。2 2、选用不同构件为机架、选用不同构件为机架图2-1（2 2变化单移动副机构的机架变化单移动副机构的机架 若将图22所示的对心曲柄滑块机构，重新选用不同构件为机架，又可演化成以下具有不同运动特性和不同用途的机构。图22图23 若选构件1为机架图23a），虽然各构件的形状和相对运动关系都未改变，但滑块3将在可转动或摆动的构件4称其为导杆上作相对移动，此时图22所示的曲柄滑块机构就演化成转动或摆动导杆机构图23a）； 转动导杆机构摆动导杆机构 它可用于回转式油泵、牛头刨床及插床等机器中。 图2

7、4中的牛头刨床，是 摆动导杆机构的应用实例。图24 若选用构件2为机架，滑块3仅能绕机架上铰链C作摆动，此时演化成曲柄摇块机构图23b）；它广泛应用于机床、液压驱动及气动装置中，图26所示为Y54插齿机中驱动插齿刀的机构和图27所示的自卸卡车的翻斗机构，均是曲柄摇块机构应用实例。 图23b图26图27 若选用曲柄滑块机构中滑块3作机架图2-3c），即演化成移动导杆机构或称定块机构）。 它应用于手摇卿筒图28和双作用式水泵等机械中。 图图2-3c2-3c（3变化双移动副机构的机架 在 具有两个移动副的四杆机构中，是选择滑块4作为机架的，称之为正弦机构，这种机构在印刷机械、纺织机械、机床中均得到广

8、泛地应用，例如机床变速箱操纵机构、缝纫机中针杆机构 若选取构件1为机架，则演化成双转块机构，它常应用作两距离很小的平行轴的联轴器，图2-10所示的十字滑块联轴节为其应用实例； 图2-10 当选取构件3为机架时，演化成双滑块机构，常应用它作椭圆仪图211）。 总结：平面连杆机构的演化总结：平面连杆机构的演化4-2含有一个移动副的四杆机构一、曲柄滑块机构曲柄滑块机构是由曲柄摇杆机构演化而来的类型对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构曲柄存在条件：对心曲柄滑块机构：L1L2 行程S=2L1偏置曲柄滑块机构：L1+eL2 曲柄存在条件：对心曲柄滑块机构：L1L2 行程S=2L1偏置曲柄滑块机构：L1+eL2

9、 1、导杆机构(1)、演化过程曲柄滑块机构中，当将曲柄改为机架时，就演化成导杆机构。 (2)、类型转动导杆机构 摆动导杆机构 L1L2 L1L1 ：机架长度L2 ：曲柄长度(2)、运用牛头刨床机构牛头刨床机构 2、摇块机构(1)、演化过程曲柄滑块机构中，当将连杆改为机架时，就演化成摇块机构。 (2)、运用泵3、定块机构(1)、演化过程曲柄滑块机构中，当将滑块改为机架时，就演化成定块机构。 (2)、运用移动导杆机构移动导杆机构 偏心轮扩大运动副) 在曲柄滑块机构曲柄摇杆机构中，若曲柄很短，可将转动副B的尺寸扩大到超过曲柄长度，则曲柄AB就演化成几何中心B不与转动中心A重合的圆盘，该圆盘称为偏心轮

10、，含有偏心轮的机构称为偏心轮机构。 偏心轮机构结构简单，偏心轮轴颈的强度和刚度大，且易于安装整体式连杆，广泛用于曲柄长度要求较短、冲击载荷较大的机械中。 颚式破碎机2-2 2-2 平面四杆机构设计中的共性问题平面四杆机构设计中的共性问题一、平面四杆机构有曲柄的条件一、平面四杆机构有曲柄的条件二、平面四杆机构输出件的急回特性二、平面四杆机构输出件的急回特性三、平面机构的压力角和传动角、死点三、平面机构的压力角和传动角、死点四、运动的连续性四、运动的连续性一、平面四杆机构有曲柄的条件一、平面四杆机构有曲柄的条件平面连杆机构有曲柄的条件：平面连杆机构有曲柄的条件：1 1连架杆与机架中必有一杆为四杆机

11、构中的最连架杆与机架中必有一杆为四杆机构中的最短杆；短杆；2 2最短杆与最长杆之和应小于或等于其余两杆最短杆与最长杆之和应小于或等于其余两杆的杆长之和。（杆长和条件）的杆长之和。（杆长和条件）铰链四杆机构类型的判断条件：铰链四杆机构类型的判断条件：2 2若不满足杆长和条件，该机构只能是双摇杆若不满足杆长和条件，该机构只能是双摇杆机构。机构。1 1在满足杆长和的条件下：在满足杆长和的条件下：（1 1以最短杆的相邻构件为机架，则最短杆为曲以最短杆的相邻构件为机架，则最短杆为曲柄，另一连架杆为摇杆，即该机构为曲柄摇杆机柄，另一连架杆为摇杆，即该机构为曲柄摇杆机构；构；（2 2以最短杆为机架，则两连架

12、杆为曲柄，该机以最短杆为机架，则两连架杆为曲柄，该机构为双曲柄机构；构为双曲柄机构；（3 3以最短杆的对边构件为机架，均无曲柄存在，以最短杆的对边构件为机架，均无曲柄存在，即该机构为双摇杆机构。即该机构为双摇杆机构。留意：铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭留意：铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭多边形条件：最长杆的杆长多边形条件：最长杆的杆长 eb-ae AC2E AC2E：a+bea+be即有曲柄的条件即有曲柄的条件:ba+e e=0, ba AD杆为最短杆杆为最短杆(0AD 20) 例例1 1 已知铰链四杆机构已知铰链四杆机构ABCDABCD，其中，其中ABAB20mm20mm，BCB

13、C50mm50mm，CDCD40mm,AD40mm,AD为机架。改变为机架。改变ADAD杆长，分析机构的类型变化。杆长，分析机构的类型变化。aBbADdCc机构有整转副的条件：机构有整转副的条件：AD50 2040AD10mm最长杆最长杆整转副整转副整转副整转副最短杆最短杆DCaBbAdc双曲柄机构双曲柄机构 AD杆长介于最短杆与最长杆之间杆长介于最短杆与最长杆之间(20AD50)机 构 有 整 转 副 的 条 件 ：机 构 有 整 转 副 的 条 件 ： 2 05 0 AD40AD30mmaBbADdCc最短杆最短杆最长杆最长杆整转副整转副整转副整转副曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构aBbADdCc

14、 AD AD杆为最长杆杆为最长杆(50 (50 AD AD110)110)机构有整转副的条件：机构有整转副的条件：AD204050最长杆最长杆最短杆最短杆AD70mmaBbADdCc整转副整转副整转副整转副曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 当当10AD30和和70AD110时，由于不满足杆长条件，机构无整时，由于不满足杆长条件，机构无整转副，为双摇杆机构。转副，为双摇杆机构。aBbADdCc导杆机构有曲柄的条件导杆机构有曲柄的条件ACBa ad de e1)a1)a为最短杆，为最短杆，a+ea+ed d2)d2)d为最短杆，且满足为最短杆，且满足d+ed+ea a曲柄摆动导杆机构曲柄摆动导杆机构曲柄转

15、动导杆机构曲柄转动导杆机构二、平面四杆机构输出件的急二、平面四杆机构输出件的急回特性回特性摆角摆角 1 1 2 2 112 , 2 , 极位夹角极位夹角 v2 v2 =C1C2/t2=C1C2/t2 1=1801=180+, +, 2=1802=180- v1 v1 =C1C2/t1=C1C2/t1 t1t2 , t1t2 , v1v2v1v2 = v2/v1 =（C1C2/t2）/ （C1C2/t1 ） = t1/t2 =1/2 =（180+）/（180-） 输出件空回行程的平均速度 输出件工作行程的平均速度K =180=180（K-1K-1）/ /（K+1K+1）行程速比系数行程速比系数连

16、杆机构输出件具有急回特性的条件连杆机构输出件具有急回特性的条件1原动件等角速整周转动；原动件等角速整周转动；2输出件具有正、反行程的往复运动；输出件具有正、反行程的往复运动；3极位夹角极位夹角0。C2BB1AC1B2CA AB1B1D DC CB2B2 = = 例例: 已知摆动导杆机构导杆的摆角已知摆动导杆机构导杆的摆角60，机架，机架AD300mm，求作该机构的机构运动简图，并计算其行程，求作该机构的机构运动简图，并计算其行程速度变化系数速度变化系数K之值。之值。 解解 1)在图纸上选择合适的位置作导杆在图纸上选择合适的位置作导杆摆角摆角C DC =，得导杆摆动中心，得导杆摆动中心铰链位置铰

17、链位置D。 DC C 2)过过D作作CDC的角平分线的角平分线Da，选 择 适 当 的选 择 适 当 的l ， 在 角 平 分 线 上 作， 在 角 平 分 线 上 作DA(dl)mm，得曲柄，得曲柄AB的转动中心铰的转动中心铰链位置链位置A和曲柄长度和曲柄长度 ABABl 1 5 0 m m 。 导 杆 长 度 应 大 于。 导 杆 长 度 应 大 于300150450mm。作出机构运动简图。作出机构运动简图。a BBA3)极位夹角极位夹角 60，行程速度变化系数，行程速度变化系数 K=2。三、平面机构的压力角三、平面机构的压力角和传动角、死点和传动角、死点F1 = FcosF1 = Fco

18、sF2 = FsinF2 = FsinA AB BC CD DF FvcvcF1F1F2F21 1、机构压力角、机构压力角: :在不计摩擦力、惯性力和重力的条在不计摩擦力、惯性力和重力的条件下，机构中驱使输出件运动的力的方向线与输出件下，机构中驱使输出件运动的力的方向线与输出件上受力点的速度方向间所夹的锐角，称为机构压件上受力点的速度方向间所夹的锐角，称为机构压力角，通常用力角，通常用表示。表示。传动角：压力角的余角。传动角：压力角的余角。机构的传动角和压力角作出如下规定：机构的传动角和压力角作出如下规定：min min ；= 30= 306060；maxmax。、分别为许用传动角和许用压力角

19、。分别为许用传动角和许用压力角。vcvcA AB BC CD DF FF1F1F2F2通常用通常用表示表示. .F FA AB BC C1 12 23 3vB3vB3F FvB3vB3A AB BC C1 12 23 3= 0= 0 = 90= 90nv vF F vBvB3 3F FA AB BC C2 23 31 1v vF F= arccosb2+c2-d2-a2+2adcos/2bc. = 0 , min= arccosb2+c2-(d-a)2/2bc2 2、最小传动角的确定、最小传动角的确定BBCCmimin nF2F2A AB BC CD D F FvcvcF1F1 a ab bc

20、 cd d F FVcVc = = 或或 = 180 = 180- - BBCCmaxmax = 180 , max= arccosb2+c2-(d+a)2/2bc min=min ,180 -maxmin min= min= =arccos=arccosa+e)/ba+e)/b 为提高机械传动效率，应使其最小传动角处于工为提高机械传动效率，应使其最小传动角处于工作阻力较小的空回行程中。作阻力较小的空回行程中。B BA AC CB BC C e ea ab b coscos= =（asinasin+e)/b+e)/ba ab bB BB BA AC CB BC CC C mimin n3 3

21、机构的死点位置机构的死点位置 在不计构件的重力、惯性力和运动副中的摩在不计构件的重力、惯性力和运动副中的摩擦阻力的条件下，当机构处于传动角擦阻力的条件下，当机构处于传动角=0=0（=90=90）的位置下，无论给机构主动件的驱）的位置下，无论给机构主动件的驱动力或驱动力矩有多大，均不能使机构运动，这动力或驱动力矩有多大，均不能使机构运动，这个位置称为机构的死点位置。个位置称为机构的死点位置。F1 = FcosF1 = FcosF2 = FsinF2 = FsinD DA AB BC CF Fv vB BF FD DA AC Cv v如何使机构顺利通过死点位置？如何使机构顺利通过死点位置？利用飞轮

22、惯性利用飞轮惯性机构错位排列机构错位排列23、平面四杆机构的运动设计、平面四杆机构的运动设计1、基本问题、基本问题 根据机构所提出的运动条件，确定机构的运动根据机构所提出的运动条件，确定机构的运动学尺寸，画出机构运动简图。学尺寸，画出机构运动简图。1根据给定的运动规律位移、速度和加速度设根据给定的运动规律位移、速度和加速度设计四杆机构；计四杆机构；a a 实现连杆的几个位置实现连杆的几个位置c c 实现两连架杆的对应角位移、角速度和角加速度实现两连架杆的对应角位移、角速度和角加速度颚式碎矿机、惯性筛）颚式碎矿机、惯性筛）b b 实现输出构件的急回特性实现输出构件的急回特性2根据给定的运动轨迹设

23、计四杆机构；根据给定的运动轨迹设计四杆机构；A A0 0A A1 1B B3 3A A3 3A A2 2B B2 2B B1 1B B0 0E E2 2E1E1E3E3 2 2 1 13) 3) 综合功能综合功能1实验法实验法3解析法解析法2几何法几何法2、设计方法、设计方法实现连杆位置；实现连杆位置；实现轨迹；实现轨迹；实现速度要求实现速度要求一一 根据给定的连杆位置设计四杆机构根据给定的连杆位置设计四杆机构B B1 1B2B2B3B3C2C2C3C3C1C1A AD Dc2c23 3c1c12 2b2b23 3b1b12 2二二 按给定行程速度变化系数设计四杆机构按给定行程速度变化系数设计四杆机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构例：例： 偏置曲柄滑块机构，偏置曲柄滑块机构，s=30mm,e=12mm,K=1.5,s=30mm,e=12mm,K=1.5,设计此机构。设计此机构。三三 根据给定两连架杆的位置根据给定两连架杆的位置设计四杆机构设计四杆机构1、 刚化反转法刚化反转法D