平面连杆机构 运动课件

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2-1 2-1 平面连杆机构概述平面连杆机构概述缺点：缺点：产生动载荷（惯性力），不适合高速。产生动载荷（惯性力），不适合高速。设计

2、较复杂，难以实现精确的轨迹。设计较复杂，难以实现精确的轨迹。本章重点介绍四杆机构。本章重点介绍四杆机构。构件和运动副多，累积误差大，运动精度和效率构件和运动副多，累积误差大，运动精度和效率 较低较低。采用低副，面接触、承载大、便于润滑、不易磨损采用低副，面接触、承载大、便于润滑、不易磨损 形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。连杆曲线丰富。可满足不同要求。连杆曲线丰富。可满足不同要求。三、平面连杆机构的特点三、平面连杆机构的特点1. 平面四杆机构的平面四杆机构的基本型式基本

3、型式和应用和应用全部由转动副组成的平面四全部由转动副组成的平面四杆机构称为杆机构称为铰链四杆机构铰链四杆机构。 连架杆连架杆与机架相联的构件；与机架相联的构件；机架机架固定不动的构件；固定不动的构件；连杆连杆连接两连架杆且连接两连架杆且作平面运动的构件；作平面运动的构件；曲柄曲柄能能作整周转动的连架杆；作整周转动的连架杆；摇杆摇杆仅能在某一角度往复摆动的连架杆仅能在某一角度往复摆动的连架杆；2-2 2-2 铰链四杆机构的基本形式及其演化铰链四杆机构的基本形式及其演化周转副周转副能作能作360 360 相对回转的运动副；相对回转的运动副；摆转副摆转副只能作有限角度摆动的运动副。只能作有限角度摆动

4、的运动副。一、铰链四杆机构的基本型式铰链四杆机构的基本型式(一)、曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 特点：两连架杆一个是曲柄（整周转）；一个是摇杆（摆动） 应用：应用：(二)、双曲柄机构双曲柄机构 特点：两连架杆都是曲柄（整周转）且不等长 主动曲柄匀速转，从动曲柄变速转 正平行双曲柄机构：对边平行且相等 特点：主、从动曲柄匀速且相等运动不确定现象：如何消除不确定现象：1 1、惯性飞轮、惯性飞轮 2 2、加虚约束、加虚约束 3 3、靠自重、靠自重 72 平面四杆机构的基本类型及其应用反平行双曲柄机构：对边平行但不相等 公共汽车车门启闭机构公共汽车车门启闭机构(三)、双摇杆机构双摇杆机构 特点：两连架杆都

5、是摇杆（摆动） 二二、铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化演化方法：转动副 移动副（滑块四杆机构）； 选取不同构件作为机架（一）、转动副转化成移动副转动副转化成移动副1、铰链四杆机构中一个转动副转化为移动副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 2、铰链四杆机构中两个转动副转化为移动副由于此机构当主动件1等速回转时，从动到导杆3的位移为y=Labsin ，故又称正弦机构正弦机构 双滑块机构1、导杆机构导杆机构(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。 （二）（二）、取不同构件为机架

6、（机构倒置）取不同构件为机架（机构倒置）(2)、类型转动导杆机构 摆动导杆机构L1L2 L1L2 ：机架长度：曲柄长度(2)、应用牛头刨床机构牛头刨床机构 简易刨床简易刨床2 2、摇块机构摇块机构(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)、应用泵3 3、定块机构定块机构(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)、应用定块定块机构机构 4 4、双滑块机构双滑块机构偏心轮（偏心轮（扩大运动副扩大运动副) ) 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

7、中心A重合的圆盘，该圆盘称为偏心轮，含有偏心轮的机构称为偏心轮机构。 应用：应用：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、冲击较大的机械中。 颚式破碎机颚式破碎机 2-3 2-3 平面四杆机构的几个工作特性平面四杆机构的几个工作特性一、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二、二、平面四杆机构输出件的急回特性平面四杆机构输出件的急回特性三、三、平面机构的压力角和传动角、死点平面机构的压力角和传动角、死点一、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上式两两相加得： l1l2 ， l1l3， l1l4，即AB为最短杆。

8、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） （Grashof Grashof 定理定理）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）注意：注意：铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭多边形铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭多边形条件：条件：最长杆的杆长最长杆的杆长 a+eba+e2)2)曲柄在曲柄在ABAB, ,在三角形在三角形AD

9、CADC中，中，AD ACAD AC，即即b+aeb+aeD D从动件作往复运动的平面连杆机构中，若从动件工作行程的平从动件作往复运动的平面连杆机构中，若从动件工作行程的平均速度小于回程的平均速度，则称该机构具有均速度小于回程的平均速度，则称该机构具有急回特性急回特性。在曲柄摇杆机构中，当在曲柄摇杆机构中，当从动件（摇杆）位于两从动件（摇杆）位于两极限位置时，曲柄与连极限位置时，曲柄与连杆共线。此时杆共线。此时对应的主对应的主动曲柄之间所夹的锐角动曲柄之间所夹的锐角叫作叫作极位夹角。极位夹角。二、二、平面四杆机构输出件的急回特性平面四杆机构输出件的急回特性极位夹角极位夹角: : 1 1 2 2

10、 , : t, : t1 1tt2 2 , , v v1 1v00。u急回特性相对程度用行程速比系数急回特性相对程度用行程速比系数K（即从动件空回行程的平均速度（即从动件空回行程的平均速度2与工与工作行程的平均速度作行程的平均速度1的比值）来表示：的比值）来表示：B BA AC CB B1 1B B2 2C C2 2C C1 1C2BB1AC1B2CA AB B1 1D DC CB B2 2 = = 应用：节省回程时间，提高生产率。应用：节省回程时间，提高生产率。11180KK设计时往往先给定设计时往往先给定 K 值，再计算值，再计算，即，即 三、三、平面机构的压力角平面机构的压力角和传动角、

11、死点和传动角、死点F F1 1 = Fcos = FcosF F2 2 = Fsin = Fsin1 1、机构、机构压力角压力角: :在不计摩擦力、惯性力和重力的条件下，在不计摩擦力、惯性力和重力的条件下，机构中驱使机构中驱使输出件输出件运动的力的方向线与运动的力的方向线与输出件输出件上受力点上受力点的速度方向间所夹的锐角，称为机构压力角，通常用的速度方向间所夹的锐角，称为机构压力角，通常用表示。表示。A AB BC CD DF Fv vc cF F1 1F F2 2传动角：传动角：压力角的余角压力角的余角(90-(90-) 。通常用通常用表示表示.机构的传动角和压力角作出如下规定：机构的传动

12、角和压力角作出如下规定：minmin ；= 30= 30 6060；maxmax。、分别为许用传动角和许用压力角。分别为许用传动角和许用压力角。v vc cA AB BC CD DF FF F1 1F F2 2常用常用的大小来表示机构的大小来表示机构传力性能传力性能的好坏的好坏F FA AB BC C1 12 23 3v vB3B3F Fv vB B3 3A AB BC C1 12 23 3= 0= 0 = 90= 90nv vF F v vB3B3F FA AB BC C2 23 31 1v vF F= arccosb2+c2-d2-a2+2adcos /2bc. = 0 , min= ar

13、ccosb2+c2-(d-a)2/2bc2 2、最小传动角的确定、最小传动角的确定 = = 或或 = = 180 - = 180 , max= arccosb2+c2-(d+a)2/2bc min=min ,180 -maxminB BA AC CB BB BC CC C minmin minmin= = =arccos=arccos（a+e)/ba+e)/b 为提高机械传动效率，应使其最小传动角处于工作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。阻力较小的空回行程中。B BC CA AC CB BB BC C e ea ab b在在主动曲柄与机主动曲柄与机架共线的位置架

14、共线的位置，都都有可能有可能出现出现 minmin3 3 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擦阻力的条在不计构件的重力、惯性力和运动副中的摩擦阻力的条件下，当机构处于传动角件下，当机构处于传动角=0=0（或（或=90=90）的位置下，）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，这个位置称为机构的构运动，这个位置称为机构的死点死点位置。位置。F F1 1 = Fcos = FcosF F2 2 = Fsin = FsinD DA AB BC CF Fv vB BF FD DA AC

15、Cv v对于对于曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构，当当摇杆为主动件摇杆为主动件时，时，在在连杆连杆与与曲柄曲柄两次两次共共线线的位置，机构均不的位置，机构均不能运动。能运动。 * * “死点死点”位置的位置的过渡方法：过渡方法：依靠飞轮的惯性（如内燃机、缝纫机等）。依靠飞轮的惯性（如内燃机、缝纫机等）。两组机构错开排列，如火车轮联动机构。两组机构错开排列，如火车轮联动机构。动画演示动画演示* * 可以利用可以利用“死点死点”位置进行工作，位置进行工作， 例如：飞机起落架、钻夹具等。例如：飞机起落架、钻夹具等。动画演示动画演示动画演示动画演示2.4 平面四杆机构的设计一、设计概论 一个设计过程：已知条件

16、构件尺寸 两类基本问题：实现给定运动规律； 实现给定运动轨迹； 三种设计方法： 图解法 解析法 实验法 已知条件：运动条件、几何条件、动力条件。简明易懂，精确性差。精确度好，计算繁杂。形象直观，过程复杂。2.4.1 图解法设计平面四杆机构 1.按给定连杆位置设计四杆机构 A1B2B3B1C2C3CD12b12c23b已知：连杆BC长度及三个位置（B1C1,B2C2,B3C3）要求：设计铰链四杆机构设计步骤：连接B1B2、B2B3，作线B1B2、B2B3的垂直平分线b12、b23，交于A点；连接C1C2、C2C3，作线C1C2、C2C3的垂直平分线c12、c23，交于D点；连接AB1、C1D。2

17、3c2.按给定行程速度变化系数K设计四杆机构 设计具有急回特性的四杆机构，关键是要关键是要抓住机构处于抓住机构处于极限位置时的极限位置时的几何关系几何关系，必要时还应考虑其他辅助条件。 1、按给定的行程速比系数K设计四杆机构 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 法一法一法二法二曲柄滑块机构设计曲柄滑块机构设计 法一法一法二法二例： 偏置曲柄滑块机构，s=30mm,e=12mm,K=1.5,设计此机构。导杆机构导杆机构 设已知摆动导杆机构设已知摆动导杆机构中，机架的长度为中，机架的长度为d，行程，行程速比系数为速比系数为K，要求设计，要求设计该机构。该机构。图图 1 1）由）由K K求出；选择一点求出；选择一点D D，作，作 mDn2 2）再作角