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自由度n3、机构n由若干构件组成，各构

2、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

3、)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)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

4、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

5、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运动副类型示意图引入约束失去自由度保留自由度转动副2个约束两个移动的自由

6、度2个1个转动的自由度移动副2个约束沿一轴方向的移动约束在平面内转动2个1个沿另一轴移动的自由度高 副1个约束沿接触处公法线n-n方向的移动1个2个沿接触处公切线t-t方向移动的自由度绕接触处转动的自由度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-PHn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=3n低幅个数 PL=4n高副个数 PH=0nW=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=2

7、x3-3x2=0F=3x3-4x2=1F=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=5n低副均为转动副PL=6n没有高副，即PH=0nW=3n-2PL-PH=3*5-2*6=3n实际上该机构的自由度数为1而不是3平面机构的运动简图和自由度

8、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=7nA、C、D、F为复合铰链，PL= 10nPH= 0nW=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=2nW=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，并不影响其他构件的运动，n 称为局部自由

9、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)

10、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

11、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=7nPL=9nPH= 1nW=3n-2PL-PH=3*7-2*9-1=2习题作业2-542-582-60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

12、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

13、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。090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

14、1221C DC DC DC D12tt1218018011212122C C /C C /tt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。22111122180180ttKtt11801KK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。000180克服死点(加大飞轮)利用惯性克服死点利用死点(夹具)12354DABC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

15、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

16、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1234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

17、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bcdnaaa四连杆机构的传动特征n传动比n若取 ，则101sinsinsinsinPdfidfPP 001aiPc=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。02d11cossindscoscos1iadaadbb0ii01ia四连杆机构的传动特征n

18、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。sbdaaa22d1cossindcoscosi0iiaii四连杆机构的传动特征n三、正切机构和正弦机构0tantansa2dcosdisa2001cosiiiai0sinsinsad1dcosisa0011cosiiiaiai平面四杆机构的设计n两类问题：n1、按照给定的从动件的运动规律(位置、速度、加速度)设计四杆机构；n2、按照给定的轨迹设计四杆机构n方法：n解析法、几何做图法和实验法平面四杆机构的设计n一、按照给定的行程速比系数设计铰链四杆机构n已知条件：摇杆长度l3，摆角和行程速比系数K。n设计的实质就是确定铰链中A点的位置，定出其它三杆的尺寸l1、l2和l4。平面四杆机构的设计n(1)由给定的行程速比系数K，求出极位夹角n(2) 任选固定铰链中心D的位置，由摇杆长度l3和