机械设计基础平面连杆机构及其设计分析实用教案

1、会计学1机械设计机械设计(shj)基础平面连杆机构及其设基础平面连杆机构及其设计计(shj)分析分析第一页，共73页。飞剪二、应用二、应用(yngyng)实例：实例：一、连杆机构一、连杆机构 由若干(rugn)构件用低副（转动副、移动副）联接而成的机构，也称为低副机构。第1页/共72页第二页，共73页。契贝谢夫四足步行机 利用连杆曲线特性，当一对(y du)角足处在曲线的直线段时则着地并静止不动，而另一对(y du)角足则处在曲线段作迈足运动。第2页/共72页第三页，共73页。三、平面三、平面(pngmin)连杆机构的特点：连杆机构的特点：运动副为面接触、承载大、不易磨损，寿命长；接触面为圆柱

2、面或平面(pngmin)，易加工，容易获得较高的制造精 度，加工成本低；能实现较复杂的运动及较大的行程；构件间的接触靠几何封闭，不需弹簧等附件。较难准确实现预定的连续的运动规律，设计方法复杂；惯性力难以平衡；运动副有间隙(jin x)，磨损后间隙(jin x)难以补偿。第3页/共72页第四页，共73页。机架-作为参考(cnko)坐标系的构件；机架连架杆-与机架相连(xin lin)的杆；连架杆曲柄(qbng)：能作360转动摇杆：在 360范围内摆动。一、铰链四杆机构的基本型式一、铰链四杆机构的基本型式第4页/共72页第五页，共73页。机架-作为(zuwi)参考坐标系的构件；机架连架杆-与机架

3、相连(xin lin)的杆；连架杆连杆曲柄(qbng)：能作360转动摇杆：在 360范围内摆动。连杆-作平面运动的构件。 （连接两个连架杆）铰链四杆机构的三种型式：曲柄摇杆机构曲柄摇杆一、铰链四杆机构的基本型式一、铰链四杆机构的基本型式第5页/共72页第六页，共73页。机架-作为参考(cnko)坐标系的构件；机架连架杆-与机架相连(xin lin)的杆；连架杆连杆曲柄(qbng)：能作360转动摇杆：在 360范围内摆动。连杆-作平面运动的构件。 （连接两个连架杆）双曲柄机构双摇杆机构曲柄摇杆一、铰链四杆机构的基本型式一、铰链四杆机构的基本型式铰链四杆机构的三种型式：曲柄摇杆机构第6页/共7

4、2页第七页，共73页。ABC1243D曲柄(qbng)摇杆机构的应用雷达天线俯仰(fyng)机构二、铰链四杆机构的应用二、铰链四杆机构的应用第7页/共72页第八页，共73页。缝纫机踏板(t bn)机构2143摇杆主动3124曲柄摇杆机构(jgu)的应用第8页/共72页第九页，共73页。2143摇杆主动缝纫机踏板(t bn)机构3124曲柄(qbng)摇杆机构的应用第9页/共72页第十页，共73页。抓片机构(jgu)曲柄摇杆机构(jgu)的应用第10页/共72页第十一页，共73页。旋转式叶片泵双曲柄(qbng)机构的应用第11页/共72页第十二页，共73页。ABDC1234E6惯性筛机构31惯性

5、(gunxng)筛双曲柄机构(jgu)的应用第12页/共72页第十三页，共73页。ABCD 火车(huch)轮双曲柄机构(jgu)特例1：平行四边形机构(jgu)AB = CD特征(tzhng)：两曲柄同向同速转动BC = ADABDC升降平台ADBCBC天平两连架杆等长且平行，连杆作平动第13页/共72页第十四页，共73页。耕地料斗DCAB耕地料斗DCAB播种机料斗(lio du)机构双曲柄机构(jgu)特例1：平行四边形机构(jgu)第14页/共72页第十五页，共73页。绘图仪双曲柄机构(jgu)特例1：平行四边形机构(jgu)第15页/共72页第十六页，共73页。FAEDGBC平行四边形

6、机构(jgu)在共线位置出现运动不确定。ABEFDCG动画演示(ynsh)21铰链四杆机构的基本(jbn)型式和演化第16页/共72页第十七页，共73页。双曲柄(qbng)机构特例2：反向平行四边形机构车门开闭(ki b)机构反向反向第17页/共72页第十八页，共73页。鹤式起重机QABCDE双摇杆机构(jgu)的应用第18页/共72页第十九页，共73页。BCAD蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆电机电机电机电机BCAD蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆电机电机BCAD蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆电扇摇头(yo tu)机构双摇杆机构(jgu)的应用第19页/共72页第二十页，共73页。ABDCE汽车(qch)转向机构ABDCEABDCE双摇

7、杆机构特例(tl)：等腰梯形机构-两摇杆长度相等。第20页/共72页第二十一页，共73页。1、改变构件(gujin)的形状和相对尺寸-转动副变为移动副偏心(pinxn)曲柄滑块机构对心曲柄(qbng)滑块机构曲柄摇杆机构曲柄弧形滑块机构双滑块机构 s=l sin l三、平面四杆机构的演化型式三、平面四杆机构的演化型式ABABCABCABCCABCDABCDD动画演示第21页/共72页第二十二页，共73页。2、机架置换（选取不同(b tn)的构件为机架）ABCDAB为曲柄为曲柄(qbng)，CD为摇杆为摇杆1234曲柄(qbng)摇杆机构第22页/共72页第二十三页，共73页。2、机架置换（选取

8、不同(b tn)的构件为机架）ABCDAB为曲柄为曲柄(qbng)，CD为摇杆为摇杆A、B-周转周转(zhuzhun)副（整转副）副（整转副）C、D-摆转副1234曲柄摇杆机构第23页/共72页第二十四页，共73页。2、机架置换（选取(xunq)不同的构件为机架）ABCDAB为曲柄为曲柄(qbng)，CD为摇杆为摇杆A、B-周转周转(zhuzhun)副（整转副）副（整转副）C、D-摆转副1234双曲柄机构曲柄摇杆机构双摇杆机构曲柄摇杆机构第24页/共72页第二十五页，共73页。曲柄(qbng)滑块机构314A2BC曲柄滑块机构314A2BC导杆机构(jgu)转动(zhun dng)导杆机构摆动

9、导杆机构定块机构314A2BC摇块机构314A2BC第25页/共72页第二十六页，共73页。摆动(bidng)导杆机构转动(zhun dng)导杆机构21铰链四杆机构的基本型式(xn sh)和演化第26页/共72页第二十七页，共73页。牛头刨床(ni tu po chun)ABDC1243C2C1ABDCE123456小型(xioxng)刨床导杆机构(jgu)的应用第27页/共72页第二十八页，共73页。B234C1A自卸卡车举升机构ACB1234314A2BC摇块机构(jgu)的应用第28页/共72页第二十九页，共73页。314A2BC定块机构手摇唧筒(jtng)BC3214AABC3214

10、定块机构(jgu)的应用第29页/共72页第三十页，共73页。双移动(ydng)副四杆机构1234双转块机构(jgu)12341234双滑块机构(jgu)1234正弦机构第30页/共72页第三十一页，共73页。1234双转块机构(jgu)的应用第31页/共72页第三十二页，共73页。1234双转块机构(jgu)的应用第32页/共72页第三十三页，共73页。1234双滑块机构(jgu)的应用第33页/共72页第三十四页，共73页。偏心轮机构(jgu)三、转动三、转动(zhun dng)副扩大副扩大第34页/共72页第三十五页，共73页。偏心轮机构(jgu)三、转动三、转动(zhun dng)副扩

11、大副扩大第35页/共72页第三十六页，共73页。运动副A成为(chngwi)周转副的条件：ABCDABDC 若若A为周转为周转(zhuzhun)副，则副，则B绕绕A可到达任意位置，不应出现可到达任意位置，不应出现B、C、D三点共线的情况，此时，机构不能转动。三点共线的情况，此时，机构不能转动。一、铰链四杆机构第36页/共72页第三十七页，共73页。由B C D可得：3241llll由B C D可得：3142)(llll2143)(llll2431llll+3241llll3421llll31ll 同理，可得：21ll 41ll Cl1l2l4l3ABDCl1l2l4l3BDAAB C Dl1l

12、2l4l33421llll运动副A成为(chngwi)周转副的条件：一、铰链(jiolin)四杆机构第37页/共72页第三十八页，共73页。运动副A成为(chngwi)周转副的条件为：3241llll3421llll2431llll31ll 21ll 41ll u最短杆与最长杆的长度和小于等于(dngy)其余两杆长度和杆长条件；u组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆。 同理，运动副B所铰接的两个构件有一个为最短构件，且满足(mnz)杆长条件，B也为周转副。推论：四杆机构满足杆长条件时，其最短杆两端均为周转副。Cl1l2l4l3ABD第38页/共72页第三十九页，共73页。链铰四杆机构(jgu)

13、曲柄存在条件为： lmin+lmax l余1+l余2； 最短杆为机架或连架杆。Cl1l2l4l3ABD若lmin+lmax其余两杆长度和最短杆为机架双曲柄机构最短杆的邻杆为机架曲柄摇杆机构最短杆的对边为机架双摇杆机构N，无整转副Y，存在(cnzi)整转副第39页/共72页第四十页，共73页。 若为平行四边形机构，则不论取哪个(n ge)构件为机架，均为双曲柄机构。第40页/共72页第四十一页，共73页。14lel二、导杆机构(jgu)若A、D整周转动(zhun dng)，应满足：BClDCl14为最短杆4l14lBCDClCBA4lDe1l第41页/共72页第四十二页，共73页。一、急回特性和

14、行程一、急回特性和行程(xngchng)速比系数速比系数 当主动曲柄(qbng)等速转动时，作往复运动的从动件，在工作行程有较慢的平均速度，而在回程有较快的平均速度。第42页/共72页第四十三页，共73页。C1且21tt 21 12vv ABCDA2B2CD123421B1C1 曲柄摇杆机构 1=C，当曲柄转动一周，曲柄与连杆共线两次，摇杆处于(chy)两极限位置。曲柄摇杆工作行程回程1B12B2B1B21t2t21CC21CC 1 1一、急回特性和行程一、急回特性和行程(xngchng)速比系数速比系数1211tCCv 2212tCCv 第43页/共72页第四十四页，共73页。摇杆处于极限(

15、jxin)位置时曲柄之间所夹锐角。 曲柄摇杆机构 1=C，当曲柄转动一周，曲柄与连杆共线两次，摇杆处于两极限(jxin)位置。C1且21tt ABCDA2B2CD21B1C1定义(dngy)：（角）速度输出构件工作行程平均）速度输出构件回程平均（角K12vv 21tt21 180180K行程速比系数行程速比系数 K11180 KK180180 1 1123421 12vv 121221/tCCtCC 极位夹角极位夹角 第44页/共72页第四十五页，共73页。31K一般(ybn)为锐角， 原动件等速整周转动； 输出(shch)构件往复运动； 0。K2v100K，10K，急回=0180180KA2

16、B2CD123421B1C1 1 1机构输出构件具有急回特性的条件：A2B2CD123411B1C2 1 1第45页/共72页第四十六页，共73页。e1l2lABC1l2lABC偏置(pin zh)曲柄滑块机构对心曲柄(qbng)滑块机构10K，abABC1l2lA1B1C2B2CeabABCeA1B1C1l2l2B2CH曲柄曲柄(qbng)滑块机构滑块机构 1 1工作行程第46页/共72页第四十七页，共73页。摆动摆动(bidng)导杆机构导杆机构AB1l4lD 0 K1 0 K1 第47页/共72页第四十八页，共73页。FnFtF 1)压力(yl)角：不计摩擦时，从动件受力方向与受力点绝对

17、速度方向之间所夹锐角。FsinFFncosFFt-径向分力，Fn，运动(yndng)副摩擦-切向分力(fnl)，有效分力(fnl)，推动CD杆转动。tF在机构运动过程中是变化的。2)传动角传动角：受力与受力点绝对速度垂直之间所夹锐角。90设计时应满足： min 5040 在什么位置？minABCDv三、四杆机构的压力角和传动角三、四杆机构的压力角和传动角第48页/共72页第四十九页，共73页。ABCDFvFvmin的位置的位置：令连杆(lin n)与摇杆的夹角为，如图：时，90时，90180)2)(cos3221423221minllllll)2)(cos3221423221maxllllll

18、若90maxminmin若90max)180min(maxminmin，abcdabcdABCDABCDminAB C Dmax共线位置之一。出现在曲柄与机架两次结论：min1l2l3l4l1l2l3l4l第49页/共72页第五十页，共73页。 摇杆为主动(zhdng)件，且连杆与曲柄两次共线时，有：此时(c sh)机构不能运动，称此位置为：定义(dngy)：090，0tFFF“死点”克服的方法：安装飞轮，利用惯性克服死点（例如：内燃机、缝纫机）多个机构错位排列（例如：火车车轮）12四、死点位置四、死点位置23 平面四杆机构的特性第50页/共72页第五十一页，共73页。FAEDGBCABEFD

19、CG动画演示(ynsh)火车(huch)23 平面四杆机构(jgu)的特性第51页/共72页第五十二页，共73页。ABDC飞机(fij)起落架ABCD =0F(3)死点的利用：例如：飞机(fij)起落架、夹具等。第52页/共72页第五十三页，共73页。工工件ABCD1234P夹具(jij)ABCD1234工件PQ =0=0第53页/共72页第五十四页，共73页。 一、连杆机构设计一、连杆机构设计(shj)的基本问题的基本问题 机构选型根据(gnj)给定的运动要求选择机构的类型；尺度综合确定各构件的尺度参数(长度(chngd)尺寸)。 同时要满足其他辅助条件：a)结构条件（如要求有曲柄、杆长比恰

20、当、运动副结构合理等）;b)动力条件（如min）;c)运动连续性条件等。1 1、设计的设计的内容：内容：第54页/共72页第五十五页，共73页。2 2、设计、设计(shj)(shj)问题的类型：问题的类型：实现预定(ydng)的运动规律 要求两连架杆的转角满足函数 y=logxABCDxy=logx第55页/共72页第五十六页，共73页。要求满足连杆(lin n)的预定位置如：造型机翻转(fn zhun)机构第56页/共72页第五十七页，共73页。搅拌机CBADE要求连杆上E点的轨迹(guj)为一条卵形曲线实现预定(ydng)的运动轨迹第57页/共72页第五十八页，共73页。钢材(gngci)

21、输送机ABCDE14325 6第58页/共72页第五十九页，共73页。E 二、按给定的行程速比系数二、按给定的行程速比系数(xsh)K设计设计1、曲柄、曲柄(qbng)摇杆机构摇杆机构计算(j sun)已知：摇杆CD长，摆角 及K任取一点D，作摇杆CD的两极限位置，夹角为 ；作C2PC1C2，作P C1C2的外接圆，AC1C2D步骤：11180KK90P C2C1D A分析：K ，关键是求满足 角的A点9021PCC作C1P使则A点必在此圆上。13有无穷多解FG注意注意: :A点不能选在FG劣弧段上,否则机构将不满足运动连续性条件。第59页/共72页第六十页，共73页。E 选定A，设曲柄(qb

22、ng)为l1，连杆为l2，则:或作图：以A为圆心(yunxn)，AC2为半径作弧交AC1于E，得： C1C2D90P122llAC121llAC2211ACAClB1 C2C1D AB22l113l1=EC1/ 2 l2 = AC1EC1/ 2 2212ACAClA一、按给定的行程速比系数一、按给定的行程速比系数K设计设计1、曲柄摇杆机构、曲柄摇杆机构已知：摇杆CD长，摆角 及K步骤：分析：K ，关键是求满足 角的A点第60页/共72页第六十一页，共73页。 C1C2D90P13作求A的辅助(fzh)圆，有无穷多解。B1B2 A已知机架的长度(chngd)l4要求 minmin min A点选

23、在C1G、 C2F两弧段上，则当A向G(F)靠近时，机构的最小传动角将随之减小而趋向零，故A应适当远离G(F)点较为有利。 利用其他辅助条件确定A，得到其中一解，例：2l1FG检验条件（校核条件） 分隔17一、按给定的行程速比系数一、按给定的行程速比系数K设计设计1、曲柄摇杆机构、曲柄摇杆机构已知：摇杆CD长，摆角 及K步骤：分析：K ，关键是求满足 角的A点第61页/共72页第六十二页，共73页。2、曲柄、曲柄(qbng)滑块机构滑块机构已知：K，滑块行程(xngchng)H，偏距e。计算(j sun):作C2 C1 H作射线C2O 使C1C2O=90 , 以O为圆心，C1O为半径作圆。以A

24、为圆心，AC2为半径作弧交于E,得：作射线C1O使C2C1 O=90。 作偏距线e，交圆弧于A，即为所求。11180KK步骤：H90o902eAE211ECl 2112ECACl1B2B分析：K，关键是求满足 角的A点C2C1H 2C1CA第62页/共72页第六十三页，共73页。mn = = D3、导杆机构、导杆机构(jgu)分析(fnx)：由于与导杆摆角相等，设计此 机构时，仅需要确定曲柄a。 计算(j sun) 任选D作mDn ， 取A点，使得AD=l4，则 : l1=l4sin( /2)。 Al4作角平分线；已知：机架长度d，K，设计此机构。步骤：11180KKDA 若已知曲柄l1，则作mD的垂线AB=l1 ， 则 : l4= l1/sin( /2)。Bl1第63页/共72页第六十四页，共73页。B3C3二、按给定连杆位置设计二、按给定连杆位置设计(shj)四杆机构四杆机构已知活动铰链中心的位置(wi zhi)(由B、C（动点）求A、D（定点）B1C1B2C2分析：A点是Bi点的轨迹中心D点是Ci点的轨迹中心步骤：连接B1B2，作中垂线连接B2B3，作中垂线相交得A A点AD同理作Ci点的中垂线求得D点。方法：作垂直平分线（中垂线）？ACBD第64页/共72页第六十五页，共73页。C2AD若给定连杆三个位置，有唯一(wi y)解；若C1、C2、C3位于一条直线上，D,则