北工大机械设计基础教案02平面连杆机构及其设计

-PAGE1-第2章平面连杆机构及其设计基本要求：了解平面连杆机构的组成及其主要优缺点；了解平面连杆机构的基本形式——平面铰链四杆机构；了解其演化和应用；对曲柄存在条件、急回运动、行程速比系数、传动角、压力角、死点等有明确的概念。掌握按给定行程速比系数设计四杆机构和按给定连杆位置设计四杆机构的方法。重点：曲柄存在条件、急回运动、行程速比系数、传动角、压力角、死点等基本概念。按给定行程速比系数设计四杆机构和按给定连杆位置设计四杆机构。难点：平面四杆机构最小传动角的确定。学时：5学时。第一讲概述平面连杆机构——许多刚性构件用低副联接组成的平面机构。特点：1、承载能力大，耐磨损，且便于润滑，使用寿命长；2、便于制造，成本低，且易达到较高的精度；3、运动链较长，所以运动累积误差大；4、连杆产生的惯性力难以生产平衡；5、设计计算较复杂。连杆机构的分类：1、根据连杆机构中各构件间相对运动范围分：平面连杆机构空间连杆机构2、根据连杆机构所含构件数分：四杆机构多杆机构§2-1铰链四杆机构的基本型式和特点铰链四杆机构——全部回转副组成的平面四杆机构。铰链四杆机构的组成：一、铰链四杆机构的基本型式1、曲柄摇杆机构2、双曲柄机构3、双摇杆机构第二讲二、铰链四杆机构的演化形式3、摇块机构和定块机构4、双滑块机构5、偏心轮机构第三讲§2-3有关平面连杆机构的一些基本知识一、平面四杆机构有曲柄的条件设l1、l2、l3、l4为各杆长度。且设l1<l4，A为周转副。在△AC'D中，l4≤(l2-l1)+l3，即：l1+l4≤l2+l3l3≤(l2-l1)+l4，即：l1+l3≤l2+l4在△AC''D中，l1+l2≤l4+l3l1≤l2、l1≤l3、l1≤l4所以，l1为最短杆，且l1与任意一杆长度之和都小于其他两杆长度之和。结论：1、铰链四杆机构有整转副的条件是：最短杆与最长杆的长度之和应小于或等于其余两杆长度之和。2、整转副是由最短杆与其邻边组成。铰链四杆机构三种基本形式的判别依据：1、当铰链四杆机构满足杆长条件时，若：（1）最短杆为连架杆时——曲柄摇杆机构（2）最短杆为机架时——双曲柄机构（含平行四边形机构）（3）最短杆为连杆时——双摇杆机构2、当铰链四杆机构不满足杆长条件时——双摇杆机构二、平面连杆机构的急回运动和行程速比系数1、名词解释1）极限位置——C1D和C2D2）摆角——两极限位置所夹的锐角，用φ表示。3）极位——当摇杆处于两极限位置时，机构所处的这两个位置。4）极位夹角——当机构在两极限位置时，原动件AB所处两个位置之间所夹的锐角，用表示。2、急回运动当曲柄以等角速度ω1顺时针旋转时，我们来分析一下摇杆摆动的情况：a）曲柄AB1→AB2转过α1=180°+摇杆C1D→C2D摆过φ,C点经过所用时间：b）曲柄AB2→AB1转过α2=180°-摇杆C2D→C1D摆过φ,C点经过所用时间：∵α1＞α2∴t1＞t2c）设两过程的平均速度分别为v1、v2，则v1=/t1；v2=/t2∵=，t1＞t2∴v2＞v1（说明摇杆摆回的速度大于工作行程的速度）摇杆的这种运动性质称为急回运动。3、行程速比系数：用来表明急回运动的急回程度，用K表示。上式表明，K随的增大而增大。所以，可以通过分析机构中是否存在极位夹角及极位夹角的大小来判定是否存在急回运动及急回运动的程度。例一：对心曲柄滑块机构∴K=1（滑块在正反行程中平均速度相等）故，没有急回运动例二：偏置曲柄滑块机构∴K≠1有急回运动例三：导杆机构有急回运动第四讲三、平面连杆机构的传动角与死点1、压力角与传动角压力角——作用于C点的力与C点的速度方向之间所夹的锐角，用表示。Pt=PcosPn=Psin2）传动角——压力角的余角，用表示。=90°-越大，Pt越小、传力性越差，同时亦越小。所以，为了保证机构具有良好的传力性，通常取γmin≥40°，力矩较大时，要求γmin≥50°。3）最小传动角的位置由上图可见，2、死点第五讲§2-4平面连杆机构的设计连杆机构设计的基本问题：按给定运动要求选定机构的类型，并确定其各构件的尺度参数。设计要求：1、满足预定的运动规律要求；2、满足预定的连杆位置要求；3、满足预定的运动轨迹。设计方法：解析法、图解法和实验法一、按给定的行程速比系数K设计四杆机构1、曲柄摇杆机构a=2、曲柄滑块机构3、导杆机构二、按连杆预定位置设计四杆机构1、给定两个位置已知连杆上两活动铰链的中