机械设计基础第二章 平面连杆机构.ppt

1、本章主要内容,铰链四杆机构的基本类型及其应用,铰链四杆机构的基本特性,平面四杆机构的设计,第二章平面连杆机构,平面机构+低副联接(转动、移动副)最常用平面四杆机构（四个构件四根杆),平面连杆机构,铰链四杆机构（全由转动副相联）,基本类型,(二)含有一个移动副的四杆机构,()铰链四杆机构,2-1平面四杆机构的基本类型及其应用P.20,(三)含有两个移动副的四杆机构,(四)具有偏心轮的四杆机构,(五)四杆机构的扩展,应用,连杆,连架杆,连架杆,机架,曲柄,摇杆(摆杆),(整转),(摆转),机架、连杆、连架杆,()铰链四杆机构p.20,机架参考系（固定件）连架杆与机架相联连杆不与机架相联,曲柄：可回

2、转360的连架杆摇杆：摆角小于360的连架杆滑块：作往复移动的连架杆,全由转动副相联的平面四杆机构,一.铰链四杆机构基本类型（按连架杆类型）,(天线摇杆)调整天线俯仰角的大小,放映机,1.曲柄摇杆机构连架杆曲柄(一般)原动件匀速转动摇杆(一般)从动件变速往复摆动,2.双曲柄机构：连架杆均为曲柄主动曲柄:匀速转动从动曲柄:变速转动,例:惯性筛中的铰链四杆机构从动曲柄3变速转动使筛子6产生加速度使不同材料因惯性不同而筛分,3.双摇杆机构连架杆均为摇杆,例:门式起重机的变速机构:CD(杆3)为原动件,悬挂重物的E点在连杆上保持E点运动轨迹在近似水平线上。（平移货物平稳、减小能量消耗）,二、含有一个移

3、动副的四杆机构P.24,3.摇块机构,滑块摆动例：摆动式内燃机、自卸货车,滑块固定例：抽水唧筒、抽油泵,滑块移动摆动例：刨床、插床、油泵,滑块移动例：活塞式内燃机、空气压缩机,1.曲柄滑块机构,曲柄滑块机构,导杆机构,摇块机构,定块机构,2.导杆机构,4.定块机构,三、含有两个移动副的四杆机构P.25,3.滑块联轴器,两个移动副不相邻，且均不与机架相关联。,两个移动副都与机架相关联。,两个移动副相邻，且其中一个移动副与机架相关联。,两个移动副不相邻,1.正切机构,正切机构,正弦机构,2.正弦机构,4.椭圆仪,摇块机构,定块机构,(铰链四杆、曲柄滑块),(曲柄很短时偏心轮机构)偏心距=曲柄长,铰

4、链四杆、曲柄滑块机构(扩大回转副)偏心轮机构,四、具有偏心轮的四杆机构P.27,偏心轮机构,曲柄回转副B(半径)曲柄长AB,原理：,A,B,C,例：,剪床、冲床、颚式破碎机、内燃机,五.平面四杆机构的特点及应用,1)低副，成本低，精度高；2)面接触,利于润滑及减少磨损,传载大,可靠性高。,1.特点:,1）实现已知运动规律2）实现给定点的运动轨迹,1)不易精确实现复杂的运动规律，设计也较复杂；2)当构件数和运动副较多时，效率较低。,缺点:,2.应用:,优点,1.手动冲床：两个四杆机构组成（双摇杆+摇杆滑块机构）,2.筛料机构：六杆机构两个四杆机构组成（双曲柄+曲柄滑块）,应用:,作业：简述铰链四

5、杆机构的基本类型及其应用,主要内容：平面四杆机构的基本类型及其应用,二、曲柄存在条件,2-2平面四杆机构的基本特性P.28,取决于机构各杆的相对长度,A,D,B,B,B”,C,C,C”,三式相加l1l2l1l3l1l4,当杆1处于AB”位置AC”D,l1l2l3l4(2-3),(l2l1)l3l4l1l4l2l3(2-1)(l2l1)l4l3l1l3l2l4(2-2),当杆1处于AB位置ACD,(曲柄l1,连杆l2,摇杆l3,机架l4)当AB能摆至与连杆共线的极位AB及AB”时能顺利通过整转副。,L1最短,分析:,一、铰链四杆机构有整转副的条件,l1,l4,l3,l2,结论:,整转副的条件最短

6、与最长杆之和小于其它两杆之和,二.曲柄存在条件（转动副为整转副）,1.曲柄存在条件,2.推论,实例分析:AB70,BC90,CD110,AD40,(1)最短与最长杆之和小于其它两杆和；(2)最短杆在连架杆或机架上。,(满足条件1)(1)最短杆在机架上(2)最短杆在机架邻边(3)最短杆在机架对边,双曲柄机构,曲柄摇杆机构,双摇杆机构,ADCD40110150ABBC160,当：AD为机架AB或DC为机架BC为机架,双曲柄机构,曲柄摇杆机构,双摇杆机构,二.死点位置三.压力角和传动角,三、曲柄摇杆机构的主要特性P.21,（一）急回运动,工作行程:空回行程:,B2B1(2)摇杆C2C1()12,而不

7、变,B1B2(1)摇杆C1C2(),工作行程时间空回行程时间,曲柄(主)匀速转动(顺)摇杆(从)变速往复摆动,极位:,曲柄与连杆共线(B1、B2)摇杆极位C1、C2,缩短非生产时间,提高生产率,例：牛头刨床、往复式输送机,其运动特性行程速度变化系数(行程速比系数)K,极位夹角(摇杆处于两极位时，对应曲柄所夹锐角),K急回运动性质,(2-5),曲柄摇杆机构曲柄主动急回,(2-4),（二）压力角和传动角P.30,1.压力角,2.传动角,：BC是二力杆,驱动力F沿BC方向,作用在从动件上的驱动力F与该力作用点绝对速度VC之间所夹的锐角。,连杆与从动杆所夹锐角有效力Fsin40,有效力Fcos（方便）

8、传动角=90(的余角),VC沿导轨(CD),分析,压力角（）：从动件受力作用点的速度方位线与力的作用线所夹的锐角。,传动角（）：=90压力角越小(即传动角越大)，有用的分力越大。所以传动角是衡量机构受力大小的一个重要参数。,（三）死点位置P.31,从动件与连杆共线卡死,当摇杆为主动件,而曲柄AB与连杆BC共线时(摇杆CD处于极位)CD(主)通过连杆加于曲柄的驱动力F正好通过曲柄的转动中心A不能产生使曲柄转动的力矩。,图2-4曲柄摇杆机构,图2-25,存在死点条件：,有极限位置（从动件与连杆共线）,措施,曲柄摇杆机构摇杆主动死点,死点,=0(=90),作业：P.372-1，2-3,主要内容：1.

9、铰链四杆机构有整转副的条件2.铰链四杆机构的基本特性（急回特性和死点位置）,2-3平面四杆机构的设计P.32,根据给定的运动条件运动简图的尺寸参数,一.按照给定的行程速比系数设计四杆机构(作图法),二.按给定连杆位置设计四杆机构(作图法),三.按给定两连架杆对应位置设计四杆机构(解析法),四.按给定点的运动轨迹设计四杆机构(实验法),一.按照给定的行程速比系数设计四杆机构:,1.曲柄摇杆机构:,2.导杆机构,C1PC2=,(1)可求出极位夹角,分析:,(2)C1AC2=,如果三点位于同一圆上,是C1C2弧上的圆周角,如何作此圆(未知A点),连OC2交圆于P点,C2C1P=90C1C2P=90,

10、P点可作,P,已知:摇杆长度L3,行程速比系数K,摆角,解:(1)任选D点,作摇杆两极位C1D和C2D,(2)过C1作C1C2垂线C1M,(3)过C1、C2、P作圆,(4)AC1=L2L1,AC2=L2+L1L1=1/2(AC2AC1),无数解,以L1为半径作圆,交B1,B2点曲柄两位置,M,N,在圆上任选一点A,C1M与C2N交于P点,作C1C2N=90,2.导杆机构:P.33,已知:机架长L4,K解:,(1)任选固定铰链中心C作导杆两极位Cm和Cn=,(2)作摆角的平分线AC,取AC=L4固定铰中心A,(3)过A作导杆极位垂线AB1(AB2)L1=AB1,唯一解,m,n,A,B1,B2,D

11、,B1,C1,B2,C2,无穷多个解,A,步骤：1、连接B1B2,C1C22、作B1B2,C1C2中垂线3、在中垂线上取一点作A,D4、连AB1C1D,二.按给定连杆位置设计四杆机构,1.已知:连杆BC长L2及连杆两个位置B1C1,B2C2,固定铰A必在B1B2垂直平分线上固定铰D必在C1C2垂直平分线上,分析,(1)连接B1B2,C1C2并作其垂直平分线b12,c12,(2)在b12线上任取一点A,在C12.任取一点D,解:,连杆给定的三个位置,铰点已给定,B1,C1,B2,C2,B3,C3,A,D,步骤：1.连接B1B2,B2B3,C1C2,C2C32.作各连线中垂线3.B1B2,B2B3中垂线之交点即为点A4.C1C2,C2C3中垂线之交点即为点D5.连接AB1C1D即为所求,2.已知:连杆BC长L2及连杆三个位置B1C1,B2C2,B3C3,唯一解,图2-33步进式传送机构,图2-35连杆曲线图谱,图2-34描绘连杆曲线工具,四.按给定点的运动轨迹设