机械原理23556.ppt

1、6.1 概述 6.2 平面四杆机构的基本类型及其演化 6.3 平面四杆机构的基本工作特性 6.4 平面连杆机构的设计,第6章 平面连杆机构,平面连杆机构：,用低副连接而成的平面机构。,平面机构：,各运动构件都在同一平面或相互平行的平面内运动的机构。,只用于速度较低的场合。,平面连杆机构的特点：,1、能实现多种运动形式。如：转动，摆动，移动，平面运动,2、运动副为低副：,面接触：,承载能力大；便于润滑。耐磨损，寿命长,几何形状简单便于加工，成本低。,3、缺点：,只能近似实现给定的运动规律；,设计复杂；,空间四杆机构,6.2平面四杆机构的基本类型及其演化,所有运动副均为转动副的平面四杆机构。,铰链

2、四杆机构：,4机架,1，3连架杆,定轴转动,2连杆,平面运动,一、铰链四杆机构的基本类型,整转副：,二构件相对运动为整周转动。,摆动副：,二构件相对运动不为整周转动。,曲柄：,作整周转动的连架杆。,摇杆：,作非整周转动的连架杆。,构件4为机架 曲柄摇杆机构,构件1为机架 双曲柄机构,构件2为机架 曲柄摇杆机构,构件3为机架 双摇杆机构,若A、D分别为整转副和摆动副，则 , 的变化范围是00，3600，而其余两角 , 则小于3600 。,变换机架：,1 曲柄摇杆机构,2 双曲柄机构,3 双摇杆机构,铰链四杆机构的基本形式：,1、曲柄摇杆机构,在两个连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆。,牛头刨床横

3、向自动进给机构,拉胶片 机构,雷达调整机构,缝纫机踏板机构,输 送 机,炉 门,两个连架杆均为曲柄的铰链四杆机构。,2、双曲柄机构,惯性筛,特例：平行四边形机构,特征：两连架杆等长且平行，连杆作平动。,反平行四边形机构,机车车轮联动机构,平行四边形机构存在运动不确定位置。,可采用两组机构错开排列的方法予以克服。,平行四边形机构 a 运动不确定性； b 用辅助构件克服运动不确定性,两个连架杆均为摇杆。,3、双摇杆机构,飞机起落架机构,特例：等腰梯形机构汽车转向机构,汽车前轮转向机构,鹤式起重机,二、平面四杆机构的演化型式,、改变构件的形状及相对尺寸的演化,曲柄摇杆机构（改变构件形状）,曲线导轨的

4、曲柄滑块机构,铰链c的运动轨迹由圆弧-变为直线,曲柄滑块机构 （偏置曲柄滑块机构 ）,曲柄滑块机构的演化,in-line,offset,曲柄滑块机构（对心曲柄滑块机构 ）,曲柄滑块机构的连杆长度增至无穷大时，演化成双滑块机构。,滑块联轴器,椭圆仪,曲柄滑块机构，使B处的转动副半径扩大，以至包含A，得一偏心圆盘，机构成为偏心轮机构 。,2、扩大转动副尺寸,偏心轮机构的演化,3、选用不同构件为机架的演化,铰链四杆机构：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构,曲柄滑块机构演化成导杆机构,用途：牛头刨床，差床或回传式油泵。,特征：传动角始终是90，具有较好的传动能力,转动导杆机构：,摆动导杆机构：,曲柄

5、滑块机构演化成摇块机构,曲柄滑块机构演化成定块机构,摇块机构和定块机构,综上所述，虽然四杆机构型式多种多样，但其本质可认为是由最基本的铰链四杆机构演化而成，从而为认识和研究这些机构提供了方便。,6.3 平面四杆机构的工作特性,一、急回特性和行程速比系数,：极位夹角,工作行程：,原动件作匀速转动，从动件作往复运动的机构，从动件工作行程和空回行程的平均速度不相等。,急回特性：,空回行程：,慢行程,快行程,急回特性,行程速度变化系数:,摆动导杆机构的急回特性：,快行程： B2B1 慢行程： B1B2,曲柄滑块机构的急回特性：,偏置曲柄滑块机构 有急回特性； 对心曲柄滑块机构 无急回特性。,快行程：

6、C2C1， B2B1 慢行程： C1C2， B1B2,从动件上某点的受力方向与从动件上该点速度方向的所夹的锐角。,2、传动角：P与Pn夹角，,（经常用衡量机构的传动性能）,1、压力角,二、压力角和传动角,4、最小传动角的计算,3、机构运转时，压力角是变化的，为了保证机构的正常工作，必须规定最小传动角min的下限。通常取min40。,将的最值分别代入，通过比较得到min。,min =minmin, min,1、以摇杆作原动件时，当曲柄和连杆处于同一直线位置时，即在极限位置时，连杆对曲柄没有力矩作用，因此不能使曲柄转动，会出现卡死或者运动不确定现象。,三、死点位置,通过对从动曲柄加载，或利用飞轮及

7、从动曲柄自身的惯性克服。,2、实例,1-摇杆；3-曲柄,若1和4能绕A整周相对转动，则存在两个特殊位置： a+db+c (1) bc+d-a 即：a+bc+d (2) cb+d-a 即：a+cb+d (3),四、铰链四杆机构存在曲柄的条件,a+db+c (1) a+bc+d (2) a+cb+d (3) (1)+(2) 得：2a+b+d2c+b+d ，即ac (1)+(3) 得：ab (2)+(3) 得：ad,铰链四杆机构存在整转副的条件（杆长之和条件）：,1为最短杆,铰链四杆机构分为两大类：,（1）最短构件与最长构件的长度之和大于其他两构件长度之 和，所有运动副均为摆动副，均为双摇杆机构。,

8、（2）最短构件与最长构件的长度之和小于或等于其他两 构件长度之和，最短构件上两个转动副均为整转副。,取最短构件为机架,双曲柄机构,取最短构件任一相邻构件为机架,曲柄摇杆机构,取最短构件对面的构件为机架,双摇杆机构,具有整转副的铰链四杆机构是否存在曲柄，存在几个曲柄，还要根据选哪个杆作为机架来确定。,讨论：,取最短构件为机架,取最短构件任一相邻构件为机架,取最短构件对面的构件为机架,取最短构件任一相邻构件为机架,曲柄滑块机构有曲柄的条件：,AC1E：b-a e AC2E：a+b e,存在曲柄的条件: ba+e 或 e=0, ba,6.4 平面连杆机构的设计,方法：,（2）点的运动轨迹。,根据给定

9、的运动条件，确定机构运动简图的尺寸参数。,目的：,条件：,（1）从动件的运动规律（位置、速度、加速度）。,解析法、图解法、实验法。,1.按给定的行程速度变化系数设计四杆机构,已知条件：摇杆长度l3 , 摆角 和行程速度变化系数K。,一、图解法设计四杆机构,（1） 由给定的行称速比系数K，求极位夹角；,A 曲柄摇杆机构,（2）任选固定铰链中心D的位置，根据摇杆长度l3和摆 角 ，作出摇杆的两个极限位置C1D和C2D；,（3）过C1作垂线C1M垂直于C1C2；,（4）作直线C2N与C1相交于P点， 且C1C2N 90；,（5）作PC1C2的外接圆，以 此圆周上任一点A作为曲 柄的固定铰链中心。,l

10、1 = (AC2-AC1)/2 l2 =(AC2+AC1)/2,（6）量取 AC1 和 AC2的长度,假设曲柄长度为l1，连杆长度为l2,（1）由已知的行程速度变化系数 K，求极位夹角 ；,（2）任选一点作铰链中心C，以 角 作边Cn , Cm；,（3）作摆角 的平分线AC，并 在线上取ACl4，确定固定 铰链中心A的位置；,（4）过A点作导杆极限位置的 垂线AB1，即得曲柄长度。,B 导杆机构 已知条件：机架长度l4、行程速度变化系数K。,按K值设计导杆机构,C 偏置曲柄滑块机构 已知条件：滑块行程H，偏距e、行程速度变化系数K。,(b-a)/sin( AC2C1)=H/sin,C1AC2,

11、H2=(b-a)2+(b+a)2-2*(b-a)*(b+a)*cos =2* b2 *(1- cos)+2* a2 *(1+ cos),e=(b+a) * sin( AC2C1) =(b2-a2)sin/H,sin(AC2C1)=e/(b+a),MAC2,2.按给定连杆位置设计四杆机构,给定连杆的两个位置及连杆的长度 已知：连杆长度l3=BC,连杆的两个位置B1C1和B2C2 ,要求确 定连架杆与机架组成的固定铰链中心A和D位置，并 求出其余三杆的长度l1, l2 和l4。,造型机翻转机构,（1）根据给定条件，确定连杆的两个位置B1C1和B2C2。,造型机翻转机构,（2）连接B1B2，C1C2

12、并作B1B2和C1C2的垂直平分线b12，c12。,（3）A，D在直线b12和c12上。,（）按两连架杆给定的对应位置设计四杆机构,设计原理？,设计过程,二、解析法设计四杆机构,用解析法设计四杆机构，首先要建立机构的各待定尺寸参数和已知的运动参数的解析方程，通过求解方程得出需求的机构尺寸参数。,)按给定两连架杆对应角位移设计四杆机构,铰链四杆机构中，原动件的初始角为0，角位移为；从动件的初始角为0，角位移为；要求确定各构件尺寸、。,为建立包括运动参数与构件尺寸参数的解析方程，先建立直角坐标系，使原点与固定铰链重合，轴与机架相重合。把各构件表示为矢量构成矢量封闭形。,矢量方程为,分量方程为,消去

13、，并整理得,式中,方程中有5个未知量 p1、p2、p3、0、0,通常有两种情况进行机构尺寸的求解。,已知连架杆的起始角060，其转角范围为m100；要求两连架杆和之间的转角近似地实现函数关系=lg x，（），但必须保证下列三组对应值完全准确：x12、y10.301；x22、y20.699；x32、y30.9542,连架杆的起始角0240,其转角范围为m-50。,1)按给定的运动规律设计四杆机构,先建立点的位置方程。 要确定M点的位置，需要6个尺寸参数，一般选：、和。首先要寻求这6个参数与M点的坐标(XM,YM)的关系。在四边形ABNM和四边形MNDC中,)按给定的运动轨迹设计四杆机构,要求选定各构件尺寸及连杆上某点的位置，使该点运动轨迹与给定轨迹相符。,分别消去和，并考虑到12,式中：,待定尺寸参数为、和。若在给定的轨迹中任选个点的坐标XMi、YMi（，），代上式中，联立求解，即可求出机构尺寸及连杆上点的位置。所得结果能实现给定轨迹中这点的位置，其他位置就不一定能实现。,为使连杆曲线上能有更多的点与给定的轨迹相符合，引入另一个坐标系xoy，也就