机械原理CH2-平面连杆机构及设计.ppt

1、第二章,平面连杆机构及其设计,华中科技大学 机械学院 刘伦洪,二、连杆机构的分类 1、根据构件之间的相对运动分为： 平面连杆机构、空间连杆机构 2、根据机构中构件数目分为： 四杆机构、五杆机构、六杆机构、,若干个构件全用低副联接而成的机构，也称之为低副机构。,一、 连杆机构,三、平面连杆机构的特点,适用于传递较大的动力，常用于动力机械 依靠运动副元素的几何形面保持构件间的相互接触，且易于制造，易于保证所要求的制造精度 能够实现多种运动轨迹曲线和运动规律，工程上常用来作为直接完成某种轨迹要求的执行机构 不足之处： 不宜于传递高速运动 可能产生较大的运动累积误差,机架,连杆,在连架杆中，能绕其轴线

2、回转360者称为曲柄；仅能绕其轴线往复摆动者称为摇杆。,一、平面四杆机构的基本形式,1）曲柄摇杆机构：两连架杆中，一个为曲柄，而另一个为摇杆。 2）双曲柄机构：两连架杆均为曲柄。 3）双摇杆机构：两连架杆均为摇杆。,2-1 平面四杆机构的基本形式、演变及其应用,1、转动副转化为移动副,二、平面四杆机构的演变,对心滑块机构,偏置滑块机构,曲柄滑块机构,正弦机构,曲柄移动导杆机构,2、取不同构件为机架（机构倒置）,1）铰链四杆机构的倒置,直动滑杆机构 （定块机构）,曲柄摇块机构,2）单滑块机构的倒置,曲柄滑块机构,曲柄转动导杆机构,2）其他机构的倒置,?,3、扩大转动副,2-2 平面四杆机构设计中

3、的共性问题,一、平面四杆机构有曲柄的条件 二、平面四杆机构输出件的急回特性 三、平面机构的压力角和传动角、死点 四、运动的连续性,一、平面四杆机构有曲柄的条件,为什么关注有曲柄条件？,欲使连架杆AB成为曲柄，则必须使AB通过与机架共线的两个位置，即必须满足 a+db+c (1) |d-a|b-c| (2),结论（平面铰链四杆机构有曲柄的条件）： 1）连架杆与机架中必有一杆为四杆机构中的最短杆； 2）最短杆与最长杆之和应其余两杆的杆长之和。（杆长和条件）,(2) 若da 则可得,1、若满足杆长和条件： 以最短杆的相邻构件为机架，则最短杆为曲柄，另一连架杆为摇杆，即该机构为曲柄摇杆机构； 以最短杆

4、为机架，则两连架杆为曲柄，该机构为双曲柄机构； 以最短杆的对边构件为机架，则无曲柄存在，即该机构为双摇杆机构。 2、若不满足杆长和条件，该机构是双摇杆机构。,注意：铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭多边形条件：最长杆的杆长 其余三杆长度之和。,铰链四杆机构类型的判断条件,1）a为最短杆 2) a+eb,曲柄滑块机构有曲柄的条件,1)a为最短杆，且a+ed,2)d为最短杆，且d+ea,摆动导杆机构,转动导杆机构,导杆机构有曲柄的条件,摆角, 12 ,极位夹角, v2 =C1C2/t2,1=180+, 2=180-, v1 =C1C2/t1, t1t2 ,v1v2,二、平面四杆机构输出件的急回特

5、性,= v2/v1 =（C1C2/t2）/ （C1C2/t1 ） = t1/t2 =1/2 =(180+)/(180-),输出件空回行程的平均速度 输出件工作行程的平均速度,k =,= 180（k-1）/（k+1）,行程速度变化系数,连杆机构输出件具有急回特性的条件： 1）原动件等角速整周转动 2）输出件具有正、反行程的往复运动 3）极位夹角0,F1 = Fcos F2 = Fsin,1、机构压力角:在不计摩擦力、惯性力和重力的条件下，机构中驱使输出件运动的力的方向线与输出件上受力点的速度方向间所夹的锐角，称为机构压力角，通常用表示。,三、平面机构的压力角和传动角、死点,传动角：压力角的余角。

6、,机构的传动角和压力角作出如下规定： min；= 3060； max。 、分别为许用传动角和许用压力角。,通常用表示.,= 0 = 90,= arccosb2+c2-d2-a2+2adcos/2bc., = 0, min= arccosb2+c2-(d-a)2/2bc,=,或 = 180-, = 180, max= arccosb2+c2-(d+a)2/2bc,min=min , 180-maxmin,2、最小传动角的确定,B,A,B,C,e,a,b,min= =arccos（a+e)/b,为提高机械传动效率，应使其最小传动角处于工作阻力较小的空回行程中。,cos=（asin+e)/b,在不计

7、构件的重力、惯性力和运动副中的摩擦阻力的条件下，当机构处于传动角=0（=90）的位置下，无论给机构主动件的驱动力或驱动力矩有多大，均不能使机构运动，这个位置称为机构的死点位置。,F1 = Fcos F2 = Fsin,3、机构的死点位置,连杆机构的运动连续性：指该机构在运动中能够连续实现给定的各个位置。,错位不连续：在左图中，当曲柄转动时，摇杆不可能从CD位置转到CD位置，把连杆机构的这种运动不连续称为错位不连续。即：不可能要求从动件在两个不连通的可行域内（C1DC2，C1DC2）连续运动。 错序不连续：在右图中，要求连杆依次占据B1C1、B2C2、B3C3，当AB沿逆时针转动可以满足要求，但

8、沿顺时针转动，则不能满足连杆预期的次序要求，把机构的这种运动不连续问题称为错序不连续。,四、运动的连续性,可行域：当曲柄AB连续转动时，摇杆CD可以在其摆角或范围内往复摆动，称此两个范围为机构的可行域。,1、基本问题 根据机构所提出的运动条件，确定机构的运动学尺寸，画出机构运动简图。,1）根据给定的运动规律（位移、速度和加速度）设计四杆机构；,a 实现连杆的几个位置,c 实现两连架杆的对应角位移、角速度和角加速度（颚式碎矿机、惯性筛）,b 实现输出构件的急回特性,2）根据给定的运动轨迹设计四杆机构；,23 平面四杆机构的设计,3) 综合功能,1）实验法,3）解析法,2）几何法,2、设计方法,实

9、现连杆位置； 实现轨迹； 实现速度要求,B1,B2,B3,C2,C3,C1,一、给定连杆位置设计四杆机构,例：翻转机构,已知：2个位置B1-C1、B2-C2，及铰链安装平面AD,求：A的位置，并定出,C1,D,B1,C2,B2,二、给定行程速度变化系数设计四杆机构,AB=(AC2-AC1)/2 BC=(AC1+AC2)/2,AC1=BC-AB AC2=BC+AB,确定比例尺,C1,D,B1,C2,B2,铰链四杆机构-设计过程,已知：C1 、C2位置（行程H），K,e,A,曲柄滑块机构-设计过程,确定比例尺ml 画出C1、C2及偏心距e; 已知K，求 以90o-为底边角，C1-C2为底边作等腰三角形C1oC2 以三角形顶点o为圆心作辅助圆 圆与偏心距交点即为A