4平面连杆机构.ppt

1、由若干刚性构件用低副联接而成的机构称为连杆机构 连杆机构可分为空间连杆机构和平面连杆机构,本章将要介绍的内容有： 平面四杆机构的基本类型及其应用； 平面四杆机构的演化； 平面四杆机构的基本特性； 平面四杆机构的设计。,4.1 平面四杆机构的基本类型及其应用,二杆机构,三杆机构,平面连杆机构常见类型： 二杆机构 （开式链） 三杆机构 （开式链） 四杆机构 最基本形式 多杆机构 四杆机构的串接,开式链,4.1 平面四杆机构的基本类型及其应用,平面连杆机构常见类型： 二杆机构 （开式链） 三杆机构 （开式链） 四杆机构 最基本形式 多杆机构 四杆机构的串接,闭式链,四杆机构,4.1 平面四杆机构的基

2、本类型及其应用,平面连杆机构常见类型： 二杆机构 （开式链） 三杆机构 （开式链） 四杆机构 最基本形式 多杆机构 四杆机构的串接,闭式链,多杆机构,内燃机,抽油机,4.1 平面四杆机构的基本类型及其应用,应用,4.1 平面四杆机构的基本类型及其应用,应用,4.2 平面四杆机构的演化 （构件和转动副的演化）,平面四杆机构包括： 铰链四杆机构、 含一个移动副的四杆机构、 （含两个移动副的四杆机构、） 具有偏心轮的四杆机构。,分别介绍,平面四杆机构的三种类型,一、铰链四杆机构,机架,机架,各部名称 机架 连架杆 曲柄能绕固定轴线整周回转 摇杆只能摆动一定角度 连杆联接连架杆 整转副.机架上整周回转

3、 转动副 摆动副.机架上摆转 转动副,整转副,摆动副,4.2 平面四杆机构的演化,一、铰链四杆机构,铰链四杆机构的三种类型: 曲柄摇杆机构一个曲柄 双曲柄机构两个曲柄 双摇杆机构无曲柄,4.2 平面四杆机构的演化,机构类型的演化 （构件的演化）,回顾：四杆机构各部名称 连架杆 曲柄能绕固定轴线整周回转 摇杆只能摆动一定角度 连杆联接连架杆 整转副.机架上整周回转 转动副 摆动副.机架上摆转 转动副,铰链四杆机构有曲柄的条件 （机架上有整转副的条件）,必要条件（机构有整转副的条件）： 最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆之和,f,设 ad .,由 BCD 知:,b+cf 、,b+f c 、,c+

4、f b,杆AB能回转的条件 fmax = a + d ， fmin = d - a,4.2 平面四杆机构的演化,一、铰链四杆机构,铰链四杆机构的三种类型: 曲柄摇杆机构一个曲柄 双曲柄机构两个曲柄 双摇杆机构无曲柄,铰链四杆机构有曲柄的条件 （机架上有整转副的条件）,必要条件（机构有整转副的条件）： 最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆之和,f,4.2 平面四杆机构的演化,一、铰链四杆机构,铰链四杆机构的三种类型: 曲柄摇杆机构一个曲柄 双曲柄机构两个曲柄 双摇杆机构无曲柄,证：b+cf,fmax = a + d,b+c a+d,c+d a+b,b+d a+c,证得：a加任何一边都是最小,c+

5、f b,fmin = d - a,b+f c,fmin = d - a,（因 aa+d， b+d a+c， c+d a+b 得ab 、 ac 、 ad 即a最小） （证得充分条件）,铰链四杆机构有曲柄的条件 （教材：有整转副的条件）,必要条件（机构有整转副的条件）： 最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆之和,4.2 平面四杆机构的演化,一、铰链四杆机构,铰链四杆机构的三种类型: 曲柄摇杆机构一个曲柄 双曲柄机构两个曲柄 双摇杆机构无曲柄,充分条件（机架有整转副的条件）： 连架杆或机架之中有最短杆,前面得出： a是最短杆， a杆的两端都是整转副。 （动画证明）,（看动画，配合教具演示 最短杆的位

6、置与机构类型的关系 机构类型的判断方法：有几个整转副）,铰链四杆机构有曲柄的条件 （教材：有整转副的条件）,必要条件（机构有整转副的条件）： 最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆之和,4.2 平面四杆机构的演化,一、铰链四杆机构,铰链四杆机构的三种类型: 曲柄摇杆机构一个曲柄 双曲柄机构两个曲柄 双摇杆机构无曲柄,充分条件（机架有整转副的条件）： 连架杆或机架之中有最短杆,（取4或2做机架）最短杆做连架杆 曲柄摇杆机构 （取1做机架 ）最短杆做机架 双曲柄机构 （取3做机架 ）最短杆做连杆 双摇杆机构,一、铰链四杆机构,铰链四杆机构的三种类型: 曲柄摇杆机构一个曲柄 双曲柄机构两个曲柄 双摇杆

7、机构无曲柄,二、含一个移动副的四杆机构,铰链四杆机构,改用滑槽滑块,令DC=,令偏心距e=0,对心曲柄滑块机构,偏心曲柄滑块机构,摆动导杆机构,4.2 平面四杆机构的演化,运动副的演化,转动副演化成移动副,一、铰链四杆机构,铰链四杆机构的三种类型: 曲柄摇杆机构一个曲柄 双曲柄机构两个曲柄 双摇杆机构无曲柄,二、含一个移动副的四杆机构,三、含二个移动副的四杆机构（略）,四、具有偏心轮的四杆机构,扩大转动副,教具演示,B 转动副扩大 AB杆变成圆盘形,4.2 平面四杆机构的演化,运动副的演化,一、急回特性,急回特性,现象解释：,C,4.3 平面四杆机构的基本特性,一、急回特性,急回特性,行程速比

8、系数K快慢行程速比 K1,1=1800+ 2=1800-,4.3 平面四杆机构的基本特性,行程速比系数 K 极位夹角 q,一、急回特性,急回特性,A,B,C,D,a,b,c,d,极位夹角从动件极位、曲柄夹角（锐）,4.3 平面四杆机构的基本特性,行程速比系数 K 极位夹角 q,一、急回特性,判断：当=0时，K=1，无急回； 当0时，K1，有急回； 越大、K越大、 急回越明显 作用：节省空行程时间,急回特性,如 双曲柄机构 和 对心曲柄滑块机构,如曲柄摇杆机构、偏置滑块机构、摆动摇杆机构等,4.3 平面四杆机构的基本特性,一、急回特性,二、压力角和传动角,压力角 从动杆受力点的力作用方向与该点速

9、度方向所夹锐角. (不考虑摩擦),a,第一种情况 （连杆与摇杆夹角为锐角）,第二种情况 （连杆与摇杆夹角为钝角）,F,V,压力角,4.3 平面四杆机构的基本特性,一、急回特性,二、压力角和传动角,压力角 从动杆受力点的力作用方向与该点速度方向所夹锐角. (不考虑摩擦),传动角 压力角的余角,a,第一种情况 g = d（连杆与摇杆夹角为锐角）,第二种情况 g = 1800 - d（连杆与摇杆夹角为钝角）,传动角,F,V,4.3 平面四杆机构的基本特性,一、急回特性,二、压力角和传动角,压力角 从动杆受力点的力作用方向与该点速度方向所夹锐角. (不考虑摩擦),传动角 压力角的余角,有效分力Pt：,

10、Pt=P * COS,压力角、传动角、有效分力三者关系： Pt 为了保证机构良好的传力性能，设计时要求： min=4050,4.3 平面四杆机构的基本特性,一、急回特性,二、压力角和传动角,压力角 从动杆受力点的力作用方向与该点速度方向所夹锐角. (不考虑摩擦),传动角 压力角的余角,最小传动角出现的位置：,曲柄摇杆机构最小传动角min 只出现在曲柄与机架共线处（d最小或最大）。因为：,第一种情况 g = d（锐角）,第二种情况 g = 1800 - d（钝角）,注意:C和C并不是极限位置,4.3 平面四杆机构的基本特性,1、最小传动角出现的位置 2、压力角和传动角的分析点,一、急回特性,二、

11、压力角和传动角,压力角 从动杆受力点的力作用方向与该点速度方向所夹锐角. (不考虑摩擦),传动角 压力角的余角,曲柄为从动件时,曲柄为主动件时,a,a,压力角和传动角的分析点,4.3 平面四杆机构的基本特性,1、最小传动角出现的位置 2、压力角和传动角的分析点,一、急回特性,二、压力角和传动角,三、死点位置,现象: 顶死或倒车,现象:顶死或倒车,刚启动时,有个位置踏不动或出现“倒车”，需要借助手力搬动转动轮使其通过这个位置,4.3 平面四杆机构的基本特性,一、急回特性,二、压力角和传动角,三、死点位置,现象: 顶死或倒车,死点出现的位置：连杆与曲柄共线,位置:连杆与曲柄共线,曲柄摇杆机构，连杆

12、与曲柄有两次共线，死点就出现在这两个位置。（现场称上死点和下死点）,教具演示,4.3 平面四杆机构的基本特性,一、急回特性,二、压力角和传动角,三、死点位置,现象: 顶死或倒车,死点出现的条件: 曲柄做从动件,死点出现的位置：连杆与曲柄共线,条件:曲柄做从动件,曲柄做从动件，与连杆连线位置=0,曲柄做主动件不存在死点！,4.3 平面四杆机构的基本特性,一、急回特性,二、压力角和传动角,三、死点位置,现象: 顶死或倒车,死点现象的克服：,死点出现的条件: 曲柄做从动件,死点出现的位置：连杆与曲柄共线,克服: 利用飞轮惯性 两组机构错开排列,4.3 平面四杆机构的基本特性,一、急回特性,二、压力角

13、和传动角,三、死点位置,现象: 顶死或倒车,死点现象的克服：,死点出现的条件: 曲柄做从动件,死点出现的位置：连杆与曲柄共线,死点现象的利用：,利用:,4.3 平面四杆机构的基本特性,给定K 设计曲柄摇杆 设计曲柄滑块 设计导杆 给定连杆位置 给定两个位置 给定三个位置 设计双摇杆,(图解法、解析法、实验法),（直尺、圆规、量角器）,(图解法),实验法 和 解析法 不做具体介绍,4.4 平面四杆机构的设计,步骤： 1、由已知条件按比例作C1、 C2、D 点 2、求值， q =1800*（K-1）/（K+1） 3、以C1、C2 为角的对边作直角三角形及其外接圆 4、按已知条件（或需要）在外接圆上

14、定曲柄中心A 5、定曲柄长 （C2A-C1A）/2； 6、量各杆长，按比例计算实际长度,已知条件：摇杆的长度l C D、摆角和行程速比系数K。 主要设计内容：确定曲柄回转中心A点的位置、曲柄长度l A B，以及其它杆长l B C和l A D。,AB2C2D或AB1C1D为所求,给定K 设计曲柄摇杆 设计曲柄滑块 设计导杆 给定连杆位置 给定两个位置 给定三个位置 设计双摇杆,（直尺、圆规、量角器）,(图解法),4.4 平面四杆机构的设计,步骤： 1、由已知条件按比例作C1、 C2点 2、求值， q =1800*（K-1）/（K+1） 3、以C1、C2 为角的对边作直角三角形及其外接圆 4、按已

15、知条件 e 在外接圆上定曲柄中心A 5、定曲柄长 （C2A-C1A）/2 6、量各杆长，按比例计算实际长度,已知条件：滑块冲程H、偏距e、行程速比系数K。 主要设计内容：确定曲柄回转中心A点的位置、曲柄长度l A B，连杆长l B C。,AB2C2为所求,给定K 设计曲柄摇杆 设计曲柄滑块 设计导杆 给定连杆位置 给定两个位置 给定三个位置 设计双摇杆,（直尺、圆规、量角器）,(图解法),4.4 平面四杆机构的设计,步骤： （1）由给定的行程速比系数K计算极位夹角； （2）在图面适当位置确定摆杆铰链中心D，作mDn=； （3）作摆角的平分线。根据机架长度d在角平分线上取DA=d，A点为曲柄回转中心； （4）过A点作线段Dn与Dm的垂线AC1与AC2，两垂线长度均为曲柄长度a即AC； （5）按比例将图面上线段长度计算成实际长度。,已知条件：机架长度d、行程速比系数K。 主要设计内容：确定曲柄长度AC和摆角。,ADC1为所求,给定K 设计曲柄摇杆 设计曲柄滑块 设计导杆 给定连杆位置 给定两个位置 给定三个位置 设计双摇杆,（直尺、圆规、量角器）,(图解法),4.4 平面四杆机构