3zh连杆机构设计s解析.pptx

第三章 平面连杆机构及其设计第一节 平面连杆机构的概述 平面连杆机构的特点平面连杆机构的特点常见平面连杆机构类型常见平面连杆机构类型平面连杆机构设计的基本问题平面连杆机构设计的基本问题一、平面连杆机构的特点平面连杆机构是由若干个构件通过低副联接而成的机构，平面连杆机构是由若干个构件通过低副联接而成的机构，又称为平面低副机构。又称为平面低副机构。由四个构件通过低副联接而成的平面连杆机构，称为四杆机构。由四个构件通过低副联接而成的平面连杆机构，称为四杆机构。如果所有低副均为转动副，这种四杆机构就称为铰链四杆机构。如果所有低副均为转动副，这种四杆机构就称为铰链四杆机构。利用平面连杆机构中的连杆可满足多种运动轨迹的要求利用平面连杆机构中的连杆可满足多种运动轨迹的要求根据从动件所需要的运动规律或轨迹来设计连杆机构比较根据从动件所需要的运动规律或轨迹来设计连杆机构比较复杂，精度不高复杂，精度不高运动时产生的惯性难以平衡，不适用于高速场合运动时产生的惯性难以平衡，不适用于高速场合2、缺点、缺点由于是低副，为面接触，所以承受压强小、便于润滑、由于是低副，为面接触，所以承受压强小、便于润滑、磨损较轻，可承受较大载荷磨损较轻，可承受较大载荷结构简单，加工方便，构件之间的接触是由构件本身的几结构简单，加工方便，构件之间的接触是由构件本身的几何约束来保持的，所以构件工作可靠何约束来保持的，所以构件工作可靠可使从动件实现多种形式的运动，满足多种运动规律的要求可使从动件实现多种形式的运动，满足多种运动规律的要求1、优点、优点曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双曲柄机构二、常见平面连杆机构类型平行四边形机构平行四边形机构反平行四边形机构反平行四边形机构双摇杆机构双摇杆机构含含移移动动副副的的四四杆杆机构机构 三、平面连杆机构设计的基本问题一个设计过程：已知条件构件尺寸 三类基本问题：三种设计方法简明易懂，精确性差简明易懂，精确性差精确度好，计算繁杂精确度好，计算繁杂形象直观，过程复杂形象直观，过程复杂实验法 图解法解析法实现给定运动轨迹实现给定运动轨迹实现已知运动规律实现已知运动规律实现构件给定位置实现构件给定位置第二节 平面四杆机构的基本型式及其演化铰链四杆机构铰链四杆机构含一个移动副的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含两个移动副的四杆机构偏心轮机构偏心轮机构一、铰链四杆机构1 1、曲柄摇杆机构、曲柄摇杆机构在两连架杆中，一个为曲柄，另一在两连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆。个为摇杆。应用举例：应用举例：牛头刨床横向进给机构、搅面机、卫星天线、飞剪牛头刨床横向进给机构、搅面机、卫星天线、飞剪缝纫机脚踏板机构、自行车、走步机、送料机构缝纫机脚踏板机构、自行车、走步机、送料机构 一般曲柄主动，将连续一般曲柄主动，将连续转动转换为摇杆的摆动，也可摇转动转换为摇杆的摆动，也可摇杆主动，曲柄从动。杆主动，曲柄从动。运动特点：运动特点：曲柄摇杆机构应用实例搅面机曲柄摇杆机构应用实例卫星接收装置卫星接收装置曲柄摇杆机构应用实例缝纫机脚踏板机构缝纫机脚踏板机构曲柄摇杆机构应用实例自行车自行车曲柄摇杆机构应用实例跑步机跑步机曲柄摇杆机构应用实例自动送料机构自动送料机构两连杆架均为曲柄的四杆机构两连杆架均为曲柄的四杆机构应用举例：应用举例：惯性筛、插床机构惯性筛、插床机构运动特点：运动特点：2 2、双曲柄机构、双曲柄机构主动曲柄匀速转动，主动曲柄匀速转动，从动曲柄变速回转从动曲柄变速回转双曲柄机构应用实例惯性筛惯性筛双曲柄机构应用实例插插床床机机构构两连杆架均为摇杆的四杆机构两连杆架均为摇杆的四杆机构港口起重机、飞机起落架、车辆的前轮转向机构港口起重机、飞机起落架、车辆的前轮转向机构应用举例：应用举例：3 3、双摇杆机构、双摇杆机构运动特点：运动特点：两连架杆均两连架杆均不能作整周不能作整周回转回转双摇杆机构应用实例摇头风扇摇头风扇双摇杆机构应用实例车辆的前轮转向机构车辆的前轮转向机构双摇杆机构应用实例飞机起落架飞机起落架双摇杆机构应用实例港口起重机港口起重机选择连杆上合适的点，轨迹为近似的水平直线选择连杆上合适的点，轨迹为近似的水平直线二、含一个移动副的四杆机构扩大转动副，使转动副变成移动副扩大转动副，使转动副变成移动副选用不同的构件为机架选用不同的构件为机架曲柄滑块机构曲柄滑块机构曲柄摇块机构曲柄摇块机构导杆机构导杆机构直动滑杆机构直动滑杆机构摆动导杆机构对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构含一个移动副的四杆机构应用举例唧筒机构曲柄摇块机构自卸卡车车厢三、含两个移动副的四杆机构正切机构双转块机构双滑块机构四、偏心轮机构曲曲柄柄滑滑块块机机构构演演化化小型刨床应用实例构件构件2 2和构件和构件4 4均能作整周转动均能作整周转动 当杆当杆2 2的长度小于机架长度时，导杆的长度小于机架长度时，导杆4 4只能作来回摆只能作来回摆动，又称为摆动导秆机构，牛头刨中的主运动机构是它的应动，又称为摆动导秆机构，牛头刨中的主运动机构是它的应用实例用实例第三节 平面四杆机构的主要工作特性转动副为整转副的充分必要条件转动副为整转副的充分必要条件行程速度变化系数行程速度变化系数压力角和传动角压力角和传动角死点位置死点位置一、转动副为整转副的充分必要条件设设a ad d，则当，则当ABAB 杆能绕轴杆能绕轴A A 相对于相对于ADAD 杆作整周转动时，杆作整周转动时，ABAB 杆必杆必须占据与须占据与ADAD 杆共线的两个位置杆共线的两个位置a d，a b，a c 在BCD中b(d-a)+c在BCD中即 a+bd+c (3-2)c(d-a)+b即 a+cd+b (3-3)a+db+c (3-1)将式将式3-13-1、3-23-2、3-33-3两两相加，可得两两相加，可得即AB杆为最短杆铰链四杆机构有一个曲柄的条件：(1)(1)最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆长度之和；最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆长度之和；(2)(2)最短杆为连架杆。最短杆为连架杆。选任一杆为机架，都能实现完全相同的相对运动关系，这称为运动的可逆性。在一个四杆机构中，选取不同的构件作机架，以获得输出构件与输入构件间不同的运动特性。这一方法称为连杆机构的倒置。2.2.若机构满足杆长之和条件，则若机构满足杆长之和条件，则(1)(1)以最短杆的邻边为机架时为曲柄摇杆机构以最短杆的邻边为机架时为曲柄摇杆机构(2)(2)以最短杆为机架时为双曲柄机构以最短杆为机架时为双曲柄机构(3)(3)以最短杆的对边为机架时为双摇杆机构以最短杆的对边为机架时为双摇杆机构1.1.若机构不满足杆长之和条件则只能成为双摇杆机构若机构不满足杆长之和条件则只能成为双摇杆机构判别铰链四杆机构的基本类型同一机构取不同的构件为机架演示各构件长度变化时，四杆机构的运动情况二、行程速度变化系数原原动动件件作作匀匀速速转转动动，从从动动件件作作往往复复运运动动的的机机构构，从从动动件件正正行程和反行程的平均速度不相等的现象。行程和反行程的平均速度不相等的现象。1 1、急回运动特性、急回运动特性2 2、行程速度变化系数、行程速度变化系数极位夹角极位夹角（C C2 2ACAC1 1）（其值与构件尺寸有关，可能）（其值与构件尺寸有关，可能909090）BCDAC21CB12Bj1j2wq曲柄滑块机构曲柄滑块机构摆动导杆机构摆动导杆机构B12jeB1CAj1qw1C22慢行程CB1B2Aqywj12j三、压力角和传动角三、压力角和传动角ADwBdCB1B2C1C2dmaxdminFtFnFagC压力角：从动件所受的力F与受力点速度Vc所夹的锐角a。1 1、压力角、压力角a a有效分力：Ft=Fcosa有害分力：Fn=Fsinaa愈小，机构传动性能愈好。2 2、传动角传动角g g传动角：连杆与从动件所夹的锐角g g。g g=90=900 0-a ag越大，机构的传动性能越好，设计时一般应使gmin40，对于高速大功率机械应使gmin50。传动角的计算传动角的计算当当d d 90900 0，g=dg=d；当；当dd90900 0，g=180g=1800 0-d-d对于曲柄滑块机构，当主动件为曲柄时，最小传动角出现在曲柄对于曲柄滑块机构，当主动件为曲柄时，最小传动角出现在曲柄与机架垂直的位置。与机架垂直的位置。对于摆动导杆机构由于在任何位置时主动曲柄通过滑块传对于摆动导杆机构由于在任何位置时主动曲柄通过滑块传给从动杆的力的方向，与从动杆上受力点的速度方向始终给从动杆的力的方向，与从动杆上受力点的速度方向始终一致，所以传动角等于一致，所以传动角等于9090度。度。最小传动角的位置最小传动角的位置铰链四杆机构在曲柄与机架共线的两位置出现最小传动角。铰链四杆机构在曲柄与机架共线的两位置出现最小传动角。四、死点位置在从动曲柄与连杆共线的连个位置之一时，在从动曲柄与连杆共线的连个位置之一时，出现机构的传动角出现机构的传动角g g=0=0，压力角，压力角a a=90=90的情况，的情况，这时连杆对从动曲柄的作用里恰好通过其回这时连杆对从动曲柄的作用里恰好通过其回转中心，不能推动曲柄转动，机构的这种位转中心，不能推动曲柄转动，机构的这种位置称为置称为死点位置死点位置。利：利：工程上利用死点进行工作工程上利用死点进行工作。弊：机构有死点，从动件将出现卡死或运弊：机构有死点，从动件将出现卡死或运动方向不确定现象，对传动机构不利动方向不确定现象，对传动机构不利1 1、死点的位置死点的位置2 2、死点的利弊死点的利弊1）增大从动件的质量、利用惯性度过死点位置。）增大从动件的质量、利用惯性度过死点位置。3 3、度过死点的方法度过死点的方法2）采用机构错位排列的方法）采用机构错位排列的方法第四节 实现连杆给定位置的平面四杆机构运动设计图解法图解法解析法解析法一、图解法已知：连杆已知：连杆BCBC长度及三个位置（长度及三个位置（B B1C1、B2C2、B3C3）要求：设计铰链四杆机构要求：设计铰链四杆机构设计步骤：设计步骤：连接连接B1B2、B2B3，作线作线B1B2、B2B3的垂直平分线的垂直平分线b12、b23，交于，交于A点；点；连接连接C1C2、C2C3，作线作线C1C2、C2C3的垂直平分线的垂直平分线c12、c23，交于，交于D点；点；连接连接AB1、C1D。1 1、连杆位置用动铰链中心表示连杆位置用动铰链中心表示刚化反转法2 2、连杆位置用连杆平面上任意两点表示连杆位置用连杆平面上任意两点表示已知：连杆平面上两点已知：连杆平面上两点MNMN的三个位置（的三个位置（M1N1,M2N2,M3N3）要求：设计铰链四杆机构要求：设计铰链四杆机构M1N1ADB1C1M2N2M3N3A2D2A3D3设计步骤：设计步骤：连接连接AM2、DN2转动四边形转动四边形AM2N2D、使、使M2N2与与M1N1重合得点重合得点A2、D2连接连接AA2、AA3，作线作线AA2、AA3的垂直平分线，的垂直平分线，交于交于B1点；点；连接连接AB1、B1C1、C1D。转动四边形转动四边形AM3N3D、使、使M3N3与与M1N1重合得点重合得点A3、D3连接连接DD2、DD3，作线作线DD2、DD3的垂直平分线，的垂直平分线，交于交于C1点；点；连接连接AM3、DN3第五节 实现已知运动规律的平面四杆机构运动设计图解法图解法解析法解析法一、图解法按给定行程速度变化系数K设计四杆机构 按给定行程速度变化系数按给定行程速度变化系数K K设计四杆机构设计四杆机构已知：曲柄摇杆机构摇杆已知：曲柄摇杆机构摇杆长度长度c c、摇杆摆角、摇杆摆角、行行程速比系数程速比系数K K和曲柄长度和曲柄长度a a，设计此机构，设计此机构C1C2EADFO按给定行程速度变化系数按给定行程速度变化系数K K设计四杆机构设计四杆机构已知：曲柄摇杆机构摇杆长度已知：曲柄摇杆机构摇杆长度c c、摇杆摆角、摇杆摆角、行程速比行程速比系数系数K K和连杆长度和连杆长度b b，设计此机构，设计此机构C1C2HADMO按给定速度变化系数K设计导杆机构 按给定的 K、S 值,设计曲柄滑块机构C1C2S2qSADBCee若给定 K、S、e.AB=AC2-AC12BC=AC2+AC12铰链四杆机构的运动连续性第六节实现已知运动轨迹的平面四杆机构运动设计图谱法图谱法连杆曲线（定义）：四杆连杆曲线（定义）：四杆机构运动时，连杆作为平机构运动时，连杆作为平面复杂运动，对其上面任面复杂运动，对其上面任意一点都能描绘出一条封意一点都能描绘出一条封闭曲线，这种曲线称为连闭曲线，这种曲线称为连杆曲线。杆曲线。原理：连杆曲线的形状随原理：连杆曲线的形状随点在连杆上的位置和构件点在连杆上的位置和构件的相对长度的不同而不同。的相对长度的不同而不同。方法与步骤：借用已编成册的连杆曲线图谱，根据预定运动轨迹从图谱中方法与步骤：借用已编成册的连杆曲线图谱，根据预定运动轨迹从图谱中选则形状相近的曲线，同时查得机构各杆尺寸及描述杆在连杆上的位置，选则形状相近的曲线，同时查得机构各杆尺寸及描述杆在连杆上的位置，再用缩放仪求出图谱曲线与所需轨迹曲线的缩放倍数，即可求得四杆机构再用缩放仪求出图谱曲线与所需轨迹曲线的缩放倍数，即可求得四杆机构的结构及运动尺寸。的结构及运动尺寸。一、图谱法实验法、图谱法、平面四杆机构,最多能精确实现九个给定的轨迹点.孟宪源:现代机构手册李学荣:连杆曲线图谱