第八章平面连杆机构及其设计ppt课件.ppt

1,内容简介: 一、连杆机构及其传动特点 二、平面四杆机构的类型和应用 三、平面四杆机构的基本知识 四、平面四杆机构的设计 五、多杆机构,第八章 平面连杆机构及其设计,2,飞机起落架,3,在工程应用中十分广泛,如内燃机鹤式起重机火车轮急回冲床牛头刨床翻箱机椭圆仪机械手爪,4,连杆机构 由若干刚性构件用低副联接而成的机构，又称为低副机构。,5,2.平面连杆机构的特点,优点：（1）承受载荷大，便于润滑（2）制造方便，易获得较高的精度（3）两构件之间的接触靠几何封闭实现（4）较好实现多种运动规律和轨迹要求,6,缺点：（1）惯性力不易平衡，常应用于中低速场合（2）不易精确实现各种运动规律和轨迹要求（3）构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低,增加若干较大的平衡质量，尤其是要把平衡质量安装在连架杆延长线的某部位处，给机构设计带来较大困难。为了使机构的惯性力得到平衡，可采用将相同机构按对称方式进行布置的设计方法进行平衡。,7,a 曲柄（与机架相联且作整周回转运动的构件）,平面四杆机构最基本型式 铰链四杆机构,b 连杆（不与机架相联作平面运动的构件）,c 摇杆（与机架相联且只能在一定范围内作往复摆动构件）,d 机架 （相对固定不动的构件）,a、c 连架杆（与机架相连的杆件）,8,根据铰链四杆机构两连架杆的不同运动情况分类：,9,（1）曲柄摇杆机构 两连架杆中一杆为曲柄，另一杆为摇杆。,10,（2）双曲柄机构 两连架杆均为相对机架作整周回转的曲柄。,震动筛,应用举例：,11,机车车轮联动机构,车门开闭机构,特例：平行双曲柄机构 反平行双曲柄机构,平行双曲柄机构,反平行双曲柄机构,12,（3）双摇杆机构 两连架杆均为摇杆。,应用举例：,鹤式起重机,摇头风扇,汽车转向机构,特例：等腰梯形机构,13,2、平面四杆机构的演化型式,1）改变相对杆长、转动副演化为移动副,改变运动副类型转动副变成移动副,当CD无穷大时, 曲柄摇杆机构演化为何种机构 ?,14,(1)曲柄滑块机构,偏置曲柄滑块机构,当e=0时,如何 ?,15,对心曲柄滑块机构,思考题: 偏置曲柄滑块机构与对心曲柄滑块机构的区别 ?,当BC无穷大时, 曲柄滑块机构演化为何种机构 ?,改变构件相对尺寸e0,16,(2)双滑块机构,正弦机构,17,(1)变化铰链四杆机构的机架,曲柄摇杆机构,双摇杆机构,曲柄摇杆机构,双曲柄机构,2）选用不同构件为机架,18,曲柄滑块机构中构件1为机架,得到导杆机构。,(2)变化单移动副机构的机架,19,曲柄滑块机构中构件2为机架,得到曲柄摇块机构。,A,20,手摇唧筒,曲柄滑块机构中滑块3为机架，得到定块机构 （移动导杆机构）,21,（3）变化双移动副机构的机架,正弦机构,双转块机构,双滑块机构,22,机构类型?,举例1.牛头刨床,摆动导杆机构+曲柄滑块机构,23,3）改变运动副的尺寸,偏心轮机构,扩大运动副尺寸,24,特点: (1) 小行程 (2) 大输出力,25,小结,1）曲柄摇杆机构的演化,改变运动副类型转动副变成移动副,改变构件相对尺寸,改变构件相对尺寸e0,26,2）双曲柄机构的演化,改变运动副类型转动副变成移动副,转动导杆机构,改变运动副类型转动副变成移动副,双转块杆机构,改变构件相对尺寸,0,改变构件相对尺寸,27,3）双摇杆机构的演化,改变运动副类型转动副变成移动副,移动导杆机构,改变运动副类型转动副变成移动副,双滑块机构,0,改变构件相对尺寸,改变构件相对尺寸,28,4）曲柄滑块机构的演化,改变运动副类型转动副变成移动副,改变构件相对尺寸,正弦机构,改变机架,定为机架,双滑块机构,29,总结：平面四杆机构的演化,曲柄摇杆机构是四杆机构的最基本形式，其它类型的四杆机构都可以通过适当途径演化而成。,途径二：改换机架（改变机构类型）,途径一：改变杆长（改变机构类型）,途径三：扩大运动副尺寸（不改变机构类型）,30,曲柄摇杆机构 双曲柄机构双摇杆机构,铰链四杆机构,如何形成的三种基本形式?,三、平面四杆机构的基本知识（重点）,1.铰链四杆机构有曲柄的条件,31,曲柄摇杆机构,机架,连架杆曲柄,连架杆摇杆,连杆,周转副,周转副,摆转副,摆转副,（1）周转副和摆转副,32,铰链四杆机构,(2)周转副存在条件,结论：（1）构成周转副的两个构件中，必有一个是最短杆。,（2）最短杆和最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。,33,推论：（1）若A是周转副，则B必为周转副,（2）具有两个周转副的构件必为最短杆，并满足杆长和条件,（3）C、D不是周转副,（4）周转副条件不满足时，机构中的各构件只能摆动,34,曲柄摇杆机构,曲柄摇杆机构,双曲柄机构,双摇杆机构,例题,机架?,周转副?,35,(3)曲柄的存在条件（戈拉霍夫定理重点）,最短杆和最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和,周转副,周转副,摆转副,摆转副,最短杆是连架杆或机架,36,例1：曲柄滑块机构有曲柄的条件,曲柄滑块机构有曲柄的条件,37,例2：对心导杆机构有曲柄的条件,38,（1）极位夹角,当曲柄逆时针转过一周时，摇杆最大摆角 对应其两个极限位置（曲柄和连杆处于两次共线位置），通常把曲柄这两个位置所夹的锐角 称为极位夹角。,极位夹角()：输出构件在两个极限位置时，主动曲柄的一个位置的方向与第二位置的反方向之间的夹角 。,2.急回运动和行程速比系数,39,曲柄AB1AB2，摇杆C1DC2D, 1 推程运动角,曲柄 AB2AB1, 摇杆C2DC1D, 2 回程运动角,40,（2）急回运动,在曲柄等速回转情况下，摇杆往复摆动速度快慢不同的运动。,（3）行程速比系数,为衡量摇杆急回作用的程度，通常把从动件往复摆动平均速度的比值（大于1）称为行程速比系数，并用K来表示。,41,42,有急回要求的设备上，应明显标出原动件的正确回转 方向。,机构急回特性在工程上应用的三种情况： （1）慢进快退 （2）快进慢退 （3）无急回,43,讨论1：曲柄摇杆机构的极位夹角,44,讨论2：曲柄滑块机构的极位夹角,对心,偏置,= 0，K=1，无急回特性, 0，K 1，有急回特性,45,讨论3：摆动导杆机构的极位夹角, 0，K 1，有急回特性； =,46,3.铰链四杆机构的传动角和死点,（1）压力角和传动角,压力角：力F的作用线与力作用点绝对速度V所夹的 锐角。,在其它条件不变的情况下压力角越小，作功W越大。,47,传动角：压力角的余角。,传动角：机构传力性能的一个重要指标，是力利用率大小的衡量指标。,48,铰链四杆机构的压力角 铰链四杆机构中，如果不考虑构件的惯性力和铰链中的摩擦力，则原动件AB 通过连杆BC作用到从动件CD上的力将沿BC方向，该力的作用线与力作用点C点绝对速度所夹的锐角 称为压力角。,传动角 压力角的余角 定义为传动角。,49,讨论： 压力角越小，推动机构运动的有效分力越大，故压力角越小越好；,50,51,52,53,54,讨论：曲柄滑块机构的压力角。,55,从动件的传动角 时机构所处的位置（压力角等于90）。,（2）死点位置,56,无死点存在!,57,58,机构的极位与死点是同一位置吗？区别何在？,59,无死点存在！,有死点存在！,60,采取措施使其能顺利地通过死点位置。,蒸汽机车车轮联动机构,61,利用死点位置来实现一定工作要求。,飞机起落架机构,钻床夹具机构,62,* 连杆机构运动的连续性,错位不连续 错序不连续,63,四杆机构设计的基本问题,函数机构设计轨迹机构设计导引机构设计,四、平面四杆机构设计,64,65,1.导引机构设计,设计方法：图解法、解析法,（1）图解法,（2）解析法,66,2.函数机构设计,设计方法：图解法、解析法、数值比较法,（1）解析法,67,铰链四杆机构位置方程：,68,（2）数值比较法,设计步骤 建立连架杆转角曲线 数据库 将给定函数y=f（x）转换为连架杆转角关系曲线 与数据库中曲线 比较求得机构,69,（3）按从动件急回特性设计四杆机构,已知：行程速比系数K=1.25，摇杆长度 mm，摇杆摆角 ，机架长度 mm，试确定曲柄摇杆机构尺寸。,解：,70,已知：行程速比系数K、行程H和偏距e，现设计此机构。,71,已知:摆动导杆机构中机架的长度lAC，行程速比系数K，要求设计此机构。,B2,B1,72,3.轨迹机构设计,设计方法：实验法、解析法,（1）实验法,（2）解析法,73,74,75,4.连杆机构的优化设计,（1）问题的提出,（2）优化设计的基本概念,设计变量目标函数约束条件优化设计的数学模型,76,机构优化设计建模的基本问题： 正确地选择设计变量，根据机构的工作要求，提出恰当的限制条件并构造约束函数，建立能够描述机构特征的目标函数，并求其最小值。,77,五、多杆机构,1.多杆机构的功用,（1）取得有利的传动角,（2）获得较大的机械利益,（3）改变从动件的运动特性,（4）实现从动件带停歇的运动,（5）扩大机构从动件的行程,（6）使机构从动件的行程可调,（7）实现特定要求下的平面导引,结论 由于多杆机构的尺度参数较多，因此它可以满足更为复杂的或实现更加精确的运动规律要求和轨迹要求。但其设计也较困难。,78,（1）多杆机构的分类,1）按杆数分,五杆、六杆、八杆机构等；,2）按自由度分,单自由度、两自由度和三自由度多杆机构。,（2）六杆机构的分类,1）瓦特（Watt）型，有型、型两种。,2.多杆机构的类型,瓦特型,斯蒂芬森型,瓦特型,瓦特型,79,2）斯蒂芬森（Stephenson）型，有型、型、型三种。,斯蒂芬森型,斯蒂芬森型,斯蒂芬森型,（3）六杆机构的应用,80,契贝谢夫四足机器人,它是利用连杆曲线特性，当一对角足运动处在曲线的直线段时则着地静止不动，而另一对角足则处在曲线段作迈足运动，从而可实现类似动物的足行运动。,81,本章小结,（1）平面四杆机构的基本型式、特点及其演化方法。（2）铰链四杆机构曲柄存在条件，并判断铰链四杆机构的类型；曲柄滑块机构及导杆机构等其他四杆机构的曲柄存在条件的推导过程。（3）平面四杆机构的压力角、传动角、急回运动、极位夹角、行程速比系数等；连杆机构最小传动角出现的位置及计算方法；极位夹角与行程速比系数的关系式；死点在什么情况下出现及死点位置在机构中的应用。（4）平面四杆机构的设计,