《机械设计基础》第2章 平面连杆机构解读课件.ppt

第2章 平面连杆机构,2.1 概述2.2 铰链四杆机构的基本型式及其演化2.3 平面四杆机构的基本特性2.4 平面四杆机构的设计,第2章 平面连杆机构,一、基本概念1.连杆机构：构件间只有低副连接的机构。2.平面连杆机构：所有构件均作平行于某一平面的平面运动的连杆机构。3.平面四杆机构：只有四个构件（包括机架）的低副平面连杆机构。4.平面铰链四杆机构：全转动副的平面四杆机构。,2.1 概述,构件名称,连架杆：与机架相连的构件称为连架杆。,连架杆,机架,连架杆,连杆,机架：固定不动的构件称为机架。,连杆：不直接与机架相连的构件称为连杆。,二、平面连杆机构的特点及应用1.平面连杆机构的特点寿命长 低副联接，接触表面为平面或圆柱面，压力小；便于润滑，磨损较小。易于制造 连杆机构以杆件为主，结构简单。可实现远距离操纵控制 因连杆易于作成较长 的构件。可实现比较复杂的运动规律设计计算较繁复，当机构复杂时累计误差较大，影响其传动精度。惯性力不容易平衡，不适合于高速传动。不易精确地满足各种运动规律和运动轨迹的要求。,2.平面连杆机构的应用 最常用的基本机构之一，广泛应用于各种机械、仪表中。 如:内燃机、锻压机、空气压缩机及牛头刨 床中的主要运动的执行机构等； 缝纫机、颚式破碎机、拖拉机、回转式油泵等机器设备中的传动、操纵机构等。 雷达天线俯仰角的调整机构； 摄影车上的升降机构； 摇头风扇传动机构；,缝纫机,雷达天线俯仰角调整机构（动画）,一、铰链四杆机构的基本型式曲柄：能作整周转动的连架杆。,2.2 铰链四杆机构的基本型式及其演化,1、曲柄摇杆机构（动画） 具有一个曲柄和一个摇杆的铰链四杆机构。 一般地，曲柄为主动件做等速转动，摇杆为从动件作往复摆动。,2、双曲柄机构具有两个曲柄的铰链四杆机构。,平行四边形机构：连杆与机架的长度相等，且曲柄的转向相同长度也相等的双曲柄机构。 这种机构两曲柄的角速度始终保持相等，且连杆始终做平动，故应用较广。,运动的不确定性,有辅助构件的重复机构,有辅助构件的错列机构,逆平行四边形机构：连杆与机架的长度相等，两个曲柄转向相反、长度相等的双曲柄机构,车门启闭机构,3.双摇杆机构 具有两个摇杆的铰链四杆机构。,港口起重机,车辆前轮转向机构,二、铰链四杆机构的演化,1.转动副转化成移动副 铰链四杆机构中一个转动副转化为移动副, 铰链四杆机构中二个转动副转化为移动副,2.取不同构件为机架 铰链四杆机构, 含有一个移动副的四杆机构,含有一个移动副的四杆机构应用实例,回转油泵,含有一个移动副的四杆机构应用实例,自卸车,含有一个移动副的四杆机构应用实例,牛头刨床,数控牛头刨床（长沙机床厂机械刨床厂）,含有一个移动副的四杆机构应用实例, 含有两个移动副的四杆机构,含有两个移动副的四杆机构应用实例,滑块联轴器,含有两个移动副的四杆机构应用实例,一、铰链四杆机构存在曲柄的条件,2.3 平面四杆机构的基本特性,设 AB 为曲柄, 且 ad .,由 BCD :,b+cf 、,b+f c 、,c+f b,以 fmax = a + d ， fmin = d - a 代入并整理得：,b+c a+d 、 b+d a+c 、 c+d a+b,化简后得: ab 、 ac 、 a d,若 d a d a 、 d b 、 d c,1.铰链四杆机构存在曲柄的条件 连架杆或机架为最短杆； 最短杆和最长杆之和应小于或等于其他两杆长度之和。 其中条件又称为格拉肖夫（Grashof）判别式。,2.两个推论 不满足格拉肖夫判别式的铰链四杆机构，任何杆为机架时皆为双摇杆； 满足格拉肖夫判别式的铰链四杆机构： 当以最短杆的相邻杆为机架时，必为曲柄摇杆机构； 当以最短杆为机架时，必为双曲柄机构； 当以最短杆的对面杆为机架时，必为双摇杆机构。,3.判定铰链四杆机构类别的方法曲柄摇杆机构的条件：满足格拉肖夫判别式，且以最短杆的相邻杆为机架。双曲柄机构的条件：满足格拉肖夫判别式，且以最短杆为机架。双摇杆机构的条件：满足格拉肖夫判别式，且以最短杆的对面杆为机架；或不满足格拉肖夫判别式。,四杆机构类型的判别,lmax+lmin l余1+l余2,双曲柄机构,双摇杆机构,曲柄摇杆机构,可能有曲柄,机架,是,否,最短构件的对边,最短构件的邻边,最短构件,1.解释（工程上的作用） 某些连杆机构中，当主动件（一般为曲柄）等速转动时，作往复摆动或移动的输出构件在空行程中的平均速度大于工作行程的平均速度，缩短辅助生产时间，提高生产效率。,二、急回特性,2.极位夹角 急回特性机构中，当输出构件位于两极限位置时，主动件（曲柄）在与之对应的两位置之间所夹的锐角。极限夹角是标志机构有无急回特性的重要参数。,3.行程 机构中输出构件在两极限位置间的移动距离或摆动角度。,4.行程速度变化系数k作往复运动的输出构件在空回行程中的平均速度与工作行程中的平均速度之比值。 k用来表示机构急回特性的相对程度。,由上式可知，机构的急回程度取决于极位夹角的大小。角越大，K值越大，机构的急回程度也越高，但机构运动的平稳性就越差。反之反然。一般机械中1K2。,5.连杆机构具有急回特性的条件 输入件等速整周转动； 输出件往复运动； 极位夹角 。6.常见具有急回特性的四杆机构曲柄摇杆机构偏置曲柄滑块机构曲柄摆动导杆机构,1.定义 压力角：机构中输出件受力点处所受驱动力F和该点速度V之间所夹的锐角。 传动角：压力角的余角。,三、压力角和传动角,2.性质机构运动过程中，压力角或传动角是变化的；压力角越小或传动角越大，机构的传力性能越好，反之反然。所以压力角或传动角是反映机构传力性能的重要指标。3.压力角和传动角的取值 一般机械中，推荐 =40o 50o ；大功率机构或 min 50o 。,四、死点,1.解释 在不计构件的重力、惯性力和运动副中摩擦阻力的条件下，当机构处于压力角= 90o （即传动角= 0o ）的位置时，输出件所受驱动力的有效分力为零。机构的这种位置即为机构的死点。,2.越过死点的措施 在输出件上安装飞轮，利用其惯性顺利通过死点位置，如缝纫机上的带轮即起飞轮的作用。采用错位排列，将死点位置相互错开。,注意：对于曲柄摇杆机构和曲柄滑块机构， 只有当曲柄为从动件时，才可能有死点位置。,3.利用死点的事例,飞机起落架,夹具,折叠椅,一、设计问题的类型1、实现给定的从动件运动规律（位置、速度、加速度）。如当原动件等速转动，使从动件具有某种急回特性等。2、实现给定的运动轨迹。如使起重机变幅机构中某一点的轨迹为直线等。,2.4 平面四杆机构的设计,二 、设计方法 以上两类基本问题的设计方法：解析法；图解法；实验法；,三、图解法,1.按给定的连杆位置设计四杆机构（加热炉门）,2.按给定行程速度变化系数K设计四杆机构,AB=(AC1-AC2)/2BC=AC1-AB,AC2=BC-AB,AC1=AB+BC,给速度变化系数设计四杆机构：,四、实验法：,作业：习题2-6；习题2-7；习题2-9；,结束,给定连杆的三个位置设计四杆机构：,有急回特性。,曲柄摆动导杆机构,有急回特性。,二、压力角和传动角,1、压力角(pressure angle),从动件CD受的力F的作用线与力作用点C的绝对速度vc 所夹锐角，称为此位置的压力角。,在不计摩擦力、重力、惯性力的条件下，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线所夹的锐角。,由力的分解： 沿着速度方向的有效分力,垂直于Ft的分力,力F2 只能使铰链C、D产生压轴力，希望它越小越好；,力F1 越大，推动机构的有效分力就越大，传力效果就越好，即 越小越好。,因此，对连杆机构中的压力角提出了限制，最大不能超过 4050，即： = 4050,越小，受力越好。,越大，受力越好。,2、传动角(transmission angle）,压力角的余角称为机构在此位置的传动角。 = 90- ,机构在运转过程中，传动角 随机构的位置不同而变化，为保证机构的传力效果，,平面四杆机构的最小传动角位置,原动件为AB,在三角形ABD中：BD=a+d-2adcos (1)在三角形BCD中：BD=b+c-2bccos (2),以AB为原动件的曲柄摇杆机构，,当曲柄和机架处于两共线位置时，连杆和输出件的夹角最小和最大（ ）。,曲柄滑块机构min何时出现？,导杆机构,1、极位夹角,曲柄摇杆机构中曲柄与连杆两次共线位置时曲柄之间所夹锐角 称为极位夹角。,当AB与BC两次共线时，输出件CD处于两极限位置。摇杆在两极限位置所夹角称为摆角。,曲柄转角,对应的时间,摇杆点C的平均速度,),),2、急回运动(quick-return motion),t1t2,v2v1,