平面连杆机构及其设计.ppt

第五章 平面连杆机构及其设计,第一节 平面连杆机构的特点与基本型式第二节 平面连杆机构的基本性质 第三节 平面连杆机构的设计,机械原理,2,一、平面连杆机构的特点 二、平面连杆机构的基本型式三、四杆机构的演化与变异 四、平面连杆机构的应用,第一节 平面连杆机构的特点与基本型式,3,一、平面连杆机构的特点,结构简单、易于制造、成本低廉,承载能力大,可实现多样化的运动规律,可实现远距离的运动和动力的传递,能实现特殊的运动轨迹,4,二、平面连杆机构的基本型式,（一）全转动副的四杆机构（铰链四杆机构）（二）含有一个移动副的四杆机构（三）含有两个移动副的四杆机构,5,（一）全转动副的四杆机构（铰链四杆机构）,曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构,6,曲柄摇杆机构,曲柄连架杆中能作整周转动的构件摇杆连架杆中只能作往复摆动的构件曲柄摇杆机构两个连架杆中一为曲柄，一 为摇杆连杆的机构,7,双曲柄机构,两个连架杆均为曲柄的连杆机构,两个连架杆平行且相等,机架与连杆平行并相等,称为平行四边形机构。,8,双摇杆机构,两个连架杆均为摇杆的连杆机构,9,（二）含有一个移动副的四杆机构,曲柄滑块机构 转动导杆机构 摆动导杆机构 曲柄摇块机构 移动导杆机构,10,曲柄滑块机构,一连架杆为曲柄，另一连架杆为相对机架作 往复移动的滑块,11,转动导杆机构,定义：一连架杆为曲柄，而另一连架杆也作 整周转动且与块状连杆组成移动副,12,摆动导杆机构,一连架杆为曲柄，另一连架杆作定轴往复摆动且与块状连杆组成移动副。,13,曲柄摇块机构,一连架杆为曲柄，另一连架杆为块状，且只能作定轴往复摆动。,14,移动导杆机构,导杆在固定滑块中做往复直线移动，曲柄做往复摆动,15,（三）含有两个移动副的四杆机构,双滑块机构 双转块机构 正弦机构 正切机构,16,双滑块机构,两个连架杆作成块状，且相对十字形机架作相 对移动,17,双转块机构,两块状连架杆均作定轴转动,连杆为十字形构件,18,正弦机构,位移量s=Lsin，与曲柄转角成正弦函数关系,一个连架杆作定轴转动，另一个连架杆作往复移动，且位移是曲柄转角的正弦函数。,19,正切机构,构件3的位移S=atan。,一个连架杆作往复摆动，另一个连架杆作往复移动、且位移是摆角的正切函数。,20,三、四杆机构的演化与变异,（一）低副相对运动的可逆性,低副所连接的两个构件之间的相对运动关系不因其中哪个构件作为参考坐标而变化。,构件1相对构件2的运动与构件2相对构件1的运动相同。,21,构件1相对构件2的运动轨迹为摆线,结论 高副不具有相对运动可逆性,高副没有运动的可逆性,构件2相对构件1的运动轨迹为渐开线,22,（二）四杆机构的演化与变异,1.全转动副的铰链四杆机构演化 2全转动副机构向含有移动副机构的演化 3含有一个移动副的四杆机构的演化 4含有两个移动副的四杆机构的演化5运动副的形状变异6构件形状变异7构件尺寸的变异,23,1铰链四杆机构的演化,AD为机架曲柄摇杆机构,BC为机架曲柄摇杆机构,曲柄摇杆机构ABCD中，A、B为整转副，D、C为摆转副,A、B整转副为双曲柄机构,D、C为摆转副为双摇杆机构,24,2转动副向移动副的演化,e=0,曲柄摇杆机构,曲柄曲线滑块机构,偏置曲柄滑块机构,对心曲柄滑块机构,25,3含有一个移动副的四杆机构的演化,转动导杆机构,曲柄摇块机构,移动导杆机构,曲柄滑块机构,A、B为整转副,26,4含有两个移动副的四杆机构的演化,正弦机构,双转块机构,双滑块机构,27,5运动副的形状变异,曲柄滑块机构,偏心盘机构,转动副的销钉扩大,28,29,转动副的销钉扩大实例,转动副的结构变异,摇杆,连杆,30,移动副的扩大与变异,剪床,31,6构件形状变异,曲柄摇块机构,摆动导杆机构,杆块变异,32,7构件尺寸的变异,机架AB尺寸增大到某一范围，转动导杆机构演化为摆动导杆机构。,33,四、平面连杆机构的应用,应用一,应用二,牛头刨床,小型牛头刨床,第五章 平面连杆机构及其设计,摆动式油泵,插齿机床让刀机构,自动卸料汽车,手摇唧筒,第五章 平面连杆机构及其设计,36,第二节 平面连杆机构的基本性质,一、曲柄存在条件二、急回特性 三、机构压力角与传动角 四、机构的死点位置,37,最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和;(杆长条件)连架杆与机架中必有一杆为最短杆。最短杆为连架杆或机架时。,一、曲柄存在条件,曲柄存在条件,38,构件1为机架,取不同构件为机架时的铰链四杆机构型式,构件4为机架,构件2为机架,构件3为机架,39,二、急回特性,极位夹角 当从动摇杆处于左、右 两极限位置时，主动曲 柄两位置所夹的锐角摇杆的摆角 从动摇杆两极限位 置间的夹角,急回特性 当曲柄等速转动时，摇杆往复摆动的平均速度不 同的运动特性。急回特性的相对程度，通常用v2 与v1的比值K来衡量，K称为行程速比系数。,40,行程速比系数K,41,传动角压力角的余角。,三、压力角和传动角,压力角从动件受力点（C点）的受力方向与受力点的速度方向之间所夹的锐角。,设计条件,如何确定min？,与构件位置 角的关系,42,最小传动角min出现的位置,对于曲柄摇杆机构，min出现在曲柄与机架共线的两位置之一。,min=min,1=min，2=180 max min为 1、2 中的较小者。,min,max,max,min,max为锐角,max为钝角,min 可能发生在主动曲柄与机架两次共线（AB，AB）的位置之一处，即 处。,ABDBCD,结论,第五章 平面连杆机构及其设计,44,四、死点位置,死点位置在摇杆CD为主动件的曲柄摇杆机构中，连杆BC与从动曲柄AB出现两次共线的位置。,特征=0（=90）,死点的缺陷,死点的利用,45,死点的缺陷,顺利通过死点位置的措施：利用系统的惯性；利用特殊机构,蒸汽机车驱动轮联动机构 利用机构错位排列,缝纫机踏板机构利用惯性,46,死点的利用,快速夹具,飞机起落架,47,第三节 平面连杆机构的设计,一、平面连杆机构设计的基本问题 二、图解设计法 三、解析设计法,48,一、平面连杆机构设计的基本问题,按照给定的运动轨迹设计四杆机构,（一）按照给定的连杆一系列位置设计四杆机构（二）按照连架杆的一系列位置设计四杆机构（三）按照行程速比系数设计四杆机构,按照给定的运动规律设计四杆机构,49,（一）按照给定连杆一系列位置设计四杆机构,刚体导引机构的设计,铸造车间翻转台,50,（二）按照连架杆的一系列位置设计四杆机构,实现函数关系的机构设计,51,（三）按照行程速比系数设计四杆机构,按照连架杆的两个极限位置和机构的急回特性设计四杆机构,52,按照给定的运动轨迹设计四杆机构,53,二、图解设计法,（一）按照连杆的一系列位置设计四杆机构,1按照连杆的二个位置设计四杆机构,2按照连杆的三个对应位置设计铰链四杆机构,（二）按照连架杆的一系列对应位置设计四杆机构,（三）按行程速比系数设计四杆机构,（四）按照连杆曲线设计四杆机构,54,B1,C1,B2,C2,b12,c12,A,D,1按照连杆的二个位置设计四杆机构,无穷多解,55,2按照连杆的三个对应位置设计铰链四杆机构,A,D,B1,C1,B2,C2,B3,C3,b12,c12,b23,c23,唯一解,56,（二）按照连架杆的一系列对应位置设计四杆机构,反转法的原理,按照连架杆的三组对应位置设计四杆机构,57,反转法的原理,按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构,按连杆预定位置设计四杆机构,58,反转法的原理,机构的两个位置为：AB1C1D，AB2C2D刚化 AB2C2D，绕D点旋转，使DC2重合DC1。把连架杆对应位置问题转化为以连架杆DC1为机架，连杆BC为连架杆的设计问题。,59,2,2,B2,反转法的过程,A,1,1,60,按照连架杆的三组对应位置设计四杆机构,铰链四杆机构,61,按照连架杆的三组对应位置设计四杆机构,已知连架杆三组对应角度，一连架杆和机架尺寸,注意：从不知长度的连架杆转动中心处，任选半径画弧，然后连接B1E1、B2E2、B3E3，得到三个四边形，再进行反转。,62,作图过程,(已知三组对应位置,机架和一连架杆尺寸),AB1C1DE1为所设计的机构,第五章 平面连杆机构及其设计,给定连架杆的对应位置 已知曲柄长度,曲柄滑块机构,第五章 平面连杆机构及其设计,HIGH EDUCATION PRESS,给定连架杆的对应位置 已知滑块的三个位置,曲柄滑块机构,第五章 平面连杆机构及其设计,HIGH EDUCATION PRESS,第五章 平面连杆机构及其设计,67,（三）按行程速比系数设计四杆机构,曲柄摇杆机构 曲柄滑块机构 导杆机构,常用设计步骤：,1.按实际需要给定行程速比K的数值2.算出极位夹角3.根据机构在极限位置时的几何关系，结合有关辅助条件 来确定机构运动简图的尺寸参数。,68,曲柄摇杆机构,AC1=a+b,AC1-AC2=2a,AC2=b-a,a=C1E/2,69,C1,C2,A,B2,B1,P,90-,E,铰链四杆机构(已知k,和摇杆尺寸c）,注意：k=1如何设计？,AC2=a+b,AC2-AC1=2a,AC1=b-a,a=C2E/2,70,B,B,1、验算最小传动角min,设计后的验算工作,2、判断有无曲柄存在,71,作图步骤(已知k,和摇杆尺寸c）,7、以A为圆心，（AC2-AC1）/2为半径画圆，AB1C1和 AB2C2即为所设计机构的二个位置。,1、计算极位夹角,2、作DC1C2,3、作C1C2P，C1C2P=90-,4、作直角C1C2P的外接圆,5、在C1C2P的外接圆上任选一点A，连接AC1和AC2,72,已知k,和摇杆尺寸c,已知机架尺寸d,90-,以D为圆心，d为半径画弧，交圆于A点。连AC1、AC2，可求a、b尺寸。,73,曲柄滑块机构,74,曲柄滑块机构（已知k，滑块行程和偏距e）,1、选比例尺，作C1C2=H,2、作C1C2P，C1C2P=90-,3、作直角C1C2P的外接圆,4、作C1C2平行线，交圆A点,5、连接AC1和AC2,6、EC2为2倍曲柄，B1C1为连杆尺寸,75,导杆机构,76,导杆机构（已知k，机架尺寸d）,5、AC1D，AC2D即为所设计之机构的两个极限位置。,4、过A点作mD与nD的垂线,3、在m D n 的平分线上取AD=d,2、作m D n=,1、,77,（四）按照连杆曲线设计四杆机构,图谱法 实验法 实验作图结合法,实验法,78,（一）解析法的基本原理（二）按连杆的一系列位置设计四杆机构（三）按照连架杆的对应位置设计四杆机构（四）按预定轨迹设计四杆机构,三、解析设计法,79,本章总结,重点：1、平面四杆机构的基本概念（曲柄存在条件、压 力角、传动角，极位夹角与急回特性，死点）2、按连杆对应位置设计四杆机构3、按连架杆对应位置设计四杆机构4、按急回特性设计四杆机构,