机械原理第八章平面连杆机构及其设计.ppt

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1、返回,第八章 平面连杆机构及其设计,8-1 连杆机构及其传动特点,8-2 平面四杆机构的类型和应用,8-3 平面四杆机构的基本知识,8-4 平面四杆机构的设计,8-5 多杆机构,连杆机构常用其所含的杆数而命名，,故此类机构统称为连杆机构。,8-1 连杆机构及其传动特点,1.应用举例,契贝谢夫四足步行机构（图片、动画）,2.连杆机构,曲柄滑块机构,摆动导杆机构,此类机构的共同特点：,机构的原动件1和从动件3的运动都需要经过连杆2来传动。,机构中的运动副一般均为低副。,故此类机构也称低副机构。,连杆机构中的构件多呈现杆的形状，,故有四杆机构、六杆机构等。,例8-1 铰链四杆机构,故常称构件为杆。,

2、构件多呈现杆的形状；,可实现多种运动变换和运动规律；,连杆曲线形状丰富，可满足各种轨迹要求。,缺点：,运动链长，累积误差大，效率低；,惯性力难以平衡，动载荷大，不宜用于高速运动；,一般只能近似满足运动规律要求。,连杆机构及其传动特点(2/2),3.传动特点,运动副一般为低副；,优点：,8-2 平面四杆机构的类型和应用,1.四杆机构的类型,（1）基本型式,铰链四杆机构,等腰梯形机构,（2）演化形式,其他型式的四杆机构可以认为是由基本型式的四杆机构演化而来的，,其演化方法有：,1）改变构件的形状及运动尺寸,2）改变运动副的尺寸,例8-2,铰链四杆机构的倒置,曲柄滑块机构的倒置,双滑块机构的倒置,4

3、）运动副元素的逆换,2.四杆机构的应用,（1）基本型式四杆机构的应用,（2）演化型式四杆机构的应用,平面四杆机构的类型和应用(2/2),3）选用不同的构件为机架,（即机构的倒置）,8-3 平面四杆机构的基本知识,1.铰链四杆机构有曲柄的条件,最短杆长度最长杆长度其余两杆长度之和；,组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆。,（2）铰链四杆机构有曲柄的条件,最短杆为连架杆或机架。,例8-3 铰链四杆机构,（1）周转副的条件,1）各杆长度满足杆长条件,其中第一个条件称为杆长条件。,各杆长度应满足杆长条件；,2）各杆长度不满足杆长条件,此时不论以何杆为机架，机构均为双摇杆机构。,则机构为双曲柄机构；,当

4、最短杆为连架杆时，,如果各杆长度不满足杆长条件，,则机构无周转副，,例8-4 偏置曲柄滑块机构,偏置曲柄滑块机构有曲柄的条件：,连架杆长度偏距连杆的长度；,连架杆为最短杆。,对心曲柄滑块机构有曲柄的条件：,连架杆长度连杆的长度；,连架杆为最短杆。,平面四杆机构的基本知识(2/5),则机构为曲柄摇杆机构；,当最短杆的相对杆为机架时，,当最短杆为机架时，,机构为双摇杆机构。,结论：,如果铰链四杆机构各杆长度满足杆长条件，,2.急回运动和行程速度变化系数,（1）急回运动,当主动件曲柄等速转动时，从动件摇杆摆回的平均速度大于摆出的平均速度，摇杆的这种运动特性称为急回运动。,（2）行程速度变化系数K,结

5、论,且 角越大，K值越大，机构的急回性质也越显著。,例8-5 牛头刨床机构,当机构存在极位夹角 时，机构便具有急回运动特性；,例8-6 对心曲柄滑块机构,例8-7 偏置曲柄滑块机构,平面四杆机构的基本知识(3/5),（3）双曲柄机构的行程速度变化系数,设曲柄AB匀速转动，在连杆BC与AD平行的两位置，两曲柄的角速度相等，即3/11。,当曲柄从AB1转到AB2位置，主动曲柄转过1，从动曲柄转过1，此为慢转阶段，从动曲柄平均角速度为o=11/1。,当曲柄从AB2转到AB1位置，为快转阶段，从动曲柄平均角速度为m=(360-1)1/(360-1)。故双曲柄机构的行程速度变化系数为,连杆BC与从动件C

6、D之间所夹的锐角 称为四杆机构在此位置的传动角。,且 90 90,最小传动角的确定：对于曲柄摇杆机构，min出现在主动件曲柄与机架共线的两位置之一。,为了保证机构传力性能良好，,3四杆机构的传动角,对于曲柄摇杆机构，以摇杆CD为主动件，则当连杆与从动件曲柄共线时，机构的传动角0，,这时主动件CD 通过连杆作用于从动件AB上的力恰好通过其回转中心，出现了不能使构件AB 转动的“顶死”现象，,机构的这种位置称为“死点”。,4.死点,例8-9 曲柄滑块机构,例8-10 摆动导杆机构,例8-8 曲柄摇杆机构,平面四杆机构的基本知识(4/5),（1）克服死点的方法,1）利用安装飞轮加大惯性的方法，借惯性

7、作用使机构闯过死点。,2）采用将两组以上的同样机构组合使用，且使各组机构的死点位置相互错开排列的方法。,（2）死点的应用,例8-11 飞机起落架收放机构,例8-12 折叠式桌的折叠机构,平面四杆机构的基本知识(5/5),5连杆机构的运动连续性,8-4 平面四杆机构的设计,1.连杆机构设计的基本问题,例8-13 流量指示机构,例8-14 牛头刨床机构,（2）满足预定的连杆位置要求,连杆机构设计的基本问题是根据给定的要求选定机构的型式，确定各构件的尺寸，同时还要满足结构条件、动力条件和运动连续条件等。,（1）满足预定的运动规律的要求,即满足两连架杆预定的对应位置要求,（又称实现函数的问题)；,即要

8、求连杆能占据一系列预定位置,例8-15 小型电炉炉门的开闭机构,满足给定行程速比系数K的要求等。,（又称刚体导引问题）。,（3）满足预定的轨迹要求,图解法、解析法和实验法。,即要求在机构的运动过程中，连杆上某些点的轨迹能满足预定的轨迹要求。,例8-16 鹤式起重机,例8-17 搅拌机构,连杆机构的设计方法有：,平面四杆机构的设计(2/6),2.用作图法设计四杆机构,固定铰链 A、D：,活动铰链 B、C：,圆心,圆或圆弧,i=1、2、N,图解设计问题作图求解各铰链中心的位置问题。,各铰链间的运动关系：,2.1 图解设计的基本原理,平面四杆机构的设计(3/6),接下来，将原机构的各位置的构型均视为

9、刚体，并向某一选定位置相对移动，使新机架的各杆位置重合，便可得新连杆相对于新机架的各个位置，即实现了机构的倒置。,这样，就将求活动铰链的位置问题转化为求固定铰链的位置问题了。,这种方法又称为反转法。,为了求活动铰链的位置，可将待求活动铰链所在的杆视作新机架，而将其相对的杆视为新连杆。,机构的倒置原理,平面四杆机构的设计(4/6),2.2图解设计的具体方法,（1）按连杆预定的位置设计,1）已知活动铰链中心的位置,2）已知固定铰链中心的位置,求解条件讨论：,当N3时，,当N2时，,当N4时，,当N5时，,（2）按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构,1）已知两连架杆三对对应位置,2）已知两连架杆四对

10、对应位置,有唯一解；,有无穷多解；,可能有无穷多解；,可能有解或无解；,平面四杆机构的设计(5/6),（3）按给定的行程速比系数设计四杆机构,例8-18 曲柄摇杆机构,例8-19 曲柄滑块机构,例8-20 摆动导杆机构,平面四杆机构的设计(6/6),3.用解析法设计四杆机构,（1）按预定的运动规律设计,1）按预定的两连架杆对应的位置设计,2）按期望函数设计四杆机构*,（2）按预定的连杆位置设计,（3）按预定的运动轨迹设计*,例8-21,例8-22,4.用实验法设计四杆机构*,（1）按两连架杆的多对对应位置设计,（2）按预定的轨迹设计,8-5 多杆机构,1.多杆机构的功用,（1）取得有利的传动角

11、,（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。,（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。,多杆机构(2/3),2.多杆机构的类型,瓦特型,斯蒂芬森型,瓦特型,瓦特型,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,多杆机构(3/3),（3）六杆机构的应用,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。,