第三章平面连杆机构2.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二层,第三层,第四层,第五层,第三章 平面连杆机构及其设计,3.1,平面连杆机构的类型和应用,3.2,平面连杆机构的运动特性和传力特性,3.3,平面连杆机构的运动功能和设计要求,3.4,刚体导引机构的设计,3.5,函数生成机构的设计,3.6,急回机构的设计,3.7,轨迹机构的设计,3.8,用速度瞬心法作平面机构的速度分析,3.9,用复数矢量法进行机构的运动分析,3.10,平面连杆机构的计算机辅助设计,3.11,用相对运动图解法作平面机构的运动分析,3.2,平面连杆机构的运动特性和传力特性,3.2,平面连杆机构的运动特性和传力特性,一、,平面四杆机构曲柄,存在的条件,二、,急回特性和行程速度变化系数,三、,平面四杆机构的压力角和传动角,四、,平面四杆机构的死点位置,五、,平面四杆机构的运动连续性,一、平面四杆机构曲柄存在的条件,显然，具有整转副的平面四杆机构才可能存在曲柄。,A,B,C,D,1,2,3,4,一、,平面四杆机构曲柄,存在的条件,1.,平面四杆机构整转副存在的条件,2.,平面四杆机构曲柄存在的条件,A,b,D,B,C,a,c,B,1,C,1,B,2,C,2,d,用同样的方法可得,:d,a,d,b,d,c,即,d,最短,设,da,设,d,a,1.,平面四杆机构整转副存在的条件,1.,平面四杆机构整转副存在的条件,若要使杆,AB,成为曲柄，转动副,A,就应为整转副，即杆,AB,应能占据在整周回转中的任何位置。,在 中,在 中,整理得,将式、中的三个不等式两两相加，化简后得,整转副存在的条件：,最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和即满足杆,长和条件。,当满足杆长和条件时，有最短杆参与构成的转动副都是整转副。,曲柄存在的条件：,最短杆与最长杆杆长之和应小于或等于其余两杆杆长之和（称为“杆长和条件”，即,Grashof criterion,）。,最短杆为连架杆或机架。,1,2,3,4,C,D,A,B,最短杆与相邻两构件分别组成的两转动副都是能作整周转动的“整转副”（,A,，,B,转动副）,其它两转动副是“摆动副”（,C,，,D,转动副）,2.,平面四杆机构曲柄存在的条件,2.,平面四杆机构曲柄存在的条件,取不同构件为机架,Grashof,准则可以被表示为,:,L,max,+L,min,L,b,+L,c,满足,Grashof,准则的连杆机构也称为,Grashof,连杆机构,。,Grashof(,格拉斯霍夫,),连杆机构,如果,L,max,+L,min,L,b,+L,c,则连杆机构称为非,Grashof,连杆机构,该机构中没有构件可以相对于其它构件相对转动,360,o,所有的倒置机构都是双摇杆机构。,非,Grashof(,格拉斯霍夫,),连杆机构,-,A,B,D,B,C,C,C,B,该机构无论取哪个构件为机架都是双摇杆机构。,非,Grashof(,格拉斯霍夫,),连杆机构,非,Grashof,连杆机构,中,没有构件能相对于其他构件整周转动,360,o,。,Grashof,双摇杆机构,中,连杆可以相对于与其相连的构件整周转动。,比较,:,-,A,B,D,B,C,C,C,B,2,3,4,1,A,D,C,B,著名的应用实例：摇头电扇的,摇头机构,Grashof(,格拉斯霍夫,),双摇杆机构的应用,A,B,1,2,3,4,5,2,1,1,1,5,D,C,如果,L,max,+,L,min,=,L,b,+,L,c,则四个构件可以到达共线位置。,在这些位置,机构的运动行为变得不确定。这些位置称为,变异点,。这样的连杆机构称为,变点机构,(,change-point mechanisms),。,变点机构,构形,AB,2,C,2,D,称为,平行双曲柄机构,(parallel-crank mechanism),构形,AB,2,C,2,D,称为,反平行双曲柄机构,（,antiparallel-crank mechanism,）,平行四边形机构,可通过增加不同相位的机构克服机构在变点位置的运动不确定性。,变点机构,反平行双曲柄机构,应用实例,:,公交车门的启闭机构,构件长,机架,L,max,+L,min,L,b,+L,c,L,max,+L,min,L,b,+L,c,L,max,+L,min,=L,b,+L,c,Grashof,机构,非,Grashof,机构,变点机构,最短构件,双曲柄机构,最短构件的对边构件,双摇杆机构,双摇杆机构,最短构件的邻边构件,曲柄,-,摇杆机构,铰链四杆机构类型判断准则,:,偏置曲柄滑块机构曲柄存在的条件,a+e,b,偏置曲柄滑块机构有曲柄条件需满足,:,1)a,为最短杆,2)a+eb,偏置曲柄滑块机构,1)a,为最短杆,2)a+e d,摆动导杆机构,1)d,为最短杆,2)d+e a,转动导杆机构,曲柄存在的条件,二、,急回特性和行程速度变化系数,急回特性：,曲柄等速转动时，摇杆往复摆动的平均速度不相同，摇杆的这种运动性质称为急回特性,(,Quick return characteristics),。,二、急回特性和行程速度变化系数,A,D,a,b,c,d,max,B,C,1,1,B,C,2,2,1,v,2,v,1,曲柄摇杆机构,1,=,1,t,1,180,0,2,=,2,t,2,180,0,t,1,t,2,v,2,v,1,二、,急回特性和行程速度变化系数,A,D,a,b,c,d,max,B,C,1,1,B,C,2,2,1,v,2,v,1,摇杆的角行程,：,C,1,DC,2,称为摇杆的角行程,(angular stroke),记做,max,。,A,D,a,b,c,d,max,B,C,1,1,B,C,2,2,1,v,2,v,1,极位夹角：,摇杆处于两极限位置时，相应的曲柄位置线所夹的锐角,，称为,极位夹角（,crank acute angle between the two limiting positions,）,。,二、,急回特性和行程速度变化系数,行程速度变化系数,K,(Coefficient of travel speed variation),：,A,D,a,b,c,d,max,B,C,1,1,B,C,2,2,1,v,2,v,1,K=1,时,无急回特性。,二、,急回特性和行程速度变化系数,上式表明：当机构存在极位夹角,时，机构便具有急回运动的特性。,角越大，,K,值越大，机构的急回运动性质愈显著。,1),原动件等角速整周转动；,2),输出件具有正、反行程的往复运动；,3),极位夹角,0,。,平面四杆机构具有急回特性的条件：,二、,急回特性和行程速度变化系数,偏置曲柄滑块机构,(Offset slider-crank mechanism),C,1,C,2,是滑块的行程，,C,1,AC,2,极位夹角,曲柄,AB,以等角速度逆时针转动时，滑块向右为慢行程，向左为快行程。,A,a,b,e,H,C,2,C,1,B,1,B,2,由于,0,，故机构具有急回特性,对心曲柄滑块机构,(In-line slider-crank mechanism),由于,0,，对心曲柄滑块机构没有急回特性,。,摆动导杆机构,(Oscillating guide-bar mechanism),D,1,CD,2,是从动件的最大摆角；,极位夹角,碰巧等于,max,；,摆动导杆机构，因,0,，所以有急回特性。,具有特定尺寸的曲柄摇杆机构可能没有急回特性。,AB=,C,1,C,2,/2,，,=0,and,K=1,该曲柄摇杆机构没有急回特性。,特例,:,图中,从动件摇杆的顺时针行程为工作行程,(the working stroke),逆时针行程为回程,(the return stroke),。,如果需要逆时针行程为工作行程,曲柄的转动方向应倒转。,A,D,a,b,c,d,max,B,C,1,1,B,C,2,2,1,v,2,v,1,急回运动具有方向性,：,当原动件的回转方向改变时，急回的行程也跟着改变，所以，在这类机械设备上都应明显标出原动件的正确回转方向。,二、,急回特性和行程速度变化系数,一般机械都是利用急回作用的慢进快退来节省空回行程的时间，以提高生产率的，但是，在一些破碎机等设备中，则利用快进慢退以使物料有充足的时间落下。,三、平面四杆机构的压力角与传动角,三、平面四杆机构的压力角和传动角,1.,压力角和传动角的概念,2.,机构的最小传动角,1,A,B,C,D,F,t,V,C,F,n,F,压力角,(Pressure angle,),在不计摩擦力、惯性力和重力的条件下，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间所夹的锐角。,1.,压力角和传动角的概念,1.,压力角和传动角的概念,1,A,B,C,D,F,t,V,C,F,n,F,压力角,的余角 称为传动角。,1.,压力角和传动角的概念,传动角,(Transmission angle,),反映了力的有效利用程度。,压力角愈小，有效分力愈大，对机构传力有利；,传动角愈大，有效分力愈大，对机构传力有利。,1,A,B,C,D,F,t,V,C,F,n,F,压力角,和传动角,在机构的运动过程中,和,是变化的,.,他们是机构位置的函数,。,1,A,B,C,D,F,t,V,C,F,n,F,在平面四杆机构中，,常用来衡量机构的传力效果。传动角 大小是变化的。,一 般 机 械：,min,=,40,高速,和,大功率,机械：,min,=,50,压力角,和传动角,A,B,C,D,F,F,t,V,c,A,D,B,C,F,V,c,是锐角,是钝角,机构在运动过程中,和,是变化的，需求出最小传动角可能出现的机构位置,。,2.,机构的最小传动角,min,=180,min,=180,max,=,min,=,min,2.,机构的最小传动角,C,2,A,B,2,D,a,b,c,d,min,B,1,A,C,1,D,a,b,c,d,max,曲柄摇杆机构,AB,与机架,AD,重叠共线时,：,AB,与机架,AD,拉直共线时：,2.,机构的最小传动角,min,最小传动角,min,出现在主动曲柄与机架共线,(,AB,1,，,AB,2,),的两位置之一。,C,A,B,D,a,b,c,d,min,B,A,C,D,a,b,c,d,max,min,可能出现的两个位置都需计算,从中选择最小值。,min,=min,min,，,180,max,2.,机构的,最小传动角,min,曲柄,AB,是输入构件，滑块,C,是输出构件。,连杆,BC,与滑块的导路所夹的锐角是压力角,=90,2.,机构的最小传动角,min,曲柄滑块机构,曲柄,AB,垂直于移动副导路时，是其最小传动角,min,出现的位置。,a,b,e,max,min,A,B,C,2.,机构的,最小传动角,min,讨论,:,a,C,A,B,b,0,0,90,0,0,0,90,0,(a),(b),(c),标出下列机构在图示位置的压力角,和,传动角,。,B,1,C,1,B,2,C,2,4,A,B,C,D,2,3,1,=0,0,=0,0,B,A,C,B,1,C,=0,0,C,2,B,2,=0,0,机构运动时传动角,=0,的位置，称为机构的死点位置。,死点位置：,四、平面四杆机构的死点位置,四、平面四杆机构的死点位置,(Dead Point),任何一个四杆机构,(,变点机构出外,),如果以曲柄为主动件，则不会出现死点位置。,toggle positions,四、平面四杆机构的死点位置,(Dead Point),当以摇杆,CD,或滑块,C,为主动件时,将会有死点出现。,死点位置出现在驱动件到达它的两个极限位置时。,四、平面四杆机构的死点位置,(Dead Point),连杆能否运动至与转动从动件（摇杆或曲柄）共线或移动从动件移动导路垂直。,机构死点位置,的判断,缝纫机中的曲柄摇杆机构,A,1,B,1,C,1,D,1,D,2,C,2,B,2,A,2,克服死点的措施,措施,1,：,利用惯性力，使机构闯过死点。,蒸汽机车车轮联动机构,措施,2,：,多个相同机构驱动同一曲柄，但这多个相同机构相位相互错开，从而使各机构的死点位置不同以渡过死点。,G,G,E,F,E,F,克服死点的措施,Q,B,P,D,C,A,应用实例：,a.,钻床工件的夹紧机构,某些情况下,死点是有用的。它可以提供自锁性能。,死点的利用,应用实例：,b.,飞机起落架的,着陆,机构,死点的利用,A,C,D,B,五、平面四杆机构的运动连续性,(,continuity of motion,),从动件运动连续性要求,不可能在,非可行域 运动；,错位不连续,:,不可能从一个可行域 跃入另 一个可行域。,可行域与杆长有关,可行域的确定,r,max,=l,AB,+l,BC,r,min,=l,BC,-l,AB,错序不连续,:,A,D,B,1,B,2,B,3,C,1,C,2,C,3,五、平面四杆机构的运动连续性,从动件运动的可行域及非可行域,连杆机构运动的连续性：,是指该机构的运动中能够连续实现给定的各个位置。,如下图所示为一铰链四杆机构，已知各杆的长度（如图所示），试问,（,1,）该铰链四杆机构的转动副,、,为整转副。,（,2,）若以杆,AB,为机架时，该机构为,机构。,（,3,）若以杆,BC,为机架时，该机构为,机构。,（,4,）若以杆,CD,为机架时，该机构为,机构。,（,5,）若以杆,AD,为机架时，该机构为,机构。,例题,解,如图所示为一曲柄滑块机构，试问：,(1),该机构曲柄存在的条件；,(2),该机构有无急回运动；,(3),该机构有无死点，在什么条件下出现死点；,(4),构件,AB,主动时，在什么位置有最小传动角。,例题,解,1,）该机构有曲柄的条件：；,2,）因为有极位夹角存在，该机构有急回运动；,3,）此机构有死点，当滑块为原动件时，在滑块的两极限位置处传动角为零，存在死点；,4,）构件,AB,主动时，当曲柄垂直滑块导路时有最小传动角。,例题,解,结论：,最小传动角,min,出现在主动曲柄与机架共线（,AB,1,，,AB,2,）的两位置之一（）。,曲柄滑块机构的最小传动角,画出下图所示各机构的压力角,。图中标箭头的构件为原动件。,例题,画出下图所示各机构的压力角,。图中标箭头的构件为原动件。,画出下图所示各机构的压力角,。图中标箭头的构件为原动件。,例题,画出下图所示各机构的压力角,。图中标箭头的构件为原动件。,