机械设计基础第二章.ppt

单击此处编辑母版标题样式,特别申明：本电子教案中所有素材的版权归原创作者国防科技大学潘存云教授所有。购买方有权复制多份光盘用于本单位的教学。但不得提供给第三方。未经作者同意，也不得在公开出版物中引用其中的素材，违者应承担相应的法律责任。作者：潘存云 教授,2004,年,2,月,第二级,第三级,第四级,第五级,中南大学专用 作者：潘存云教授,*,中南大学专用 作者：潘存云教授,第二章平 面 连 杆 机 构,中南大学专用 作者：潘存云教授,平面连杆机构,:,所有构件都以平面低副相连接而组成的平面机构,平面四杆机构是平面连杆机构中最简单的机构,平面连杆机构,A,B,C,D,E,1,2,3,4,5,6,6,6,四杆机构,曲柄滑块机构,中南大学专用 作者：潘存云教授,平面四杆机构,铰链四杆机构,缝纫机踏板机构,2,1,4,3,3,1,2,4,中南大学专用 作者：潘存云教授,颚式破碎机,平面四杆机构,铰链四杆机构,中南大学专用 作者：潘存云教授,连杆,曲柄摇杆机构,双曲柄机构,双摇杆机构,D,机架,机架,4,4,1,2,3,A,B,C,D,连架杆,连架杆,4,机架,平面四杆机构,铰链四杆机构,演化机构,2,1,、铰链四杆机构的基本类型和特性,一、基本类型,铰链四杆机构是平面四杆机构的基本型式,中南大学专用 作者：潘存云教授,A,B,C,1,2,4,3,D,A,B,D,C,1,2,4,3,雷达天线俯仰机构,（,曲柄主动,）,A,B,D,C,1,、,曲柄摇杆机构,缝纫机踏板机构,2,1,4,3,3,1,2,4,2-1,平面四杆机构的基本类型及其应用,二、铰链四杆机构的特性,作用：,实现曲柄的整周回转与摇杆的往复摆动之间的转,换。,中南大学专用 作者：潘存云教授,4,B,C,1,2,3,4,A,D,AB,1,AB,2,：,B,2,C,2,C,1,B,1,（极位）,C,1,D,C,2,D,，,AB,2,AB,1,：,，,，,工作行程,空回行程,过程一,、,过程二,、,V,1,V,2,C,2,D,C,1,D,（,1,）急回特性,（,以,曲柄,为,原动件,）,摇杆摆角,极位夹角,1,1,=180+,180-,t,2,=,180+,t,1,=,C,1,C,2,t,1,V,1,=,C,1,C,2,t,2,V,2,=,2,=180-,2,V,1,V,2,t,1,t,2,，,D,2-1,平面四杆机构的基本类型及其应用,f,中南大学专用 作者：潘存云教授,定义：行程速比系数,K,180+,180,1,2,t,1,t,2,C,1,C,2,t,1,C,1,C,2,t,2,V,2,V,1,K,K 1,K+1,180,C,1,C,2,t,1,V,1,=,C,1,C,2,t,2,V,2,=,极位夹角,是机构有急回特性的标志。极位夹角,的大小衡量机构急回特性的显著程度。极位夹角,越大，行程速比系数,K,越大，急回程度越显著。,L,（,1,）急回特性,（,以,曲柄,为,原动件,）,2-1,平面四杆机构的基本类型及其应用,中南大学专用 作者：潘存云教授,e,对心曲柄滑块机构,偏置曲柄滑块机构,摆动导杆机构,中南大学专用 作者：潘存云教授,（,2,）、死点位置,卡死现象,（,以摇杆为原动件,）,4,B,C,4,A,D,1,2,3,p,p,1,C,1,B,1,C,2,B,2,弊端：,利用,：,缝纫机,C,2,B,2,p,2,2-1,平面四杆机构的基本形式及其应用,D,f,中南大学专用 作者：潘存云教授,缝纫机踏板机构,2,1,4,3,3,1,2,4,b10,中南大学专用 作者：潘存云教授,A,B,D,C,A,B,C,D,1,2,3,4,飞机起落架,A,B,C,D,F,=0,工件,P,钻孔夹具,A,B,C,D,1,2,3,4,工件,P,=0,T,中南大学专用 作者：潘存云教授,（,3,）压力角和传动角,机构在任意位置处，从动杆传力点,C,处的传力,P,方向与传力点,C,的速度,V,C,方向所夹的,锐角,，被称为,压力角,。,（有效分力）,（有害分力）,V,C,P,P,1,P,2,越小，有效分力越大。所以，压力角是,衡量机构传力性能的一个标志。,2-1,平面四杆机构的基本形式及其应用,）,、定义：,f,中南大学专用 作者：潘存云教授,也是锐角（如图所示,）,传动角,：,越小，,越大，机构传力性能越好，,越大，,越小，机构传力越费劲，传动效率越低。,4,4,A,B,C,D,1,2,3,V,C,P,C,V,C,P,C,=90-,B,C,对于一般机械：通常取,min,40,对大功率机械：可取,min,50,对小功率的控自机构,和仪表,:,min,可略小于,40,中南大学专用 作者：潘存云教授,4,4,A,B,C,D,L,1,L,2,L,3,L,4,（,1,）,（,2,）,由此可得：,（,3,）,（,）铰链四杆机构,最小传动,min,角的位置的讨论：,（,1,）,中南大学专用 作者：潘存云教授,1,2,3,4,4,A,B,C,D,V,C,P,P,2,P,1,P,V,C,1,B,1,当,=0,时：,当,=180,时：,1,BCD,1,1,=,BCD,1,2,180,BCD,P,V,2,=,B,2,C,2,BCD,2,（,3,）,4,4,A,D,中南大学专用 作者：潘存云教授,1,2,3,4,4,A,B,C,D,V,C,P,P,2,P,1,1,P,V,C,1,B,1,P,V,2,B,2,C,2,4,4,A,D,比较,1,，,2,小者为,min,BCD,1,1,BCD,2,2,L,中南大学专用 作者：潘存云教授,A,D,C,B,1,2,3,4,2,、,双曲柄机构,旋转式叶片泵,A,D,C,B,1,2,3,4,2-1,平面四杆机构的基本形式及其应用,二、铰链四杆机构的特性,中南大学专用 作者：潘存云教授,A,B,C,D,B,1,C,1,特例：,平行四边形机构,，,（,1,）、当原动曲柄以等角速转动时 从动曲，柄也以等角速同向转动。,(3),、运动不确定性,B,2,C,2,C,2,B21,B2,2,（,2,）、连杆,BC,总是作平动,f,中南大学专用 作者：潘存云教授,实例：,火车轮,摄影平台,天平,播种机料斗机构,A,D,B,C,A,D,B,C,A,D,B,C,耕地,料斗,D,C,A,B,耕地,料斗,D,C,A,B,b2,0,中南大学专用 作者：潘存云教授,F,A,E,D,G,B,C,A,B,E,F,D,C,G,两组机构错开安装。,A,B,E,F,D,C,中南大学专用 作者：潘存云教授,A,B,D,C,B,C,A,B,D,C,A,B,D,C,风扇座,蜗轮,蜗杆,电机,3,、,双摇杆机构,电机,A,B,D,C,风扇座,蜗轮,蜗杆,电机,A,B,D,C,风扇座,蜗轮,蜗杆,2-1,平面四杆机构的基本形式及其应用,二、铰链四杆机构的特性,中南大学专用 作者：潘存云教授,特例：等腰梯形机构汽车转向机构,A,B,D,C,E,中南大学专用 作者：潘存云教授,A,B,D,C,E,A,B,D,C,E,特例：等腰梯形机构汽车转向机构,中南大学专用 作者：潘存云教授,A,B,D,C,E,A,B,D,C,E,A,B,D,C,E,特例：等腰梯形机构汽车转向机构,A,B,C,D,AB=L,1,，,BC=L,2,，,CD=L,3,，,AD=L,4,。,B,C,B,C,在三角形,BCD,中，根据三角形不等关系：,在三角形,BCD,中：,A,点为整转副,，,且（,L1L4,）,L,1,L,2,L,3,L,4,设：组成铰链四杆机构的闭式运动链,L,1,+L,4,L,2,+L,3,（,3,）,L,2,(L,4,L,1,)+L,3,(1),L,3,(L,4,L,1,)+L,2,(2),D,2,、,铰链四杆机构有,整转副,的条件,A,B,C,D,B,C,B,C,A,点为周转副,，,且（,L1L4,）,L,1,L,2,L,3,L,4,组成铰链四杆机构的四杆运动链,整转副存在条件：,（,1,）组成整转副两杆中的较短杆是四个杆件中的最短杆。（,2,）且最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆之和。（杆长条件）,得,：,L,1,+L,2,L,3,+L,4,L,1,+L,3,L,2,+L,4,L,1,+L,4,L,2,+L,3,L,1,L,2,、,L,1,L,3,、,L,1,L,4,2,、,铰链四杆机构有,整转副,的条件,A,B,C,D,*,在组成铰链四杆机构运动链中，若满足杆长条件，则与最短杆相连的两个运动副为,整转副,，其余两个运动副为,摆动副,。,设杆长条件成立：,AB+,最长杆其他两杆和,2,、,铰链四杆机构有,整转副,的条件,D,（,1,）、取最短杆的两邻杆为机架时，最短杆为曲柄，其相对杆为摇杆。所得机构为曲柄摇杆机构。,（,2,）、取最短杆为机架时，得双曲柄机构。两连架杆都为曲柄,.,（,3,）、取最短杆的相对杆为机架时，得双摇杆机构。,整转副存在条件,推论,铰链四杆机构,曲柄存在条件,设计：潘存云,A,B,C,D,由最短杆及与最短杆相邻的杆为机架时四杆机构有曲柄存在。,L,2,、,铰链四杆机构有,整转副,的条件,(1),改变构件的形状、改变运动副形式和运动尺寸,2,3,铰链四杆,机构,的,演化,偏心曲柄滑块机构,对心曲柄滑块机构,曲柄摇杆机构,曲柄滑块机构,双滑块机构,正弦机构,s,=l sin,l,D,A,B,C,D,B,A,C,D,A,B,C,D,(2),改变运动副的尺寸,(3),选不同的构件为机架,偏心轮机构,导杆机构,摆动导杆机构,转动导杆机构,3,1,4,A,2,B,C,曲柄滑块机构,3,1,4,A,2,B,C,牛头刨床,C,A,B,D,应用实例,B,2,3,4,C,1,A,自卸卡车举升机构,摇块机构,3,1,4,A,2,B,C,应用实例,B,2,3,4,C,1,A,自卸卡车举升机构,应用实例,B,3,4,C,1,A,2,摇块机构,3,1,4,A,2,B,C,自卸卡车举升机构,应用实例,4,A,1,B,2,3,C,摇块机构,3,1,4,A,2,B,C,自卸卡车举升机构,应用实例,1,3,C,4,A,B,2,摇块机构,3,1,4,A,2,B,C,应用实例,A,1,C,2,3,4,B,自卸卡车举升机构,摇块机构,A,B,C,3,1,4,2,摇块机构,3,1,4,A,2,B,C,B,C,3,2,1,4,A,直动滑杆,机构,手摇唧筒,A,B,C,3,2,1,4,L,A,B,C,3,2,1,4,3,1,4,A,2,B,C,直动滑杆,机构,B,1,B,2,A,B,A,B,A,B,L,24 平面四杆机构的设计,连杆机构设计的内容,机构选型根据,给定的运动要求,选择连,杆机构的类型；,尺度综合确定各构件的尺度参数(长度,尺寸)。,同时要满足其他辅助条件：,a),结构条件（如要求有曲柄、杆长比恰当、,运动副结构合理等）;,b),动力条件（如,min,）;,c),运动连续性条件等。,A,D,C,B,飞机起落架,两类设计问题：,1)按给定构件的运动要求设计四杆机构（位置、速度、加速度）,函数机构,要求两连架杆的转角满足函数,y=,logx,x,y=,logx,A,B,C,D,1)按给定,构件的运动要求,设计四杆机构（位置、速度、加速度）,B,C,A,B,D,C,要求连杆在两个位置垂直地面且相差180,两类设计问题：,1)按给定,构件的运动要求,设计四杆机构（位置、速度、加速度）,C,B,A,D,C,B,A,B,D,C,Q,A,B,C,D,E,Q,要求连杆上,E,点的轨迹为一条卵形曲线,要求连杆上,E,点的轨迹为一条水平直线,C,B,A,D,E,2)按照给定点的运动规律，如:,鹤式起重机,、,搅拌机,等。,设计方法：图解法、解析法、实验法,按给定,构件的运动要求,设计四杆机构（位置、速度、加速度）,一、按给定的,行程速比系数,K,设计四杆机构,1)曲柄摇杆机构,计算,180(K-1)/(K+1);,已知：,CD,杆长，摆角,及,K，,设计此机构。,任取一点,D，,作两射线,C,1,D，,C,2,D,夹角为,;,作,C,1,P,C,1,C,2,，,作,C,2,P,使,作,P,C,1,C,2,的外接圆，则,A,点必在此圆上。,选定,A，,设曲柄为,l,1,，,连杆为,l,2,，,则:,A,C,1,=,l,2,-,l,1,C,1,C,2,P=90,交于,P;,90-,P,A,C,2,=,l,1,+,l,2,C,2,C,1,D,D,H,G,B9,l,1,=(,A,C,2,A,C,1,)/2,l,1,=(,A,C,2,A,C,1,)/2,A,以,A,为圆心，,A,C,1,为半径作弧交于,E,E,90-,P,C,2,C,1,D,A,B,2,B,1,H,G,以,A,为圆心，为半径作圆,EC,2,2,与,AC,2,的交点为,B,2,与,AC,1,的反向延长线的交点为,B,1。,AB,1,=AB,2,=,l,1,B,1,C,1,=B,2,C,2,=,l,2,B,C,B40,一、按给定的,行程速比系数,K,设计四杆机构,2)偏置,曲柄滑块机构,H,C,2,C,1,A,B,C,已知：,K、H,一、按给定的,行程速比系数,K,设计四杆机构,A,D,m,n,=,D,3),摆动导杆机构,计算,180(K-1)/(K+1);,任选,D,作,mDn,，,取,A,点，使得,AD=d,则:,a=,dsin,(,/2)。,=,A,d,作角分线;,已知：机架长度,d,，K，,设计此机构。,L,一、按给定的,行程速比系数,K,设计四杆机构,二、按预定连杆位置设计四杆机构,B,2,C,2,A,D,A,D,B,2,C,2,B,3,C,3,A,D,B,1,C,1,B,1,C,1,a),给定连杆两组位置,D,连接,B,1、,B,2，,作垂直平分线,b,1,b,2，,连接,C,1、,C,2,作垂直平分线,c,1,c,2,将铰链,A、D,分别选在,b,1,b,2,，c,1,c,2,上任意位置都能满足设计要求。,有无穷多组解。,b),给定连杆上铰链,BC,的三组位置,有唯一解。,A,B,C,D,三、给定两连架杆对应位置设计四杆机构,给定连架杆对应位置：,构件3和构件1满足以下位置关系：,l,1,l,2,l,3,l,4,建立坐标系,设构件长度为：,l,1,、l,2,、l,3,、l,4,在,x,y,轴上投影可得：,l,1,+l,2,=l,3,+l,4,机构尺寸比例放大时，不影响各构件相对转角.,l,1,coc,+l,2,cos,=l,3,cos,+l,4,l,1,sin,+l,2,sin,=l,3,sin,设计此铰链四杆机构(求各构件长度)。,令：,l,1,=,1,i,f(,i,),i=1,2,3n,x,y,消去,整理得：,cos,l,3,cos,cos,(,-,),l,3,l,4,l,4,2,+,l,3,2,+1-,l,2,2,2,l,4,P,2,代入移项得：,l,2,cos,=l,4,l,3,cos,cos,则化简为：,coc,P,0,cos,P,1,cos,(,),P,2,代入两连架杆的三组对应转角参数，得方程组：,l,2,sin,=l,3,sin,sin,令:,P,0,P,1,coc,1,P,0,cos,1,P,1,cos,(,1,1,),P,2,coc,2,P,0,cos,2,P,1,cos,(,2,2,),P,2,coc,3,P,0,cos,3,P,1,cos,(,3,3,),P,2,可求系数:,P,0,、P,1,、P,2,以及:,l,2,、,l,3,、,l,4,本章重点：,1.,四杆机构的基本形式、演化及应用；,2.,曲柄存在条件、传动角,、,压力角,、,死点、急回特性：极位夹角和行程速比系数等物理含义，并熟练掌握其确定方法；,3.,掌握按行程速比系数设计四杆机构及按连杆二组位置、三组位置设计四杆机构的原理与方法。,L,设计的关键在求出铰链中心,A,的位置,D,C,1,C,2,L,3,A,A,A,A,b6,A,A,B,D,C,1）、,雷达天线俯仰机构,2）、,鹤式起重机,耕地,料斗,D,C,A,B,4）、,料斗车,5）、,牛头刨床,6）、,自卸车,A,B,C,3,2,1,4,7）、,手摇唧筒,3）、,缝纫机踏板机构,1、,12）、,振动筛,11）、,小型牛头刨床,9）、,飞机起落架,10）、,手动冲床,8）、,滑快联轴器,A,B,C,1,2,4,3,D,A,B,D,C,1,2,4,3,雷达天线俯仰机构,（,曲柄主动,）,A,B,D,C,b1,耕地,料斗,D,C,A,B,耕地,料斗,D,C,A,B,B,C,3,2,1,4,A,A,B,C,3,2,1,4,2,、试用号及简短文字表达由铰链四杆机构演化为导杆机构的过程（10分）,3,、试画出下面铰链四杆机构（曲柄为原动件）的极位及此时机构的位置,、,极位夹角及摇杆的摆角（行程）、写出行程速比系数计算式（2分）,4,B,C,1,2,3,4,A,D,4、,通过对曲柄摇杆机构急回特性的讨论，归纳出连杆机构具有急回特性的条件为（）,（,每题10分）,A、,具有极位夹角,B、,具有行程速比系数,K,C、,具有极位,D、,机构,原动件,作定轴整周转动；,从动件,作往复运动；,极位夹角不为零。,e,对心曲柄滑块机构,偏置曲柄滑块机构,摆动导杆机构,对,摆,5、,试画出如下机构的极位夹角，并指出有无急回特性（每题5分）,B,A,B,D,C,E,F,90,F,E,C,A,B,D,C,E,F,90,E,F,C,B,E,F,C,B,6、下图为平面六杆机构，试画出机构的极位夹角，并指出有无急回特性（30分）。,7、,试分析如下机构是否有卡死现象、何条件下出现此现象（原动件选取）并画出死点位置（每题5分）,e,对心曲柄滑块机构,偏置曲柄滑块机构,摆动导杆机构,4,B,C,1,2,3,4,A,D,曲柄摇杆机构,8,、由曲柄摇杆机构压力角与传动角的定义，,归纳出,定义平面连杆机构压力角（传动角）的要点，并指出下列机构的压力角和传动角（20分）。,9、压力角（或传动角）的大小对连杆机构的传动性能有何影响？如何通过控制压力角（或传动角）来使机构具有好的传力性能？,(,b),e,11、在铰链四杆机构中，曲柄,AB,为原动件，试确定：极位夹角,和行程速比系数,K,；,杆3的最大摆角,；,最小传动角,min,。（10,分）,C,1,C,2,B,2,1,2,3,4,A,B,C,D,180+,180,K,解：,B,1,10,、机构处于死点位置时其压力角为,，传动角为,。（2分）,1,2,3,4,A,B,C,D,B,1,C,1,C,2,B,2,较小者为,min,A,D,B,C,A,D,B,C,A,D,B,C,耕地,料斗,D,C,A,B,耕地,料斗,D,C,A,B,12,、以下几种实际应用中的例子利用了平行四边形机构的哪些特性？（每题 2分）,A,B,C,D,E,13,、试设计一铰链四杆机构，已知摇杆 ，其摆角 ，如图所示，要求,K=1.25，,且机架 （为曲柄长，为连杆长）（10分）,D,C,1,C,2,14,、如图所示，现欲设计一铰链四杆机构，设已知摇杆,CD,的长度,L,CD,=75mm,行程速比系数,k=1.5,机架,AD,的长度,L,AD,=100mm,摇杆的一个极限位置与机架间的夹角为,=45,，,试求曲柄的长度,L,AB,和连杆的长度,L,BC,(,有两解）（20分）,13题,45,C,1,D,A,14题,15,：已知一铰链四杆机构,ABCD,的连杆,BC,的两位置,B,1,C,1,，B,2,C,2,，,当连杆位于,B,1,C,1,时，摇杆,DC,处于铅垂位置；当连杆位于,B,2,C,2,时，机构的传动角最小（此时,AB,杆主动）。试用作图法求出各杆长度。,B,1,B,2,C,1,C,2,偏心曲柄滑块机构,曲柄摇杆机构,曲柄滑块机构,A,B,C,D,B,A,C,D,A,B,C,D,A,B,C,对心曲柄滑块机构,A,B,C,导杆机构,摆动导杆机构,转动导杆机构,b,2,1,4,3,A,B,D,C,A,B,C,D,1,2,3,4,飞机起落架,A,B,C,D,F,=0,工件,P,钻孔夹具,A,B,C,D,1,2,3,4,工件,P,=0,T,b,