连杆机构解析.pptx

机械原理 第六章 平面连杆机构及其设计 连杆机构的类型及应用ABCD1234一、连杆机构及其运动特点其特点是:原动件1的运动要经过一个不直接与机架相联的中间构件2 才能传动从动件3。连杆机构：由若干构件通过低副连接组成的平面机构。又称低副机构 ABC1234优点：连杆机构为低副机构，运动副为面接触，承载能力大；运动副元素的几何形状简单，便于加工；在原动件运动规律不变情况下，通过改变各构件的相对长度可以 使从动件得到不同的运动规律；连杆曲线可以满足不同运动轨迹的设计要求；可以实现远距离传动等。ABCD1234ABCD1234缺点：由于运动积累误差较大，因而影响传动精度；由于惯性力不好平衡而不适于高速传动；设计方法比较复杂。由四个构件组成的平面连杆机构四杆机构 本章重点：四杆机构的基本类型、特性及常用设计方法。平面四杆机构铰链四杆机构含移动副的四杆机构全部用转动副组成的平面四杆机构。铰链四杆机构的演化机构。机架连架杆连杆曲柄：整周回转摇杆：仅在某一角度内往复摆动二、平面四杆机构的基本形式ABCD1234ABC1234平面四杆机构铰链四杆机构含移动副的四杆机构全部用转动副组成的平面四杆机构。铰链四杆机构的演化机构。二、平面四杆机构的基本形式摆转副周转副A AC CD DB B转动副ABCD1234以转动副相连的两构件能作整周相对转动的转动副。如 A、B。以转动副相连的两构件不能作整周相对转动的转动副。如 C、D。二、平面四杆机构的基本形式铰链四杆机构的分类：根据连架杆曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构1、曲柄摇杆机构两个连架杆中一个为曲柄，另一个为摇杆。一般曲柄主动，将连续转动转换为摆动，也可摇杆主动，曲柄从动。ABCD1234二、平面四杆机构的基本形式铰链四杆机构的分类：根据连架杆曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构2、双曲柄机构两个连架杆均为曲柄 一般主动曲柄等速转动，从动曲柄变速转动。惯性筛二、平面四杆机构的基本形式铰链四杆机构的分类：根据连架杆曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构2、双曲柄机构两个连架杆均为曲柄 特殊双曲柄机构：平行四边形机构特点是对边平行且相等ABCD1234二、平面四杆机构的基本形式铰链四杆机构的分类：根据连架杆曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构2、双曲柄机构两个连架杆均为曲柄 特殊双曲柄机构：平行四边形机构ABCD1234二、平面四杆机构的基本形式铰链四杆机构的分类：根据连架杆曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构2、双曲柄机构两个连架杆均为曲柄 特殊双曲柄机构：反平行四边形机构特点：两相对等长而不平行的双曲柄机构。短边为机架，两曲柄转向相同长边为机架，两曲柄转向相反二、平面四杆机构的基本形式铰链四杆机构的分类：根据连架杆曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构3、双摇杆机构两个连架杆均为摇杆鹤式起重机二、平面四杆机构的基本形式铰链四杆机构的分类：根据连架杆曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构3、双摇杆机构两个连架杆均为摇杆 特殊双摇杆机构：等腰梯形机构特点：两连架杆长度相等A AD DB BC C二、平面四杆机构的基本形式铰链四杆机构的分类：根据连架杆曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构3、双摇杆机构两个连架杆均为摇杆 特殊双摇杆机构：等腰梯形机构特点：两摇杆长度相等 汽车转弯时，两前轮轴线的交点应始终落在后轴线上，即：两前轮的转角是不等的。小 结 连杆机构及其特点1、曲柄摇杆机构2、双曲柄机构3、双摇杆机构 平面四杆机构的基本型式铰链四杆机构特点:原动件的运动要经过一个不直接与机架相联的中间构件才能 传动从动件。平行四边形机构反平行四边形机构等腰梯形机构机械原理 第六章 平面连杆机构及其设计 四杆机构的演化1.改变构件的形状和运动尺寸ABCDABCABC1.改变构件的形状和运动尺寸对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构2.取不同的构件为机架低副运动可逆性-以低副相连接的两构件间的相对运动关系，不因机架的不同而改变。2.取不同的构件为机架曲柄滑块机构的演化变更机架曲柄滑块机构转动导杆机构摆动导杆机构2.取不同的构件为机架曲柄滑块机构的演化变更机架曲柄滑块机构摇块机构定块机构通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法-机构的倒置2.取不同的构件为机架双滑块机构的演化滑块联轴器椭圆仪3、改变运动副尺寸偏心轮机构 当曲柄长很短，曲柄销需承受较大冲击而工作行程小时，偏心轮机构能增大轴颈尺寸，提高偏心轴的强度和刚度，广泛用于传力较大的剪床、冲床等机械中。ABC4、改变运动副元素的包容关系 小 结 四杆机构的演化1、改变构件的形状和运动尺寸2、更换不同的构件成为新机架3、改变运动副的尺寸4、改变运动副元素的包容关系机械原理 第六章 平面连杆机构及其设计 铰链四杆机构有曲柄的条件 曲柄是能做整周转动的连架杆。如图所示铰链四杆机构，要使AB成为曲柄，则AB杆应能占据在整周回转中的任何位置：A AB BC CD Dabcd铰链四杆机构有曲柄的条件（d a)A AB BC CD DB B1 1C C1 1A AC C2 2B B2 2 AC1D中：ab cd （1）AC2D中：bac d bad c ad bc （2）ac db （3）a b，a c，a d曲柄a 连杆b连架杆c 机架d杆长条件最短杆是连架杆最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和铰链四杆机构有曲柄的条件 C1B1D中：da bc （1）DC2B2中：db ac （2）dc ab （3）d a，d b，d c最短杆是机架满足杆长条件铰链四杆机构有曲柄的条件cdab（d t2 V2 V1摇杆的这种特性称为急回运动。180-180-急回运动及行程速比系数且越大，K值越大，急回性质越明显。只要 0，就有 K1设计新机械时，往往先给定K值，于是:用行程速比系数K描述急回程度急回运动及行程速比系数问：如何判断一个机构是否有急回特性？从动件是否有极限位置；对应主动件位置是否存在极位夹角 =偏置曲柄滑块机构0，有急回运动对心曲柄滑块机构=0，无急回运动急回运动及行程速比系数如果给定工作行程，如何判断曲柄转向？急回运动及行程速比系数双曲柄机构无急回运动 连杆机构的运动连续性是指连杆机构在运动过程中，能否连续实现给定的各个位置。错序不连续错位不连续B1C1B3C3B2C2A运动连续性rmax=a+b、rmin=b a圆环限定摇杆的极限位置，而摇rmaxrminabC1C2C C 2121杆上的C点只能在以D为圆心，DC为半径的圆周上运动，则摇杆的可行域为1或2区间，非可行域为1、2区间。rmaxrminabC1C2C C 2121C3 在设计连杆机构时，不能要求从动件在两个不连通的可行域内连续运动，如要求从动件从DC 位置连续运动到DC3 位置是不可能的，这种不连续即为 错位不连续。小 结 急回运动及行程速比系数从动件的工作行程和空回行程的速度不一样的特性为急回特性。极位夹角行程速比系数K=（180+）/（180-）运动连续性错序不连续错位不连续判断一个机构是否存在急回特性的方法是否有极位是否有极位夹角机械原理 第六章 平面连杆机构及其设计 传动角和死点位置F F(F F)F F”压力角：从动件上所受力F与力作用点绝对速度之间所夹锐角。A AB BC CD D切向分力:F=Fcos 法向分力:F”=Fcos F 对传动有利。=Fsin称为传动角,90 。可用的大小来表示机构传动力性能的好坏。当机构在运动过程中，传动角是变化的。压力角和传动角vA AB BC CD D 当机构在运动过程中，传动角是变化的。为保证机构具有良好的传力性能，设计时：minmin 4040 (一般机械)minmin 50 50(大功率机械)压力角和传动角A AB BC CD D 最小传动角出现的位置：压力角和传动角在在 ABD和和 BCD中中时，呈现最大最小值；当、当 是锐角，=当 是钝角，=180-当 BCD 90时，BCD当 BCD 90时，180-BCD当主动曲柄与机架共线的位置，都有可能出现minmin出现的位置：压力角和传动角注意：在确定压力角和传动角时不考虑摩擦；机构的传动角一般在运动链最后一个从动件上分析。传动角大小与各杆长有关。FFvv压力角和传动角注意：活用压力角和传动角互余的关系 :+=90 分析图示曲柄滑块机构的最小传动角？B1C1 max曲柄滑块机构：当主动件为曲柄时，最小传动角出现在曲柄与机架垂直的位置。分析：要找最小传动角，先找最大压力角 min压力角和传动角v摆动导杆机构：由于在任何位置时主动曲柄通过滑块传给从动杆的力的方向，与从动杆上受力点的速度方向始终一致，所以传动角始终等于90度。分析导杆机构的最小传动角？压力角和传动角vF=0=90F摇杆为主动件，且连杆与曲柄两次共线时，有：00 0F0如何消除死点的不良影响？ABCDBC“死点”1、对从动曲柄加外力；2、安装飞轮，加大从动件的惯性力，借惯性作用冲过死点，如内燃机、缝纫机等；3、两组机构错开排列，如火车轮机构。死点位置BCBCDABC死点位置BCDAB1C1死点位置A AD D飞机起落架C C也可以利用死点进行工作：如飞机起落架、钻夹具等。B BC CB=0=0死点位置摇杆为主动件，且连杆与曲柄两次共线时，出现死点死点与极位的关系?ABCD曲柄为主动件，当连杆与曲柄两次共线时，摇杆处于左右极限位置对机构而言，死点与极位是同一位置，只是原动件不同。死点位置曲柄滑块机构，当曲柄为原动件时出现极位，当滑块为原动件时，存在死点位置。死点位置 小 结 压力角和传动角压力角:从动件力的方向与力的作用点的绝对速度方向之 间所夹锐角。传动角：压力角的余角。死点位置注意：在确定压力角和传动角时不考虑摩擦；机构的传动角一般在运动链最后一个从动件上分析。机械原理 第六章 平面连杆机构及其设计 平面四杆机构的设计（1）连杆机构设计需确定的内容 机构选型根据给定的运动要求选择机构的类型；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：b)动力条件（如min）;c)运动连续性条件等。平面四杆机构的设计a)结构条件（如要求有曲柄、杆长比恰当、运动副结构合理等）;三类设计要求：1)满足预定的运动规律要求，如:两连架杆转角对应关系，从动件 能准确或近似满足预定的运动规律要求等。2)满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构、炉门开启机构。设计方法：图解法、解析法、实验法平面四杆机构的设计3)满足预定的轨迹要求，如:鹤式起重机、搅拌机等。一、按预定连杆位置设计四杆机构a)给定连杆两组位置，B B2 2C C2 2A AD Db)给定连杆上铰链BC的三组位置？有无穷多组解。A AD DB B1 1C C1 11.已知活动铰链中心的位置一、按预定连杆位置设计四杆机构a)给定连杆两组位置，有无穷解。有唯一解。b)给定连杆上铰链BC的三组位置，B B2 2C C2 2B B3 3C C3 3A AD DB B1 1C C1 11.已知活动铰链中心的位置2.已知固定铰链中心的位置一、按预定连杆位置设计四杆机构B2C2ADB1C1B2C2ADB1C1AD机构倒置机构倒置刚化机构刚化机构求新连杆第二位置求新连杆第二位置E E1 1E E2 2E E3 3F F1 1F F2 2F F3 32.已知固定铰链中心的位置一、按预定连杆位置设计四杆机构A”ADDADB1C1 设已知固定铰链中心A、D的位置，及连杆上标线EF在机构运动过程中分别占据E1F1、E2F2、E3F3三个位置，求两个活动铰链中心B、C的位置。ADE2F2 ADE1F1ADE3F3 A”D”E1F1B2C2ADB1C1B2C2ADB1C1B2A二、已知连架杆对应位置设计四杆机构1212B2C2ADB1C1B2C2ADB1C1只给定两连架杆两组对只给定两连架杆两组对应关系，有无穷解，若应关系，有无穷解，若给定三组对应关系，则给定三组对应关系，则有确定解。有确定解。B2A二、已知连架杆对应位置设计四杆机构121212 已知四杆机构机架AD长度，要求原动件和从动件顺时针依次相应转过对应角度q q1212、1212 ，q q1313、13，设计此四杆机构。设计关键：寻找连杆BC上活动铰链C的位置。二、已知连架杆对应位置设计四杆机构1213AD1213123B1B2B3123F1F2F3 已知四杆机构机架AD长度，要求两连架杆顺时针依次相应转过对应角度q q1212、f f1212 ，q q1313、f f13，设计此四杆机构。二、已知连架杆对应位置设计四杆机构B2B3C11213AD1213B1B2B3F1F2F31213反转法设计四杆机构三、按给定的行程速比系数K设计四杆机构1)曲柄摇杆机构已知：CD杆长，摆角及K，设计此机构。180(K-1)/(K+1);A AB BC CD DB B1 1C C1 1A AC C2 2B B2 2,A C,A C2 2=l2 2-l1 1 A C A C1 1=l1 1+l2 2=l1 1=(A C=(A C1 1A CA C2 2)/2)/2E 90-PC1C2D DAB1B2三、按给定的行程速比系数K设计四杆机构1)曲柄摇杆机构已知：CD杆长，摆角及K，设计此机构。步骤如下：计算180(K-1)/(K+1);任取一点D，作等腰三角 形腰长为CD，夹角为;作C2PC1C2，作C1P使 C2C1P=90,交于P;作P CP C1 1C C2 2的外接圆，则A点必在此圆上。选定A，设曲柄为l1 1 ，连杆为l2 2 ，则:=l1 1=(A C=(A C1 1A CA C2 2)/2)/2,A C,A C2 2=l2 2-l1 1 A C A C1 1=l1 1+l2 2=EC=EC1 1/2/2AFGA不能取在不能取在FG劣弧段上劣弧段上E 90-PC1C2D DAB1B2三、按给定的行程速比系数K设计四杆机构1)曲柄摇杆机构例1：已知曲柄AB长度l1、摇杆 CD长度，摆角及K，设计此曲柄摇杆机构。2 2l1 1=(A C=(A C1 1A CA C2 2),A C,A C2 2=l2 2-l1 1 A C A C1 1=l1 1+l2 2分析：如果能确定E点，C C1 1E E为反向延长即 可确定A点。HM1）AM为C2AC1的角平分线，则MC2=MC1，可以证明MC2=ME2）C1E为2倍曲柄长度E 90-PC1C2D DAB1B2三、按给定的行程速比系数K设计四杆机构1)曲柄摇杆机构例1：已知曲柄AB长度l1、摇杆 CD长度，摆角及K，设计此曲柄摇杆机构。,A C,A C2 2=l2 2-l1 1 A C A C1 1=l1 1+l2 2解：1）以C1为圆心，2l1为 半径作圆弧；2）以M为圆心，MC2 为半径作圆弧；3）两弧交于E,连接C1E延 长交圆周于A点。HM2 2l1 1=(A C=(A C1 1A CA C2 2)例例2 2：已知连杆已知连杆BCBC长为长为l2 2、摇杆、摇杆CDCD长度，摆角长度，摆角及及K K，设计此曲柄摇杆机构。，设计此曲柄摇杆机构。A CA C2 2=l2 2-l1 1 A C A C1 1=l1 1+l2 2作图提示：作图提示：1 1）以）以C C1 1为圆心，以为圆心，以2 2l2 2为半径做圆，一定过为半径做圆，一定过N N点；点；以以C C1 1C C2 2弧为基准，构造一个弧为基准，构造一个/2/2圆周，该圆周一定过圆周，该圆周一定过N N点点(以以M M为圆心，为圆心，以以MCMC2 2为半径做圆为半径做圆)N ANAN=ACAC2 2 N NC C1 1=2 2l2 2三、按给定的行程速比系数K设计四杆机构E 90-PC1C2D DA A C A C1 1+A C2 2=2l2提示：提示：/2M M=三、按给定的行程速比系数K设计四杆机构A AD D2)导杆机构分析：由于与导杆摆角 相等，设计此机构时，只确定曲柄长度。已知：机架长度d，行程速比系数K，设计此机构。m mn n=D DA Ad d三、按给定的行程速比系数K设计四杆机构2)导杆机构已知：机架长度d，K，设计此机构。计算180(K-1)/(K+1);做射线DM、DN，使=；做角平分线，取A点，使AD=d。过A点做Dm(或Dn）的垂线。3)曲柄滑块机构已知：行程速比系数K，滑块行程H，偏距e，设计此机构。三、按给定的行程速比系数K设计四杆机构 180(K-1)/(K+1);C1 C2 HHE E222a2ae e3)曲柄滑块机构H H已知：行程速比系数K，滑块行程H，偏距e，设计此机构。C C1 1C C2 290-90-o o90-90-A A三、按给定的行程速比系数K设计四杆机构计算:180(K-1)/(K+1);作C1 C2 H作射线C1O 使C2C1O=90,作射线C2O 使C1C2O=90。以O为圆心，C1O为半径作圆。以A为圆心，A C1为半径作弧交于E,得：作偏距线e，交圆弧于A，即为所求。l1=EC2/2l2=A C2EC2/2B2B1 小 结 按连杆预定位置设计四杆机构已知活动铰链位置已知固定铰链位置和连杆标线位置 求解核心是机构倒置（已知固定铰链位置转化为活动铰链位置）刚化机构做全等图形 按两连架杆对应位置设计四杆机构 按行程速比系数设计四杆机构 求解核心是利用机构处于极位时的特殊几何关系设计四杆机构.