ch3-平面连杆机构.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,3-1,铰链四杆机构的基本型式和性质,3-2,铰链四杆机构曲柄存在的条件,3-3,铰链四杆机构的演化,3-4,平面四杆机构的设计,第三章 平面连杆机构,平面连杆机构,-,若干构件用低副连接组成的平面机构,特点：,低副是面接触，承载能力大、不易磨损,;,低副中存在间隙，会引起运动累积误差,;,设计较复杂，不易精确地实现复杂的运动规律。,运动副形状,简单、易加工、易获得较高的制造精度,;,平面连杆机构运动副形状,移动副,转动副,3-1,铰链四杆机构的基本型式及应用,运动副都是转动副平面四杆机构,铰链四杆机构,一,.,名称术语,1,、,3-,连架杆,-,能作整周回转,曲柄,揺杆,4-,机架,2-,连杆,1,4,3,2,4,连杆,机架,-,仅在一定角度范围内作摆动,连架杆,连架杆,3-1,铰链四杆机构的基本型式及应用,曲柄揺杆机构,三种基本型式：,双曲柄机构,双揺杆机构,3-1,铰链四杆机构的基本型式及应用,二,.,曲柄揺杆机构,-,两个连架杆，一个为曲柄，另一个为揺杆,作用：,将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动,3-1,铰链四杆机构的基本型式及应用,二,.,曲柄揺杆机构,两个连架杆，一个为曲柄，另一个为揺杆,作用：,将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动,应用实例,:,A,B,C,1,2,4,3,D,A,B,D,C,1,2,4,3,实例,1,雷达天线俯仰角调整机构,3-1,铰链四杆机构的基本型式及应用,C,B,A,D,E,实例,2,搅拌机构,-1,实例,3,搅拌机构,-2,3-1,铰链四杆机构的基本型式及应用,A,B,C,D,1,1,2,3,4,实例,4,颚式破碎机机构,3-1,铰链四杆机构的基本型式及应用,2,1,4,3,3,1,2,4,摇杆主动,实例,5,缝纫机踏板机构,3-1,铰链四杆机构的基本型式及应用,应用实例：惯性筛,三、双曲柄机构,-,两连架杆均为曲柄,A,B,D,C,1,2,3,4,E,6,惯性筛机构,3,1,3-1,铰链四杆机构的基本型式及应用,A,B,C,D,特例,1,：,平行四边形机构,AB=CD,BC=AD,B,C,两连架杆等长且平行,两曲柄同速、同向旋转,连杆作平移运动,特征：,（正平行四边形机构）,三、双曲柄机构,3-1,铰链四杆机构的基本型式及应用,F,A,E,D,G,B,C,A,B,E,F,D,C,G,3-1,铰链四杆机构的基本型式及应用,实例：,机车车轮联动机构联联动,耕地,料斗,D,C,A,B,作者：潘存云教授,耕地,料斗,D,C,A,B,实例：摄影平台,A,B,D,C,作者：潘存云教授,A,D,B,C,天平,播种机料斗机构,3-1,铰链四杆机构的基本型式及应用,特例,2,：,反平行四边形机构,车门开闭机构,反向,两连架杆等长但不平行；,主动曲柄作等速转动，从动曲柄作反向变速转动,特征：,三、双曲柄机构,3-1,铰链四杆机构的基本型式及应用,-,两连架杆均为揺杆,应用举例：,A,B,D,C,E,A,B,D,C,E,A,B,D,C,E,示例,1,鹤式起重机机构,四、双摇杆机构,示例,2,飞机起落架机构,示例,3,轮式车辆前轮转向机构,3-1,铰链四杆机构的基本型式及应用,一、,急回运动,A,D,B,C,在图示曲摇杆机构中,AB,杆 曲柄,BC,杆 连杆,CD,杆 摇杆,AD,杆 机架,3-2,铰链四杆机构的基本特性,A,D,C,1,B,1,C,2,B2,曲柄,AB,与连杆,BC,两次共线,重叠共线（,B,1,C,1,）,摇杆位于左极限位置（,DC,1,）,拉直共线（,B,2,C,2,）,摇杆位于右极限位置（,DC,2,）,3-2,铰链四杆机构的基本特性,摇杆位于,C,1,D,与,C,2,D,时，曲柄在相应两位置间所夹的锐角,揺杆极限位置,C,1,D,与,C,2,D,间的夹角,揺杆的摆角,A,D,C,1,B,1,C,2,B,2,极位夹角,3-2,铰链四杆机构的基本特性,D,C,1,B,1,C,2,B,2,A,1,2,V,1,V,2,3-2,铰链四杆机构的基本特性,曲柄,AB,1,AB,2,转过,1,=180,+,揺杆,C,1,DC,2,D摆过,D,C,1,B,1,C,2,B,2,A,1,2,曲柄,AB,2,AB,1,转过,2,=180,-,揺杆,C,2,D C,1,D,摆过,t,2,t,1,C,点的平均速度,AB,杆匀速转动,1,2,V,2,V,1,t,1,t,2,V,1,V,2,3-2,铰链四杆机构的基本特性,C,1,D C,2,D,-,工作行程,V,工,=V,1,C,2,D C,1,D,-,空回行程,V,空,=V,2,揺杆,V,空,V,工,从动摇杆具有,急回运动的性质,用行程速比系数,K,表示,D,C,1,B,1,C,2,B,2,A,1,2,V,1,V,2,3-2,铰链四杆机构的基本特性,行程速比系数,K,K,D,C,1B,1,C,2,B,2,A,1,2,V,1,V,2,3-2,铰链四杆机构的基本特性,0,K 1,急回性质越明显,有急回运动性质,K,应用：节省返程时间，如牛头刨床、,往复式输送机,等。,3-2,铰链四杆机构的基本特性,F,v,c,压力角,-,作用在从动件上的驱动力,F,与该受力点速度方向间所夹锐角。,二、压力角和传动角,3-2,铰链四杆机构的基本特性,F,v,c,有害分力,（对揺杆的回转副施加径向压力）,F,n,=F sin,F,n,F,t,F,t,=Fcos,有效分力,（驱动摇杆转动）,F,t,能做的有效功越大,3-2,铰链四杆机构的基本特性,F,v,c,F,F,-,压力角,的余角,=90传动角,（连杆,BC,和从动揺杆,CD,之间所夹的锐角）,压力角,传动角,机构的效率愈高,机构传力性能愈好,3-2,铰链四杆机构的基本特性,C,1,B,1,a,D,A,1,C,2,B,2,2,min,出现在曲柄与机架共线,的位置,其中较小者即为该机构的,min,。,BCD,180-,BCD,（,BCD,为锐角时,）,（,BCD,为钝角时）,3-2,铰链四杆机构的基本特性,在曲柄揺杆（滑块）机构中，当,揺杆（滑块）为主动件,时，将会出现死点。,死点出现的情况：,三、死点位置,3-2,铰链四杆机构的基本特性,F,0,F,0,何谓“死点”？,连杆传给曲柄的力将通过回转中心,A,。此力对,A,点不产生力矩，因此不能使曲柄转动。,A,3-2,铰链四杆机构的基本特性,死点位置的不良影响：,F,0,F,0,A,（,1,）从动件出现卡死,（,2,）从动件运动不确定,3-2,铰链四杆机构的基本特性,（,2,）,两组机构错开排列，（如火车轮机构）,;,F,A,E,D,G,B,C,A,B,E,F,D,C,G,（,3,）,靠构件自身和飞轮的惯性作用（如,缝纫机,）。,避免措施：,（,1,）,对从动曲柄施加外力（如,缝纫机踏板机构,）；,3-2,铰链四杆机构的基本特性,缝纫机踏板机构,2,1,4,3,3,1,2,4,摇杆主动,3-2,铰链四杆机构的基本特性,死点位置的应用,工件,A,B,C,D,1,23,4,P,A,B,C,D,1,2,3,4,工件,P,夹具,=0,T,A,B,D,C,飞机起落架,A,B,C,D,=0,F,如：,飞机起落架,、钻夹具等,3-2,铰链四杆机构的基本特性,曲柄摇杆机构,A,D,B,C,C,B,B,C,曲柄回转一周，必须顺利通过与连杆共线的两个位置,AB,和,AB,。,四、铰链四杆机构有曲柄的条件,3-2,铰链四杆机构的基本特性,A,D,B,C,当杆,2,处于,AB,位置时，,A,CD,l,2,+,l,4,l,1,+,l,3,l,2,+,l,1,l,3,+,l,4,l,2,+,l,3,l,1,+,l,4,-,l,2,+,l,3,l,1,+,l,4,l,2,l,3l,2,l,1,l,2,l,4,曲柄与任一杆长度之和都小于其余两杆长度之和,AB,杆为最短杆,C,B,l,4,3-2,铰链四杆机构的基本特性,A,D,B,C,C,B,当杆,2,处于,AB,位置时，,A,CD,l,1,(,l,3,l,2,)+,l,4,l,4,(,l,3,l,2,)+,l,1,l,2,+,l,1,l,3,+,l,4,-,l,2,+,l,4,l,3,+,l,1,-,3-2,铰链四杆机构的基本特性,（,2,）连架杆和机架中有一杆为最短杆,铰链四杆机构中曲柄存在的条件：,（,1,）,l,max,+,l,min,其余两杆长度之和,-,杆长条件,小结：,A,B,C,D,（,3,）满足杆长条件不一定存在曲柄,3-2,铰链四杆机构的基本特性,不论以何杆为机架,机构中无曲柄,双摇杆机构,3-2,铰链四杆机构的基本特性,若最短杆与最长杆长度之和,其余两杆长度之和,A,B,C,D,3-3,铰链四杆机构的演化形式,一、,曲柄滑块机构,曲柄摇杆机构,曲柄滑块机构,对心曲柄滑块机构,偏置曲柄滑块机构,e,可实现急回运动,偏距,C,D,1,演化过程,2,曲柄滑块机构的应用,实例,1,活塞式内燃机,实例,2,冲床,3-3,铰链四杆机构的演化形式,A,B,C,C,1,C,2,B,2,B,1,导路,e,导路,0,，,K 1,机构有急回性质,=,0,，,K=1,机构无急回性质,3-3,铰链四杆机构的演化形式,B,A,C,C,0,B,0,v,c,min,曲柄滑块机构的传动角,3-3,铰链四杆机构的演化形式,导杆机构,导杆机构,曲柄滑块机构,A,B,1,4,2,C,3,3,1,4,A,2,B,C,导杆,二、导杆机构,摆动导杆机构,转动导杆机构,(,l,机架,l,曲柄,),曲柄滑块机构,固定曲柄,(,l,机架,l,曲柄,),3-3,铰链四杆机构的演化形式,F,导杆机构的两个特点：,=,具有急回运动的性质,=,0,=,90,传力性能最好,=,90,v,3-3,铰链四杆机构的演化形式,曲柄滑块机构,曲柄滑块机构,A,B,1,4,2,C,3,1,4,A,2,B,C,3,摇块机构,揺块机构,（摆动滑块机构）,固定连杆,3-3,铰链四杆机构的演化形式,三、摇块机构和定块机构,应用实例,B,2,3,4,C,1,A,自卸卡车举升机构,A,C,B,1,2,3,4,应用实例,B,3,4,C,1,A,2,应用实例,4,A,1,B,2,3,C,应用实例,1,3,C,4,A,B,2,A,1,C,2,3,4,B,摇块机构,广泛应用于摆缸式内燃机和液压驱动装置中。,应用实例,3-3,铰链四杆机构的演化形式,曲柄滑块机构,曲柄滑块机构,A,B,1,4,2,C,3,3,1,4,A,2,B,C,定块机构,定块机构,固定滑块,手摇唧筒,B,C,3,2,1,4,A,A,B,C,3,2,1,4,应用实例,3-3,铰链四杆机构的演化形式,四、偏心轮机构,e,A,B,C,D,D,A,B,C,4,1,2,3,偏心轮,偏心距,e,为曲柄长度,-,曲柄为偏心轮的机构,曲柄,偏心轮,扩大转动副直径,3-3,铰链四杆机构的演化形式,偏心轮机构,A,B,C,二、偏心轮机构,应用场合,曲柄销（转动副）承受较大载荷时；,曲柄长度较短时,3-3,铰链四杆机构的演化形式,五、多杆机构简介,实例,1,手动冲床,实例,2,筛料机主体机构,3-3,铰链四杆机构的演化形式,实例,3,牛头刨床主运动机构,D,1,2,4,3,6,5,3-3,铰链四杆机构的演化,1,、设计目的：,根据给定运动条件，确定机构运动简图的尺寸参数,2,、设计的类型：,(2),按照给定的运动轨迹设计,(1),按照给定的运动规律设计,按照给定的从动件的运动规律（如位移、速度、加速,度或行程速比系数,K,）设计,3,、设计方法：,几何作图法、解析法、实验法,如,鹤式起重机机构,、,搅拌机机构,3-4,平面四杆机构的设计,一、按照给定的行程速比,K,系数设计四杆机构,1,、曲柄摇杆机构,计算,180(K-1)/(K+1);,已知：,CD,杆长，摆角,及,K,，,任取一点,D,，作等腰三角形,腰长为,CD,，夹角为,;,作,C,1,PC,1,C,2,，,使,C,1,C,2,P=90,交于,P;,90-,P,D,A,C,2,C,1,步骤如下：,设计实质：,确定,A,点的位置,，及,AB,杆、,BC,杆,和,AD,杆长度。,用几何作图法设计四杆机构,3-4,平面四杆机构的设计,以,A,为圆心和,l,1,为半径作圆，,A C,1,=,l,2,l,1,A C,2,=,l,1,+,l,2,90-,P,D,A,C,2,C,1,作,P,C,1,C,2,的外接圆，,则,A,点必在此圆上。,选定,A,设曲柄长,l,1,连杆长,l,2,则,:,3-4,平面四杆机构的设计,l,1,=(,A,C,2,A,C,1,)/2,得曲柄长度,:,B,1,B,2,交于以,C,1,A,延长线于,B,1,，,交,CA,2,于,B,2,，,即得,:,B,1,C,1,=B,2,C,2,=,l,2,AD,=l,4,。,由于,A,点是,C,1,P,C,2,外接圆上任选的点，故仅按,K,设计，可得无穷多解。,A,点位置不同，传动角大小也不同，如想获得良好的传动质量，可按最小传动角最优或其他辅助条件来确定,A,点位置。,D,A,C,2,C,1,B,1,B,2,由于,A,点是,C,1,P,C,2,外接圆上任选的点，故仅按,K,设计，可得无穷多解。,如果要求唯一的解，需要给定一些辅助条件，如：,min,、,机架的长度,l,4,等等，这时，,A,点的位置就是唯一的了。,3-4,平面四杆机构的设计,m,n,=,C,分析：,导杆机构：,=,相等，设计时，所需确定的尺寸是曲柄长度,l,1,。,任选,C,作,m,C,n,，,=,A,l,4,作角分线,;,已知：机架长度,l,4,，,K,一、按照给定的行程速比系数,K,设计,2,、导杆机构,由,K,取,A,点，使得,AC,=,l,4,得固定铰链,中心,A,的位置。,过,A,点作导杆极限位置的垂线,AB,1,(,或,AB,2,）,，,得曲柄长度,l,1,=,AB,1,。,l,1,A,C,B,B,1,3-4,平面四杆机构的设计,一、按照给定的行程速比系数,K,设计,3,、曲柄滑块机构,E,2,2l,1,e,H,作,C,1,C,2,H,作射线,C,1,O,使,C,2,C,1,O=90,以,O,为圆心，,C,1,O,为半径作圆。,以,A,为圆心，,A,C,1为半径作弧交于,E,得：,作射线,C,2,O,使,C,1,C,2,O=90,。,作偏距线,e,，交圆弧于,A,，即为曲柄的固定铰链中心。,C,1,C,2,90-,o,90-,A,l,1,=EC,2,/2,l,2,=A,C,2,EC,2,/2,由,K,已知：,K,，滑块行程,H,，,偏距,e,，,3-4,平面四杆机构的设计,1,、给定连杆两组位置,有唯一解。,B,2,C,2,A,D,将铰链,A,、,D,分别选在,B,1,B,2,，,C,1,C,2,连线的垂直平分线上任意位置都能满足设计要求。,2,、给定连杆上铰链,BC,的三组位置,有无穷多组解。,A,D,B,2,C,2,B,3,C,3,D,B1,C,1,A,B,1,C,1,二、按给定连杆位置设计四杆机构,3-4,平面四杆机构的设计,作者：潘存云教授,D,用几何实验法设计四杆机构,当给定连架杆位置超过三对时，一般不可能有精确解。只能用优化或试凑的方法获得近似解。,首先在一张纸上取固定轴,A,的位置，作原动件角位移,i,任意取原动件长度,AB,任意取连杆长度,BC,，作一系列圆弧,;,在透明纸上取固定轴,D,，作角位移,i,D,k,1,取一系列从动件,长度作同心圆弧。,两图叠加，移动透明,纸，使,k,i,落在同一圆,弧上。,i,i,A,B,1,一、按给定两连架杆对应位置设计四杆机构,位置,i,i,位置,i,i,12 15 10.8 45 15 15.8,23 15 12.5 56 15 17.5,34 15 14.2 67 15 19.2,C,1,A,B,C,D,N,E,M,连杆作平面运动,其上各点的轨迹均不相同,。,B,C,点的轨迹为圆弧,;,设计目标,:,就是要确定一组杆长参数,使连杆上某点的轨迹满足设计要求,。,二、按给定点的运动轨迹设计四杆机构,连杆曲线,用几何实验法设计四杆机构,其余各点的轨迹为,一条封闭曲线,。,-,-,连杆曲线,连杆曲线的形状随点在连杆上的位置和各杆相对尺寸的不同而变化。连杆曲线形状的多样性使它有可能用于描绘复杂的轨迹。,1,、连杆曲线,传送机构,图示为自动线上的步进式传送机构。,二、按给定点的运动轨迹设计四杆机构,用几何实验法设计四杆机构,1,、连杆曲线,二、按给定点的运动轨迹设计四杆机构,2,、运用连杆曲线图谱设计四杆机构,平面连杆曲线是高阶曲线，设计四杆机构使其连杆上某点实现给定的任意轨迹是十分复杂的。,为了便于设计，工程上常利用事先编就的连杆曲线图谱。,从图谱中找出所需的曲线便可直接查出该四杆机构的各尺寸参数,-,图谱法。,用几何实验法设计四杆机构,连杆曲线生成器,B,C,A,D,2,、运用连杆曲线图谱设计四杆机构,用几何实验法设计四杆机构,本章学习要点,1.,掌握四杆机构的基本型式、应用和演化,3.,掌握铰链四杆机构曲柄存在的条件,2.,弄清行程速比系数,K,、极位夹角,、压力 角,、,传动角,及死点等基本概念,