机械原理平面连杆机构及设计.ppt

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1、第二章 平面连杆机构平面连杆机构及其设计及其设计主要内容主要内容 若干个构件全用联接而成的机构，也称之为。一、一、 1、根据构件之间的相对运动分为：、根据构件之间的相对运动分为：、四杆机构四杆机构六杆机构六杆机构三、平面连杆机构的特点三、平面连杆机构的特点n适用于传递较大的动力传递较大的动力，常用于动力机械n依靠运动副元素的几何形面保持构件间的相互接触，且易于制造易于制造，易于保证所要求的制造精度制造精度n能够实现多种运动轨迹曲线和运动规律实现多种运动轨迹曲线和运动规律，工程上常用来作为直接完成某种轨迹要求的执行机构执行机构不足之处：n不宜于传递高速运动不宜于传递高速运动n可能产生较大的运动累

2、积误差运动累积误差四、平面连杆机构的应用四、平面连杆机构的应用举升举升汽车中那些部位用到连杆机构汽车中那些部位用到连杆机构飞机起落架飞机起落架起重装置机架机架连杆连杆 在中，能绕其轴线回转360者称为；仅能绕其轴线往复摆动者称为。一、一、平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式1 1）曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构：一个连架杆为曲柄，另一个为摇杆。一个连架杆为曲柄，另一个为摇杆。2 2）双曲柄机构双曲柄机构：两连架杆均为曲柄。两连架杆均为曲柄。3 3）双摇杆机构双摇杆机构：两连架杆均为摇杆。两连架杆均为摇杆。2-1 2-1 平面四杆机构的基本形式、演变及其应用平面四杆机构的基本形式、演变及其应用

3、41 1、转动副转化为移动副、转动副转化为移动副二、平面四杆机构的演变二、平面四杆机构的演变44曲柄滑块机构曲柄滑块机构铰链四杆机构铰链四杆机构2)曲柄滑块机构1)曲柄滑块机构sinABls 正弦机构正弦机构曲柄移动导杆机构曲柄移动导杆机构2、取不同构件为机架（机构倒置）、取不同构件为机架（机构倒置）1）铰链四杆机构铰链四杆机构的倒置的倒置机构机构（机构）机构）曲柄机构机构2 2）单）单滑块机构滑块机构的倒置的倒置曲柄滑块机构曲柄滑块机构曲柄曲柄机构机构摇块机构广泛应用于摆动式内燃机和液压驱动装置内。如图所示自卸卡车翻斗机构及其运动简图。在该机构中，因为液压油缸3绕铰链C摆动，故称为摇块。直动

4、滑杆机构直动滑杆机构曲柄摆动导杆机构及应用3 3）其他）其他机构机构的倒置的倒置3 3、扩大转动副、扩大转动副将转动副将转动副B B加大，直至把加大，直至把转动副转动副A A包括进去，成为包括进去，成为几何中心是几何中心是B B，转动中心，转动中心为为A A的偏心圆盘。的偏心圆盘。2-2 2-2 平面四杆机构设计中的共性问题平面四杆机构设计中的共性问题一、平面四杆机构一、平面四杆机构的条件的条件二、二、平面四杆机构输出件的平面四杆机构输出件的三、三、平面机构的平面机构的和和、四、运动的连续性BDAC1 12 23 34 4a ab bc cd d一、平面四杆机构一、平面四杆机构的条件的条件为什

5、么关注有为什么关注有曲柄条件？曲柄条件？ 欲使连架杆欲使连架杆ABAB成为曲柄，则必须使成为曲柄，则必须使ABAB通过通过与与机架共线的两个位置，机架共线的两个位置，三角形三角形 任意两边之和必大于第三边任意两边之和必大于第三边 任意两边之差小于第三边任意两边之差小于第三边即必须满足即必须满足 a+da+d b+c b+c (2-1) (2-1) |d-a| |b-c| (2-2) |d-a| |b-c| (2-2)欲使连架杆欲使连架杆ABAB成为曲柄，则必须使成为曲柄，则必须使ABAB通过通过与与机架共线的两个位置，即必须满足机架共线的两个位置，即必须满足 a+db+c (1)a+db+c

6、(1) |d-a|b-c| (2) |d-a|b-c| (2)ababacacadad从而可得从而可得(1) (1) 若若dada，则可得，则可得a+bc+d (a+bc+d (若若bc) bc) a+cb+d (a+cb+d (若若cb)cb) a+db+c a+db+c 结论（平面铰链四杆机构有曲柄的条件）：1 1）与中必有一杆为四杆机构中的；2 2）与之和应的杆长之和。（） )bc (bacd) cb(cabdcbad(2) (2) 若若da da 则可得则可得 cdbdad1、若：u 以最短杆的相邻构件为机架最短杆的相邻构件为机架，则最短杆为曲柄，另一连架杆为摇杆，即该机构为；u 以最

7、短杆为机架最短杆为机架，则两连架杆为曲柄，该机构为；u 以最短杆的对边构件为机架最短杆的对边构件为机架，则无曲柄存在，即该机构为。2、若，该机构是，该机构是。注意：注意：铰链四杆机构必须满足四构件组成的：最长杆的杆长最长杆的杆长 其余三杆长度之和其余三杆长度之和。类型的判断条件babaeA显然，需满足: 有曲柄的条件BCCB eC”B” abBCCB A有曲柄的条件有曲柄的条件Eed-aaCABdBEEed+eaCABd有曲柄的条件C2B2 2 2摆角摆角极位夹角极位夹角 1=180+, 2=180-显然：若显然：若，则：，则：是否存在急回特性的四杆机构?= v2 / v1 =（C1C2 /

8、t2 ）/ （ C1C2 / t1 ）= t1 / t2 = 1 / 2 = 输出件空回行程的平均速度输出件空回行程的平均速度 输出件工作行程的平均速度输出件工作行程的平均速度=行程速度变化系数行程速度变化系数C2BB1C1B2C曲柄滑块机构是否存在的曲柄滑块机构?AA AB B1 1D DC CB B2 2 = = 导杆机构的急回是否存在的导杆机构?F1 = FcosF2 = FsinA AB BC CD DF Fv vc cF F1 1F F2 21、:在不计摩擦力、惯性力和重力的条件下，机构中驱使与输出件上受力点的间所夹的，称为机构，通常用表示。三、三、平面机构的平面机构的压力角压力角和

9、和传动角传动角、死点死点传动角传动角：压力角的余角。机构的传动角和压力角作出如下规定：机构的传动角和压力角作出如下规定：minmin ；= 30= 30 6060；maxmax 。、分别为许用传动角和许用压力角。分别为许用传动角和许用压力角。v vc cA AB BC CD DF FF F1 1F F2 2通常用表示.F vFABC123vB3FvB3ABC123= 0 = 90nnvB3FABC231v vF F= arccosb2+c2-d2-a2+2adcos /2bc. = 0 , min= arccosb2+c2-(d-a)2/2bcB BC CminminF F2 2A AB BC

10、 CD D F Fv vc cF F1 1 a ab bc cd d F FVcVc=或或 = = 180 -B BC Cmaxmax = 180 , max= arccosb2+c2-(d+a)2/2bc min=min , 180 -maxmin2 2、最小传动角的确定、最小传动角的确定B BA AB BC CC C e ea ab b minmin= = =arccos=arccos（a+e)/ba+e)/b 为提高机械传动效率，应使其为提高机械传动效率，应使其最小传动角最小传动角处于工处于工作阻力较小的空回行程中。作阻力较小的空回行程中。coscos = =（asinasin +e)/

11、b+e)/ba ab bB BB BA AC CB BC CC C minmin 在不计构件的重力、惯性力和运动副中的摩擦阻力在不计构件的重力、惯性力和运动副中的摩擦阻力的条件下，当机构处于传动角的条件下，当机构处于传动角=0=0（=90=90）的位）的位置下，无论给机构主动件的驱动力或驱动力矩有多大，置下，无论给机构主动件的驱动力或驱动力矩有多大，均不能使机构运动，这个位置称为机构的均不能使机构运动，这个位置称为机构的。F F1 1 = Fcos = FcosF F2 2 = Fsin = FsinD DA AB BC CF Fv vB BF FD DA AC Cv v3 3、机构的死点位置

12、、机构的死点位置连杆机构的运动连续性：指该机构在运动中能够连续连杆机构的运动连续性：指该机构在运动中能够连续实现给定的各个位置。实现给定的各个位置。错位不连续错位不连续：在左图中，当曲柄转动时，摇杆不可能从CD位置转到CD位置，把连杆机构的这种运动不连续称为错位不连续。即：不可能要求从动件在两个不连通的内（C1DC2，C1DC2）连续运动。错序不连续错序不连续：在右图中，要求连杆依次占据B1C1、B2C2、B3C3，当AB沿逆时针转动可以满足要求，但沿顺时针转动，则不能满足连杆预期的次序要求，把机构的这种运动不连续问题称为错序不连续。A(B)BCC1C2C1CC2 1 1 2 2DB1B3B2

13、C1C3C2AD四、运动的连续性四、运动的连续性当曲柄AB连续转动时，摇杆CD可以在其摆角或范围内往复摆动，称此两个范围为机构的可行域。四杆机构的设计合理性判据?1. 机构类型与有曲柄4. 注意”死点”5. 连续性问题根据机构所提出的运动条件，确定机构的运动学尺寸，画出机构运动简图。举例： 自动送机构 翻转机构翻转机构 汽车雨刮实现输出构件的急回特性实现输出构件的急回特性实现两连架杆的对应角位移、角实现两连架杆的对应角位移、角速度和角加速度速度和角加速度演示软件:上、剪下比须连续通过确定位置：刀刃按一定轨迹运动：在剪切区的水平速度有要求设计方法设计方法 几何法几何法 解析法解析法 实验法实验法

14、1、给定设计四杆机构2、给定设计四杆机构 铰链四杆机构-设计过程 曲柄滑块机构曲柄滑块机构-设计过程设计过程 导杆机构导杆机构-设计过程设计过程AB=(ACAB=(AC2 2-AC-AC1 1)/2)/2BC=(ACBC=(AC1 1+AC+AC2 2)/2)/2ACAC1 1=BC-AB=BC-ABACAC2 2=BC+AB=BC+AB确定比例尺确定比例尺llADlBClABADlBClABl,铰链四杆机构-设计过程) 1(,:klCD已知BCADAB、l、ll，：A并确定杆长点位置求) 1() 1(180kk已知：已知：C1 、C2位置（行程位置（行程H），），K,eAC1B1B2BCo

15、oe eC290900 0- - 90900 0- - 曲柄滑块机构曲柄滑块机构-设计过程设计过程1.1.确定比例尺确定比例尺ml l2.2.画出画出C1C1、C2C2及偏心距及偏心距e;e;3.3.已知已知K K，求，求4.4.以以9090o o- - 为底边角，为底边角，C1-C2C1-C2为底边作等腰三角形为底边作等腰三角形C1oC2C1oC25.5.以三角形顶点以三角形顶点o o为圆心作辅助圆为圆心作辅助圆6.6.圆与偏心距交点即为圆与偏心距交点即为A A点点7.以公式：以公式：AB=(AC2-AC1)/2；得杆长；得杆长lAB8.以公式：以公式：BC=(AC1+AC2)/2；得杆长；得杆长lBC9.结束结束已知：已知：klAD,)2cos()2(cos)2sin()2(sinADADBDADADABllllllA AB B1 1D DC CB B2 2 = = 曲柄导杆机构曲柄导杆机构-设计过程设计过程dcbaCBDCBA平行四边形机构平行四边形机构dcbaDCBA421DCBA3C1B1反平行四边形机构反平行四边形机构平行四边形机构