四杆机构设计课件.ppt

设 计 ： 潘 存 云E 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 。 步 骤 如 下 ： 任 取 一 点 D， 作 等 腰 三 角 形 腰 长 为 CD， 夹 角 为 ; 作 C2P C1C2， 作 C1P使 作 P C1C2的 外 接 圆 ， 则 A点 必 在 此 圆 上 。 选 定 A， 设 曲 柄 为 l1 ， 连 杆 为 l2 ， 则 : 以 A为 圆 心 ， A C 2为 半 径 作 弧 交 于 E,得 ： l1 =EC1/ 2 l2 = A C1 EC1/ 2,A C2=l2- l1 = l1 =( A C1 A C2)/ 2 C2C1P=90 ,交 于 P; 90 -P A C 1= l1+l2 DA C1C2 设 计 ： 潘 存 云 设 计 ： 潘 存 云ADm n =D2) 导 杆 机 构分 析 ： 由 于 与 导 杆 摆 角 相 等 ， 设 计 此 机 构 时 ， 仅 需 要 确 定 曲 柄 a。 计 算 180 (K-1)/(K+1); 任 选 D作 mDn ， 取 A 点 ， 使 得 A D = d , 则 : a=dsin( /2)。 =A d作 角 分 线 ;已 知 ： 机 架 长 度 d， K ， 设 计 此 机 构 。 设 计 ： 潘 存 云E 2 2a e3) 曲 柄 滑 块 机 构 H已 知 K， 滑 块 行 程 H， 偏距 e， 设 计 此 机 构 。 计 算 : 180 (K-1)/(K+1); 作 C1 C2 H 作 射 线 C1O 使 C2C1O=90 , 以 O为 圆 心 ， C1O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 C2O使 C1C2 O=90 。 作 偏 距 线 e， 交 圆 弧 于 A， 即 为 所 求 。 C1 C290 -o90 -Al 1 =EC2/ 2 l2 = A C2 EC2/ 2 设 计 ： 潘 存 云 二 、 按 预 定 连 杆 位 置 设 计 四 杆 机 构a)给 定 连 杆 两 组 位 置有 唯 一 解 。 B2 C2A D将 铰 链 A、 D分 别 选 在 B1B2，C1C2连 线 的 垂 直 平 分 线 上 任 意位 置 都 能 满 足 设 计 要 求 。b)给 定 连 杆 上 铰 链 BC的 三 组 位 置有 无 穷 多 组 解 。 A DB 2 C2B3 C3A DB1 C1B 1 C1 刚化反转法 以CD杆为机架时看到的四杆机构ABCD的位置相当于把以AD为机架时观察到的ABCD的位置刚化，以D轴为中心转过 得到的。21 低副可逆性；机构在某一瞬时，各构件相对位置固定不变，相当于一个刚体，其形状不会随着参考坐标系不同而改变。 第 1 步：选B点，以 I 位置为参考位置，DF1 为机架第 2 步：用刚化反转法求出 B2、B3 的转位点第 3 步：做中垂线，找C1 点第 4 步：联接AB1C1D 教 学 基 本 要 求2. 能 根 据 四 杆 机 构 存 在 曲 柄 的 条 件 ， 熟 练 判 断 铰 链 四 杆 机 构 的 基 本 类 型 。 1.了 解 组 成 铰 链 四 杆 机 构 的 各 构 件 的 名 称 ， 熟 悉 铰 链 四 杆 机 构 的 等 基 本 概 念 。3. 掌 握 按 行 程 速 比 系 数 和 给 定 连 杆 位 置 设 计 四 杆 机 构 的 作 图 法 。 重 点 与 难 点 分 析本 章 重 点 ： 平 面 四 杆 机 构 的 基 本 特 性 及 其 设 计 ；本 章 难 点 ： 用 作 图 法 设 计 四 杆 机 构 。1.极 位 夹 角 ： 机 构 中 从 动 摇 杆 处 于 两 极 限 位 置 时 ，原 动 曲 柄 的 相 应 两 位 置 之 间 所 夹 的 锐 角 。 0 ， 表 示 机 构 具 有 急 回 特 性 ， 且 极 位 夹 角 愈大 ， 机 构 的 急 回 运 动 就 愈 显 著 ， 所 以 ， 要 判 断 一个 机 构 是 否 有 急 回 特 性 ， 就 要 找 出 极 位 夹 角 。 例 如 ， 一 个 对 心 曲 柄 滑 块 机 构 ， 因 其 极 位 夹 角机 构 就 没 有 急 回 特 性 ； 但 一 个 偏 置 曲 柄 滑 块 机 构 ，因 其 极 位 夹 角 ， 机 构 就 有 急 回 特 性 ； 摆 动 导杆 机 构 的 摆 角 与 其 极 位 夹 角 相 等 ， 它 有 急 回 特 性 ，但 转 动 导 杆 机 构 就 没 有 急 回 特 性 。 002.压 力 角 与 传 动 角 ： 在 四 杆 机 构 中 ， 当 不 计 摩 擦 时 ，主 动 件 通 过 连 杆 作 用 在 从 动 件 上 的 力 的 作 用 线 与 其受 力 点 出 的 速 度 方 向 之 间 所 夹 的 锐 角 ， 称 为 机 构 在此 位 置 的 压 力 角 ， 而 把 压 力 角 的 余 角 ， 即 连 杆 与 从动 摇 杆 所 夹 的 锐 角 ， 称 为 传 动 角 。 它 们 常 用 来 衡 量 机 构 的 传 动 性 能 。 传 动 角 愈 大 ，即 压 力 角 愈 小 ， 机 构 的 传 动 性 能 愈 好 ， 效 率 愈 高 。 多 数 机 构 运 动 中 的 传 动 角 是 变 化 的 。 为 了 使 机 构传 动 质 量 良 好 ， 一 般 规 定 机 构 的 最 小 传 动 角 。为 了 检 查 机 构 的 最 小 传 动 角 ， 需 要 确 定 最 小 传 动 角 的位 置 。 通 过 分 析 可 知 ： 曲 柄 摇 杆 机 构 的 最 小 传 动 角 出现 在 曲 柄 与 机 架 共 线 的 两 位 置 之 一 ； 曲 柄 滑 块 机 构 的最 小 传 动 角 出 现 在 曲 柄 与 导 路 垂 直 的 位 置 ； 导 杆 机 构在 任 何 位 置 最 小 传 动 角 都 等 于 90 o。 40min 3. 死 点 ： 当 机 构 出 现 传 动 角 时 ， 其 压 力 角 =90o，作 往 复 运 动 的 原 动 件 通 过 连 杆 作 用 于 从 动 曲 柄 上 的 力恰 好 通 过 从 动 件 的 转 动 副 中 心 ， 致 使 从 动 件 不 能 转 动 ，机 构 的 这 种 位 置 ， 称 为 死 点 位 置 。 在 曲 柄 摇 杆 机 构 或曲 柄 滑 块 机 构 中 ， 若 以 摇 杆 或 滑 块 为 主 动 件 ， 则 曲 柄与 连 杆 共 线 的 位 置 ， 就 是 死 点 位 置 。0注 意 ： 死 点 、 自 锁 与 机 构 自 由 度 小 于 等 于 零 的 区 别 。自 由 度 小 于 等 于 零 ， 表 明 机 构 中 各 构 件 间 不 可 作 相 对运 动 ； 死 点 是 指 不 计 摩 擦 时 机 构 所 处 的 特 殊 位 置 ， 可 借 助 惯 性 或 采 用 机 构 错 位 排 列 的 方 法 ， 使 机 构 能 顺利 通 过 死 点 位 置 而 正 常 运 转 ； 而 自 锁 是 指 机 构 在 考虑 摩 擦 的 情 况 下 ， 当 驱 动 力 的 作 用 方 向 满 足 一 定 的几 何 条 件 时 ， 虽 然 机 构 的 自 由 度 大 于 零 ， 但 机 构 仍无 法 运 动 的 现 象 。4. 平 面 四 杆 机 构 的 作 图 法 ： 用 作 图 法 设 计 四 杆 机 构是 根 据 设 计 要 求 及 各 铰 链 之 间 相 对 运 动 的 几 何 关 系通 过 作 图 来 确 定 四 个 铰 链 的 位 置 。 根 据 不 同 的 设 计 要 求 ， 作 图 法 设 计 四 杆 机 构 可分 为 三 种 类 型 。 1） 按 给 定 的 行 程 速 比 系 数 K设 计 四 杆 机 构 （ 重 点 ） 已 知 ： 行 程 速 比 系 数 K， 摇 杆 CD的 长 度 lCD ， 摇 杆 的 摆 角 ， 设 计 此 四 杆 机 构 。设 计 的 实 质 是 ： 确 定 曲 柄 的 固 定 铰 链 中 心 A 的 位 置 ，进 而 定 出 其 余 三 杆 长 度 。 设 计 方 法 是 ： 先 根 据 行 程 速 比 系 数 K 由 公 式 求 出 极 位 夹 角 ， 根 据 几 何 条 件 作 出 摇 杆 的 两 个 极 限 位置 C1D和 C2D； 由 C1、 C2点 各 作 与 C1C2 连 线 夹 角 为 的 直 线 相 交 于 O点 ； 以 O点 为 圆 心 ， OC 1为 半径 画 圆 ， A 点 即 在 此 圆 上 ， 可 由 其 它 附 加 条 件 确 定 。 11180 KK)90( 2） 用 作 图 法 按 两 连 架 杆 预 定 的 对 应 位 置 设 计 四 杆 机 构 设 计 方 法 是 ： 此 类 问 题 刚 固 反 转 法 进 行 设 计 （ 重 点 ） 3） 按 预 定 的 连 杆 位 置 设 计 四 杆 机 构 ： 设 计 方 法 是 ： 此 类 问 题 可 用 求 圆 心 法 来 解 决 ， 即 作铰 链 B各 位 置 点 连 线 B1B2 、 B2B3的 中 垂 线 ， 两 中垂 线 的 交 点 即 为 固 定 铰 链 中 心 A。 同 理 ， 作 铰 链 C各 位 置 点 连 线 C1C2、 C2C3的 中 垂 线 ， 两 中 垂 线 的交 点 即 为 固 定 铰 链 中 心 D。已 知 ： 连 杆 BC的 三 个 预 定 位 置 B1C1、 B2C2和 B3C3设 计 的 实 质 是 ： 求 固 定 铰 链 中 心 的 位 置若 仅 给 定 连 杆 BC的 两 个 预 定 位 置 ， 则 设 计 的 四 杆机 构 有 无 穷 多 解 。 典 型 例 题 分 析 例 2-1 在 图 2-1a 所 示 的 铰 链 四 杆 机 构 中 ， 已 知 各 杆 长度 为 lAB =20mm， lBC=60mm， lCD=85mm， lAD=50mm ， 1、 试 判 断 该 机 构 是 否 有 曲 柄 ； 2、 判 断 此 机 构 是 否 存 在 急 回特 性 ？ 若 存 在 ， 试 确 定 其 极 位夹 角 ， 并 估 算 行 程 速 比 系 数 ； 3、 若 以 构 件 AB为 主 动 件 ， 画出 机 构 的 最 小 传 动 角 的 位 置 ； 4、 在 什 么 情 况 下 机 构 存 在 死点 位 置 ？ 图 2-1 解 ： 1、 因 为 lAB+lCD=20+85=105mm0 的 四 杆 机 构 ， 一 定 有 急 回 特 性 。 7.在 曲 柄 滑 块 机 构 中 ， 只 有 当 曲 柄 与 滑 块 导 路 垂 直 时 ，传 动 角 才 可 能 出 现 最 小 值 。 8.传 动 角 就 是 连 杆 与 从 动 件 的 夹 角 。 9.连 杆 机 构 任 一 位 置 的 传 动 角 与 压 力 角 之 和 恒 等 于90o。 10.从 传 力 效 果 来 看 ， 传 动 角 越 大 越 好 ， 压 力 角 越 小越 好 。 答 案 二 、 填 空 题1.平 面 连 杆 机 构 是 构 件 用 _连 接 而 成 的 机 构 ，当 平 面 四 杆 机 构 的 运 动 副 都 是 _ ， 则 称 为 铰 链四 杆 机 构 。2.铰 链 四 杆 机 构 的 三 种 基 本 形 式 是 _、 _和_ 。 它 们 是 按 照 _来 确 定 的 。3.铰 链 四 杆 机 构 中 ， 固 定 不 动 的 杆 称 为 _ _ ， 不与 机 架 直 接 连 接 的 杆 称 为 _ ， 用 转 动 副 与 机 架 连接 的 杆 称 为 _。4.机 构 处 于 死 点 位 置 时 ， 其 传 动 角 等 于 _， 压 力 角 等于 _。 5.平 行 四 边 形 机 构 的 极 位 夹 角 =_ ,它 的 行 程 速 比 系数 K_。6.铰 链 四 杆 机 构 演 化 成 其 它 形 式 的 四 杆 机 构 常 有 三 种方 法 ， 它 们 是 _、 _和 _。7.一 对 心 曲 柄 滑 块 机 构 ， 若 以 滑 块 为 机 架 ， 则 将 演 化成 _机 构 。8.曲 柄 为 主 动 件 的 曲 柄 摇 杆 机 构 中 ， 当 从 动 摇 杆 处 于两 极 限 位 置 时 ， _在 该 位 置 所 夹 的 锐 角 ， 称 为极 位 夹 角 。9.铰 链 四 杆 机 构 中 ， _角 越 大 ， 对 机 构 的 传 动 越有 利 。 10.死 点 是 指 不 计 摩 擦 时 机 构 所 处 的 特 殊 位 置 ， 可 借助 _或 采 用 _的 方 法 使 机 构 能 顺 利 通 过 死 点位 置 而 正 常 运 转 。 三 、 选 择 题1.下 面 不 是 平 面 连 杆 机 构 的 优 点 。A. 运 动 副 是 面 接 触 ， 故 压 强 小 、 耐 磨 损 ；B. 运 动 副 制 造 简 单 ， 容 易 获 得 较 高 的 制 造 精 度 ；C. 容 易 实 现 多 种 运 动 形 式 的 转 换 ；D. 容 易 精 确 地 实 现 预 定 的 运 动 规 律 。 答 案 2.四 杆 长 度 不 等 的 双 曲 柄 机 构 ， 若 主 动 曲 柄 作 连 续匀 速 转 动 则 从 动 曲 柄 将 _。A. 匀 速 转 动 B. 间 歇 转 动 C. 周 期 变 速 转 动 D. 往 复 摆 动3.平 行 双 曲 柄 机 构 ， 当 主 动 曲 柄 作 匀 速 转 动 ， 则 从动 曲 柄 将 _。A. 匀 速 转 动 B. 间 歇 转 动 C. 周 期 变 速 转 动 D. 往 复 摆 动 答 案 A. 改 变 导 杆 长 度 B. 改 变 曲 柄 长 度C. 改 变 机 架 长 度 D. 改 变 曲 柄 转 速4.改 变 摆 动 导 杆 机 构 导 杆 摆 角 的 有 效 方 法 是 _。5.杆 长 不 等 的 铰 链 四 杆 机 构 ， 若 以 最 短 杆 为 机 架 ，则 是 _机 构 。A. 曲 柄 摇 杆 机 构 B. 双 曲 柄 机 构C. 双 摇 杆 机 构 D. 双 曲 柄 机 构 或 双 摇 杆 机 构 答 案 6.当 曲 柄 摇 杆 机 构 的 原 动 曲 柄 位 于 _时 ， 机 构的 传 动 角 最 小 。A. 曲 柄 与 连 杆 共 线 的 两 个 位 置 之 一B. 曲 柄 与 机 架 相 垂 直 的 位 置C. 曲 柄 与 机 架 共 线 的 两 个 位 置 之 一D. 摇 杆 与 机 架 相 垂 直 时 对 应 的 曲 柄 位 置7.铰 链 四 杆 机 构 的 压 力 角 是 指 ， 在 不 计 摩 擦 情 况 下 ，连 杆 作 用 于 _上 的 力 与 该 力 作 用 点 的 速 度 间 所夹 的 锐 角 。A. 主 动 件 B. 从 动 件 C. 机 架 D. 连 架 杆 答 案 A. 2 个 B. 3 个 C. 4 个 D. 5 个A. 90 B. 45 C. 60 D. 3010.下 列 机 构 中 ： 1) 对 心 曲 柄 滑 块 机 构 、 2) 偏 置 曲 柄滑 块 机 构 、 3) 平 行 双 曲 柄 机 构 、 4) 摆 动 导 杆 机 构 、5) 曲 柄 摇 杆 机 构 ， 当 原 动 件 均 为 曲 柄 时 ， 上 述 _机 构 有 急 回 运 动 特 性 。9.摆 动 导 杆 机 构 的 行 程 速 比 系 数 K=2， 则 该 机 构 的摆 角 为 _。8. 有 一 对 心 曲 柄 滑 块 机 构 ， 曲 柄 长 为 100mm， 则滑 块 的 行 程 是 _。 A. 50mm B. 100mm C. 200mm D. 400mm 答 案 一 、 判 断 题 T、 F、 F、 T、 T 、 6T 、 7F 、 8F 、 9T 、 10T 答 案三 、 选 择 题 1D、 C、 A、 B、 D 、 6C 、 7B 、 8C 、 9C 、 10B