连杆机构的设计

8-1 连 杆 机 构 及 其 传 动 特 点 第 八 章 平 面 连 杆 机 构 及 其 设 计 8-2 平 面 四 杆 机 构 的 类 型 和 应 用 8-3 平 面 四 杆 机 构 的 基 本 性 质 曲 柄 存 在 条 件 急 回 特 性 及 行 程 速 比 系 数 四 杆 机 构 传 动 角 、 压 力 角 及 死 点 铰 链 四 杆 机 构 的 运 动 连 续 性 8-4 平 面 四 杆 机 构 的 设 计用 解 析 法 设 计 四 杆 机 构用 实 验 法 设 计 四 杆 机 构本讲重点：本讲难点：前述内容复习 8-4 平 面 四 杆 机 构 的 设 计一 、 平 面 连 杆 设 计 的 基 本 问 题1. 平 面 连 杆 机 构 设 计 的 基 本 任 务 根 据 给 定 的 设 计 要 求 选 定 机 构 型 式 ； 确 定 各 构 件 尺 寸 ， 并 要 满 足 结 构 条 件 、 动 力 条 件和 运 动 连 续 条 件 等 。2. 平 面 连 杆 机 构 设 计 的 三 大 类 基 本 命 题 满 足 预 定 运 动 的 规 律 要 求 满 足 预 定 的 连 杆 位 置 要 求1) 满 足 预 定 的 轨 迹 要 求 要 求 两 连 架 杆 的 转 角 能 够 满 足 预 定 的 对 应 位 置 关 系 ；要 求 在 原 动 件 运 动 规 律 一 定 的 条 件 下 ， 从 动 件 能 够 准确 地 或 近 似 地 满 足 预 定 的 运 动 规 律 要 求 。满足两连架杆转角的预定对应位置关系要求的机构示例车门开闭机构设计时要求两连架杆的转角应大小相等，方向相反，以实现车门的起闭 满足预定运动的规律要求机构示例对数计算机构近 似 再 现 函 数 y = log x的 平 面 四 杆 机 构设 计 时 要 求 连 杆 能 依 次 点 据 一 系 列 的预 定 位 置 。 (又称为导引机构的设计 ) 机构示例飞机起落架机构设计时要求机轮在放下和收起时连杆BC占据图示的两个共线 位置。 设 计 时 要 求 在 机 构 运 动 过 程 中 ， 连 杆 上 某 点 能 实 现 预 定 的 轨 迹。(又称为轨迹生成机构的设计)机构示例鹤式起重机机构示例搅拌机机构3. 设 计 方 法 : 1） 解 析 法 2） 图 解 法 3） 实 验 法 二 、 用 图 解 法 设 计 四 杆 机 构 1. 按 给 定 的 行 程 速 比 系 数 K设 计 四 杆 机 构 实 现 给 定 运 动 要 求2. 按 连 杆 预 定 位 置 设 计 四 杆 机 构 实 现 给 定 连 杆 位 置 （ 轨 迹 ） 要 求3. 按 两 连 架 杆 预 定 的 对 应 位 置 设 计 四 杆 机 构 实 现 给 定 连 架 杆 位置 （ 轨 迹 ） 要 求 1. 按给定的行程速比系数K设计四杆机构 曲 柄 摇 杆 机 构设计要求：已知摇杆的长度CD、摆角及行程速比系数K。设计过程：计算极位夹角： 11180 KK选定机构比例尺，作出极位图： GFMN 90- C1C2 DPB1B 2A 联C1C2，过C2 作C1M C1C2 ；另过C1作 C2C1N=90- 射线C1N，交C1M于P点；以C1P 为直径作圆，则该圆上任一点均可作为A铰链，有无穷多解。 abAC abAC 21设 曲 柄 长 度 为 a， 连 杆 长 度 为 b， 则 : 22 21 21 ACACb ACACa C2B 2 C1 B 1 GF C1C2 D B1B2 A错 位 不 连 续 问 题 90-PA E 2a Oa Ob C1C2 D 欲 得 确 定 解 ， 则 需 附 加 条 件 ：(1)给 定 机 架 长 度 d；(2)给 定 曲 柄 长 度 a；(3)给 定 连 杆 长 度 b(1)给 定 机 架 长 度 d的 解 ：(2)给 定 曲 柄 长 度 a的 解 ：作 图 步 骤 ： abAC abAC 21证 明 ： aACAC 221 22 ACAE AEOOAC aa (3)给 定 连 杆 长 度 b的 解 ： 90-PE 2b A C1C2 D Oa Ob 作 图 步 骤 ：abAC abAC 21证 明 ： bACAC 2 21 22 ACAE AEOOAC bb 曲 柄 滑 块 机 构已知条件：滑块行程H、偏距e和行程速比系数K设计过程： MN 90-PB1B2A11180 KK C1C2有无穷多解abAC abAC 21设 曲 柄 长 度 为 a， 连 杆长 度 为 b， 则 : 22 21 21 ACACb ACACa 摆 动 导 杆 机 构对 于 摆 动 导 杆 机 构 ,由 于 其 导 杆 的 摆 角 刚 好 等 于 其极 位 夹 角 ， 因 此 ， 只 要 给 定 曲 柄 长 度 LAB (或 给 定机 架 长 度 LAD)和 行 程 速 比 系 数 K就 可 以 求 得 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 AD=d, 则 : a = d sin(/2)已知：机 架 长 度 d， K， 设 计 此 机 构 。 =m n dA D =B ADB 2. 按连杆预定位置设计四杆机构 已 知 连 杆 上 两 活 动 铰 链 的 中 心 B、 C位 置 （ 即 已 知 LBC） 已 知 机 架 上 固 定 铰 链 的 中 心 A、 D位 置 （ 即 已 知 L AD） 已 知 连 杆 在 运 动 过 程 中 的 两 个 位 置 B1C1、 B2C2 ， 设 计 四 杆 机 构 已 知 连 杆 上 在 运 动 过 程 中 的 三 个 位 置 B1C1、 B2C2 、 B3C3， 设 计四 杆 机 构 。 已 知 连 杆 在 运 动 过 程 中 的 两 个 位 置 E1F1 、 E2F2 ， 设 计 四 杆 机 构 已 知 连 杆 上 在 运 动 过 程 中 的 三 个 位 置 E1F1、 E2F2、 E3F3 ， 设 计四 杆 机 构 已 知 连 杆 上 两 活 动 铰 链 的 中 心 B、 C位 置 （ 即 已 知 LBC） 已 知 连 杆 在 运 动 过 程 中 的 两 个 位 置 B1C1、 B2C2 ， 设 计 四 杆 机 构c 12设 计 步 骤 ： b12设 计 分 析 ： 铰 链 和 位 置 已 知 ， 固 定 铰 链 和 未知 。 铰 链 和 轨 迹 为 圆 弧 ， 其 圆 心 分 别为 点 和 。 和 分 别 在 B1B 和 C1C的 垂 直 平 分 线 上 。 DAB1 C1 C2B2 联 B1B ， 作 垂 直 平 分 线 b12铰 链 联 C1C ， 作 垂 直 平 分 线 c12铰 链 D有 无 穷 多 解 ADL DCL ABL lllADCDAB 1 1 c23b23 已 知 连 杆 上 在 运 动 过 程 中 的 三 个 位 置 B1C1、 B2C2 、 B3C3，设 计 四 杆 机 构 。 b12 c12AB1 C1 C2B2 B3 C3D唯 一 解 ADL DCL ABL lllADCDAB 1 1 已 知 机 架 上 固 定 铰 链 的 中 心 A、 D位 置 （ 即 已 知 LAD） 已 知 连 杆 在 运 动 过 程 中 的 两 个 位 置 E1F1 、 E2F2 ， 设 计 四 杆 机 构A DE 1 F1E2 F2设 计 方 法 采 用 转 化 机 构 法 (或 反 转 法 )根 据 机 构 的 倒 置 理 论 ，通 过 取 不 同 构 件 为 机 架 ，将 活 动 铰 链 位 置 的 求 解转 化 为 固 定 铰 链 的 求 解设 计 四 杆 机 构 的 方 法 。 C2B2B2 C212 12AB1 C1 DAB1 C1 D12 12A Dv转 化 机 构 法 (或 反 转 法 )原 理 ： 其 原 理 与 取 不 同 构 件 为 机 架 的演 化 方 法 （ 称 为 “ 机 构 倒 置 ”原 理 ） 完 全 相 同 ， 即 相 对 运 动不 变 原 理 。 当 给 整 个 机 构 加 一个 共 同 的 运 动 时 ， 虽 然 各 构 件的 绝 对 运 动 改 变 了 ， 但 是 各 构件 之 间 的 相 对 运 动 并 不 发 生 变化 ， 亦 即 各 构 件 的 相 对 尺 寸 不发 生 改 变 。 对 转 化 后 的 机 构 进 行 设 计与 对 原 机 构 设 计 的 结 果 是完 全 一 样 的 ， 这 样 就 可 以将 活 动 铰 链 位 置 的 求 解 问题 转 化 为 固 定 铰 链 的 求 解问 题 。 以连杆为相对机架的情况 A DB2 C2以 连 杆 上 任 一 线 为 相 对 机 架 的 情 况所 得 结 果 与 以 连 杆 为 相 对 机 架 时 相 同 ， 故 设 计 时 可 以 连 杆 上 任意 线 为 相 对 机 架 进 行 ， 结 果 相 同 。AB1 C1 DA D 12 12C1B1 A DE1 F1E2 F2A D已 知 连 杆 在 运 动 过 程 中 的 两 个 位 置 E1F1 、 E2F2 ， 设 计 四 杆 机 构 转 化 机 构 法 (或 反 转 法 )的 应 用有 无 穷 多 解 111 1CBL DCL ABL lllBCCDAB A DE1 F1 已 知 连 杆 上 在 运 动 过 程 中 的 三 个 位 置 E1F1、 E2F2、 E3F3 ，设 计 四 杆 机 构 E2 F2E3 F3A2 D2A3 D3 C1B1 唯 一 解 111 1CBL DCL ABL lllBCCDAB v反 转 法 或 转 化 机 构 法 的 具 体 作 图 方 法 为 了 不 改 变 反 转 前后 机 构 的 相 对 运 动 ， 作 图 时将原机构每一位置的各构件之间的相对位置视为刚性体；用作全等四边形或全等三角形的方法，求出转化后机构的各构件的相对位置。这一方法又称为“刚化反转法”。反 转 作 图 法 只 限 于 求 解 两 位 置 或 三 位 置 的 设 计 问 题 3. 按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构设 计 方 法 采 用 转 化 机 构 法 (或 反 转 法 )B2 C2AB1 C1 D 12 12 以 连 架 杆 为 相 对 机 架 按 两 连 架 杆 两 个 对 应位 置 设 计 四 杆 机 构 按 两 连 架 杆 三 个 对 应位 置 设 计 四 杆 机 构设 计 问 题 ：12B2A 按 两 连 架 杆 两 个 对 应 位 置 设 计 四 杆 机 构已 知 ： 机 架 长 度 LAD= d 两 连 架 杆 对 应 转 角 12、 12 。设 计 ： 四 杆 机 构 12l d 1212 122 1B1 B2 C1B2 -12A Dd有 无 穷 多 解 111 1CBL DCL ABL lllBCCDAB 按 两 连 架 杆 三 个 对 应 位 置 设 计 四 杆 机 构C1B313_ B2 B 1A D C1C2C3 12131213 请 求 出 B1讨 论 ：1 、 哪 个 构 件 应 成 为 相 对 机 架 ？2 、 反 转 角 为 哪 个 ？12_ E3 E212131213 B1A DB2B3 E1已 知 ： 机 架 长 度 LAD、 一 连 架 杆 长 度 LAB及 其 起 始 位 置 、 两 连 架杆 对 应 转 角 12 、 12 、 13 、 13 。设 计 四 杆 机 构 v四 杆 机 构 及 其 特 点v平 面 四 杆 机 构 的 类 型v平 面 四 杆 机 构 的 基 本 性 质平 面 四 杆 机 构 有 曲 柄 的 条 件急 回 运 动四 杆 机 构 传 动 角 及 压 力 角铰 链 四 杆 机 构 的 运 动 连 续 性v平 面 四 杆 机 构 的 设 计 平 面 连 杆 机 构 设 计 的 基 本 问 题 设 计 方 法 ： 解 析 法 、图解法、 实 验 法基 本 型 式演 化 型 式