第3章-平面连杆机构课件

第第3章章 平平面面连杆杆机机构构 运动副及平面机构运动简图运动副及平面机构运动简图3.1铰链四杆机构铰链四杆机构 3.2 牛头刨床传动机构设计牛头刨床传动机构设计3.33.1 运运动副副及及平平面面机机构构运运动简图 3.1.1机构和运动副机构和运动副3.1.2机构运动简图机构运动简图3.1.3平面机构的自由度平面机构的自由度3.1.1机构和运机构和运动副副 1机构机构机构是由两个或两个以上构件通过活动连接形成的构件系统。一个机构是由两个或两个以上构件通过活动连接形成的构件系统。一个机器中通常包含多种不同类型的机构，每个机构可以实现不同的运动机器中通常包含多种不同类型的机构，每个机构可以实现不同的运动功能。机构可以按照以下原则进行分类。功能。机构可以按照以下原则进行分类。按组成的各构件间相对运动形式的不同，机构可分为平面机构按组成的各构件间相对运动形式的不同，机构可分为平面机构（如平面连杆机构、圆柱齿轮机构等）和空间机构（如空间连杆机构、（如平面连杆机构、圆柱齿轮机构等）和空间机构（如空间连杆机构、蜗轮蜗杆机构等）。蜗轮蜗杆机构等）。按结构特征可分为连杆机构、齿轮机构、棘轮机构等。按结构特征可分为连杆机构、齿轮机构、棘轮机构等。按所转换的运动或力的特征可分为匀速和非匀速转动机构、直线按所转换的运动或力的特征可分为匀速和非匀速转动机构、直线运动机构、换向机构、间歇运动机构等。运动机构、换向机构、间歇运动机构等。按功用可分为安全保险机构、联锁机构、擒纵机构等。按功用可分为安全保险机构、联锁机构、擒纵机构等。按运动副类别可分为低副机构（如连杆机构等）和高副机构（如按运动副类别可分为低副机构（如连杆机构等）和高副机构（如凸轮机构等）。凸轮机构等）。1拨叉；2曲柄；3凸轮；4轴；5杠杆；6拔叉2运动副运动副由两个构件直接接触而组成的可动的连接称为由两个构件直接接触而组成的可动的连接称为运动副，两个构件既具有一定约束又具有一定相对运动副，两个构件既具有一定约束又具有一定相对运动。运动。按照接触方式不同，通常把运动副分为低副和按照接触方式不同，通常把运动副分为低副和高副两类。高副两类。（1）低副。通过面接触构成的运动副称为低副。）低副。通过面接触构成的运动副称为低副。根据两个构件之间相对运动的性质，可将低副分为根据两个构件之间相对运动的性质，可将低副分为转动副和移动副两类转动副和移动副两类（2）高副。通过点或线接触而构成的运动副称为）高副。通过点或线接触而构成的运动副称为高副，常见的高副有凸轮副和齿轮副。高副，常见的高副有凸轮副和齿轮副。3运动链l构件通过运动副的连接而构成的可相对运动的系构件通过运动副的连接而构成的可相对运动的系统称为运动链。如果组成运动链的各构件构成了统称为运动链。如果组成运动链的各构件构成了首末封闭的系统则为闭式运动链；首末封闭的系统则为闭式运动链；l如果组成运动链的构件未构成首末封闭的系统则如果组成运动链的构件未构成首末封闭的系统则为开式运动链。为开式运动链。l在运动链中，如果将其中某一构件加以固在运动链中，如果将其中某一构件加以固定而成为机架，该运动链就称为机构。定而成为机架，该运动链就称为机构。l机构通常由机架、原动件和从动件组成。机构通常由机架、原动件和从动件组成。4机构3.1.2 机构运动简图1机构运动简图的用途机构运动简图的用途而使用机构运动简图则具有以下优势。而使用机构运动简图则具有以下优势。机构运动简图仅用简单线条和符号表示构件和运动副，机构运动简图仅用简单线条和符号表示构件和运动副，便于研究和计算。便于研究和计算。机构运动简图简明扼要地表明了机构的运动副、运动机构运动简图简明扼要地表明了机构的运动副、运动件的运动特性，能分析出机构的主要构成和运动传递情件的运动特性，能分析出机构的主要构成和运动传递情况。况。机构中都具有可以运动的构件，这些构件之间通过运机构中都具有可以运动的构件，这些构件之间通过运动副可以按照特定轨迹产生相对运动。而平面机构运动动副可以按照特定轨迹产生相对运动。而平面机构运动简图则是表达运动关系的一种特殊简图则是表达运动关系的一种特殊“语言语言”。2绘制机构运动简图绘制机构运动简图正确绘制机构运动简图前，必须首先弄清图正确绘制机构运动简图前，必须首先弄清图示机构的组成情况，明确机构的运动原理。示机构的组成情况，明确机构的运动原理。1曲轴；2连杆；3活塞；4缸体；5阀杆；6凸轮；7，8齿轮 3.1.3 平面机构的自由度1自由度的概念自由度的概念放在水平地面上的物体可以沿着地面的长度放在水平地面上的物体可以沿着地面的长度和宽度两个方向移动，同时也可以垂直于地面的和宽度两个方向移动，同时也可以垂直于地面的轴线转动，总共具有轴线转动，总共具有3个独立的运动，通常把构个独立的运动，通常把构件具有的独立运动称为自由度。件具有的独立运动称为自由度。2机构自由度的计算机构自由度的计算在活动构件数为在活动构件数为n的平面机构中，在未连接运的平面机构中，在未连接运动副之前共有动副之前共有3n个自由度。当用个自由度。当用L个低副和个低副和H个个高副连接组成机构后，每个低副引入两个约束，高副连接组成机构后，每个低副引入两个约束，每个高副引入每个高副引入1个约束。个约束。平面机构的自由度的计算公式为平面机构的自由度的计算公式为f=3n2PLPH式中：式中：f机构自由度；机构自由度；n机构中活动构件的数量，不包括机架等固定机构中活动构件的数量，不包括机架等固定构件；构件；PL机构中低副数量；机构中低副数量；PH机构中高副数量。机构中高副数量。3机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件如果机构上提供驱动力的构件（称为原动件）如果机构上提供驱动力的构件（称为原动件）数量与机构的自由度数量相同，则该机构具有确数量与机构的自由度数量相同，则该机构具有确定的运动。定的运动。4计算平面机构自由度应注意的事项计算平面机构自由度应注意的事项实际工作中，机构的组成更加复杂，这时采实际工作中，机构的组成更加复杂，这时采用公式用公式F=3n2PLPH计算自由度时，可能出计算自由度时，可能出现差错，这是由于机构中常常存在一些特殊的结现差错，这是由于机构中常常存在一些特殊的结构形式，计算时需要特殊处理。构形式，计算时需要特殊处理。3.2 铰链四杆机构3.2.1 铰链四杆机构的结构3.2.2铰链四杆机构的分类铰链四杆机构的分类3.2.3铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化3.2.4铰链四杆机构设计铰链四杆机构设计l平面连杆机构由若干个刚性构件通过转动副或移动副连平面连杆机构由若干个刚性构件通过转动副或移动副连接而成，也称平面低副机构。接而成，也称平面低副机构。l组成平面连杆机构的各构件的相对运动均在同一平面或组成平面连杆机构的各构件的相对运动均在同一平面或相互平行的平面内，其主要特点如下。相互平行的平面内，其主要特点如下。（1）用平面连杆机构传递力时，应力小、便于润滑、磨）用平面连杆机构传递力时，应力小、便于润滑、磨损较轻。损较轻。（2）平面连杆机构加工方便，并易于保证精度。）平面连杆机构加工方便，并易于保证精度。（3）平面连杆机构能方便地实现转动、移动等基本运动）平面连杆机构能方便地实现转动、移动等基本运动形式及相互间的转换等。形式及相互间的转换等。（4）由于低副中存在间隙，机构运动误差不可避免，故）由于低副中存在间隙，机构运动误差不可避免，故平面连杆机构难以实现精确和较复杂的运动。平面连杆机构难以实现精确和较复杂的运动。3.2.1 铰链四杆机构的结构1铰链四杆机构的组成 机架：固定不动的构件（如杆机架：固定不动的构件（如杆AD）。）。连架杆：与机架相连的构件（如杆连架杆：与机架相连的构件（如杆AB和和CD）。）。连杆：不与机架直接相连的构件（如杆连杆：不与机架直接相连的构件（如杆BC）。）。2曲柄和曲柄和摇摇杆杆连架杆中，能做整周回转的称为曲柄，连架杆中，能做整周回转的称为曲柄，只能做往复摆动的称为摇杆。只能做往复摆动的称为摇杆。在铰链四杆机构中，存在曲柄必须同在铰链四杆机构中，存在曲柄必须同时满足以下两个条件。时满足以下两个条件。（1）最短杆与最长杆的长度之和小于或等）最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其他两杆长度之和。于其他两杆长度之和。（2）连架杆和机架中必有一个是最短杆。）连架杆和机架中必有一个是最短杆。3.2.2 铰链铰链四杆机构的分四杆机构的分类类 1曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构l两个连架杆中，一个是曲柄，另一个是摇两个连架杆中，一个是曲柄，另一个是摇杆的铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。杆的铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。l曲柄作为主动件，可以将连续转动转化为曲柄作为主动件，可以将连续转动转化为摇杆的往复摆动，同时连杆做平面复杂运动摇杆的往复摆动，同时连杆做平面复杂运动（1）牛）牛头头刨床的横向刨床的横向进给进给机构机构（2）物料）物料搅搅拌机构拌机构2双曲柄机构双曲柄机构 两个连架杆都是曲柄的平面四杆机构称为双曲柄机构。两个连架杆都是曲柄的平面四杆机构称为双曲柄机构。（1）惯性筛。）惯性筛。（2）机）机车车轮联动车车轮联动机构机构 3双双摇摇杆机构杆机构 l若铰链四杆机构的若铰链四杆机构的两个连架杆都是摇杆，两个连架杆都是摇杆，则称为双摇杆机构。则称为双摇杆机构。l双摇杆机构运动特双摇杆机构运动特点为：当主动曲柄做点为：当主动曲柄做匀速转动时，从动曲匀速转动时，从动曲柄做周期性的变速运柄做周期性的变速运动。动。（2）飞飞机起落架机起落架 3.2.3 铰链铰链四杆机构的演化四杆机构的演化 3.2.4 铰链铰链四杆机构四杆机构设计设计 1急回特性急回特性1曲柄；2连杆；3摇杆；4机架 l从以上分析不难得知，这种主动件做等速从以上分析不难得知，这种主动件做等速运动，从动件空回行程平均速度大于工作运动，从动件空回行程平均速度大于工作行程平均速度的特性，称为连杆机构的急行程平均速度的特性，称为连杆机构的急回特性。回特性。l牛头刨床、往复式运输机等机械就是利用牛头刨床、往复式运输机等机械就是利用这种急回特性来缩短非生产时间，提高生这种急回特性来缩短非生产时间，提高生产效率的。产效率的。2行程速比系数和极位行程速比系数和极位夹夹角角 l平面连杆机构有无急回特性取决于有无极位夹角，平面连杆机构有无急回特性取决于有无极位夹角，=0，则机构没有急回特性。，则机构没有急回特性。l而机构急回运动的程度取决于极位夹角而机构急回运动的程度取决于极位夹角的大小，的大小，越大，越大，K越大，机构的急回特性越显著。越大，机构的急回特性越显著。3压压力角和力角和传动传动角角 从动件所受压力F与受力点速度vc所夹的锐角称为压力角。显然，压力角越小，机构的传力性能越好，驱动力能够更多地转化为机构直接推力。3.3 牛牛头头刨床刨床传动传动机构机构设计设计（1）电动机经皮带轮和齿轮传动，带动曲柄）电动机经皮带轮和齿轮传动，带动曲柄2和固结在和固结在其上的凸轮其上的凸轮8。（2）刨床工作时，由导杆机构）刨床工作时，由导杆机构1-2-3-4-5-6带动刨头带动刨头6和刨和刨刀做往复运动。刀做往复运动。（3）刨头右行时，刨刀进行切削加工，称为工作行程，）刨头右行时，刨刀进行切削加工，称为工作行程，要求速度较低且均匀，以减小电机容量并提高切削质量。要求速度较低且均匀，以减小电机容量并提高切削质量。（4）刨头左行时，刨刀不进行切削加工，称为空回行程，）刨头左行时，刨刀不进行切削加工，称为空回行程，要求速度较高，以提高产率。因此，刨床上通常采用具要求速度较高，以提高产率。因此，刨床上通常采用具有急回特性的导杆机构。有急回特性的导杆机构。（5）刨刀每完成一次切削加工，利用空回行程的时间，）刨刀每完成一次切削加工，利用空回行程的时间，凸轮凸轮8通过四杆机构通过四杆机构1-9-10-11与棘轮带动螺旋机构（图中与棘轮带动螺旋机构（图中未绘出）使工作台连同工件做进给运动，以便切削加工未绘出）使工作台连同工件做进给运动，以便切削加工继续进行。继续进行。1方案1l该方案采用偏置曲柄滑块结构来实现，其优点是该方案采用偏置曲柄滑块结构来实现，其优点是结构简单，承载能力强。结构简单，承载能力强。l主要缺点有两个方面：主要缺点有两个方面：一是由于执行件的行程较大，因此要求曲柄较一是由于执行件的行程较大，因此要求曲柄较长，机构运动所占据的空间也较大，从而导致机长，机构运动所占据的空间也较大，从而导致机器的体积庞大；器的体积庞大；二是机构在运动过程中，随着行程速比系数的二是机构在运动过程中，随着行程速比系数的增加，压力角增大，传力特性变差，这将导致机增加，压力角增大，传力特性变差，这将导致机构工作性能不稳定构工作性能不稳定2方案方案2 l该方案采用曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构该方案采用曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串联而成。串联而成。l与方案与方案1相比，方案相比，方案2在传力特性和执行件在传力特性和执行件的速度变化方面有所改进。的速度变化方面有所改进。l但是在曲柄摇杆机构但是在曲柄摇杆机构ABCD中，随着行程中，随着行程速比系数的增加，机构的最大压力角仍然速比系数的增加，机构的最大压力角仍然较大，而且整个机构占据的空间位置比方较大，而且整个机构占据的空间位置比方案案1更大。更大。3方案方案3 l该方案由摆动导杆机构和摇杆滑块机构串该方案由摆动导杆机构和摇杆滑块机构串联而成。联而成。l该方案克服了前两个方案的缺点，传力特该方案克服了前两个方案的缺点，传力特性较好，机构所占空间小，执行件的速度性较好，机构所占空间小，执行件的速度在工作行程中的变化也较缓慢，是理想方在工作行程中的变化也较缓慢，是理想方案案p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe写在最后谢谢你的到来学习并没有结束，希望大家继续努力Learning Is Not Over.I Hope You Will Continue To Work Hard演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日