平面机构的特点和应用课件

2.1,平面机构的特点和应用,2.2,四杆机构的基本形式及其演化,2.3,平面四杆机构的几个基本概念,2.4,平面四杆机构的设计,第二章 平面连杆机构,概述,主菜单,概述,该机构的运动各构件均在同一平面或平行平面运动,该机构的构件大部分构件都类似杆件,该机构的运动副均为低副（回转副、移动副）,由四个构件通过低副联接而成的平面连杆机构，称为四杆机构。,如果所有低副均为回转副，这种四杆机构就称为铰链四杆机构。,平面连杆机构是由许多刚性构件用低副联接组成的平面机构，又称为平面低副机构。,2.1 平面连杆机构的特点和应用,一、平面连杆机构的应用,1. 实现预期的运动规律,已知原动件的运动规律,使输出构件按要求的运动规律运动。,实例1,：,（,图0-2）,牛头刨主体机构,原动件5作回转运动，通过该机构使刨头8作往复直线运动,六杆机构导杆机构,2.1 平面连杆机构的特点和应用,实例2,：,（,图2-1）,造型机的翻转机构,原动件1绕D转动时,通过该机构使砂箱(杆2)翻转180,o,四杆机构,双摇杆机构,2. 实现预期的运动轨迹,已知几何条件、动力条件,2.1 平面连杆机构的特点和应用,实例,：,（,图2-2）,搅拌机,四杆机构,曲柄摇杆机构,连杆曲线,：,连杆上一点的轨迹所描绘的曲线。,、,2.1 平面连杆机构的特点和应用,平面连杆机构的优点,运动幅是低副，面接触，所以承受压强小、便于润滑、磨损较轻，可承受较大载荷,结构简单，加工方便，成本低，构件之间的接触是有构件本身的几何约束来保持的，所以构件工作可靠,可使从动件实现多种形式的运动，满足多种运动规律的要求,利用平面连杆机构中的连杆可满足多种运动轨迹的要求,平面连杆机构的缺点,根据从动件所需要的运动规律或轨迹来设计连杆机构比较复杂，,只能近似实现给定的运动规律，综合运动精度较低。,运动时产生的惯性难以平衡，不适用于高速场合。,二、平面连杆机构的特点,1.曲柄摇杆机构,在两连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆。,根据连架杆运动形式的不同，可分为三种基本形式。,2.2 平面,四杆机构的基本形式及其演化,一、 平面四杆机构的基本形式,4机架,1,3连架杆,定轴转动,2连杆平面运动,组成：,固定不动,作整周转动曲柄,作往复摆动摇杆,也可摇杆主动,曲柄从动,一般 曲柄主动，作等速回转（画出轨迹圆）,摇杆从动，作变速往复摆动,连架杆1,机架4,连架杆3,连杆2,2.2 平面,四杆机构的基本形式及其演化,应用举例：,牛头刨床进给机构(图24)、,搅拌机,、,卫星天线,、,飞剪,缝纫机脚踏板机构,、,走步机,、,送料机构,曲柄摇杆机构应用实例,搅面机,2.2 平面,四杆机构的基本形式及其演化,曲柄摇杆机构应用实例,2.2 平面,四杆机构的基本形式及其演化,飞剪机构,曲柄摇杆机构应用实例,卫星接收装置,2.2 平面,四杆机构的基本形式及其演化,曲柄摇杆机构应用实例,缝纫机脚踏板机构,2.2 平面,四杆机构的基本形式及其演化,曲柄摇杆机构应用实例,跑步机,2.2 平面,四杆机构的基本形式及其演化,曲柄摇杆机构应用实例,自动送料机构,2.2 平面,四杆机构的基本形式及其演化,2.双曲柄机构,两连杆架均为曲柄的四杆机构,应用举例：,惯性筛、插床机构,运动特点：,从动曲柄变速回转,2.2 平面,四杆机构的基本形式及其演化,旋转式水泵（图26）,曲柄原动件，等速转动,曲柄从动件，变速转动,连杆架,惯性筛,双曲柄机构应用实例,2.2 平面,四杆机构的基本形式及其演化,插床机构,双曲柄机构应用实例,2.2 平面,四杆机构的基本形式及其演化,2.2 平面,四杆机构的基本形式及其演化,平行双曲柄机构(图27）,2.2 平面,四杆机构的基本形式及其演化,平行双曲柄机构应用实例：,机车车轮联动机构,3.双摇杆机构,两连杆架均为摇杆的四杆机构,港口起重机、飞机起落架、车辆的前轮转向机构,应用举例：,2.2 平面,四杆机构的基本形式及其演化,双摇杆机构应用实例,港口起重机,选择连杆上合适的点，轨迹为近似的水平直线,2.2 平面,四杆机构的基本形式及其演化,双摇杆机构应用实例,飞机起落架,2.2 平面,四杆机构的基本形式及其演化,车辆的前轮转向机构,双摇杆机构应用实例,2.2 平面,四杆机构的基本形式及其演化,A,B,C,D,A,B,C,D,2.2 平面,四杆机构的基本形式及其演化,风扇摇头,双摇杆机构应用实例,2.2 平面,四杆机构的基本形式及其演化,二、 铰链四杆机构的演化,2.2 平面,四杆机构的基本形式及其演化,1. 回转副转化成移动副,曲柄摇杆机构,回转副D移动副,曲柄滑块机构,演化：,2.2 平面,四杆机构的基本形式及其演化,曲柄滑块机构（偏距e）,对心曲柄滑块机构， e=0,类型：,应用：,偏置曲柄滑块机构，,e0,滑块运动线与曲柄回转中心共线,活塞式内燃机，空气压缩机，冲床等。,滑块运动线与曲柄回转中心不共线,特点：曲柄等速回转，滑块具有急 回特性。,曲柄滑快机构,2.2 平面,四杆机构的基本形式及其演化,2. 扩大回转副,演化：,扩大回转副B,偏心轮机构,应用：,2.2 平面,四杆机构的基本形式及其演化,优点：,曲柄短时轴径尺寸大，强度高，刚度高，且便于加工制造。,曲柄销承受较大载荷或曲柄过短时，,如破碎机、冲床、剪床、内燃机等。,3. 取不同的构件为机架,2.2 平面,四杆机构的基本形式及其演化,对铰链四杆机构：,构件3为机架移动导杆机构,构件4为机架曲柄摇杆机构,构件1为机架双曲柄机构,构件2为机架曲柄摇杆机构,构件3为机架双摇杆机构,构件4为机架曲柄滑块机构,构件1为机架转动导杆机构,构件2为机架曲柄摇块机构,2.2 平面,四杆机构的基本形式及其演化,曲柄滑块机构,表21,铰链四杆机构,当构件2和构件4均能作整周转动，小型刨床就是,转动导杆机构,的应用实例,2.2 平面,四杆机构的基本形式及其演化,B,A,1,2,3,4,C,l,1,l,2,2.2 平面,四杆机构的基本形式及其演化,当以连杆2为机架时，可演化成,摇块机构,，图示卡车的翻斗机构实例,A,1,2,3,4,C,B,当以滑块3为机架时，可演化成,移动导杆机构,，图示压水机就是实例,2.2 平面,四杆机构的基本形式及其演化,A,2,3,4,C,B,1,*,如果两个移动副代替铰链四杆机构中的两个转动副，便可得到三种不同形式的四杆机构,曲柄移动导杆机构,2.2 平面,四杆机构的基本形式及其演化,正弦机构应用实例,缝纫机针运动机构,2.2 平面,四杆机构的基本形式及其演化,双转块机构,2.2 平面,四杆机构的基本形式及其演化,双滑块机构,2.2 平面,四杆机构的基本形式及其演化,设,l,1,l,4,，则当,AB,杆能绕轴,A,相对于,AD,杆作整周转动时，,AB,杆必须占据与,AD,杆共线的两个位置,l,1,l,2,，,l,1,l,3,，,l,1,l,4,在,BCD,中,（曲柄与机架重迭位置）,l,2,(,l,4,-,l,1,)+l,3,在,BCD,中,（曲柄与机架拉直位置）,即,l,1,+,l,2,l,4,+,l,3,即,l,1,+,l,3,l,4,+,l,2,将式2-1、2-2、2-3两两相加，可得,AB,杆（,曲柄）为最短杆,一、 铰链四杆机构存在曲柄的条件,2.3 平面,四杆机构的几个基本概念,以曲柄摇杆机构为例分析有一个曲柄的条件,l,3,(,l,4,-,l,1,)+l,2,l,1,+l,4, l,2,+ l,3,最短杆与任意一杆长度之和,其它两杆长度之和,铰链四杆机构有一个曲柄的条件：,(1) 最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆长度之和；,(2) 最短杆为连架杆。,2.3 平面,四杆机构的几个基本概念,铰链四杆机构的类型与尺寸之间的关系：,2,以最短杆为机架，则此机构为,双曲柄机构,；,以最短杆的相邻构件为机架，此机构为,曲柄摇杆机构,；,且：,1,1）如果：,l,min,+,l,max,其它两杆长度之和,满足曲柄存在的条件（满足杆长和条件）,2）如果：,l,min,+,l,max,其它两杆长度之和不满足曲柄存在的条件，,则不论选哪个构件为机架，都为,双摇杆机构,。,以最短杆的对边为机架，此机构为,双摇杆机构。,3,可用以下方法来,判别铰链四杆机构的基本类型：,2.若机构满足杆长之和条件，则,(1) 以最短杆的邻边为机架时为曲柄摇杆机构,(2) 以最短杆为机架时为双曲柄机构,(3) 以最短杆的对边为机架时为双摇杆机构,1.若机构不满足杆长之和条件则只能成为双摇杆机构,2.3 平面,四杆机构的几个基本概念,二、急回特性,急回特性,机构工作件返回行程速度大于工作行程速度的特性。,行程速比系数,K,为了表示工作件往复运动时的急回程度，用,V,2,和,V,1,的比值,K,来描述。,由上式可得：,急回特性的作用,四杆机构的急回特性可以节省时间，提高生产率。,2.3 平面,四杆机构的几个基本概念,急回性能分析,可见：,K,急回特性越显著导致机器动载,冲击,一般：,K 2，,为锐角。,急回性能分析,B,2,C,2,B,1,C,1,当AB与BC两次共线时，输出件CD处于两极限位置。,曲柄转角,对应的时间,极位夹角,：,曲柄在摇杆处于两极限位置时所夹的锐角(C,1,AC,2,)。,A,2,1,C,3,4,B,D,摆角,极位夹角,v,1,v,2,摇杆点C的,平均速度,),),以曲柄摇杆机构为例,设：曲柄以,1,等速转动,2.3 平面,四杆机构的几个基本概念,摆角,：,摇杆在两极限位置间的夹角(C,1,DC,2,)。,故 v,2,v,1,三、 压力角和传动角,1.压力角,a,(,分析,),压力角：从动件所受的力,F,与,受力点速度,V,c,所夹的锐角,a,。,a,愈小，机构传动性能愈好。,2.传动角,g,传动角：连杆与从动件所夹的锐角,g,。,g,=90,0,-,a,g,越大，机构的传动性能越好,，,设计时一般应使,g,min,40,对于高速大功率机械应使,g,min,50,。,3.最小传动角的位置,铰链四杆机构在曲柄与机架共线的两位置出现最小传动角。,2.3 平面,四杆机构的几个基本概念,g,是连杆机构的重要动力指标；,g,在机构运转时是变化的,g,max,90,0,时，,a,0 F,t,=F,g太小易自锁，限制,g,min,，以保证机构正常工作。,(分析),压力角,：,外力作用方向,与被推动件在力的作用点处的,绝对速度方向,间所夹的锐角。,传动角是压力角的余角,A,C,B,D,v,B,F,v,c,F,F,t,F,n,1,A,B,C,D,2,3,4,F,v,c,A,B,1,3,4,C,2,越小,传力性能越好,。,越大,传力性能越好,。,有效分力,法向分力,外力F,2.3 平面,四杆机构的几个基本概念,F,t,v,c,D,F,C,A,B,F,n,1,2,3,4,当,为锐角时，传动角,当,为钝角时，传动角,以AB为原动件的曲柄摇杆机构，,当曲柄和机架处于两共线位置时，连杆与输出件间的夹角,最小和最大（ ）。,平面四杆机构的最小传动角位置,4,v,c,A,B,C,D,F,1,2,3,B,2,D,A,C,2,B,1,C,1,对于曲柄滑块机构，当主动件为曲柄时，最小传动角出现在曲柄与机架垂直的位置。,对于摆动导杆机构由于在任何位置时主动曲柄通过滑块传给从动杆的力的方向，与从动杆上受力点的速度方向始终一致，所以传动角等于90度。,2.3 平面,四杆机构的几个基本概念,四、 死点位置,死点的位置,在从动曲柄与连杆共线的位置，出现机构的传动角,g,=0，,压力角,a,=90,的情况，这时连杆对从动曲柄的作用里恰好通过其回转中心，不能推动曲柄转动，机构的这种位置称为死点位置。,死点的利弊,利：工程上利用死点进行工作。,弊：机构有死点，从动件将出现卡死或运动方向不确定现象，对传动机,构不利,消除措施,增大从动件的质量，利用惯性度过死点位置。如利用飞轮的惯性。,对从动曲柄施加外力。,2.3 平面,四杆机构的几个基本概念,采用机构错位排列的方法,机构的死点位置,画出压力角,1,C,2,3,4,A,B,D,a,b,c,d,v,B,F,B,死点：,当机构处于传动角,（或压力角,）的机构位置,B,2,C,2,v,B,踏板,缝纫机主运动机构,脚,A,B,1,C,1,D,F,B,2,A,B,1,3,4,C,v,c,B,1,2,3,A,C,死点的利用：,A,B,1,C,1,D,B,2,C,2,地面,飞机起落架机构,请思考：,下列机构的死点位置在哪里；怎样使机构通过死点位置。,1与2共线位置,1与2垂直位置,2.4,平面四杆机构的设计,一个设计过程：已知条件,构件尺寸,两类基本问题：实现给定运动规律；,实现给定运动轨迹；,三种设计方法： 图解法,解析法,实验法,已知条件：运动条件、几何条件、动力条件。,简明易懂，精确性差。,精确度好，计算繁杂。,形象直观，过程复杂。,一、 图解法设计平面四杆机构,1.按给定连杆位置设计四杆机构,已知：连杆,BC,长度及三个位置（,B,1,C,1,B,2,C,2,B,3,C,3,）,要求：设计铰链四杆机构,设计步骤：,连接,B,1,B,2,、,B,2,B,3,，,作线,B,1,B,2,、,B,2,B,3,的垂直平分线,b,12,、,b,23,，交于,A,点；,连接,C,1,C,2,、,C,2,C,3,，,作线,C,1,C,2,、,C,2,C,3,的垂直平分线,c,12,、,c,23,，交于,D,点；,连接,AB,1,、,C,1,D,。,2.4,平面四杆机构的设计,2.按给定两连架杆的对应位置设计四杆机构,刚化反转法,2.4,平面四杆机构的设计,设计步骤：,2.4,平面四杆机构的设计,3.按给定行程速比系数,K,设计四杆机构,2.4,平面四杆机构的设计,4.按给定速度变化系数,K,设计导杆机构,2.4,平面四杆机构的设计,已知：连杆,AB,和,CD,的三组对应位置,要求：确定各构件的长度,a,、,b,、,c,、,d,步骤：,建立坐标系,xAy,，和分别为,AB,和,CD,的初始角。将各向量坐标投影得 ，,将三组已知位置代入以上公式，确定出选定曲柄长度,a,，则,b,、,c,、,d,。设计出所需四杆机构,设计方法：建立方程式，根据以知参数对方程求解。,二、 解析法设计平面四杆机构,、,、,、,、,、,2.4,平面四杆机构的设计,连杆曲线（定义）,：四杆机构运动时，连杆作为平面复杂运动，对其上面任意一点都能描绘出一条封闭曲线，这种曲线称为连杆曲线。,原理,：连杆曲线的形状随点在连杆上的位置和构件的相对长度的不同而不同。,方法与步骤：,借用已编成册的连杆曲线图谱，根据预定运动轨迹从图谱中选则形状相近的曲线，同时查得机构各杆尺寸及描述杆在连杆上的位置，再用缩放仪求出图谱曲线与所需轨迹曲线的缩放倍数，即可求得四杆机构的结构及运动尺寸。,三、实验法设计平面四杆机构,2.4,平面四杆机构的设计,结束,思考题,1铰链四杆机构有那几种基本型式？各有什么特点？,2. 铰链四杆机构可以通过那几种方式演变成其它型式的四杆机构？试说明曲柄摇块机构是如何演化而来的？,3.什么是偏心轮机构？它主要用于什么场合？,4双摇杆机构的四个构件长度应满足什么条件？,5.曲柄存在的条件是什么？,6什么是连杆机构的压力角、传动角？它们的大小对连杆机构的工作有什么影响？偏置曲柄滑块机构的最小传动角,min,发生在什么位置？,7铰链四杆机构中有可能存在死点位置的机构有哪些？他们存在死点位置的条件是什么？试举出一些克服死点位置的措施和利用死点位置的实例。,