平面连杆机构课件.ppt

第三章 平面连杆机构,平面连杆机构 是许多构件用低副（转动副和移动副）连接组成的平面机构，又称平面低副机构。 F=33-2 4=1,优点：能够实现多种运动形式的转换，低副面接触，接触应力小，耐磨损，传递载荷大、 易润滑、制造成本低、制造精度较高。,缺点：低副中存在间隙，构件数目多、累计误差大、难实现动平衡，易产生冲击、振动与噪声，设计比较复杂、不易精确地实现复杂的运动规律。,应用：鉴于以上特点，平面连杆机构被广泛应用于轻工、纺织、食品、包装、加工等国民经济部门，尤其适用于低速重载场合，例如起重运输、冶金机械等。,本章内容与基本要求,最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的，称为平面四杆机构。它的应用非常广泛，是组成多杆机构的基础，因此本章着重介绍平面四杆机构的基本类型、特性及其常用的设计方法。,基本要求 了解平面连杆机构的应用； 重点掌握铰链四杆机构的基本形式，急回运动、死点位置、压力角和传动角特性； 掌握曲柄存在的条件和铰链四杆机构的演化； 了解平面四杆机构的设计。,铰链四杆机构的基本型式和特性 铰链四杆机构有整转副的条件 铰链四杆机构的演化 平面四杆机构的设计,平面四杆机构,铰链四杆机构的基本型式和特性,概念 平面铰链四杆结构：全部用转动副相连的平面四杆机构称为平面铰链四杆机构。 机架：机构的固定构件。 连杆：不与机架直接联接的杆。 连架杆：与机架用转动副相连接的杆。 曲柄：可以绕转动副中心作整周转动的连架杆。 摇杆：不可以绕转动副中心作整周转动的连架杆。,铰链四杆机构的基本型式和特性,曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构,铰链四杆机构的基本型式和特性,概念曲柄摇杆机构 两个连架杆，一个为曲柄，一个为摇杆的铰链四杆机构。,铰链四杆机构的基本型式和特性,曲柄摇杆机构特性 急回运动 死点位置 压力角和传动角,曲柄摇杆机构特性急回运动,1 2 t1t2 急回特性可用行程速度变化系数（或行程速比系数）K表示，即,摇杆在两极限位置间的夹角称为摇杆的摆角。 摇杆处于极限位置时，对应的曲柄夹角称为极位夹角。,设计新机械时，总是根据该机械的急回要求先给出K值，然后根据公式算出，再确定各构件尺寸。,曲柄摇杆机构特性死点位置,当摇杆为原动件, 摇杆摆到极限位置时，机构的连杆与曲柄共线，这时，无论驱动力多大都不能驱使机构运动，这个位置称为机构的死点位置。,死点位置危害 死点位置会使机构从动件出现卡死或运动不确定的情况。,曲柄摇杆机构特性死点位置,改进措施 可以通过对从动曲柄施加力；或者利用飞轮及构件自身的惯性作用，使机构通过死点位置；采用机构错位排列方式，使各机构的死点位置错开。,曲柄摇杆机构特性死点位置,死点位置的作用 尽管死点位置对转动虽然不利，但是对某些夹紧装置却可以用来防松。,曲柄摇杆机构特性压力角和传动角,压力角作用在从动件之上的驱动力F与该力作用点绝对速度Vc之间所夹的锐角称为压力角。 传动角通常把压力角的余角（即连杆和从动摇杆之间所夹的锐角）称为传动角。,曲柄摇杆机构特性压力角和传动角,双曲柄机构,概念 两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构,双曲柄机构,双曲柄机构中，用的最多的是平行四边形机构，或称平行双曲柄机构。该机构存在运动不确定状态。,双摇杆机构,概念 两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构,铰链四杆机构有整转副的条件,整转副 两构件能相对转动3600的转动副称为整转副，具有整转副的铰链四杆机构才可能存在曲柄。,为了实现曲柄1整周回转，AB杆必须顺利通过与连杆共线的两个位置AB和AB。 003600 =003600 3600 3600 A、B是整转副，C、D不是整转副。,铰链四杆机构有整转副的条件,当杆1处于AB位置时： l4(l2-l1)+l3 l3 (l2-l1)+l4 即 l1l4l2+l3 (1) l1l3 l2+l4 (2) 当杆1处于AB位置时： l1l2 l3+l4 (3) 由(1)、(2)、(3)得 l1l2； l1l3; l1l4,结论(1) 铰链四杆机构有整转副的条件是：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和；(2)整转副是由最短杆与其临边组成的。,铰链四杆机构有整转副的条件,曲柄是连架杆，整转副处于机架上才能形成曲柄。因此，具有整转副的铰链四杆机构是否存在曲柄，还应该根据选择何杆为机架来判断。 取最短杆为机架时，机架上有两个整转副，故得双曲柄机构。 取最短杆的临边为机架时，机架上只有一个整转副，故得曲柄摇杆机构。 取最短杆的对边为机架时，机架上没有整转副，故得双摇杆机构。这种具有整转副而没有曲柄的铰链四杆机构常用作电风扇的摇头机构。 如果铰链四杆机构中的最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则该机构中不存在整转副，无论取哪个机架都只能得到双摇杆机构。,铰链四杆机构的演化,通过用移动副取代转动副、变更杆件长度、变更机架和扩大转动副等途径，还可以得到铰链四杆机构的其他演化型式。 曲柄滑块机构 导杆机构 摇块机构和定块机构 双滑块机构 偏心轮机构,曲柄滑块机构,图C)表示为对心曲柄滑块机构；(D)表示为偏置曲柄滑块机构，可实现急回运动。,广泛应用于活塞式内燃机、空气压缩机、冲床等机械中。,动画展示,动画展示,导杆机构,曲柄滑块,摆动导杆机构,当L1l2时(图B)，杆2和杆4均可整周回转，称曲柄转动导杆机构，或转动导杆机构。,当L1l2时，杆4只能往复摆动，称为曲柄摆动导杆或摆动导杆机构。,导杆机构,导杆机构,由图可见，导杆的传动角始终等于900，具有很好的传力性能，故常用于牛头刨床、插床和回转式油泵之中。,摆动导杆机构,摇块机构和定块机构,如图C)所示，取杆2为固定构件，原曲柄滑块机构演化为摆动滑块机构或称摇块机构。,该机构广泛应用于摆缸式内燃机和液压驱动装置中,图D)示，杆3为固定件，称为固定滑块机构，或称定块机构。常用于抽水唧筒和抽油泵中。,双滑块机构,概念具有两个移动副的四杆机构称为双滑块机构。,正切机构,正弦机构,滑块联轴器,滑块联轴器,椭圆仪,偏心轮机构,当曲柄长度很小时，通常都把曲柄做成偏心轮，这样不仅增大了轴颈的尺寸，提高偏心轴的强度和刚度，而且当轴颈位于中部时，还可以安装整体式连杆，使结构简化。因此，偏心轮广泛应用于传力较大的剪床、冲床、颚式破碎机、内燃机等机械中。,铰链四杆机构的其他演化机构,除上述外，生产中常见的某些多杆机构，也可以看成是由若干个四杆机构组合扩展形成的。,平面四杆机构的设计,平面四杆机构设计，主要是根据给定的运动条件，确定机构运动简图的尺寸参数。有时为了使机构设计可靠、合理，还应考虑几何条件和动力条件（如最小传动角min）等。,给定设计条件： 按照给定从动件的运动规律（位置、速度、加速度）设计四杆机构； 按照给定点的运动轨迹设计四杆机构。,设计方法： 解析法(精确)、几何作图法(简单、直观)和实验法（简便）。,按照给定的行程速度变化系数设计四杆机构 按给定的连杆位置设计四杆机构 按照给定两连架杆对应位置设计四杆机构 按照给定点的运动轨迹设计四杆机构,按行程速度变化系数设计四杆机构,在设计具有急回运动特性的四杆机构时，通常按实际需要先给定行程速度变化系数K的数值，然后根据机构在极限位置的几何关系，结合有关辅助条件来确定机构运动简图的尺寸参数。,（一）曲柄摇杆机构设计,按K值设计曲柄摇杆机构 已知摇杆长度l3，摆角 和K,由给定的K求出， 任选固定铰链中心D的位置，由摇杆长度l3和摆角，作出摇杆两个极限位置C1D和C2D 连接C1和 C2 , 并作C1M垂直于C1C2 作C1C2N=900- ，C2N与C1M交于P点 作PC1C2的外接圆，在此圆周上任取一点A作为曲柄的固定铰链中心。连AC1和AC2，因为同一圆弧的圆周角相等，所以C1AC2= C1PC2= . 通过几何关系，得到:AB1=AB2=l1；B1C1=B2C2=l2及AD=l4,（二）导杆机构设计,按K值设计导杆机构 已知机架长度l4，行程速变化比系数K,按给定的连杆位置设计四杆机构,已知条件已知连杆长度l3及其两个位置B1C1和B2C2。,绘出连杆3的两个位置B1C1和B2C2。 分别连接B1和B2，C1和C2，并作B1B2、C1C2的垂直平分线b12、c12。 由于A和D两点可在b12和c12，所以存在无穷多解。,造型机翻转机构,造型机翻转机构,已知条件已知连杆长度l3及其三个位置B1C1、B2C2和B3C3。,通过作图的方法得到唯一解，求固定铰链中心出A、D。,按照给定两连架杆对应位置设计四杆机构,已知连架杆AB和CD的三对对应位置1、1； 2、2； 3、3 ，要求确定各杆长度。,解因各杆的长度按同一比例增减时，各杆转角之间的关系不变，因此只需求各杆的相对长度，假设l1=1。则：,已知 、 、 、 、 、,若给定连架杆的位置超过三对，则无精确解，只能用优化或试凑的方法求其近似解。,按照给定点的运动轨迹设计四杆机构,传送机构,四杆机构运动时，其连杆作复杂运动，连杆上每一点都描出一条封闭曲线连杆曲线。 连杆曲线的形状随点在连杆上的位置和各杆的相对尺寸的不同而变化。连杆曲线形状的多样性使它有可能用于描绘复杂的轨迹。,连杆曲线,运用连杆曲线图谱设计四杆机构,平面连杆曲线是高阶曲线，所以设计四杆机构使其连杆上某点实现给定的任意轨迹是十分复杂的。为了便于设计，工程上常常利用事先编就的连杆曲线图谱。从图谱中找出所需的曲线，便可直接查出该四杆机构的各尺寸参数。这种方法称为图谱法。,在,求出,习题,已知某曲柄摇杆机构的曲柄匀速转动，极位夹角为300，摇杆工作行程需时7s，试问：(1) 摇杆空回程需时几秒？(2) 曲柄每分钟转数是多少？ 设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度l3=100mm，摆角300，摇杆的行程速度变化系数K=1.2。(1)用图解法确定其余三杆的尺寸；(2)确定机构最小传动角min(若min 350，则应另选铰链A的位置，重新设计）。 设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度l3=80mm，摆角 =400，摇杆的行程速度变化系数K=1，且要求摇杆CD的一个极限位置与机架的夹角 CDA=900，试用图解法确定其余三杆的长度。,习题,设计一铰链四杆机构。已知其两连架杆的四组对应位置间的夹角为12= 23= 34=300， 12=150， 23=200， 34=150,试用实验法求出各杆的长度，并绘出机构简图。,习题,已知某操纵装置采用铰链四杆机构。要求两连架杆的对应位置如图所示， 1=450， 1=520； 2=900， 2=820； 3=1350， 3=112010,机架长度lAD=50mm试用解析法求出各杆的长度。,