连杆机构原理自编PPT课件

1、1第四章 平面连杆机构及设计2组成组成 由低副将若干构件联接而成由低副将若干构件联接而成-低副机构。低副机构。分为分为平面连杆机构平面连杆机构和和空间连杆机构空间连杆机构分为分为四杆机构、五杆机构、六杆机构四杆机构、五杆机构、六杆机构等等；特点特点 1 低副机构，压强小，承载能力大，耐冲击。 挖掘机破碎机3 2 运动副多为平面或圆柱面，制造比较容易，结构简单，工运动副多为平面或圆柱面，制造比较容易，结构简单，工作可靠。作可靠。 3 可以实现不同的运动规律和特定轨迹要求。可以实现不同的运动规律和特定轨迹要求。 44 41 平面四杆机构的基本类型及其演化平面四杆机构的基本类型及其演化一、一、平面四

2、杆机构的基本型式及应用平面四杆机构的基本型式及应用基本型式基本型式铰链四杆机构铰链四杆机构，其它四杆机构都是由它演变得到的，其它四杆机构都是由它演变得到的曲柄曲柄作整周回转的构件；作整周回转的构件；连杆连杆作平面运动的构件；作平面运动的构件；连架杆连架杆与机架相联的构件与机架相联的构件； 摇杆摇杆作定轴摆动的构件作定轴摆动的构件； 周转副周转副能作能作3603600 0 相对回转的运动副；相对回转的运动副；摆转副摆转副作有限角度摆动的运动副。作有限角度摆动的运动副。曲柄曲柄连杆连杆摇杆摇杆5特征特征：曲柄摇杆曲柄摇杆作用：作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。如雷达天线。将曲柄的整周回转

3、转变为摇杆的往复摆动。如雷达天线。1 铰链四杆机构铰链四杆机构1 ) 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构6曲柄摇杆机构缝纫机312421437abdc1243雷达天线雷达天线8脚踏砂轮机机构脚踏砂轮机机构 9偏心轮偏心轮ab12ba211011特征特征：两个曲柄：两个曲柄作用：将等速回转转变为作用：将等速回转转变为等速等速或或变速变速回转。如惯性筛等。回转。如惯性筛等。2) 双曲柄机构双曲柄机构12双曲柄机构 播种机料斗机构播种机料斗机构耕地耕地料斗料斗dcab13abdc1234e6实例：实例：火车轮火车轮惯性筛机构惯性筛机构特例：特例：平行四边形机构平行四边形机构ab = cd bc = adabc

4、d31bcabdc、摄影平台摄影平台adbc14反平行四边形机构反平行四边形机构-车门开闭机构车门开闭机构反向反向aedgbfcabefdcg平行四边形机构在共线位置出现运平行四边形机构在共线位置出现运动不确定。动不确定。采用两组机构错开排列。采用两组机构错开排列。15特征：特征：两个摇杆两个摇杆应用举例：应用举例：铸造翻箱机构铸造翻箱机构特例：特例：等腰梯形机构汽车转向机构等腰梯形机构汽车转向机构、风扇摇头机构、风扇摇头机构3) 双摇杆机构双摇杆机构16 双摇杆机构 铸造翻箱机构铸造翻箱机构 风扇摇头机构风扇摇头机构电机电机abdc风扇座风扇座蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆cbabdc17abdce182

5、 含一个移动副的四杆机构含一个移动副的四杆机构手摇唧筒手摇唧筒 (移动导杆机构移动导杆机构) 自卸卡车举升机构自卸卡车举升机构(摇块机构摇块机构)应用实例应用实例a1c234babc321419自动送料机构自动送料机构20牛头刨床的主运动机构牛头刨床的主运动机构牛头刨床的主运动机构利用了摆动导杆机构牛头刨床的主运动机构利用了摆动导杆机构, 。21小型刨床小型刨床牛头刨床牛头刨床应用实例应用实例abdce123456abdc1243c2c122双滑块机构的应用椭圆仪机构椭圆仪机构3 含两个移动副的四杆机构含两个移动副的四杆机构正弦机构正弦机构3214123423实例实例24二、平面四杆机构的演化

6、二、平面四杆机构的演化1 1 改变相对杆长，转动副演化为移动副改变相对杆长，转动副演化为移动副偏心曲柄滑块机构偏心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构双滑块机构双滑块机构 正弦机构正弦机构ss=l sin 252 2 改变转动副半径，演化为偏心轮机构改变转动副半径，演化为偏心轮机构偏心轮机构偏心轮机构263 选不同构件为机架选不同构件为机架 可得到不同的机构。称为机构的倒置机构的倒置。 27282930摇块机构摇块机构314a2bc导杆机构导杆机构314a2bc314a2bc曲柄滑块机构曲柄滑块机构314a2bc直动滑杆机构直动滑杆机构手

7、摇唧筒手摇唧筒bc3214aabc321431acb1234应用实例应用实例b234c1a自卸卡车举升机构自卸卡车举升机构应用实例应用实例b34c1a2应用实例应用实例4a1b23c应用实例应用实例13c4ab2应用实例应用实例a1c234b摇块机构摇块机构32双滑块机构双滑块机构的应用的应用椭圆仪机构椭圆仪机构例：选择双滑块机构中的不同构件例：选择双滑块机构中的不同构件 作为机架可得不同的机构作为机架可得不同的机构正弦机构正弦机构32141234334 4 低副的可逆性低副的可逆性将低副两运动副元素的包容关系进行逆换，不影响两将低副两运动副元素的包容关系进行逆换，不影响两构件之间的相对运动。

8、构件之间的相对运动。导杆机构导杆机构摇块机构摇块机构4321321434一一 铰链铰链四杆机构四杆机构有曲柄的条件有曲柄的条件设设adatt2 2 v v2 2 v v1 1摇杆的这种特性称为摇杆的这种特性称为急回运动急回运动。用以下比值表示急回程度：。用以下比值表示急回程度：21tt2212tccv )180/(21cc121221tcctcc40从动件回程的平均速度从动件回程的平均速度k = 从动件工作行程的平均速度从动件工作行程的平均速度3 行程速比系数行程速比系数 k180180只要只要 0 ， 就有就有 k1且且越大，越大，k值越大，急回性质越明显。值越大，急回性质越明显。所以可通过

9、分析机构中是否存在以及的大小来判断机构是否有急回运动或运动的程度。41曲柄滑块机构的急回特性曲柄滑块机构的急回特性应用：应用：空行程节省运动时间，如牛头刨、往复式输送机等。空行程节省运动时间，如牛头刨、往复式输送机等。180180180180-导杆机构导杆机构的的急回特性急回特性180180180180-思考题：思考题： 对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构的急回特性如何？的急回特性如何？11180kk:180180可得由k对于需要有急回运动的机构，常常是根据需要的行程速比系数k, 先求出 ，然后在设计各构件的尺寸。g42三、三、压力角与传动角压力角与传动角1 压力角压力角压力角压力角-从动件力的

10、方从动件力的方向与受力点速度方向所夹向与受力点速度方向所夹的锐角的锐角.用用表示。表示。ft = f cos , fn= f sin愈小愈好，理想情况是02 传动角传动角-与压力角互与压力角互为余角为余角.愈大愈好，理想情况是 90 v vc ca ab bc cd df ff ft tf fn n43fvsg在其它条件不变的情况下压力角在其它条件不变的情况下压力角越小，作功越小，作功w越大越大压力角是机构传力性能的一个重要指标，它是力的利用率压力角是机构传力性能的一个重要指标，它是力的利用率大小的衡量指标大小的衡量指标。44fvggddg dg 1800 dgga滑块滑块主动主动曲柄主动曲柄

11、主动45abcdabcdfftfncvminmax2bca)d(cbarccos222maxd余弦定律余弦定律2bca)d(cbarccos222mind46dgd,90dgd,901) 当当d d 90时，时， min d d2) 当当 d d 90时，时，min 180- d d位置位置:曲柄与机架曲柄与机架两处两处共线共线之一之一当当d d 最小或最大时，都有可能最小或最大时，都有可能出现出现min一般一般: min 40 0abcdabcdfftfncvminmax47ababemnmaxmin曲柄滑块机构的压力角曲柄滑块机构的压力角48曲柄滑块机构曲柄滑块机构min的位置的位置 49

12、导杆机构导杆机构min的位置的位置50p四四 机构的死点机构的死点1 1 摇杆为主动件，摇杆为主动件，2 2 连杆与曲柄两次共线时，有：连杆与曲柄两次共线时，有：此时机构不能运动此时机构不能运动. .避免措施：避免措施： 两组机构错开排列，如两组机构错开排列，如火车轮机构火车轮机构; ;p称此位置为：称此位置为：“死点死点”0 0靠靠飞轮的惯性飞轮的惯性（如内然机、缝纫机等）。（如内然机、缝纫机等）。aedgbfcabefdcg51缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构 52acdb飞机起落架死点飞机起落架死点53钻床夹具的死点钻床夹具的死点 54曲柄滑块机构（曲柄为主动件）的死点曲柄滑块机构（曲柄为主

13、动件）的死点eabcmbfbvcfcvabmfb0bceabcbfbvcfcvb0c无死点存在无死点存在曲柄滑块机构（滑块为主动件）的死点曲柄滑块机构（滑块为主动件）的死点有死点存在有死点存在554 43 平面四杆机构设计平面四杆机构设计 一一 设计的基本问题与方法设计的基本问题与方法确定各构件的尺寸参数。确定各构件的尺寸参数。设计要求：设计要求：1)满足预定的运动规律满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如，两连架杆转角对应，如起落架起落架等等。2)满足预定的轨迹满足预定的轨迹，如，如鹤式起重机鹤式起重机、搅拌机搅拌机等。等。3)满足预定的连杆位置满足预定的连杆位置，如，如铸造翻箱机构铸造翻

14、箱机构。设计方法设计方法：解析法、图解法解析法、图解法56飞机起落架飞机起落架函数机构函数机构adcbbc要求两连架杆转角对应要求两连架杆转角对应要求两连架杆的转角要求两连架杆的转角满足函数满足函数 y=logxxy=logxabcd57鹤式起重机鹤式起重机搅拌机构搅拌机构要求连杆上要求连杆上e点的轨点的轨迹为一条卵形曲线迹为一条卵形曲线要求连杆上要求连杆上e点的轨点的轨迹为一条水平直线迹为一条水平直线qabcdeqcbade58连杆曲线图谱连杆曲线图谱59按预定的运动轨迹设计四按预定的运动轨迹设计四杆机构杆机构mneabcd60 铸造翻箱机构铸造翻箱机构cbabdc61二二 作图法设计四杆机

15、构作图法设计四杆机构1 按连杆位置设计四杆机构按连杆位置设计四杆机构a)给定连杆两组位置给定连杆两组位置有唯一解。有唯一解。b1c1b2c2adb)给定连杆三组位置给定连杆三组位置有无穷多组解。有无穷多组解。adb1c1b2c2b3c3ad622 按行程速比系数按行程速比系数 k 设计设计1) 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构已知：已知：cd杆长，摆角杆长，摆角及及k，设计此机构。步骤如下：，设计此机构。步骤如下：计算计算180(k-1)/(k+1);任取一点任取一点d，作等腰三角形腰长为，作等腰三角形腰长为cd，夹角为，夹角为;连接连接c1和和c2，过，过 c1作直线，使作直线，使与与c1c2成成9

16、0 ，过，过 c2作直线，作直线，使与使与c1c2成成90设交于设交于o点。点。2c21oc(4）以）以o为圆心、为圆心、oc2长度为半径画圆长度为半径画圆选定选定a，设曲柄为，设曲柄为a，连杆为，连杆为b，则，则a c1= b-a,a c2= a+b ，故，故有：有：a=( a c2a c1)/ 2 b =( a c1+a c2)/ 263c2dc1y900 - 2oaebcac1=bc- -abac2=bc+ +abab = ac2-ac12bc = ac2+ac12曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 abcdabcd 为所求为所求. . 设计.以 ml =作图.lab= mlab = 、 lbc=

17、 mlbc = . 1800 =k-1k+16422ac1c2e2) 曲柄滑块机构曲柄滑块机构h90-oae已知已知k k，滑块行程，滑块行程h h，偏距，偏距e e，设计此机构设计此机构 。计算计算180180(k-1)/(k+1);(k-1)/(k+1);作作c1 c2 h h作射线作射线c1o o 使使c2c1o=90, ,以以o o为圆心，为圆心，c1o o为半径作圆。为半径作圆。作射线作射线c2o o使使c1c2 o=90。90-作偏距线作偏距线e e，交圆弧于，交圆弧于a a，即为所求。，即为所求。a c 1 = b - aa c 2 = a + b ，a = ( a c1a c2

18、) / 2 b = ( a c1+a c2) / 265mnad=d3) 导杆机构导杆机构由于由于= =，设计此机构时，仅需确，设计此机构时，仅需确定曲柄定曲柄 a。计算计算180180(k-1)/(k+1);(k-1)/(k+1);任选任选d d作作mdnmdn，取取a a点，使得点，使得ad=d, ad=d, =ad作角分线作角分线; ;设已知：机架长度设已知：机架长度d，k，设计此机构。，设计此机构。4）过）过a点，作导杆极位的垂线点，作导杆极位的垂线ab1与与ab2，交点即为，交点即为b点点 a=dsin(/2)66曲柄滑块机构有曲柄的条件曲柄滑块机构有曲柄的条件1 1）a a为最短杆

19、为最短杆2) a+eb.2) a+eb.c”c”cc674、偏置导杆机构有曲柄的条件、偏置导杆机构有曲柄的条件daedaee-dae-da有曲柄，该有曲柄，该机构是摆动机构是摆动导杆机构。导杆机构。有曲柄，该有曲柄，该机构是摆动机构是摆动导杆机构。导杆机构。683、导杆机构有曲柄的条件、导杆机构有曲柄的条件dadadada有曲柄，该有曲柄，该机构是摆动机构是摆动导杆机构。导杆机构。da有曲柄，该有曲柄，该机构是转动机构是转动导杆机构。导杆机构。da有曲柄，该有曲柄，该机构是转导机构是转导杆机构。杆机构。结论结论导杆机构导杆机构总是有曲总是有曲柄的柄的69ggg 传动不利，设计时规定 g4050 通常，机构在运动过程中传动角通常，机构在运动过程中传动角g g是变化的，是变化的，最小值在哪？最小值在哪？导杆机构最小导杆机构最小传动角传动角g g70机构的传动角一般在运动机构的传动角一般在运动链最终一个从动件上度量。链最终一个从动件上度量。车门车门vc2b21 1c1b1abcd2 2715. .铰链四杆机构的运动连续性铰链四杆机构的运动连续性指连杆机构能否连续实现给定的各个位