平面连杆机构素材PPT课件

1、关键知识点关键知识点1 1、平面四杆机构设计；、平面四杆机构设计；2 2、平面四杆机构最小传动角的确定。、平面四杆机构最小传动角的确定。 难难 点点1 1、铰链四杆机构的基本型式、应用及其演化；、铰链四杆机构的基本型式、应用及其演化；2 2、平面四杆机构有曲柄的条件、急回运动及行程速比系数、压力角和、平面四杆机构有曲柄的条件、急回运动及行程速比系数、压力角和传动角、死点位置；传动角、死点位置；3 3、用图解法分别按行程速比系数、用图解法分别按行程速比系数K、连杆预定位置设计四杆机构；解、连杆预定位置设计四杆机构；解析法按两连架杆预定对应位置设计四杆机构；用实验法按两连架杆多析法按两连架杆预定对

2、应位置设计四杆机构；用实验法按两连架杆多对对应位置和预定轨迹设计四杆机构。对对应位置和预定轨迹设计四杆机构。第1页/共39页本章教学内容本章教学内容2.1 2.1 铰链四杆机构的基本型式、特性及应用铰链四杆机构的基本型式、特性及应用2.2 2.2 铰链四杆机构的曲柄存在条件铰链四杆机构的曲柄存在条件 2.3 2.3 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化 2.4 2.4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 总总 结结第2页/共39页2.1 2.1 铰链四杆机构的基本型式、特性及铰链四杆机构的基本型式、特性及应用应用内燃机、鹤式吊、火车轮、手动冲床、椭圆仪、机械手爪、内燃机、鹤式吊、火车轮、手动

3、冲床、椭圆仪、机械手爪、旋转式旋转式叶片泵、雷达调整机构、叶片泵、雷达调整机构、缝纫机缝纫机、公共汽车开关门、折叠伞等。公共汽车开关门、折叠伞等。特点：有一作平面运动的构件，称为连杆。特点：有一作平面运动的构件，称为连杆。特点：特点： 由于是由于是低副机构低副机构，两构件之间为面接触，因此接触面上的压，两构件之间为面接触，因此接触面上的压 强小、便于润滑、磨损较轻，可以承受较大的载荷强小、便于润滑、磨损较轻，可以承受较大的载荷 改变构件的相对长度，从动件运动规律不同。改变构件的相对长度，从动件运动规律不同。连杆曲线丰富。可满足不同要求。连杆曲线丰富。可满足不同要求。定义：定义：若干刚性构件若干

4、刚性构件由低副（转动、移动）连接组成由低副（转动、移动）连接组成的平面机构，称为平面连杆机构。的平面机构，称为平面连杆机构。应用实例：应用实例：第3页/共39页缺点：缺点：构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低。产生动载荷（惯性力），不适用于高速的场合产生动载荷（惯性力），不适用于高速的场合 。设计复杂，难以实现精确的轨迹。设计复杂，难以实现精确的轨迹。在平面连杆机构中最常用、最基本的是四杆机构在平面连杆机构中最常用、最基本的是四杆机构本章重点内容是介绍四杆机构。本章重点内容是介绍四杆机构。第4页/共39页曲柄曲柄连杆连杆摇杆摇杆平面四杆机

5、构的基本型式是铰链四杆机构；其它四杆机构都平面四杆机构的基本型式是铰链四杆机构；其它四杆机构都是由它演变得到的。是由它演变得到的。名词解释：名词解释：连架杆连架杆与机架相联的构件；与机架相联的构件； 连杆连杆不与机架相联的构件不与机架相联的构件, ,连杆作平面运动连杆作平面运动. .三种基本型式：三种基本型式：（1 1）曲柄摇杆机构）曲柄摇杆机构特征：若两连架杆中一杆为曲柄，另一杆为摇杆时，此机构称特征：若两连架杆中一杆为曲柄，另一杆为摇杆时，此机构称为曲柄摇杆机构为曲柄摇杆机构 作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。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。如雷达天线。

6、摇杆摇杆不能不能作整周回转的连架杆；作整周回转的连架杆；曲柄曲柄能作能作360360整周回转的连架杆；整周回转的连架杆；连架杆连架杆周转副周转副能作能作360360相对回转的运动副；相对回转的运动副；摆转副摆转副只只能作有限角度摆动的运动副。能作有限角度摆动的运动副。运动副运动副第5页/共39页应用举例应用举例图2-2 雷达调整机构 图2-3 缝纫机的踏板机构 第6页/共39页当曲柄作匀速转动时，摇杆往复摆动的平均速度是不一样当曲柄作匀速转动时，摇杆往复摆动的平均速度是不一样的，这种特性称为急回特性。的，这种特性称为急回特性。 极位夹角极位夹角 : : 曲柄曲柄ABAB与连杆与连杆BCBC两次

7、共线位置所夹的锐角，称为两次共线位置所夹的锐角，称为极位夹角，用极位夹角，用 表示表示。 图图2-4 2-4 曲柄摇杆机构的急回运动曲柄摇杆机构的急回运动 2.1.1 2.1.1 曲柄摇杆机构的三个特性曲柄摇杆机构的三个特性1 1 急回运动急回运动第7页/共39页212211122121/180180/vC CttKvtC Ct11180KK为了表示急回特性的急回程度，可用行程速比系数为了表示急回特性的急回程度，可用行程速比系数K 表示，即表示，即当给定行程速比系数当给定行程速比系数K 时，将式时，将式(2-1)整理后，可得极位夹整理后，可得极位夹角角 的计算公式：的计算公式： 由以上分析可知

8、：平面连杆机构有无急回特性取决于有无由以上分析可知：平面连杆机构有无急回特性取决于有无极位夹角极位夹角 ， 越大，越大，K 值越大，急回程度越显著，但机构运值越大，急回程度越显著，但机构运动的平稳性也越差。因此在设计时，应根据其工作要求，恰动的平稳性也越差。因此在设计时，应根据其工作要求，恰当地选择当地选择K值，在一般机械中值，在一般机械中1K90BCD90时，时，第10页/共39页摇杆为主动件，摇杆为主动件，且连杆与曲柄两且连杆与曲柄两次共线次共线时时，有，有0,0,此时此时机构不机构不能运动能运动. .称此位置为：称此位置为：“死点死点”避免措施：避免措施： 两组机构错开排列，如火车两组机

9、构错开排列，如火车轮机构轮机构; ;靠飞轮的惯性（如内燃机、缝靠飞轮的惯性（如内燃机、缝纫机等）。纫机等）。3 . 3 . 机构的死点位置机构的死点位置第11页/共39页事物都是一分为二的事物都是一分为二的也可以利用死点进行工作：飞机起落架、也可以利用死点进行工作：飞机起落架、钻床夹具等。钻床夹具等。飞机起落架飞机起落架ABCD图图2-7 2-7 夹紧装置夹紧装置 第12页/共39页作用：将等速回转转变为等速或变速回转。作用：将等速回转转变为等速或变速回转。应用实例：如叶片泵、惯性筛等。应用实例：如叶片泵、惯性筛等。在铰链四杆机构中，若两连架杆均为曲柄，则该机构称为双在铰链四杆机构中，若两连架

10、杆均为曲柄，则该机构称为双曲柄机构。曲柄机构。 旋转式叶片泵旋转式叶片泵 惯性筛中的双曲柄机构惯性筛中的双曲柄机构 2.1.2 2.1.2 双曲柄机构双曲柄机构第13页/共39页实例：实例：图图2-102-10天平机构天平机构 图图2-13 2-13 机车车轮联动机构机车车轮联动机构特例：平行四边形机构特例：平行四边形机构特征：两连架杆等长且平行，连杆作平动特征：两连架杆等长且平行，连杆作平动特例：反平行四边形机构特例：反平行四边形机构其运动特点是两曲柄的角速度其运动特点是两曲柄的角速度大小不等、转向相反。大小不等、转向相反。 第14页/共39页在铰链四杆机构中，若两连架杆均为摇杆，则该机构称

11、为双摇在铰链四杆机构中，若两连架杆均为摇杆，则该机构称为双摇杆机构。杆机构。图图2-14 2-14 为港口用鹤式起重机为港口用鹤式起重机 图图2-15 2-15 汽车前轮转向机构汽车前轮转向机构 2.1.3 2.1.3 双摇杆机构双摇杆机构第15页/共39页图图2-162-16所示的铰链四杆机构中，设连架杆所示的铰链四杆机构中，设连架杆1 1为曲柄，连架杆为曲柄，连架杆3 3为为摇杆。下面反推出机构中各杆的相对长度之间的关系。摇杆。下面反推出机构中各杆的相对长度之间的关系。 l3(l2 l1)+ l4则由则由AC2D可得：可得：三角形任意两边之和大于第三边则由则由AC1D可得：可得：l1+ l

12、2 l3 + l4l4(l2 l1)+ l3AB为最短杆为最短杆 l1+ l3 l2 + l4将以上三式两两相加得：将以上三式两两相加得： l1 l2, l1 l3, l1 l4 l1+ l4 l2 + l32.2 铰链四杆机构的曲柄存在条件第16页/共39页铰链四杆机构有一个曲柄的条件是：铰链四杆机构有一个曲柄的条件是：(1) (1) 满足杆长条件满足杆长条件, ,即最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两即最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之杆长度之和. .(2) (2) 曲柄是最短杆；曲柄是最短杆；如何判断铰链四杆机构的类型如何判断铰链四杆机构的类型? ?我们得出如下结论：在满足

13、杆长我们得出如下结论：在满足杆长条件的情况下：条件的情况下：（1 1）取最短杆相邻的构件（构）取最短杆相邻的构件（构件件2 2或构件或构件4 4）为机架时，得曲柄）为机架时，得曲柄摇杆机构。摇杆机构。（2 2）取最短杆（构件）取最短杆（构件1 1）为机架，）为机架，得双曲柄机构。得双曲柄机构。（3 3）取最短杆（构件）取最短杆（构件3 3）的对边）的对边为机架，得为双摇杆机构。为机架，得为双摇杆机构。铰链四杆机构变更机架后机构的演化铰链四杆机构变更机架后机构的演化第17页/共39页图图2-18 2-18 曲柄滑块机构的演化曲柄滑块机构的演化2.3 铰链四杆机构的演化2.3.1 2.3.1 改变

14、构件的形状和运动尺寸改变构件的形状和运动尺寸第18页/共39页图4-20 回转导杆机构图2-21牛头刨床的摆动导杆机构 图2-19曲柄滑块机构2.3.2 2.3.2 取不同的构件为机架取不同的构件为机架第19页/共39页图2-22自卸卡车翻斗机构图2-23 手动抽水机第20页/共39页2.3.3 2.3.3 扩大转动副扩大转动副第21页/共39页 生产实践中的要求是多种多样的，给定的条件也各生产实践中的要求是多种多样的，给定的条件也各不相同，归纳起来，四杆机构设计主要分为两类问题：不相同，归纳起来，四杆机构设计主要分为两类问题：（1 1）按给定的位置和运动规律设计四杆机构；）按给定的位置和运动

15、规律设计四杆机构； （2 2）按给定的运动轨迹设计四杆机构。）按给定的运动轨迹设计四杆机构。 四杆机构设计的方法有图解法、解析法和实验法。一般来说，四杆机构设计的方法有图解法、解析法和实验法。一般来说，图解法比较直观、易懂，尺寸精度较差；解析法计算繁琐，但精图解法比较直观、易懂，尺寸精度较差；解析法计算繁琐，但精确较高；实验法形象直观，但过程复杂。下面主要介绍图解法，确较高；实验法形象直观，但过程复杂。下面主要介绍图解法，个别实例介绍一下解析法和实验法。个别实例介绍一下解析法和实验法。2.4 平面四杆机构的设计第22页/共39页计算计算180(K-1)/(K+1);已知：已知：CD杆长，摆角杆

16、长，摆角 及及K， 设计此机构。步骤如下：设计此机构。步骤如下：任取一点任取一点D D，作等腰三角形，作等腰三角形 腰长为腰长为CDCD，夹角为，夹角为 ;作作C2PC1C2，作，作C1P使使作作P P C1C2的外接圆，则的外接圆，则A A点必在此圆上。点必在此圆上。选定选定A A，设曲柄为，设曲柄为l1 ，连杆为，连杆为l2 ，则，则: :以以A A为圆心，为圆心，A A C1为半径作弧交于为半径作弧交于E,E,得：得： l1 =EC2/ 2,A,A C1= =l2- - l1= = l1 =( A A C2A A C1)/ 2 C2C1P=90,交于交于P;P; A A C2= = l1

17、+ +l2曲柄摇杆机构2.4.1 2.4.1 按给定的行程速比系数按给定的行程速比系数K K设计四杆机构设计四杆机构1. 1. 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构第23页/共39页图2-26 按行程速比系数K设计曲柄滑块机构已知已知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作作C1PC1C2，作，作C2P使使作作P P C1C2的外接圆，则的外接圆，则A A点必在此圆上。点必在此圆上。选定选定A A，设曲柄为，设曲柄为l1 ，连杆为，连杆为l2 ，则，则: :以以A A为圆心，为

18、圆心，A A C1为半径作弧交于为半径作弧交于E,E,得得： l1 =EC2/ 2, A, A C2= =l2+ +l1 C1C2P=90,交于交于P;P;A A C1= =l2- - l12.2.曲柄滑块机构曲柄滑块机构第24页/共39页分析：分析： 由于由于与与导杆摆角导杆摆角 相等，设计此相等，设计此 机构时，仅需要确定曲柄的长度机构时，仅需要确定曲柄的长度 a。计算计算180180(K-1)/(K+1);(K-1)/(K+1);任选任选C C作作mCnmCn ，据据lACAC 取取A A点点 , , 则曲柄的长度则曲柄的长度 : : lABAB= l= lACAC sin( /2) s

19、in( /2)。作角分线作角分线; ;已知：机架长度已知：机架长度l lACAC ，K，设计此机构。设计此机构。导杆机构3. 3. 导杆机构导杆机构第25页/共39页图2-28 按给定连杆位置设计铰链四杆机构a)a) 已知：连杆已知：连杆BCBC的长度的长度 lBC BC 和它的三个位和它的三个位置，试设计该铰链四杆机构。置，试设计该铰链四杆机构。b) b) 给定连杆两组位置给定连杆两组位置 有唯一解。有无穷多组解。2.4.2 2.4.2 按给定连杆的按给定连杆的2 2个或个或3 3个位置设计四杆机构个位置设计四杆机构第26页/共39页在图在图2-292-29所示的铰链四杆机构中，已知两连架杆

20、所示的铰链四杆机构中，已知两连架杆ABAB和和CDCD的对应转的对应转角角 i i= = （ i i），求各构件的长度），求各构件的长度l1 1、l2 2、l3 3和和l4 4。 建立坐标系如图所示，可写出以下矢量方程式：建立坐标系如图所示，可写出以下矢量方程式：1243llll 将上式分别向将上式分别向x x及及y y轴投影，轴投影，可得如下两个代数方程：可得如下两个代数方程：)sin(sin)sin()cos(cos)cos(03201034201iiiiiilllllll2.4.3 2.4.3 按给定的两连架杆对应位置设计四杆机构按给定的两连架杆对应位置设计四杆机构1 1解析法解析法第2

21、7页/共39页如取如取312411111,llllmnpllll，代入上式可得：，代入上式可得： )sin(sin)sin()cos(cos)cos(0000iiiiiinmnpm消去消去 ，整理后，整理后得：)()(cos)cos(21)cos(0002220iiiipnnpmpn为简化上式，再令为简化上式，再令: :2220121,2nnpmPnPPpp 则有:2001000)()(cos)cos()cos(PPPiiii第28页/共39页 上式中有上式中有P P0 0、P P1 1、P P2 2、 0 0 及及 0 0 五个待定参数。若将连架杆五个待定参数。若将连架杆ABAB和和CDCD

22、的五组对应转角分别上式，五个方程组可以求出五个的五组对应转角分别上式，五个方程组可以求出五个待定参数待定参数P P0 0、P P1 1、P P2 2、 0 0及及 0 0 。然后代入公式。然后代入公式, ,可求得可求得m m、n n、p p的值，最后根据实际情况确定连架杆的值，最后根据实际情况确定连架杆ABAB的长度的长度l1 1，则其余三构，则其余三构件的长度件的长度l2 2、l3 3和和l4 4就可完全确定了。就可完全确定了。若两连架杆的起始角 0= 0=0，则式则成为:012coscoscosiiiiPPP第29页/共39页下表给出了两连架杆六组对下表给出了两连架杆六组对应转角关系。用实

23、验法求解应转角关系。用实验法求解: :实验法设计四杆机构实验法设计四杆机构1)首先在一张纸上取固定轴首先在一张纸上取固定轴A的的位置，作原动件角位移位置，作原动件角位移i i2)任意取原动件长度任意取原动件长度AB3)任意取连杆长度任意取连杆长度BC，作，作 一系列圆弧一系列圆弧Ki;4)在一张透明纸上取固定轴在一张透明纸上取固定轴D，作角位移，作角位移i5) 取一系列从动件长度作同心圆弧。取一系列从动件长度作同心圆弧。6) 两图叠加，移动透明纸，使两图叠加，移动透明纸，使Ki与与DDi的交点的交点Ci 落落在在同一圆弧上。同一圆弧上。 位置位置 i i 位置位置 i i 12 15 10.8

24、 45 15 15.8 23 15 12.5 56 15 17.5 34 15 14.2 67 15 19.2 实 验 法 设 计 四 杆 机 构第30页/共39页连杆作平面运动连杆作平面运动,其上各点的轨迹均不相同。其上各点的轨迹均不相同。B, C点的轨迹为圆弧点的轨迹为圆弧; 其余各点的轨迹为一条其余各点的轨迹为一条 封闭曲线封闭曲线。设计目标设计目标: 就是要确定一组杆就是要确定一组杆长参数长参数, 使连杆上某点的轨迹满使连杆上某点的轨迹满足设计要求足设计要求。2.4.4 2.4.4 按给定的运动轨迹设计四杆机构按给定的运动轨迹设计四杆机构1 1 实验法实验法第31页/共39页连杆曲线生成器ABCD2 2图谱法图谱法第32页/共39页图谱法按轨迹设计四杆机构第33页/共39页1.四杆机构的基本形式、演化及应用；四杆机构的基本形式、演化及应用；2.曲柄存在条件、传动角曲柄存在条件、传动角、压力角、压力角、死点、急回、死点、急回特性：极位夹角和行程速比系数等物理含义，并熟练特性：极位夹角和行程速比系数等物理含义，并熟练掌握其确定方法；掌握其确定方法；3.掌握按连杆二组位置、三组位置、连架杆三组对应掌握按连杆二组位置、三组位置、连架杆三组对应位置、行程速比系数设计四杆机构的原理与方法。位置、行程