机械设计的基本与实践项目三设计平面连杆机构

1、任务引入：任务引入：冲压加工设备-曲柄压力机的总体传动方案已确定，机构运动示意图如图所示，工作要求为滑块导路的中心线通过曲轴的回转中心，滑块的下止点距离曲轴回转中心700mm，滑块工作行程为300mm，试设计此曲柄压力机的平面连杆机构。 项目三 设计平面连杆机构说明：平面连杆机构的设计的重点是确定各个运动副之间的距离。三个子任务：1.认识平面连杆机构的基本类型及其演化2.分析平面连杆机构的基本特性3.设计典型的平面连杆机构运动路线：运动路线：动力装置：动力装置：传动装置：传动装置：执行机构：执行机构：曲柄滑块机构电动机轴、带传动机构、齿轮传动机构平面连杆机构滑块12电动机轴带传动轴齿轮机构轴（

2、曲轴） 杆11任务分析：任务分析：雷达天线仰俯机构任务1 认识平面连杆机构的基本类型及其演化自卸卡车翻斗机构一、结构特点：全部以低副连接。原动件：油缸原动件：小圆盘平面连杆机构：注意：杆-构件平面四杆机构平面五杆机构平面四杆机构：铰链四杆机构： 二、基本类型：铰链四杆机构1.各杆名称:机架连架杆连杆曲柄摇杆两个连架杆的三种可能的运动组合形式： 两个都转动； 两个都摆动； 一个转动，一个摆动。连架杆的运动形式：转动和摆动。分析：运动形式：两个连架杆一个转动，一个摆动。运动特点：一般曲柄主动，将连续转动转换为摇杆的摆动，也可摇杆主动，曲柄从动。（1）曲柄摇杆机构雷达天线仰俯机构缝纫机脚踏板机构2.

3、铰链四杆机构的三种形式（2）双曲柄机构运动形式：两个连架杆都转动。运动特点：主动曲柄匀速转，从动曲柄变速转。 港口起重机(3)双摇杆机构运动形式：两个连架杆都摆动。运动特点：选择连杆上合适的点，轨迹为近似的水平直线。扫描透过现象看本质。转动？摆动？杆长（其实是运动副之间的距离） 双曲柄机构：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和且最短杆为机架。曲柄摇杆机构：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和且最短杆的相邻杆为机架。 双摇杆机构：两种情况：最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和。或最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和且最短杆的相对杆为机架。3.不同类型的杆

4、长条件：注意：且 或判定图中铰链四杆机构分别为何种形式？提示：两个条件。任务实施任务实施1：曲柄摇杆机构，选取不同构件作为机架，会得到多种形式。 已知图示机构中的三个杆的长度已定，试分已知图示机构中的三个杆的长度已定，试分析未知杆的杆长满足什么条件，图中机构分别得析未知杆的杆长满足什么条件，图中机构分别得到双曲柄机构、双摇杆机构、曲柄摇杆机构。到双曲柄机构、双摇杆机构、曲柄摇杆机构。任务实施任务实施2：提示：两个条件。四、铰链四杆机构的演化型式1.曲柄滑块机构把曲柄摇杆机构的摇杆长度增加为无穷大，C点的轨迹不再是圆弧，而成为直线。就演化为曲柄滑块机构。根据导路中心线是否通过曲柄回转中心，分为两

5、类：曲柄压力机的曲柄滑块机构两种类型：对心曲柄滑块机构 偏置曲柄滑块机构曲柄压力机的对心曲柄滑块机构工作特点：滑块工作行程=2曲柄半径对心曲柄滑块机构： 在曲柄滑块机构中，若曲柄AB很短，可将转动副B的尺寸扩大到超过曲柄长度，则曲柄AB就演化成几何中心B与转动中心A不重合的圆盘，该圆盘称为偏心轮，含有偏心轮的机构称为偏心轮机构。 2.偏心轮机构偏心轮机构剪床的偏心轮机构运动简图和运动特性：同曲柄滑块机构。工作特点：提高了曲柄的强度和刚度，使得曲柄能承受大的载荷。平面连杆机构的最基本的形式总结：铰链四杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构曲柄滑块机构偏心轮机构 已知图示机构中的三个杆的长度已定，

6、试分已知图示机构中的三个杆的长度已定，试分析未知杆的杆长满足什么条件，图中机构分别得析未知杆的杆长满足什么条件，图中机构分别得到双曲柄机构、双摇杆机构、曲柄摇杆机构。到双曲柄机构、双摇杆机构、曲柄摇杆机构。任务实施任务实施2：提示：两个条件。 已知图示机构中的三个杆的长度已定，试分已知图示机构中的三个杆的长度已定，试分析未知杆的杆长满足什么条件，图中机构分别得析未知杆的杆长满足什么条件，图中机构分别得到双曲柄机构、双摇杆机构、曲柄摇杆机构。到双曲柄机构、双摇杆机构、曲柄摇杆机构。任务实施任务实施2：提示：两个条件。分析： 要使图中机构为双曲柄机构，需满足两个条件：最短杆与最长杆长度之和小于或等

7、于其余两杆长度之和，最短杆为机架。 1.要满足最短杆为机架的条件，则需未知杆长度x40。 2.要满足最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和的条件，又由于最长杆不确定，可分析如下两种情况：最长杆长度为70，最长杆为未知杆。 若最长杆长度为70，即假设x 70，则40+7060+x，得x 50，联立x40，最终得50 x 70。 若最长杆长度为x，即假设x 70，则40+x60+70，得x 90，最终得联立x40，最终得70 x 90。 设ad，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a d ， a b ， a c 在图c中b (d-a)

8、+c在图b中即 a+bd+c c(d-a)+b即 a+cd+b a+db+c 将式3-1、3-2、3-3两两相加，可得即AB杆为最短杆一.铰链四杆机构有曲柄的条件3.2 平面四杆机构的基本特性铰链四杆机构有曲柄的条件：(1) 最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆长度之和；（构件长度和条件）(2) 最短杆或者最短杆的相邻杆为机架。（最短构件条件）可用以下方法来判别铰链四杆机构的基本类型：2.若机构满足杆长度和条件，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.若机构不满足杆长度和条件则只能成为双摇杆机构在铰链四杆机

9、构中，以不同的构件为机架，可得到不同的机构类型。结论： 1、铰链四杆机构存在曲柄的条件是：(1)、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)、最短杆或其相邻杆为机架。 2、铰链四杆机构存在一个曲柄的条件是：(1)、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)、最短杆的相邻杆为机架。 3、 铰链四杆机构存在两个曲柄的条件是：(1)、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)、最短杆为机架。2、铰链四杆机构不存在曲柄的条件是：(1)、最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和。(2)、最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。 且最短杆的相对杆为机架

10、。1.何谓平面连杆机构，铰链四杆机构？2.铰链四杆机构中各杆的特定名称是怎样的？3.曲柄摇杆机构的情况分析（分别以曲柄 摇杆 连杆为机架，并举例）。4.曲柄滑块机构的情况分析（分别以曲柄 滑块 连杆为机架）。5.曲柄滑块机构的分类。6.双曲柄机构的特例。7.铰链四杆机构曲柄存在的条件8.铰链四杆机构的情况分析（类型判别）（何时无曲柄 1个曲柄 2个曲柄）回顾：二. 压力角和传动角（以曲柄摇杆机构为例，曲柄为原动件。）1.压力角a(忽略各杆重量和运动副的摩擦）则原动曲柄通过连杆施加给摇杆的力F必然沿着连杆方向，力F的作用点C点的速度方向必然是垂直于CD杆的。压力角a ：力F与受力点速度Vc方向所

11、夹的锐角。（然后将力F按照平行四边形法则分解。沿着CD杆Fn和垂直于CD杆Ft)2.传动角g传动角： 连杆与从动件所夹的锐角g g。 g g=900-a ag越大，机构的传动性能越好.(而是变化的）设计时,为了保证传动性能，一般应使gmin400。3.最小传动角的位置（连杆和摇杆夹角为图中虚线所示两个时，可能出现min）曲柄摇杆机构在曲柄与机架共线的两位置出现最小传动角。有效分力：Ft=Fcosa有害分力：Fn=Fsinaa愈小，机构传动性能愈好。对于曲柄滑块机构， （无论对心还是偏置）当主动件为曲柄时，最小传动角出现在曲柄与导路垂直的位置。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

12、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，所以传动角恒等于90度。3急回特性(图示曲柄摇杆机构,曲柄为原动件,摇杆为从动件.)工作行程时:1=/t1 返回行程时：2=/t2(t1t2 12)4.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。（工作行程 空回行程）生产中使用的牛头刨床及往复式运输机等机械，就是利用急回特性缩短了非生产时间，提高了生产效率。 AD1B2B1C1B22CC1.急回特性机构工作件返回行程速度大于工作行程的特性。为了研究机构有无急回特性，引入两个参数。2.极位夹角：摇杆处于两极限位置时，曲柄所夹的锐角。(摇杆处于极限位置时，恰曲柄与连杆共线。）3.

13、行程速比系数K：001211801802ttk由于 0，故K 1， = 0，故K =1时无急回特性； 0，故K1时有急回特性。(注:只要 0就有急回特性。）摆动导杆机构的急回特性(=)滑块右行快 左行慢摆杆左行快 右行慢偏置曲柄滑块机构的急回特性(讨论对心曲柄滑块机构有无急回特性)滑块右行快 左行慢四. 死点( 图示曲柄摇杆机构, 摇杆CD为原动件,曲柄AB为从动件.)1.死点的位置在从动曲柄与连杆共线的两个位置之一时，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力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。注：曲柄摇杆机构, 摇杆CD为原动件,

14、曲柄AB为从动件存在死点位置。 1BAB2PDC1C232142.死点位置的利弊弊：机构有死点，从动件将出现卡死或运动方向不确定现象，对传动机构不利度过死点的方法增大从动件的质量、利用惯性度过死点位置。采用机构错位排列的方法利：工程上利用死点进行工作。3.3 平面四杆机构的设计三种设计方法： 图解法 解析法 实验法 简明易懂，精确性差。(直观)精确度好，计算繁杂。(精确)形象直观，过程复杂。(试凑)平面四杆机构的设计是根据已知条件来确定机构各构件的尺寸 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 A1B2B3B1C2C3CD12b12c23b已知：连杆BC长度及三个位置（B1

15、C1,B2C2,B3C3）要求：设计铰链四杆机构设计步骤：连接B1B2、B2B3，作线B1B2、B2B3的垂直平分线b12、b23，交于A点；连接C1C2、C2C3，作线C1C2、C2C3的垂直平分线c12、c23，交于D点；连接AB1、C1D。23c2.按给定行程速度变化系数K设计四杆机构 （1）选取适当的比例尺L，按c 和 作出摇杆的两个极限位置C1D和C2D。（2）按式 算出极位夹角 。 11801KK设计曲柄摇杆机构已知摇杆CD长度c及其摆角和行程速比系数K,要求设计此曲柄摇杆机构. （3）连接C1C2,作 C1C2O= C2C1O=90- 以O为圆心、OC为半径作圆，弦C1C2所对的圆心角为2所对的圆周角为（4）在圆上适当选取一点A，则C1AC2= （根据曲柄摇杆机构极位夹角的特性，摇杆处于两极限位置，恰曲柄与连杆共线时的两位置曲柄所夹的锐角。则AC1=b-a,AC2=b+a.)（5）连接AC1和AC2,则a=(AC2-AC1)/2 b =(AC2+AC1)/2以A为圆心，AB为半径作圆，AB1C1D即为所求。连杆曲线（定义）：四杆机构运动时