铰链四杆机构和应用实例课件(PPT 57页)

1、学习情境二 平面连杆机构分析与设计 第1页，共57页。任务导入设计汽车刮雨器或单缸内燃机中的曲柄滑块机构 新知识点简介熟悉铰链四杆机构的类型及应用掌握铰链四杆机构有曲柄存在的条件了解铰链四杆机构的演化形式掌握机构压力角、传动角的概念及物理意义掌握急回特性、死点位置的特性和应用 动手操制作： 四杆机构的制作 第2页，共57页。一、相关知识（一）几个基本概念平面连杆机构：由几个构件通过低副联接，且所有构件在相互平行平面内运动的机构。平面四杆机构：由四个构件通过低副连接而成的平面连杆机构。它是平面连杆机构中最常见的形式，也是组成多杆机构的基础。铰链四杆机构：由转动副联接四个构件而形成的机构。铰链四杆

2、机构三种基本形式及其演化：第3页，共57页。第4页，共57页。1.曲柄摇杆机构在两连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆。应用举例：牛头刨床横向进给机构、搅面机、卫星天线、飞剪缝纫机脚踏板机构、自行车、走步机、送料机构 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。运动特点：根据连架杆运动形式的不同，可分为三种基本形式第5页，共57页。曲柄摇杆机构应用实例搅面机第6页，共57页。曲柄摇杆机构应用实例卫星接收装置第7页，共57页。曲柄摇杆机构应用实例第8页，共57页。曲柄摇杆机构应用实例缝纫机脚踏板机构第9页，共57页。曲柄摇杆机构应用实例自行车第10页，共57页。曲柄摇杆机构应

3、用实例跑步机第11页，共57页。曲柄摇杆机构应用实例自动送料机构第12页，共57页。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：从动曲柄变速回转第13页，共57页。惯性筛双曲柄机构应用实例第14页，共57页。插床机构双曲柄机构应用实例第15页，共57页。若两曲柄的长度相等，连杆与机架的长度也相等，则该机构称为平行双曲柄机构。 第16页，共57页。还有反平行四边形机构，例：公共汽车车门启闭机构第17页，共57页。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：第18页，共57页。双摇杆机构应用实例港口起重机选择连杆上合适

4、的点，轨迹为近似的水平直线第19页，共57页。双摇杆机构应用实例飞机起落架第20页，共57页。车辆的前轮转向机构双摇杆机构应用实例第21页，共57页。风扇摇头双摇杆机构应用实例第22页，共57页。平面四杆机构的演化1.扩大转动副，使转动副变成移动副第23页，共57页。曲柄滑快机构演化第24页，共57页。2.取不同的构件为机架第25页，共57页。当构件2和构件4均能作整周转动，小型刨床就是应用实例第26页，共57页。3、导杆机构第27页，共57页。摆动导杆机构（牛头刨床）当杆2的长度小于机架长度时，导秆4只能作来回摆动，又称为摆动导秆机构，牛头刨中的主运动机构是他的应用实例第28页，共57页。当

5、以构件3为机架时，可演化成移动导杆机构，图示压水机就是实例第29页，共57页。4、摇块机构第30页，共57页。 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第31页，共57页。正弦机构应用实例缝纫机针运动机构第32页，共57页。双转块机构第33页，共57页。 双滑块机构第34页，共57页。相关知识（二）平面连杆机构的特点及应用平面四杆机构的基本特性 铰链四杆机构存在曲柄条件 急回特性 压力角和传动角 死点位置第35页，共57页。 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

6、， a c 在BCD中b (d-a)+c在BCD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1、铰链四杆机构有曲柄的条件第36页，共57页。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。选任一杆为机架，都能实现完全相同的相对运动关系，这称为运动的可逆性。在一个四杆机构中，选取不同的构件作机架，以获得输出构件与输入构件间不同的运动特性。这一方法称为连杆机构的倒置。第37页，共57页。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(

7、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第38页，共57页。2、压力角和传动角1.压力角a压力角：从动件所受的力F与受力点速度Vc所夹的锐角a。有效分力：Ft=Fcosa有害分力：Fr=Fsinaa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=900-ag越大，机构的传动性能越好，设计时一般应使gmin40，对于高速大功率机械应使gmin50。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。第39页，共57页。对

8、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。第40页，共57页。3、急回特性曲柄AB以等角速度顺时针从AB2转到AB1，转过的角度为：2180-， 由于曲柄AB等角速度转动, 所以 12，t1t2, 因此， v2v1 在曲柄摇杆机构，AB为曲柄是原动件等角速度转动,当CD杆处于C1D位置为初始位置，C2D终止位置，摇杆在两极限位置之间所夹角度称为摇杆的摆角，用表示。曲柄AB以等角速度顺时针从AB1, 转到AB2，转过角度为：1180+，当摇

9、杆CD由C2D摆回到C1D位置时，所需时间为t2， 当摇杆CD由C1D摆动到C2D位置时，所需时间为t1 ,第41页，共57页。急回特性机构工作件返回行程速度大于工作行程的特性。工作行程时：V1=C1C2/t1 返回行程时：V2=C1C2/t2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。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V2和V1的比值K来描述。由上式可得：第42页，共57页。4、死点死点的位置在从动曲柄与连杆共线的连个位置之一时，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

10、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第43页，共57页。相关知识（三）平面四杆机构的设计1. 按给定连杆位置设计四杆机构2. 按给定行程速度变化系数K设计四杆机构第44页，共57页。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。第45页，共57页。1 图解法设计平

11、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（B1C1,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。第46页，共57页。2.按给定两连架杆的对应位置设计四杆机构 刚化反转法第47页，共57页。设计步骤： 第48页，共57页。3.按给定行程速度变化系数K设计四杆机构 第49页，共57页。4.按给定速度变化系数K设计导杆机构 第50页，共57页。5.按给定行程速度变化系数K设计

12、四杆机构 按行程速度变化系数K设计曲柄摇杆机构往往是已知曲柄机构摇杆L3的长度及摇杆摆角和速度变化系数K。怎样用作图法设计曲柄摇杆机构设计的实质是确定铰链中心A点的位置，定出其他三杆的尺寸L1、L2和L4。其设计步骤如下：(1)由给定的行程速比系数K，按式:求出极位夹角,(2)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。(3) 连接C1和C2，并作C1M垂直于C1C2(4)作C1C2O = 90，C2C1O = 90，C2O与C1O相交于O点，由图可见，C1OC2=2。第51页，共57页。(5) 作C10C2的外接圆，此圆上任取一点A作为曲柄的固定铰链中

13、心。连AC1和AC2，因同一圆弧的圆周角相等，故C1AC2C1OC2/2。 (6) 因极限位置处曲柄与连杆共线。故AC1L2L1，从而得曲柄长度L1（AC2AC1）/2。再以A为圆心和以L1为半径作圆，交C1A的延线于B1，交C2A于B2，即得B1C1B2C2L2及ADL4。由于A点是C1PC2外接圆上任选的点，所以若仅按行程速比系数K设计，可得无穷多的解。A点位置不同，机构传动角的大小也不同。如欲获得良好的传动质量，可按照最小传动角最优或其他辅助条件来确定A点的位置。第52页，共57页。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。 2 解析法设计平面四杆机构、第53页，共57页。二、操作与实践1.学生根据所学的知识，进行平面四杆机构的设计2.制做曲柄摇杆机构并写出实验报告第54页，共57页。三、决策 在老师的指