平面连杆机构以及其设计

1、关于平面连杆机构及其设计第一张，PPT共四十五页，创作于2022年6月特征：有一作平面运动的构件（中间构件），称为连杆。定义：由若干刚性构件用低副联接而成的机构称为连杆机构；连杆机构又称为低副机构。应用实例：内燃机、火车轮、牛头刨床、椭圆仪、公共汽车开关门、开窗户支撑、折叠伞、折叠床、 单车制动操作机构等。开窗支撑(avi)钳物机构(avi)第二张，PPT共四十五页，创作于2022年6月2特点：采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损 形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。连杆曲线丰富，可满足不同要求。缺点：构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、

2、效率低。产生动载荷（惯性力），不适合高速。设计复杂，难以实现精确的轨迹。第三张，PPT共四十五页，创作于2022年6月3分类:本章重点内容是介绍四杆机构。1、平面连杆机构，如：2、空间连杆机构，如：常以构件数命名：四杆机构、多杆机构。第四张，PPT共四十五页，创作于2022年6月4(avi)曲柄作整周回转的构件；连杆作平面运动的构件连架杆(与机架相连的构件)摇杆作摆动的构件；曲柄摇杆5.1 平面四杆机构的基本类型及其演化5.1.1 平面四杆机构的基本型式机架机架固定件铰链四杆机构组成:连杆第五张，PPT共四十五页，创作于2022年6月5（1）曲柄摇杆机构铰链四杆机构的基本型式(类型)（2）双曲

3、柄机构（3）双摇杆机构第六张，PPT共四十五页，创作于2022年6月61）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。 如雷达天线、搅拌机、碎石机。第七张，PPT共四十五页，创作于2022年6月72）双曲柄机构特征：两个曲柄作用：将等速回转转变为等速或变速回转。应用实例：如惯性筛，火车轮等。第八张，PPT共四十五页，创作于2022年6月8ABCD实例：火车轮特例：平行四边形机构AB = CD特征：两连架杆等长且平行， 连杆作平动BC = ADABDC摄影平台作者：潘存云教授ADBC作者：潘存云教授BC天平第九张，PPT共四十五页，创作于2022年6月9反平行四边形机构-车门开闭机构

4、反向第十张，PPT共四十五页，创作于2022年6月103、双摇杆机构特征：两个摇杆应用举例：飞机起落架、吊车、夹具等。第十一张，PPT共四十五页，创作于2022年6月111）改变构件的形状和运动尺寸偏置曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构曲柄摇杆机构曲柄滑块机构双滑块机构 正弦机构s=l sin l5.1.2 平面四杆机构的演化形式第十二张，PPT共四十五页，创作于2022年6月122）改变运动副的尺寸3）选不同的构件为机架偏心轮机构导杆机构摆动导杆机构转动导杆机构314A2BC曲柄滑块机构314A2BC第十三张，PPT共四十五页，创作于2022年6月13牛头刨床应用实例:ABDC1243C2C1小型

5、刨床ABDCE123456第十四张，PPT共四十五页，创作于2022年6月14应用实例B234C1A自卸卡车举升机构应用实例B34C1A2应用实例4A1B23C应用实例13C4AB2应用实例A1C234BACB1234导杆机构314A2BC曲柄滑块机构314A2BC摇块机构314A2BC第十五张，PPT共四十五页，创作于2022年6月15314A2BC直动滑杆机构手摇唧筒这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法称为：机构的倒置BC3214AABC3214第十六张，PPT共四十五页，创作于2022年6月16双曲柄机构(avi)双摇杆机构(avi)曲柄摇杆机构(avi)5.2 平面四杆机构

6、的基本知识5.2.1 铰链四杆机构有曲柄的条件第十七张，PPT共四十五页，创作于2022年6月17曲柄摇杆机构运动特点的观察特点：曲柄与连杆出现一次共线、一次重合(avi)第十八张，PPT共四十五页，创作于2022年6月18特点：1. 曲柄与连杆均未出现重合(或共线)现象；2. 固定铰链均为整周回转铰链；连杆上两活动铰链均为非整周回转铰链。双曲柄机构运动特点的观察(avi)第十九张，PPT共四十五页，创作于2022年6月19特点：摇杆与连杆均出现重合或共线连杆与左摇杆重合连杆与右摇杆共线连杆与右摇杆重合 连杆与左摇杆共线双摇杆机构运动特点的观察第二十张，PPT共四十五页，创作于2022年6月2

7、0 结论： 若要连架杆能整周回转(即成为曲柄)，则另一连架杆与连杆不能出现重合或共线 (平行四边形机构除外） 。第二十一张，PPT共四十五页，创作于2022年6月21fABCDdabcCBBCDminBCBCDmaxfminfmax 若要使AB杆成为曲柄，必须有 BCD存在，cos BCD=b2 + c2 - f22bc亦即 0 BCD 180为使此式成立，须有： 0 BCDmin， BCDmax 40 + 55 该机构为双摇杆机构。 对图(b)，有： 20 + 80 40 + 70， 且最短杆为连架杆， 该机构为曲柄摇杆机构。30704055(a)20804070(b)第二十五张，PPT共四

8、十五页，创作于2022年6月25 b. 确定构件尺寸 例：若要求该机构为曲柄摇杆机构，问AB杆尺寸应为多少？B1107060ACD解：1. 设AB为最短杆即 LAB + 110 60 + 70LAB 20 2. 设AB为最长杆即 LAB + 60 110 + 70LAB 120 3. 设AB为之间杆即 110 + 60 LAB + 70100 LAB所以AB杆的取值范围为： 0t2 V2 V1摇杆的这种特性称为急回运动。用以下比值表示急回程度称K为行程速比系数。且越大，K值越大，急回性质越明显。 只要 0 ， 就有 K1设计新机械时，往往先给定K值，于是: B1C1ADC2B2第二十八张，PP

9、T共四十五页，创作于2022年6月28曲柄滑块机构的急回特性应用：节省返程时间，如牛头刨、往复式输送机等。180180-导杆机构的急回特性？ 180180-思考题： 对心曲柄滑块机构的急回特性如何？第二十九张，PPT共四十五页，创作于2022年6月29FF F”当BCD90时， BCD5.23 压力角和传动角压力角：从动件驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹锐角。设计时要求: min40min出现的位置：当BCD90时， 180- BCD切向分力: F= Fcos法向分力: F”= Fcos F对传动有利。=Fsin称为传动角。此位置一定是：主动件与机架共线两处之一。ABCDCDBAFF”F可用

10、的大小来表示机构传动力性能的好坏,当BCD最小或最大时，都有可能出现min第三十张，PPT共四十五页，创作于2022年6月30车门C1B1abcdDA由余弦定律有： B1C1Darccosb2+c2-(d-a)2/2bc B2C2Darccosb2+c2-(d+a)2/2bc若B1C1D90,则若B2C2D90, 则1B1C1D2180-B2C2D机构的传动角一般在运动链最终一个从动件上度量。v1minB1C1D, 180-B2C2DminC2B22F2第三十一张，PPT共四十五页，创作于2022年6月31F5.2.4 机构的死点位置摇杆为主动件，且连杆与曲柄两次共线时，有：此时机构不能运动.

11、避免措施： 两组机构错开排列，如火车轮机构;称此位置为：“死点”0靠飞轮的惯性（如内燃机、缝纫机等）。FAEDGBCABEFDCG0F0第三十二张，PPT共四十五页，创作于2022年6月32工件ABCD1234PABCD1234工件P钻孔夹具=0TABDC飞机起落架ABCD=0F也可以利用死点进行工作：飞机起落架、钻孔夹具等。第三十三张，PPT共四十五页，创作于2022年6月335.3 平面四杆机构的设计 1.连杆机构设计的基本问题2. 用作图法设计四杆机构3.用解析法设计四杆机构第三十四张，PPT共四十五页，创作于2022年6月34 5.3.1 连杆机构设计的基本问题 机构选型根据给定的运动

12、要求选择机 构的类型；尺度综合确定各构件的尺度参数(长度 尺寸)。 同时要满足其他辅助条件：a)结构条件（如要求有曲柄、杆长比恰当、 运动副结构合理等）;b)动力条件（如min）;c)运动连续性条件等。第三十五张，PPT共四十五页，创作于2022年6月35给定的设计条件：1)几何条件（给定连架杆或连杆的位置）2)运动条件（给定K）3)动力条件（给定min）设计方法：作图法、解析法连杆设计的三类问题：1)刚体引导问题2)函数生成问题3)轨迹生成问题第三十六张，PPT共四十五页，创作于2022年6月361）按连杆预定的位置设计四杆机构a)给定连杆两组位置有唯一解。B2C2AD将铰链A、D分别选在B

13、1B2，C1C2连线的垂直平分线上任意位置都能满足设计要求。b)给定连杆上铰链BC的三组位置有无穷多组解。ADB3C3DB1C15.3.2 用作图法设计四杆机构AB1C1B2C2第三十七张，PPT共四十五页，创作于2022年6月37E 2）按给定的急回要求设计四杆机构(1) 曲柄摇杆机构计算180(K-1)/(K+1);已知：CD杆长，摆角及K， 设计此机构。步骤如下：任取一点D，作等腰三角形 腰长为CD，夹角为;作C2PC1C2，作C1P使作P C1C2的外接圆，则A点必在此圆上。 C2C1P=90,交于P; 90-PDAC1C2选定A，设曲柄为a ，连杆为b ，则:以A为圆心，A C2为半

14、径作弧交于E,得： a =EC1/ 2 b = A C1EC1/ 2,A C2=b- a= a =( A C1A C2)/ 2 A C1= a+b第三十八张，PPT共四十五页，创作于2022年6月38E22ae(2) 曲柄滑块机构H已知K，滑块行程H，偏距e，设计此机构 。计算: 180(K-1)/(K+1);作C1 C2 H作射线C1O 使C2C1O=90, 以O为圆心，C1O为半径作圆。以A为圆心，A C1为半径作弧交于E,得：作射线C2O使C1C2 O=90。 作偏距线e，交圆弧于A，即为所求。C1C290-o90-Al1 =EC2/ 2l2 = A C2EC2/ 2第三十九张，PPT共

15、四十五页，创作于2022年6月39ADmn=D(3) 导杆机构分析： 由于与导杆摆角相等，设计此 机构时，仅需要确定曲柄 a。计算180(K-1)/(K+1);任选D作mDn， 在mDn的平分线上取A点，使得AD=d, 则: a=dsin(/2)=Ad作角平分线;已知：机架长度d，K，设计此机构。第四十张，PPT共四十五页，创作于2022年6月405.3.3 用解析法设计四杆机构思路：首先建立包含机构的各尺度参数和运动变量在内的解析关系式，然后根据已知的运动变量求解所需的机构尺度参数。重点：按预定的运动规律设计四杆机构第四十一张，PPT共四十五页，创作于2022年6月41xyABCD1234给

16、定连架杆对应位置：构件3和构件1满足以下位置关系：abcd建立坐标系,设构件长度为：a 、b、c、d在x,y轴上投影可得：a+b= c+d机构尺寸比例缩放时，不影响各构件相对转角. a coc1i + bcos2i =c cos3i + d a sin1i + b sin2i = c sin3i 3if (1i ) i =1, 2, 3n设计此四杆机构(求各构件长度)。1i3i2i 令： a/a=1 b/a= l c/a= m d/a= n第四十二张，PPT共四十五页，创作于2022年6月42P1P2令: P0消去2i整理得：cos(1i)m cos(3i)-(m/n)cos(3i-1i )

17、+(m2+n2+1-l2)/(2n)代入移项得： lcos2 i= n+mcos(3i)cos(1i)lsin2 i= msin(3i )sin(1i)则上式简化为：coc(1i )P0cos(3i ) P1 cos(3i-1i )+ P2式中包含有p0，p1，p2三个待定参数,故四杆机构最多可按两连架杆的三组对应位置精确求解。当i3时，一般不能求得精确解，只能用最小二乘法近似求解。当i3时，可预定部分参数，有无穷多组解。第四十三张，PPT共四十五页，创作于2022年6月43举例：设计一四杆机构满足连架杆三组对应位置： 1 1 2 2 3 345 50 90 80 135 1101133代入方程得： cos90=P0cos80+P1cos(80-90)+P2 cos1