机械原理chaper4Planarlinkagemechanism课件

1、Theory of Machines and Mechanisms(机械原理)Theory of Machines and MechaniChapter1 IntroductionChapter2 Structural Analysis of Planar MechanismsChapter3 Kinematic Analysis of MechanismsChapter4 Planar Linkage MechanismsChapter 5 Cam MechanismsChapter 6 Gear MechanismsChapter 7 Gear TrainsChapter 8 Other

2、Mechanisms in Common UseChapter 9 Balancing of MachineryChapter 10 Motion of Mechanical Systems and Its RegulationChapter 11 Efficiency of MachineChapter1 IntroductionChapter 4Planar Linkage Mechanisms Chapter 4本章重点： 平面四杆机构的类型、 基本知识和设计。本章难点： 平面四杆机构的设计。本章重点： 平面四杆机构的类型、4.1 Characteristics of Planar Li

3、nkage Mechanisms 4.2 The Types of Four-bar Linkages4.3 Characteristics Analysis of Four-bar Linkages4.4 Dimensional Synthesis of Four-bar Linkages4.1 Characteristics of Planar 4.1 Characteristics of Planar Linkage Mechanisms all kinematic pairslower pairs 契贝谢夫四足机器人4.1 Characteristics of Planar Advan

4、tages: 1.The main advantage is their better ability to trap lubricant between enveloping surface. (便于润滑、寿命长)The contact pressure is lower.2.The lower pairs are easy to manufacture.Disadvantages:1.It is difficult to perform precision motion 2.Low speed3.Difficult to balanceSo,the linkage is preferred

5、 for low speed and heavy load situation.Advantages: 1.The main advanta4.2 The Types of Four-bar Linkages4.2.1 The Basic Form of Four-bar Mechanism 4.2 The Types of Four-bar LinkRevolute Four-bar Mechanism铰链四杆机构 所有运动副均为转动副的机构 side links(连架杆)1 &3coupler（连杆）-2crank（曲柄）1 rocker（摇杆）3 Revolute Four-bar Me

6、chanism铰链四(a) Crank-rocker mechanism Foot operated sewing machine(a) Crank-rocker mechanism Foo雷达天线俯仰机构雷达天线俯仰机构(b) Double-crank mechanismIf one crank rotates at a constant speed, the other crank will rotate in the same direction at a varying(变化的) speed.当主动曲柄匀速转动时，从动曲柄作变速转动。(b) Double-crank mechanism

7、If oUnbalanced throw screen mechanism惯性筛机构Unbalanced throw screen mechan正平行四边形机构如天平称、机车联动机构、摄影平台升降机构和播种料斗机构等。两曲柄等速转动平行四边形机构：Parallel-crank Mechanism正平行四边形机构如天平称、机车联动机构、摄影平台升降机构和播反平行四边形机构：两对杆长度相等，但不平行。当以长边为机架时，两曲柄等速反向转动。用于车门开闭机构，如图所示。车门开闭机构动画Antiparallel-crank Mechanism反平行四边形机构：两对杆长度相等，但不平行。当以长边为机架时(

8、c)Double-rocker mechanism Both side links are rockers.两连架杆都是摇杆。用于鹤式起重机和炉门开关机构等。(c)Double-rocker mechanism Bot等腰梯形机构也是双摇杆机构 应用： 转向机构车辆的前轮转向 飞机起落架等腰梯形机构也是双摇杆机构4.2.2 Variation (变异) of Revolute Four-bar MechanismsReplacing a revolute pair with a sliding pairSlider-crank mechanism曲柄滑块机构（偏距e）4.2.2 Variati

9、on (变异) of Revolue0，Offset slider-crank mechanism偏置曲柄滑块机构e=0，Centric slider-crank mechanism对心曲柄滑块机构e0，e=0，用于冲床、内燃机、空压机、曲柄压力机等机械中。用于冲床、内燃机、空压机、曲柄压力机等机械中。Sinusoid Generator正弦机构Sinusoid Generator正弦机构缝纫机的刺布机构缝纫机的刺布机构Tangent generator正切机构Tangent generator正切机构(2)Taking different links as frame.-inversions

10、 机架变换Fully rotating revolute：A &B(整转副)Partially rotating revolute :C&D (摆动副)机构中任意两构件间的相对运动关系不因其中哪个是机架而变化。So,inversion of a mechanism in no way changes the type of revolute and the relative motion between its links.(2)Taking different links as f机械原理chaper4Planarlinkagemechanism课件a）slider-crank mechan

11、ism曲柄滑块机构a）slider-crank mechanism曲柄滑块机构b) guide-bar mechanism导杆机构If lBClABOscillating guide-bar mechanism 摆动导杆机构Rotating guide-bar mechanism转动导杆机构b) guide-bar mechanism导杆机构If lc)crank and oscillating block mechanism摇块机构Self-tipping vehicle自卸车辆 c)crank and oscillating block d)translating sliding-rod

12、mechanism移动导杆机构或定块机构d)translating sliding-rod mechElliptic trammel椭圆规正弦机构含有两个移动副的情况：双滑块机构刺布机构Elliptic trammel椭圆规正弦机构含有两个移动副十字滑块机构 Oldham coupling 双滑块机构双转块机构Double rotating block十字滑块机构 双滑块机构双转块机构Double rotati(3)Enlarging a revolute pairNote:Enlarging a revolute pair in no way changes the motion relat

13、ionship between any links.Crank1-eccentric偏心轮偏心轮机构多用于曲柄销承受较大冲击，曲柄较短，需要装在直轴中部的机器(3)Enlarging a revolute pairNo机械原理chaper4Planarlinkagemechanism课件(4)Interchanging guide-bar and sliding block 变换导杆和滑块 Any link in a sliding pair can be drawn as a guide-bar, and the other link as a sliding block. The cent

14、re line of any sliding pair can be translated(平移) without changing any relative motion.(4)Interchanging guide-bar and4.3 Characteristics Analysis of Four-bar Linkages4.3.1 Conditions for having a crank a+bc+d (1) dc+b-a a+dc+b (2)ce即曲柄存在的条件:ba+e 偏置 ba 对心直角 AC2E： AC2AE a+beSlider-Crank Mechanisms直角 A

15、C1示 例：(1)不满足曲柄存在条件(2)双摇杆机构满足曲柄存在条件根据机架不同来判定曲柄存在条件可以理解为整转副存在条件：1.满足杆长之和条件，即存在整转副；2.与最短杆相连的两个运动副是整转副。示 例：(1)不满足曲柄存在条件(2)双摇杆机构满足曲柄存在(1) 曲柄摇杆机构(2) 双摇杆机构(3) 双曲柄机构雷达俯仰机构鹤式起重机惯性筛(1) 曲柄摇杆机构(2) 双摇杆机构(3) 双曲柄机构雷达(3)满足整转副存在条件双曲柄机构正平行四边形机构、反平行四边形机构当两曲柄长度相等(3)满足整转副存在条件双曲柄机构正平行四边形机构、当两曲柄4.3.2 Pressure Angle 压力角 an

16、d Transmission Angle 传动角neglect the friction force & gravity force不考虑摩擦力和重力 crank-rocker mechanism:input link-ABoutput link-CD4.3.2 Pressure Angle 压力角 neglThe force applied to the CDF, direction: along to BCThe force applied to the CDF,The velocity of point CVc , direction: vertical to CDThe velocit

17、y of point CVc ,defined as the pressure angle(压力角) of the mechanism at that position. The acute angle(锐角) between the directions of the force F and the velocity of the point receiving(受到) the force on the follower isdefined as the pressure angle(有效分力有害分力越小，Ft越大，对机构传递越有利（效率高，不易自锁）有效分力有害分力越小，Ft越大，对机构传

18、递越有利（传动角 ：The complement of the pressure angle is transmission angle 压力角余角平面连杆机构经常用衡量机构的传动质量（易于测量）越大，对机构传递越有利传动角 ：The complement of the pr机构不停地在运动，和不停在变化，为使机构不出现自锁和过大冲击越小，越大，Ft越大，对机构传递越有利（效率高，不易自锁）Note: and must be drawn on the driven link!机构不停地在运动，和不停在变化，为使机构不出现自锁和过大4.3.3 Toggle (肘节) Positions and

19、Dead-points1.the limiting position C1D,C2D 如果曲柄 AB为主动件,转到极限位置时,只用很小的力,可克服作用在CD上很大的力.杠杆增力位置toggle position如果摇杆CD为主动件，曲柄的压力角 加在AB上的力通过铰链中心A,使从动件AB运动的有效分力等于0.曲柄AB不能运动死点位置dead-point4.3.3 Toggle (肘节) Positions an2.死点位置的不利影响及克服运动不确定性运动突然停止,卡死避免由死点处启动 运转时利用惯性通过死点 Example: sewing machine 2.死点位置的不利影响及克服运动不确定

20、性避免由死点处启动 工件夹紧机构3.死点位置的应用- In some circumstances(情况), the dead point is very useful. It can provide a self-locking(自锁) feature(性能). 工件夹紧机构3.死点位置的应用- In some cirLanding mechanism in airplane飞机起落架轮子上的力将不能引起机构运动，力通过转动中心D- -dead position;需要收起落架时，转动CD即可。Landing mechanism in airplane飞原动件作匀速转动，从动件相对机架作往复运动

21、的机构，从动件正行程和反行程的平均速度不相等。这种特性称急回运动特性。4.3.4 Quick Return Characteristics-急回特性Crank : rotate in a constant angle velocity Driven links (rocker, slider) : the working strokeslower speed the return stroke faster speedQuick-return mechanism原动件作匀速转动，从动件相对机架作往复运动的机构，从动件正行V工作V回程，所以急回运动特性可缩短非生产时间，提高劳动生产率。例：牛头刨

22、床机构V工作V回程，所以急回运动特性可缩短非生产时间，提高劳动生正行程：曲柄AB1AB2 ， 1， t1=1/1 摇杆C1DC2D， ， 3=/t1 慢反行程：曲柄AB2AB1， 2(2 1) ， t2=2/1（t1） 摇杆C2DC1D， ， ”3=/t2快正行程：曲柄AB1AB2 ， 1， t1=1Kcoefficient of travel speed variation. K1 从动件行程速度变化系数。Kcoefficient of travel speed crank acute angle between the two limiting positions 0，1800越大，急回特

23、性越显著为极位夹角：crank acute angle between thoffset slider-crank mechanism偏置曲柄滑块机构： 3.其他具有急回特性的机构 If the driving crank AB rotates clockwise with constant angular velocity, the slider will take a longer time in its rightward(向右) stroke than in its leftward(向左) stroke. offset slider-crank mechanism偏 Since =0

24、o, an in-line(对心) slider-crank mechanism has no quick-return characteristics. Since =0o, an in-line(对心) Oscillating Guide-bar Mechanism摆动导杆机构： Oscillating Guide-bar Mechanis4.4 Dimensional Synthesis of Four-bar Linkages连杆机构的设计有二个任务：机构选型（称为型综合）和确定机构的尺寸（称为尺度综合）。 Usually, different problems will use di

25、fferent methods. Graphical method图解法Analytical method解析法Experimental method实验法 Dimensional synthesis(综合) of a mechanism is the determination of the kinematic dimensions necessary to achieve(获得) the required motion.4.4 Dimensional Synthesis of F固定铰链 A、D ：活动铰链 B、C ： 圆心 圆或圆弧图解设计问题作图求解各铰链中心的位置问题。各铰链间的运动

26、关系：图解设计的基本原理ABCDBiCii =1、2、NEiFi固定铰链 A、D ：活动铰链 B、C ： 圆心 圆或圆弧4.4.1、Body Guidance1、The fixed pivots have not been determined已知B，C及连杆的三个位置，设计该铰链四杆机构。 B点绕A点、C点绕D点定轴转动 连接B1B2、B2B3； 作B1B2、B2B3垂直平分线交于A点； 连接C1C2、C2C3； 作C1C2、C2C3垂直平分线交于D点。给出B、C三个位置，A、D位置唯一给出B、C二个位置，A、D位置无穷 （需加其他条件方可获得唯一解）4.4.1、Body Guidance

27、B点绕A点、C点2、 The fixed pivots have been determined已知A，D及连杆MN的三个位置，设计该铰链四杆机构。2、 The fixed pivots have been 接下来，将原机构的各位置的构型均视为刚体，并向某一选定位置相对移动，使新机架的各杆位置重合，便可得新连杆相对于新机架的各个位置，即实现了机构的倒置。 这样，就将求活动铰链的位置问题转化为求固定铰链的位置问题了。这种方法有时又称为反转法。 为了求活动铰链的位置，可将待求活动铰链所在的杆视作新机架，而将其相对的杆视为新连杆。机构的倒置原理 以E1F1为机架，E1F1为原位1、刚化AE2F2D，

28、使得E2F2与E1F1重合，求得A、D2、刚化AE3F3D，使得E3F3与E1F1重合，求得A 、 D 3、作A A 、 A A 的公垂线交于B14、作D D、 D D 的公垂线交于C1AB1C1D便是所求求解步骤动画以E1F1为机架，E1F1为原位1、刚化AE2F2D，使得E4.4.2 Function Generation 按给定两连架杆的位置设计四杆机构 目的：求解出铰链C。 引入转换机架的思想，采用反转法求得。 作DE1B2DE2B2，得B2； 作DE1B3DE3B3，得B3； 作B1B2、B2B3的垂直平分线， 交点就是所求C1。 连杆长度： b=ul B1C1 摇杆长度： c=ul

29、 D1C14.4.2 Function Generation 4.4.3 Design of Quick Return Mechanisms1、按K设计四杆机构已知：曲柄摇杆机构，摇杆CD长度，摆角，K设计此机构（确定A,曲柄和连杆长） 4.4.3 Design of Quick Return 由(1)式算出极位夹角； 任选D的位置，按已知条件作出 摇杆极限位置DC1和DC2; 作C2C1OC1C2O90 得C1O与C2O交点O; 以O为圆心，OC1为半径作辅助圆， A点在圆弧上任选。 由(1)式算出极位夹角；2、 Oscillating guide-bar mechanismKnown: K

30、 (time ratio) lAD(the frame)Require: lABD2、 Oscillating guide-bar mec4.4.4 Path Genaration 实现给定点的运动轨迹实验法设计时确定: 1、各杆的长度比例。2、描绘连杆曲线的点的位置图谱法4.4.4 Path Genaration 实现给定点Attentions (this chapter):The types of four-bar linkagesConditions for having a crankPressure angle and transmission angleDead point and quick return characteristicDimentional synthesis of fourbar linkagesAttenti