机械设计基础-第三章

机械设计基础

多媒体课件第三章平面连杆机构3.1

铰链四杆机构的基本型式和特性3.2

铰链四杆机构的演化3.3

铰链四杆机构的一些基本知识连杆机构：由低副构成的机构一、平面连杆机构：所有构件均在相互平行的平面内运动的连杆机构。二、平面四杆机构：最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的,简称平面四杆机构。平面四杆机构是组成多杆机构的基础三、连杆机构的特点

1、低副机构，运动副为面接触，压强小，承载能力大，耐冲击。2、其运动副元素多为平面或圆柱面，制造比较容易，而靠其本身的几何封闭来保证构件运动，结构简单,工作可靠。3、可以近似实现不同的运动要求及给定点的轨迹的要求。3.1铰链四杆机构的基本类型和特性铰链四杆机构：全部运动副为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构，它是平面四杆机构的最基本型式a-曲柄:与机架相联并且作整周转动的构件;b_连杆:不与机架相联作平面运动的构件;c_摇杆:与机架相联并且作往复摆动的构件;d_机架：

a、c_连架杆铰链四杆机构的三种基本型式：

曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构1、曲柄摇杆机构：铰链四杆机构的两连架杆中一个能作整周转动另一个只能作往复摆动的机构雷达调整机构搅拌机机构2.双摇杆机构:

铰链四杆机构中的两连架杆均不能作整周转动的机构摇杆机构的应用：鹤式起重机3.双曲柄机构铰链四杆机构的两连架杆均能作整周转动的机构。平行双曲柄机构也称平行四边形机构：当杆AB等角速转动时，杆CD也以相同的角速度同向转动，而连杆BC作平移运动平行双曲柄机构的应用：蒸汽机车驱动装置摄影机平台升降机构3.2铰链四杆机构的演化一、曲柄滑块机构（改变相对杆长转动副演化为移动副）二、导杆机构（曲柄滑块机构取不同构件为机架）转动导杆机构摆动导杆机构三、摇块机构和定块机构（取不同构件为机架）摇块机构定块机构摇块机构手摇唧筒机构即定块机构四：双滑块机构：具有两个移动副的四杆机构

（四杆机构的两杆机构长度趋于无限长）

双滑块机构的应用椭圆仪五、偏心轮机构（扩大转动副径向尺寸）曲柄滑块机构3.3铰链四杆机构的一些基本知识一具有整转副的条件

AB整周转动B1C1D和B2C2D成立整转副存在条件：四杆长度满足杆长条件：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆之和。构成整转副的构件中必有一个是最短杆。满足杆长条件时，最短杆两端分别是两个整转副。此时，若以最短杆或其相邻杆作机架，机构都存在曲柄。不满足杆长条件则没有整转副，获得双摇杆机构。以最短杆AB为机架双曲柄机构以最短杆AB相邻构件AD(orBC)为机架曲柄摇杆机构以最短杆AB对面构件CD为机架双摇杆机构杆长条件不成立时双摇杆机构Grashoff

定理a+e<b二、曲柄摇杆机构的主要特性：1、急回运动AB作等速运动时，CD作变速往复摆动AB与CD共线的两个位置，摇杆CD处于两个极限位置C1D与C2D：：摇杆的摆角（摇杆在两极限位置的夹角）。：极位夹角（摇杆处于两极限位置时曲柄所夹的锐角）。工作行程：回程：AB1AB2:1=180°+AB2AB1:2=180°-C1DC2D摆角，C2DC1D摆角，时间为t1时间为t2铰链C点的平均速度为：v1=C1C2/t1v2=C1C2/t2

行程速比系数:K=v2/v1=t1/t2=1/2=180°+/180°-

示意图分析K=180°+/180°-越大，K越大，急回运动的性质越显著：=180°K-1/K+1；=0，K=1无急回特性判断机构是否具有急回特性，判断其是否等于零。例：曲柄摇杆机构转化为曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构判断其急回特性对心曲柄滑块机构判断其急回特性2，压力角与传动角压力角：从动件上作用力与该力作用点的绝对速度之间所夹锐角.传动角：压力角的余角+=90°越小，越大，机构的传力性能越好。最小传动角：（一般min40°）3.死点位置：曲柄摇杆机构中以摇杆CD为原动件，则会出现连杆BC与曲柄AB共线的两个位置，此时的传动角为零，机构出现死点。利用构件惯性多套机构交错排列飞机起落架机构工件夹紧机构3.4平面四杆机构的设计

设计类型：1.实现给定的运动规律：给定行程速比系数以实现预期的急回特性、实现连杆的几组给定位置等。2.实现给定的运动轨迹：要求连杆上某点沿着给定轨迹运动等。设计目标：根据给定的运动条件，选定机构的类型，确定机构中各构件的尺寸参数。

设计方法：图解法、实验法和解析法等。

运动连续性

运动连续性：表示主动件连续运动时，从动件也能连

续占据各个预期的位置。从动件只能在某一可行域内运动，而不能相互跨越。1急回机构的设计已知行程速比系数K，以及从动件两个极限位置，设计四杆机构急回机构的设计思考：A点可以在FG弧上选取吗？第1步：确定D、C1、C2点，计算q第2步：找A点第3步：找B点2要求：设计四杆机构，使得连杆通过I、II、III

三个位置第1步：选定B、C点位置第2步：找A、D点位置第3步：联接A、B1、C1、D，获得四杆机构三点唯一确定一个圆，B、C确定后，A、D是确定的；B、C的位置可以根据实际情况确定，满足设计要求的四杆机构有无穷多个。急回机构的设计思考：A点可以在FG弧上选取吗？第1步：确定D、C1、C2点，计算q第2步：找A点第3步：找B点按给定连杆两个位置设计铰链四杆机构有无穷多个解。实际上，还应考虑几何、动力等辅助条件，例如各杆所允许的尺寸范围、最小传动角或其他结构上的要求，就可以合理选定A、D两点的位置而得到确定的解。如果给定连杆三个、四个或五个位置呢？例：设计一铰链四杆机构作为加热炉炉门的启闭机构。已知炉门上两活动铰链B、C的中心距为50。要求炉门打开后成水平位置，且热面朝下（如虚线所示）。如果规定铰链A、D安装在炉体的y-y坚直线上，其相关尺寸如图所示。用图解法求此铰链四杆机构其余三杆的尺寸。C2B1B2C1AD例：已知摇杆长度L=100，摆角=50和行程速比系数k=1.4，试设计曲柄摇杆机构。

解：由给定的行程速比系数求出极位夹角:=30DC2C190-A以A为圆心，AC1为半径作圆弧交AC2与E，平分EC2得曲柄长度。再以A为圆心，为半径作圆，交C1A的延长线和C2A于B1和B2，连杆长度

.EB1B23

按两连架杆预定的位置设计四杆机构已知固定铰链点A、D，设计四杆机构，使得两个连架杆可以实现三组对应关系d刚化反转法以CD杆为机架时看到的四杆机构ABCD的位置相当于把以AD为机架时观察到的ABCD的位置刚化，以D轴为中心转过得到的。低副可逆性；机构在某一瞬时，各构件相对位置固定不变，相当于一个刚体，其形状不会随着参考坐标系不同而改变。第1步：选B点，以I位置为参考位置，DF1为机架第2步：用刚化反转法求出B2、B3的转位点第3步：做中垂线，找C1点第4步：联接AB1C1D

｛图解法：速度瞬心法矢量方程图解法

§3-5速度瞬心及其在机构速度分析中的应用

1、速度瞬心由理力知，当两构件1、2作平面相对运动时在任一瞬时，都可以认为它们饶某一点作相对转动，而该点则称为瞬时速度中心，简称瞬心。P12（P21）

瞬心－互相作平面相对运动的两构件上，瞬时相对速度为零的点（等速重合点）。Pij

绝对瞬心:P12点绝对速度为零

相对瞬心:P12点绝对速度不为零12A2(A1)B2(B1)P21

VA2A1VB2B1

2、机构中瞬心的数目因为每两个构件就有一个瞬心，所以由N个构件（含机架）组成的机构，其总的瞬心数，根据排列组合的知识为

k=N×（N-1）/2

构件数4568瞬心数6101528

3、机构中瞬心位置的确定

3.1通过运动副直接相联的构件的瞬心。

1）以转动副相连的两构件如图所示转动副的中心即为其瞬心P12。2）以移动副相联结的两构件，如图所示因两构件件任一重合点的相对速度方向均平行于导路，故其瞬心P12必位于移动副导路的垂直方向上的无穷远处。3）平面高副相连接的构件

如图A所示如果两高副之间为纯滚动（ω12为相对滚动的角速度），则其两元素的接触点M即为瞬心P12；AB如图B所示如果两高副元素之间既作相对滚动，又有相对滑动（VM1M2为两元素接触点处地相对滑动速度），则瞬心P12必位于高副两元素在接触点处的公法线nn上，具体位置尚需根据其他条件来确定。

3.2用三心定理确定两构件的瞬心

三心定理—三个彼此作平面平行运动的构件的瞬心必位于同一条直线上。设构件1、2、3为彼此作平面平行运动的三个构件，它们共有3×2/2=3个瞬心，即P12、P13、P23。其中P12、P13

分别处于两转动副的中心处，故可直接求出，现证明P23必位于P12及P13的连线上。证明：设构件1固定，于是2及3上任一点的速度必分别与该点至P12取及P13的连线相垂直。如图所示，则任取一重合点k，则

和的方向显然不同，而瞬心P23应是构2与3的等速重合点，故P23必定不在K点只有当P23位于P12和P13的连线上时构件2重合点的速度方向才能一致，故知P23与P13必在同一直线上。

例：求平面四杆机构图3—5图示位置时全部瞬心。N=4，K=6，即P12、P13、

P14、

P23、

P24、

P34其中P12、P23、

P34、

P14分别为四个转动副的中心直接定出。而P13、P24由三心定理求出。

＜＜P12、P23P14、P34P12、P14P23、P34

4、速度瞬心在机构速度分析中的应用利用速度瞬心对某些机构进行速度分析既直观，又方便。现举例说明如下。

例1、图3—5所示平面四杆机构中已知各构件尺寸又知原动件2以角速度ω2沿顺时针方向回转，现需确定机构在图