机械设计基础 课件 项目3 平面连杆机构

项目3平面连杆机构机械设计基础目录CONTENTS平面连杆机构基本类型及应用1平面四杆机构基本特性2平面四杆机构的设计31平面连杆机构的基本类型及应用Part如图所示为天线机构。其中杆1与机架形成转动副A，杆1和杆2形成转动副B，杆2和杆3形成转动副C，杆3与机架形成转动副D。试分析图示天线摆角如何调节？以及该机构可能的类型。任务引入任务目标：1.了解平面连杆机构的特点；2.理解铰链四杆机构的演化形式；3.掌握铰链四杆机构的基本形式。一、基本概念平面连杆机构——若干构件通过低副连接而成的平面机构。平面四杆机构——由四个构件通过低副连接而成的平面机构。铰链四杆机构——所有低副均为转动副的平面四杆机构。二、平面连杆机构特点及应用优点：1、由于组成运动副的两构件之间为面接触，因而承受的压强小、便于润滑、磨损较轻，可以承受较大的载荷；2、构件形状简单，加工方便，工作可靠；3、在主动件等速连续运动的条件下，当各构件的相对长度不同时,从动件实现多种形式的运动，满足多种运动规律的要求。缺点：1、低副中存在间隙会引起运动误差，设计计算比较复杂，不易实现精确的复杂运动规律；2、连杆机构运动时产生的惯性力也不适用于高速的场合。应用：机床、动力机械、工程机械、包装机械、印刷机械等。三、铰链四杆机构基本形式及其演化机架：固定不动的杆，如AD杆；连架杆：与机架用转动副相连接的杆，如AB和CD杆；连杆：不与机架相连的杆，如BC杆。曲柄：能做整周回转的连架杆；摇杆：仅能在某一角度内摆动的连架杆。曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构1.铰链四杆机构的基本形式三、铰链四杆机构基本形式及其演化曲柄摇杆机构：铰链四杆机构中，若一个连架杆为曲柄，另一个为摇杆三、铰链四杆机构基本形式及其演化缝纫机截切机械三、铰链四杆机构基本形式及其演化双曲柄机构：两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构。两曲柄不等长：原动件曲柄匀速转动；从动件曲柄做周期性变速转动。三、铰链四杆机构基本形式及其演化两曲柄等长（平行四边形机构）：两曲柄会存在不同的运动状况。三、铰链四杆机构基本形式及其演化两曲柄等长（平行四边形机构）：两曲柄会存在不同的运动状况，具有不确定性。平行四边形运动不确定性解决方法：1、利用从动曲柄本身（或附加质量）的惯性来导向。2、在主、从动曲柄上错开移动角度再安装一组平行四边形机构。3、增加第三个平行曲柄。三、铰链四杆机构基本形式及其演化及其演化分拣机构公交车门三、铰链四杆机构基本形式及其演化双摇杆机构：两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构。搬运机构起重机三、铰链四杆机构基本形式及其演化转动副

移动副（滑块四杆机构）扩大转动副（偏心轮机构）选取不同的构件作为机架。2.铰链四杆机构的演化三、铰链四杆机构基本形式及其演化1）铰链四杆机构中一个转动副转化为移动副曲柄滑块机构三、铰链四杆机构基本形式及其演化1）铰链四杆机构中一个转动副转化为移动副曲柄滑块机构三、铰链四杆机构基本形式及其演化1）铰链四杆机构中两个转动副转化为移动副三、铰链四杆机构基本形式及其演化结构简单强度、刚度高传递动力较大2）扩大转动副（偏心轮机构）三、铰链四杆机构基本形式及其演化3）取不同构件为机架2平面四杆机构基本特性Part图示为工装的压紧机构。试绘制该铰链四杆机构的示意图，并分析其工作原理。任务引入任务目标：1.理解平面四杆机构运动特性；2.掌握铰链四杆机构基本类型判定方法。。一、曲柄存在的条件图示铰链四杆机构，杆AB为曲柄。为保证曲柄整周回转，曲柄必须顺利通过与机架AD共线的两个位置AB2和AB1。根据三角形两边之和必须大于第三边定律可得：观察三角形B1DC1:

观察三角形B2DC2:

①②

③不等式①、②和③两两相加，可得：

一、曲柄存在的条件曲柄存在的必要条件：（1）在曲柄摇杆机构中，曲柄是最短杆；（2）最长杆与最短杆的长度之和小于或等于其余两杆的长度之和。二、铰链四杆机构基本类型判别方法1、当最长杆与最短杆长度之和大于其余两杆的长度之和时，为双摇杆机构（不满足杆长和条件）；2、不满足第1条时，查看最短杆条件：（1）最短杆为机架时，机构为双曲柄机构；（2）最短杆为连架杆时，机构为曲柄摇杆机构；（3）最短杆为连杆时，机构为双摇杆机构。三、平面四杆机构运动特性铰链四杆机构的极限位置极位夹角θ：从动件处于两个极限位置时，曲柄两位置之间的夹角最大摆角ψ:摇杆往复摆过的最大角度三、平面四杆机构运动特性2.急回特性原动件做匀速转动，从动件做往复运动，且从动件返回行程的平均速度大于工作行程的平均速度的特性，称为急回特性。

行程速比系数K：空回行程的速度与工作行程速度的比值：

机构急回特性取决于极位夹角的大小。急回程度越明显，机构传动平稳性下降。设计时，K=1.2~2.0。三、平面四杆机构运动特性2.急回特性原动件做匀速转动，从动件做往复运动，且从动件返回行程的平均速度大于工作行程的平均速度的特性，称为急回特性。三、平面四杆机构运动特性3.压力角和传动角曲柄摇杆机构中，作用在从动件上的驱动力F与其受力点速度Vc方向线之间所夹的锐角α称为压力角（不计摩擦力、惯性力和重力）。压力角的余角γ称为传动角。三、平面四杆机构运动特性3.压力角和传动角压力角和传动角在机构运动过程中是变化的。力F在Vc方向的有效分力为Fcosα。说明压力角越小，有效分力越大。为保证机构正常工作，必须规定最小传动角γmin。一般情况，通常取γmin

≥40°；对于大功率机械，可取γmin

≥50°。三、平面四杆机构运动特性4.死点位置原动件：连架杆——摇杆CD连杆BC驱动摇杆AB的力F，在B点的压力角为90°；Fv三、平面四杆机构运动特性4.死点位置为顺利通过死点，采取措施：

1.结构设计：如两组以上的同样机构相互错开排列组合使用；2.增大惯性：利用飞轮的惯性闯过死点。三、平面四杆机构运动特性4.死点位置死点在机械中的应用：3平面四杆机构的设计Part由于平面四杆机构可以实现复杂的路径，因此在实际工程中应用非常广泛。工程中常用的设计平面四杆机构方法有哪些？任务引入任务目标：1.理解按给定行程速度变化系数设计四杆机构；2.掌握按给定连杆位置设计四杆机构的方法。平面连杆机构设计基本要求实现构件给定位置：即要求连杆机构能引导构件按规定顺序精确或近似地经过给定的若干位置。实现已知运动规律：即要求主、从动件满足已知的若干组对应位置关系，包括满足一定的急回特性要求，或者在主动件运动规律一定时，从动件能精确或近似地按给定规律运动。实现已知运动轨迹：即要求连杆机构中做平面运动的构件上某一点精确或近似地沿着给定的轨迹运动。一、按给定连杆位置设计四杆机构已知：连杆的两个位置B1C1和B2C2。设计该连杆机构。

求解步骤：定比例，绘制B1C1和B2C2

;分别连接B1B2和C1C2，并做各自的垂直平分线b12和c12。在两线上各自取固定铰链位置A和D。连接A，B1，C1和D，完成铰链四杆机构设计。注：由于A和D的位置可任意选择，因此有无数解。可通过最小传动角或其它条件限制解的数量。二、按行程速比系数设计四杆机构已知：摇杆CD的长度及摇杆摆角ψ和行程速比系数K，设计曲柄摇杆机构。求出极位夹角任选固定铰链中心D的位置，由摇杆长度和摆角，作出摇杆的两个极限位置3.连接C1和C2，并作C2M垂直于C1C2作∠C2C1N=90°－θ，得C2M与C1N相交于点P。5.作△C1PC2的外接圆，此圆