第03章+平面连杆机构.ppt

1、第三章 平面连杆机构,第一节 平面四杆机构的类型及其应用 第二节 平面四杆机构的一些基本特性 第三节 平面四杆机构的设计 第四节 平面连杆机构的结构,学习重点,预热： 什么是平面连杆机构？特点及研究内容是什么？,预热,定义: 全由低副（转动副、移动副）构成的平面机构称为平面连杆机构 特点：面接触，承载能力强，耐磨损； 易于制造和获得较高的制造精度； 能实现多种运动规律。 缺点：效率低； 累计运动误差较大； 高速运转时不平衡动载荷较大，且难于消除。 内容：类型、应用及其特性，平面四杆机构的设计,一、平面四杆机构的基本型式铰链四杆机构 1曲柄摇杆机构 2双曲柄机构 3双摇杆机构 二、平面四杆机构的

2、演化型式 1曲柄滑块机构 2导杆机构 3偏心轮机构,第一节 平面四杆机构的类型及其应用,运动副全是转动副,1.曲柄摇杆机构, 两连架杆中： 一个为曲柄，另一个为摇杆。,应用举例： 牛头刨床工作台横向进给机构 缝纫机的踏板机构,缝纫机踏板机构,牛头刨床进给机构,缝纫机踏板 牛头刨床进给机构图,(a)局部结构图 ; (b)曲柄摇杆机构运动简图 1主动齿轮; 2从动齿轮; 3连杆; 4摇杆（棘爪）; 5棘轮; 6丝杠 ; 7机架,正平行四边形机构,蒸汽机车的车轮联动机构,2.双曲柄机构, 两个连架杆都能 作整周回转运动,振动筛（也称为惯性筛）,反平行四边形机构,车门启闭机构,3.双摇杆机构,两连架杆

3、均为摇杆,起重机中重物平移机构,汽车前轮转向机构(等腰梯形机构),1.曲柄滑块机构, 一连架杆为曲柄，另一连架杆相对机架作往复移动而称为滑块,应用举例：内燃机、空气压缩机、冲床和缝纫机等。,对心式曲柄滑块机构 偏置式曲柄滑块机构,取曲柄滑块机构中的不同构件作为机架，可以得到以下四种不同的机构。,2.导杆机构,曲柄转动导杆机构 曲柄摆动导杆机构 摆动导杆滑块机构（摇块机构） 移动导杆机构（定块机构）,应用,(a)曲柄滑块机构; (b)转动导杆机构; （c)摆动导杆滑块机构(摇块机构）; (d)移动导杆机构（定块机构）,曲柄摆动导杆机构 (a)曲柄摆动导杆机构; (b)电气开关,小型刨床机构,卡车

4、车厢自动翻转卸料机构,手动抽水机,3.偏心轮机构,特点：容易加工； 工作时润滑条件和受力情况好； 可用于较重载荷的传动中。 应用举例：蒸汽机换气阀传动机构、冲压机传动机构等。,（a）等效曲柄滑块机构 （b）曲柄滑块机构 （c）等效曲柄摇杆机构 （d) 曲柄摇杆机构,一、曲柄存在条件 二、急回特性和行程速比系数 三、压力角和传动角 四、死点位置,第二节 平面四杆机构的一些基本特性,曲柄存在条件： 最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和； 连架杆与机架中必有一杆为最短杆。,你会判断由不同杆作机架时四杆机构属于哪种机构么？,一、曲柄存在条件,判断由不同杆作机架时四杆机构属于哪种机构,取不同

5、构件为机架时的铰链四杆机构型式 (a)构件4为机架; (b)构件2为机架; (c)构件1为机架; (d)构件3为机架,取不同构件为机架时的铰链四杆机构型式,二、急回特性和行程速比系数,摇杆的摆角,C1DC2 ；,极位夹角,工作行程,回程,曲柄摇杆机构的急回运动程度可以用 2 和 的比值 来衡量， 称为行程速比系数。,， ，急回程度。= 0时， =1时，机构无急回运动。,急回运动?,三、压力角和传动角,压力角 从动件受力点（C点）的受力方向与 受力点的速度方向之间所夹的锐角。,压力角越小，传动角越大，机构传力性能越好。设计时应使 ,与,四、死点位置,1死点的概念 在曲柄摇杆机构中，当摇杆为主动件

6、时，当连杆与从动曲柄共线时，机构的传动角 ，此时主动件CD 通过连杆作用于从动曲柄AB上的力恰好通过其回转中心，所以出现了不能使构件AB转动的顶死现象，机构的这种位置称为死点位置或死点。 2死点的缺陷 对于传动机构，存在死点位置是一个缺陷，常采用下列措施使机构顺利通过死点位置： 利用系统的惯性；利用特殊机构。 3死点的利用 在工程中也常常应用死点位置实现工作要求。如快速夹具、 飞机起落架等。,具夹速快,利用惯性,利用机构错位排列,第三节 平面四杆机构的设计,一、按给定的行程速比系数设计四杆机构 二、按给定的连杆位置设计四杆机构 三、按给定的两连架杆对应位置设计四杆机构 四、按给定的运动轨迹设计

7、四杆机构 连杆曲线图谱法,一、按给定的行程速比系数设计四杆机构,1曲柄摇杆机构 2曲柄滑块机构 3导杆机构,已知条件：行程速比系数K、摇杆的长度 CD和摇杆的摆角 （1）计算极位夹角 （2）取适当的比例尺l = CD/CD(m/mm)，并由 CD 和 作出两极限位置C1D、C2D; （3）过C2点作C1C2N90的射线C2N，然后再过C1点作C2C1的垂线C1N 交C2N于P; （4）以C2P为直径作圆，圆心为O，则A点必在此圆上; （5）由其他已知条件在圆周上取点A，连AC1、AC2; （6）以A为圆心，AC1为半径做圆弧交AC2于E点，作EC2的垂直平分线得EC2之半即 为AB长度由于极限

8、位置处曲柄与连杆共线，故AC2BCAB，AC1BCAB，因此，容易得到 （7）讨论：由于A点可在C1PC2的外接圆周的弧C1PC2上任意选取，所以，若仅按行程速比系数K来设计，可以得到无穷多组解。因此，在未给出其它附加条件的情况下，如欲获得良好的传动质量，可按照传动角最优或其它辅助条件来确定A点的位置。,1曲柄摇杆机构,2曲柄滑块机构,已知条件：行程速比系数K、 滑块行程H 偏心距e 计算极位夹角; 作直线C1C2H/l，且C1、C2作为滑块的两极限位置; 根据C1、C2点求满足极位夹角为的A点（结果为一圆弧C1PC2）; 作一直线与平行，并使其间的距离等于偏心距e ，则此直线与上 述圆弧的交

9、点即为曲柄的轴心A 的位置; 连接AC1、AC2，并按上述作图方法，即可得到曲柄的长度 lAB和 连杆的长度 lBC。,3导杆机构,分析（机构简图演示）：对于摆动导杆机构，其极位夹角 等于导杆的摆角，而所需要确定的尺寸是曲柄长度lAC。 已知条件：行程速比系数K、机架长度lAD 计算极位夹角； 选择适当的比例尺作直线l， 任选固定铰链点D； 按夹角（）作出导杆的两极限位置Dm和Dn； 作摆角的角平分线AD，并在AD上截取AD=lAD/l， 即可得到曲柄轴心A点的位置； 过A点作导杆极限位置的垂线AC1（或AC2），即得曲柄长度lAC=lAC。,二、按给定的连杆位置设计四杆机构,1给定连杆两个位

10、置设计四杆机构 2给定连杆三个位置设计四杆机构,1给定连杆两个位置设计四杆机构,例,例,2给定连杆三个位置设计四杆机构,三、按给定的两连架杆对应位置设计四杆机构,如图所示为一铰链四杆机构。根据此机构各构件所构成的矢量封闭形，可以写成以下矢量方程式,将此矢量方程式分别向 及 轴投影，可得如下两个代数方程式,如以各构件相对于a长度代入上式，则移项后可得,继续,再由两式平方相加消去，并整理之，可得,令：,则：,上式中含有P0、P1、P2、0及0五个待定参数。若将连架杆的五组对应位置i及i(i=1,2,5)，分别代入上式，则可得到一个五个方程的方程组，在就该方程组联立求解后，即可求出参数P0、P1、P

11、2、0及0。 然后再由式求得m、n、l，最后，根据实际需要定出曲柄的长度a ，则机构其它构件的长度b、c 、d 便可完全确定。 又若取两连架杆的起始角0=0=0，则式（3-16）将成为,这时式中只含有P0、P1、P2三个待求参数了，所以该机构所能满足的两连架杆的对应位置数也最多是三组了。,继续,例题,如图所示为用于某操纵装置中的铰链四杆机构，如要求该四杆机构的两连架杆应满足的三组对应位置 为 、 ； 、 ； 、 。,例题,解,将给定的1，2，3和1，2，3代入式（3-17）即可得到如下的方程组,联立求解，得P0=1.53；P1=-1.06；P2=0.778 再由式可求得各杆长比为：,若根据结构

12、条件取曲柄长a 200mm，则可求得b 356mm； c 306mm；d 288mm。 如果只要求该机构的两连架杆满足给定的两组对应位置，则在参数P0、P1、P2中有一个可以任意选定，所以这时将有无穷多解。,解,应用连杆曲线,四杆机构运动时，连杆作平面运动，连杆上任一点都将描绘出一条封闭曲线。该曲线称为连杆曲线。显然，连杆曲线的形状随连杆上点的位置以及各杆相对尺寸的不同而变化。正是由于连杆曲线的这种多样性，才使其能在各种机械上得到越来越广泛的应用。如图所示的自动线上步进式传送机构，即为应用连杆曲线（卵形曲线）来实现步进式传送工件的典型实例。,图谱法,图谱法是按照给定的运动轨迹设计四杆机构的另一

13、种简便的方法，它是利用连杆曲线图谱（可查手册），查出与要求轨迹曲线相似的连杆曲线，以及描绘该连杆曲线的四杆机构的相对杆长，然后测量出出图谱中的连杆曲线与所要求的轨迹曲线之间的放大（或缩小）倍数，即可求出机构的各尺寸参数。,第四节 平面连杆机构的结构,一、平面连杆机构构件的结构 具有转动副的构件结构 具有转动副和移动副的构件结构 二、平面连杆机构运动副的结构 三、平面连杆机构的运动干涉问题 四、平面连杆机构的调节,具有转动副的构件结构,2. 具有转动副和移动副的构件结构,二、平面连杆机构运动副的结构,滑动轴承式转动副结构 滚动轴承式转动副结构 几种平面接触式移动副结构 分离式导轨 圆柱面接触式移

14、动副相对转动的限制 滚动导轨式移动副结构,滚动轴承式转动副结构滑动轴承式转动副结构,整体式,附加轴套式,剖分式,滚动轴承式转动副结构,滑动轴承式转动副结构,分离式导轨,可调间隙式移动副结构,矩形,V形,燕尾形,组合形,几种平面接触式移动副结构分离式导轨可调间隙式移动副结构,几种平面接触式移动副结构,平面防转,销轴防转,圆柱面接触式移动副相对转动的限制,滚轮式导轨,滚珠式导轨,滚动导轨式移动副结构,圆柱面接触式移动副相对转动的限制、滚动导轨式移动副结构,三、平面连杆机构的运动干涉问题,连杆机构在结构设计时，常常需要考虑如何避免轨迹干涉问题。构件的外形一般可根据机构的运动不干涉条件来确定。也就是说

15、，结构设计要求组成连杆机构的所有运动构件在其运动范围内与所存在的轴、机架和横梁等部件之间不得发生碰撞现象，否则会妨碍构件的正常运动，并对设备造成一定的损害。,四、平面连杆机构的调节,在某些情况下，连杆机构的结构要求具备一定的调节能力，以满足实际应用中的一些特殊要求。 如图所示为采用螺旋机构来调整构件长度的方法。此外，还可以通过偏心轮来调节构件的长度。 调节支座的位置可以采用蜗轮蜗杆机构、螺旋机构等机构来实现，当然，也可通过调节滑块在导槽中的位置来调整。,3-2 平面四杆机构的基本形式及其演化,一、平面四杆机构的基本类型及应用,曲柄摇杆机构,基本类型：,双曲柄机构,双摇杆机构,一 、转动副转化为

16、移动副 （改变构件长度获得曲柄滑块机构）,偏心滑块机构,对心滑块机构,二、扩大转动副获得偏心轮机构,扩大转动副获 得偏心轮机构,曲柄摇杆机构的极位夹角,当机构从动件处于两极限位置时，主动件曲柄 在两相应位置所夹的角称为极位夹角。,极位夹角:,=,或 = 180- ,min=min ,180 -maxmin,三、最小传动角的确定,1. 按给定的行程速比系数设计四杆机构,已知：,求：A点的位置， 并定出：,C1,D,B1,C2,B2,(1),AB=(AC2-AC1)/2 BC=(AC1+AC2)/2,AC1=BC-AB AC2=BC+AB,确定比例尺,C1,D,B1,C2,B2,解：,B1,B2,B3,C2,C3,C1,实现连