平面连杆机构设计课件.ppt

1、21 铰链四杆机构的基本形式和特性铰链四杆机构的基本形式和特性第二章第二章 平面连杆机构平面连杆机构22 铰链四杆机构有整转副的条件铰链四杆机构有整转副的条件23 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化 本章要点本章要点24 铰链四杆机构的设计铰链四杆机构的设计21 铰链四杆机构的基本形式和特性铰链四杆机构的基本形式和特性基本概念基本概念1、铰链四杆机构：、铰链四杆机构：全部用全部用转动副转动副相连的相连的平面四杆机构平面四杆机构。它是平。它是平面四杆机构的面四杆机构的基本型式基本型式，其它型式的四杆机构，其它型式的四杆机构可看作是在它的基础上通过可看作是在它的基础上通过演化演化而成的。而成的。

2、2、机架：机构的固定构件、机架：机构的固定构件，如杆，如杆4 4。3、连杆：、连杆：不直接不直接与机架连接的构件，如杆与机架连接的构件，如杆2 2。4、连架杆：、连架杆：与机架用与机架用转动副转动副相连接的构件，相连接的构件，如杆如杆1 1、3 3。连架杆可分为：连架杆可分为：5、曲柄：、曲柄：能绕机架作能绕机架作整周转动整周转动的连架杆，如杆的连架杆，如杆1 1；6、摇杆：、摇杆：只能绕机架只能绕机架作小于作小于360360的的某一角度摆动某一角度摆动 的连架杆，如的连架杆，如3 3。1.1.平面四杆机构有曲柄的条件平面四杆机构有曲柄的条件ABCDabcdf设设 AB 为曲柄为曲柄,且且 a

3、f 、b+f c、c+f b以以 fmax=a+d ，fmin=d-a 代入并整理得：代入并整理得：b+c a+d 、b+d a+c 、c+d a+b并可得并可得:ab 、ac 、a 2 2,t,t1 1tt2 2,v v2 2=C=C1 1C C2 2/t/t2 2 1 1=180=180+,+,v v1 1=C=C1 1C C2 2/t/t1 1曲柄转角曲柄转角 2 2=180=180-C C1 1C C2 2C C2 2C C1 1铰链铰链C的的平均速度平均速度：v v1 1v00。2 2、压力角和传动角、压力角和传动角A AB BC CD DF Fvcvc（1 1）机构机构压力角压力角

4、:在不计摩擦力、惯在不计摩擦力、惯性力和重力的条件性力和重力的条件下，机构中驱使输下，机构中驱使输出件出件运动的力运动的力与输与输出件上受力点的出件上受力点的绝绝对对速度方向速度方向间所夹间所夹的的锐角锐角，称为机构，称为机构压力角压力角，通常用，通常用表示。表示。传动角传动角：压力角：压力角的余角。的余角。A AB BC CD DvcvcF FF1F1F2F2通常用通常用表示表示.F F1 1 为为有效分力有效分力F1=F1=FcosFcos,F F1 1 在连杆设计中，为度量方便，习惯用传动角在连杆设计中，为度量方便，习惯用传动角来判来判断机构传力性能。断机构传力性能。F F1 1，机构传

5、力性能越好，机构传力性能越好，反之，机构传力越费劲，传动效率越低。反之，机构传力越费劲，传动效率越低。9090，连杆连杆和从动摇杆之间和从动摇杆之间所夹的锐角所夹的锐角minmin ；=30=306060；为为许用传动角许用传动角。曲柄摇杆机构的曲柄摇杆机构的最小传动角最小传动角出现在曲柄与机架出现在曲柄与机架共线（共线（0 0 或或 180180）的位置。）的位置。机构运转时，传动角机构运转时，传动角是变化的，为是变化的，为了保证机构的正常工作，了保证机构的正常工作，机构的传动角作出机构的传动角作出如下规定如下规定BDBD2 2=l l1 12 2+l l4 42 2-2-2l l1 1l

6、l4 4coscos 最小传动角的确定最小传动角的确定在在 ABDABD和和 BCDBCD中：中：F2F2F2F2A AB BC CD D F Fv vc cF1F1B BB BC CC Cminmin l l1 1l l2 2 l l3 3l l4 4maxmaxBDBD2 2=l l2 22 2+l l3 32 2-2-2l l2 2l l3 3cos cos BCDBCD=F2F2F2F2A AB BC CD D F Fv vc cF1F1B BB BC CC Cminmin l l1 1l l2 2 l l3 3l l4 4manmanCosCos BCDBCD=（l l2 22 2+

7、l l3 32 2-l l1 12 2-l l4 42 2+2+2l l1 1l l4 4coscos）2 2l l2 2l l3 3 CosCos BCDBCD 180-CosCos BCDBCD CosCos BCDBCD CosCos BCDBCD (为锐角为锐角)(为钝角为钝角)3 3、死点位置、死点位置：（主动件条件）（主动件条件）在不计构件的重力、惯性力和运动副中的摩擦阻在不计构件的重力、惯性力和运动副中的摩擦阻力的条件下力的条件下:当摇杆为主动件当摇杆为主动件，连杆和曲柄共线时，过铰链中，连杆和曲柄共线时，过铰链中心心A A的力，对的力，对A A点不产生力矩，不能使曲柄转动，机构

8、点不产生力矩，不能使曲柄转动，机构的这种位置称为的这种位置称为死点位置死点位置 。B BD DA AC CF FD DA AB BC CF F工件夹紧机构工件夹紧机构1、机构停在死点位置，不能起动。运转时，靠、机构停在死点位置，不能起动。运转时，靠 惯性冲过死点。惯性冲过死点。2、利用死点实例、利用死点实例缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构飞机起落架飞机起落架二、双曲柄机构二、双曲柄机构 两个连架杆均为两个连架杆均为曲柄曲柄的铰链四杆机构称为的铰链四杆机构称为双曲双曲柄机构柄机构。特例：特例：平行双曲柄机构平行双曲柄机构DABC3412运动特性：主动曲柄以等角速度作运动特性：主动曲柄以等角速度作整周

9、回转，从动曲柄作变速整周回整周回转，从动曲柄作变速整周回转。转。最小传动角也是出现在主动曲柄与机最小传动角也是出现在主动曲柄与机架共线的位置无死点位置。架共线的位置无死点位置。1、曲柄、曲柄1为原动件，作为原动件，作等角速转动；等角速转动；从动件曲柄从动件曲柄3也以也以相同角速度相同角速度转动转动。平行双曲柄机构：平行双曲柄机构：其相对两杆其相对两杆平行平行且且相等相等。2、当四个铰链中心处于同一直线上时，将出现运、当四个铰链中心处于同一直线上时，将出现运动不确定状态。动不确定状态。B B2 2C C2 2A AB B1 1C C1 1D D1 12 23 3B B3 3C C3 3 C C3

10、 3 为了消除这种运动不确定状态为了消除这种运动不确定状态,可在主、从动曲可在主、从动曲柄上错开一定角度再安装一组平行四边形机构。即柄上错开一定角度再安装一组平行四边形机构。即采用平行连接附加构件。采用平行连接附加构件。A AB BC CD D1 12 23 3B B1 1B B C C C C1 1C C1 1B B1 1机车驱动轮连动机构机车驱动轮连动机构 多套机构交错排列多套机构交错排列三、双摇杆机构三、双摇杆机构 两个连架杆均为两个连架杆均为摇杆摇杆的铰链四杆机构称为的铰链四杆机构称为双摇双摇杆机构杆机构。DABC3412运动特性运动特性(自学自学)22 铰链四杆机构有整转副的条件铰链

11、四杆机构有整转副的条件一、一、整转副：整转副：二、二、整转副存在的条件：整转副存在的条件：两构件能相对转动两构件能相对转动360的转动副。的转动副。取决于各杆的长度。取决于各杆的长度。l l1 1Al l4 4l l2 2l l3 3CBDBC BC 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构分析：若分析：若l l1能绕能绕A整周相对转动，则存在两个特殊位置整周相对转动，则存在两个特殊位置在在ACACD D中有：中有：在在ACAC D D中有：中有：l l4 4（l l2-2-l l1 1）+l l3 3 l l3 3（l l2-2-l l1 1）+l l4 4l l1 1+l l4 4 l l2 2+l l3

12、 3l l1+1+l l3 3 l l2 2+l l4 4l l1 1+l l2 2 l l4 4+l l3 3(3)(3)(2)(2)(1)(1)l l1 1+l l4 4 l l2 2+l l3 3l l1+1+l l3 3 l l2 2+l l4 4l l1 1+l l2 2 l l4 4+l l3 3(3)(3)(2)(2)(1)(1)将（将（1 1）、（）、（2 2）、（）、（3 3）式两两相加，得到以下关系式：）式两两相加，得到以下关系式：l l1 1l l2 2，l l1 1l l3 3，l l1 1l l4 4，以上关系表明以上关系表明l l1 1为最短杆。为最短杆。结论：结论

13、：（1）整转副存在的条件：整转副存在的条件：最短杆与最长杆长度之和小于或等最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和。于其它两杆长度之和。（杆长和条件）（杆长和条件）（2）整转副是由最短杆与其邻边组成。）整转副是由最短杆与其邻边组成。由于曲柄是连架杆，整转副处于机架上，才能由于曲柄是连架杆，整转副处于机架上，才能形成曲柄。所以，具有整转副的铰链四杆机构是否形成曲柄。所以，具有整转副的铰链四杆机构是否存在曲柄，还应根据选择何杆为机架来判断。存在曲柄，还应根据选择何杆为机架来判断。铰链四杆机构类型的判断条件铰链四杆机构类型的判断条件：1 1 在满足杆长和的条件下：在满足杆长和的条件下：（1

14、1）取最短杆为机架时，机架上有两个整转副，）取最短杆为机架时，机架上有两个整转副，（2 2）取最短杆的邻边为机架时，机架上只有一个整）取最短杆的邻边为机架时，机架上只有一个整 转副，该机构为转副，该机构为.（3 3）取最短杆的对边为机架时，机架上没有整转副，）取最短杆的对边为机架时，机架上没有整转副，该机构该机构。2 2）注意：注意：铰链四杆机构必须满足四构件组成的铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭多边形条件：封闭多边形条件：最长杆的杆长最长杆的杆长 l2，杆杆2能作能作整周转动整周转动，杆，杆4只能往复摆动，称为只能往复摆动，称为摆动摆动导杆导杆机构。机构。三、三、摇块机构和定块机构：摇块

15、机构和定块机构：选用不同的构件为机架选用不同的构件为机架摆动摆动滑块机构滑块机构自卸卡车车箱的举升机构自卸卡车车箱的举升机构运动特性：运动特性：杆杆1绕绕B点整点整周回转的同时，杆周回转的同时，杆4相相对滑块对滑块3滑动，并于滑滑动，并于滑块块3一起绕一起绕C点摆动。点摆动。固定固定滑块机构或滑块机构或定块机构定块机构ACB4321ACB4321手动抽水机手动抽水机四、四、双滑块机构：双滑块机构：改变构件的形状和运动副改变构件的形状和运动副4HACD321H4l1ABD321 双滑块机构双滑块机构是具有两个移动副的四杆机构。是具有两个移动副的四杆机构。正切机构正切机构正弦机构正弦机构五、五、偏

16、心轮机构：偏心轮机构：扩大转动副扩大转动副 杆杆1变为圆盘，其几何变为圆盘，其几何中心为中心为B，运动时，圆盘，运动时，圆盘绕偏心绕偏心A转动，故称为转动，故称为偏偏心轮心轮。A、B之间的距离之间的距离称为称为偏心距偏心距e，即为曲柄的，即为曲柄的长度。长度。扩大扩大转动副转动副B的半径的半径使之超过使之超过曲曲柄的长度柄的长度2 341e12341.扩大回转副平面平面四杆机构的演化四杆机构的演化机构演化方法机构演化方法扩大回转副改变更杆件长度用移动副取代回转副变更机架等偏心轮机构偏心轮机构2.改变杆件长度RABCDABCRABCRRABCABR正弦机构正弦机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构3.变换

17、机架曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 双曲柄机构双曲柄机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 双摇杆机构双摇杆机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构导杆机构导杆机构摇块机构摇块机构 定块机构定块机构(直动滑杆机构直动滑杆机构)ABCABC ABAB ACAC回转导杆机构回转导杆机构 ABAB g gminA0 分析分析.设计设计.C2DC12 g A0AC3B3gmingmin 须不小于须不小于 g .C1C2S24.4.按给定的按给定的 K K、S S 值值,设计曲柄滑块机构设计曲柄滑块机构SADBCee若给定 K、S、e.AB=AC2-AC12BC=AC2+AC125.5.实现点的轨迹实现点的轨迹实验法、图谱法、解析法.平面四杆机构,最多能精确实现九个给定的轨迹点.孟宪源:现代机构手册李学荣:连杆曲线图谱