机械设计原理-连杆机构-课件2.ppt
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- 机械设计 原理 连杆机构 课件
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1、第四章第四章 连杆机构连杆机构连杆机构:连杆机构:由若干个构件通过低副连接而组成,又称为低副机构。平面连杆机构: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。空间连杆机构:空间连杆机构:所有构件不全在相互平行的平面内运动的连杆机构。由于平面连杆机构不仅应用广泛,而且还往往是多杆机构的基础;所以这里重点介绍平平面连杆机构面连杆机构.4.1 4.1 平面连杆机构的类型平面连杆机构的类型4 4.1.1.1.1平面四杆机构的基本型式平面四杆机构的基本型式全部运动副为转动副的四杆机构称为铰链四杆全部运动副为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构机构连杆连杆连架杆连架杆机架机架视频:2平面四杆机构的
2、基本型式平面四杆机构的基本型式 曲柄曲柄作整周运动的构件作整周运动的构件 摇杆摇杆作摆动的构件。作摆动的构件。铰链四杆机构根据连架杆的运动形式不同分为:铰链四杆机构根据连架杆的运动形式不同分为:曲柄摇杆机构(曲柄摇杆机构(视频1 1)双曲柄机构(双曲柄机构(视频2 2)双摇杆机构(双摇杆机构(视频3 3)铰链四杆机构的三种基本型式铰链四杆机构的三种基本型式 曲柄摇杆机构:指两连架杆一为曲柄,一为摇杆的铰链四杆机构。曲柄摇杆机构:指两连架杆一为曲柄,一为摇杆的铰链四杆机构。搅拌机CBADE视频4惯性筛惯性筛双曲柄机构:指两个连架杆都是曲柄的铰链四杆机构。若机构中相对两杆平双曲柄机构:指两个连架杆
3、都是曲柄的铰链四杆机构。若机构中相对两杆平行且相等,则成为平面四边形机构。行且相等,则成为平面四边形机构。机车车轮联动机构机车车轮联动机构天平机构天平机构 摄影车升降机构(摄影车升降机构(视频7 7)双摇杆机构:指两个连架杆都是摇杆的铰链四杆机构双摇杆机构:指两个连架杆都是摇杆的铰链四杆机构。港口起重机机构图港口起重机机构图 车辆前轮转向机构(车辆前轮转向机构(视频6 6)4.1.2 4.1.2 平面四杆机构的演化平面四杆机构的演化由四杆机构的基本型式通过演化可以得到其它多种由四杆机构的基本型式通过演化可以得到其它多种结构型式。结构型式。常用的演化方法有常用的演化方法有1 1、转动副变移动副、
4、转动副变移动副曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构双滑块机构双滑块机构视频112 2 选用不同构件为机架选用不同构件为机架视频12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)3 3.变换构件形态变换构件形态两个移动副的四杆机构两个移动副的四杆机构若选择构件若选择构件2 2或或4 4为机架时,就为机架时,就是正弦机构;是正弦机构;若改取构件若改取构件3 3为机架为机架,则为双滑块则为双滑块机构机构;当取构件当取构件1 1为机架时,便演化
5、为为机架时,便演化为双转块机构。双转块机构。视频134 4 扩大移动副的尺寸扩大移动副的尺寸曲柄摇杆机构偏心盘机构(视频8)機械原理視頻機械原理視頻 连杆(连杆(1-2).avi4.2 4.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性 平面连杆机构具有传递和变换运动,实现力平面连杆机构具有传递和变换运动,实现力的传递和变换功能,前者称为平面连杆机构的运的传递和变换功能,前者称为平面连杆机构的运动特性,后者称为平面连杆机构的传力特性。动特性,后者称为平面连杆机构的传力特性。了解了这些特征,对于正确选择连杆机构的了解了这些特征,对于正确选择连杆机构的类型,进而进行机构设计具有重要指导意义。类型
6、,进而进行机构设计具有重要指导意义。4.2.1 4.2.1 运动特性运动特性1 1.转动副为整转副的条件-铰链四杆机构有曲柄的条件AB2BB1DC2CC1l1l2l4l3在B1C1D中,根据三角形任意两边之差必小于等于第三边,可得:)1(14321423llllllll)2(34212431llllllll移项可得:AB2BB1DC2CC1l1l2l4l3在B2C2D中,根据三角形任意两边之和必大于等于第三边,可得:)3(3241llll)4(413121llllll以上三式两两相加并化简可得:铰链四杆机构曲柄存在条件:铰链四杆机构曲柄存在条件:1、曲柄为最短杆;、曲柄为最短杆;2、最短杆与最
7、长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和、最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和AB2BB1DC2CC1l1l2l4l3)2(34212431llllllll满足上述条件时,取不同的构件为机架时,可得三种不同性质的铰链四杆机构 取最短杆的邻杆为机架 曲柄摇杆机构取最短杆的对杆为机架 双摇杆机构 取最短杆为机架 双曲柄机构图10“最短构件与最长构件的长度之和最短构件与最长构件的长度之和小于或等于其余两构件长度之和小于或等于其余两构件长度之和”是必要条件,是必要条件,如果不满足此条件,如果不满足此条件,无论取那个构件作为机架,都不存无论取那个构件作为机架,都不存在曲柄。在曲柄。在某铰链4杆
8、机构中,已知:LAB=80mm,LCD=120mm,LBC=150mm。讨论:当机架LAD的长度处于什么范围时,可获得曲柄摇杆机构,双曲柄机构,双摇杆机构。ABCD一 曲柄摇杆(1)LBC最长LAB+LBCLCD+LADLAB LAD LBC110 LAD 150(2)LAD最长LAB+LADLCD+LBCLBC LAD150 LAD 190110 LAD 190ABCD二 双曲柄LAD最短LAD+LBCLCD+LABLAD LABLAD 50ABCD三 双摇杆(1)LAD最短LAD+LBCLAB+LCDLAD LAB 50 LAD 80(2)LAD最长LAB+LADLBC+LCDLBC LA
9、D LAD 190(3)LAD既不是最短也不是最长LAB+LBCLAD+LCDLAB LAD LBC80 LAD 11050 LAD 110 LAD 190ABCD2 2.急回运动特性急回运动特性在曲柄等速回转情况下,由于1=180+,2=180-,所以t1t2,摇杆往复摆动的平均速度为V2V1.把摇杆的这种往复摆动快慢不同的运动称为急回运动。急回运动的程度可以用行程速比系数K来衡量:AB2BB1DC2CC1l1l2l4l321行程速比系数11180180180/212112122112kktttcctccvvk或:结论:当0时,机构具有急回运动特性,角愈大,K值愈大,急回运动特性愈显著。3.
10、3.运动连续性运动连续性1、运动连续性:当主动件连续运动时,从动件也能连续占据预定的各个位置,称为机构具有运动的连续性。在不计重力、在不计重力、摩擦力、惯性力的摩擦力、惯性力的条件下,机构中输条件下,机构中输出件所受主动力的出件所受主动力的方向线与该受力点方向线与该受力点的绝对速度方向线的绝对速度方向线所夹的锐角。所夹的锐角。压力角的余角,压力角的余角,=900-。1、压力角、压力角2、传动角、传动角 minFF1F21ABCD1234V 越小,越小,越大,则机构传力性能越好越大,则机构传力性能越好。4.2.2 传力特性传力特性常用传动角的大小和变化来衡量机构传力常用传动角的大小和变化来衡量机
11、构传力性能的好坏。设计时通常要求性能的好坏。设计时通常要求min40min40,对于高速和大功率的传动机械,对于高速和大功率的传动机械,min50min50。最小传动角最小传动角的确定的确定F1vcDF1CABF21234abcdcos2222addaBDBCDbccbBDcos2222bcaddacbBCD2cos2cos22221则则图示铰链四杆机构中,原动件为图示铰链四杆机构中,原动件为AB。各杆长度为:各杆长度为:a、b、c、d。由图可见,由图可见,与与机构的机构的BCD有关。有关。在在ABD和和BCD中,中,由余弦定理得:由余弦定理得:1 1)当)当BCD 900时,时,=1800-
12、BCD,则,则min=1800-BCDmax,由公式可知,当由公式可知,当=1800时,时,有有BCDmax。即曲柄与机架拉值共线时,机构将出现即曲柄与机架拉值共线时,机构将出现最大值。最大值。4vcABCD1F123bcaddacbBCD2cos2cos22221DAC2maxB2 视频1机构的死点位置机构的死点位置1死点死点 图示曲柄摇杆机构,摇杆图示曲柄摇杆机构,摇杆CD为主动件,当机构处于连杆为主动件,当机构处于连杆与从动曲柄共线的两个位置时,与从动曲柄共线的两个位置时,出现了传动角出现了传动角o。的情况。的情况。这时主动件这时主动件CD通过连杆作用于通过连杆作用于从动件从动件AB上的
13、力恰好通过其回上的力恰好通过其回转中心,所以不能使构件转中心,所以不能使构件AB转转动而出现动而出现“顶死顶死”现象。机构的现象。机构的此种位置称为此种位置称为死点。死点。在下图所示曲柄摇杆机构中,若以摇杆为主动件,则当连在下图所示曲柄摇杆机构中,若以摇杆为主动件,则当连杆与曲柄共线,机构的传动角为零,机构此位置就称为死杆与曲柄共线,机构的传动角为零,机构此位置就称为死点。而对于图示的曲柄滑块机构,当以滑块为主动件,机点。而对于图示的曲柄滑块机构,当以滑块为主动件,机构也处于死点位置构也处于死点位置。机构中从动件与连杆共线的位置称为机构中从动件与连杆共线的位置称为机构的死点位置。机构的死点位置
14、。2.死点的利用:死点的利用:B2AB1C1DC2地面地面飞机起落架机构飞机起落架机构若以夹紧、增力等为目的,则机构的死点位置可以加以若以夹紧、增力等为目的,则机构的死点位置可以加以利用。利用。图61对传动机构来说,有死点是不利的,应采取措施对传动机构来说,有死点是不利的,应采取措施使其顺利通过。使其顺利通过。3.3.死点的克服死点的克服 措施:措施:加装飞轮,增大惯性;加装飞轮,增大惯性;安装辅助连杆;安装辅助连杆;几组机构错位安装。几组机构错位安装。vBB2C2踏板踏板缝纫机主运动机构缝纫机主运动机构脚脚AB1C1DFB 蒸汽机车车轮联动机构,由两组曲柄滑块机构蒸汽机车车轮联动机构,由两组
15、曲柄滑块机构组成,曲柄位置错开组成,曲柄位置错开9090度,使死点位置错开度,使死点位置错开(图(图9 9)。)。機械原理視頻機械原理視頻 连杆(连杆(3-5).avi4.3 4.3 平面连杆机构的特点及功能平面连杆机构的特点及功能1)连杆机构中的运动副一般均为低副(正因为如此,所以又把连杆机构称为低副机构),低副两元素为面接触,故在传递同样载荷的条件下,两元素间的压强较小,可以承受较大的载荷。低副两元素间便于润滑,故两元素不易产生大的磨损。这些条件都能较好的满足重型机械的要求。此外,低副两元素的几何形状也比较简单,便于加工制造。2)构件运动形式具有多样性;3)在连杆机构中,当原动件以同样的运
16、动规律运动时,如果改变各构件的相对长度关系,便可是从动件得到不同的运动规律4.3.14.3.1平面连杆机构的特点平面连杆机构的特点4)在连杆机构中,连杆上个不同点的轨迹是各种不同形状的曲线(特称为连杆曲线),而且随着各构件相对长度关系的改变,这些连杆曲线的形状也将改变,从而可以得到各种不同形状的曲线,我们可以利用这些曲线来满足不同轨迹的要求。此外,连杆机构还可以很方便地用来达到增力,扩大行程和实现较远距离的传动的目的。由于连杆机构由上述优点,所实在各种机械和仪表中得到了广泛的应用。连杆机构缺点连杆机构缺点1)1)由于在连杆机构中运动必须经过中间构件进行传递,由于在连杆机构中运动必须经过中间构件
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