平面连杆机构及其设计1课件.ppt
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第第8 8章章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计 四、机构的死点位置四、机构的死点位置n 指从动件的传动角指从动件的传动角 =0°( =0°(或或 =90°)=90°)时机构所处的位置时机构所处的位置不考虑构件的重力、（不考虑构件的重力、惯性力和运动副中的摩擦力的影响）惯性力和运动副中的摩擦力的影响）1 1、死点、死点( (dead point)dead point)位置位置 B2C2vB踏板踏板缝纫机主运动机构缝纫机主运动机构脚脚AB1C1DFB 画出压力角画出压力角1C234ABDabcdvBFB n 对于曲柄摇杆机构，当摇杆对于曲柄摇杆机构，当摇杆1 1为主动件，当为主动件，当连杆与曲柄共线时的位置，即：摇杆处于两个极连杆与曲柄共线时的位置，即：摇杆处于两个极限位置时，经过连杆限位置时，经过连杆2 2传给从动曲柄传给从动曲柄3 3的驱动力的驱动力F F，，通过曲柄的转动中心通过曲柄的转动中心A A对从动曲柄对从动曲柄3 3的有效力的有效力矩为零，故不能推动曲柄转动矩为零，故不能推动曲柄转动, ,机构处于卡死位机构处于卡死位置，置，机构的这种位置称为机构的这种位置称为死点位置死点位置。
n此时传动角此时传动角 =0°=0°n（或（或 =90°=90°） 机构是否有死点位置与哪一构机构是否有死点位置与哪一构件为主动件有关件为主动件有关n曲柄摇杆机构，当曲柄为主动件时无死曲柄摇杆机构，当曲柄为主动件时无死点位置，但有极限位置，当摇杆为主动点位置，但有极限位置，当摇杆为主动件时有死点位置件时有死点位置 n曲柄滑块机构，当以滑块曲柄滑块机构，当以滑块3 3为主动件时有为主动件时有死点位置死点位置 n 平行四边形机构，连杆与曲柄共线时传平行四边形机构，连杆与曲柄共线时传动角为动角为0 °0 °（（转向点转向点），从动曲柄可能向正），从动曲柄可能向正反两个方向转动，机构运动不确定，平行四反两个方向转动，机构运动不确定，平行四边形机构可能变成反平行四边形机构边形机构可能变成反平行四边形机构 n双摇杆机构，也有双摇杆机构，也有死点位置，在实际死点位置，在实际设计中常采用限制设计中常采用限制摆杆的角度来避免摆杆的角度来避免死点位置死点位置 死点位置的克服办法死点位置的克服办法n例：缝纫机借例：缝纫机借助于带轮的惯助于带轮的惯性通过死点性通过死点n（（1 1）利用飞轮惯性来克服死点位置）利用飞轮惯性来克服死点位置 蒸汽机车车轮联动机构，左右车轮两组 蒸汽机车车轮联动机构，左右车轮两组曲柄滑块机构中，曲柄曲柄滑块机构中，曲柄ABAB与与A’B’A’B’位置错开位置错开90°90°。
n（（2 2）利用机构错位排列法来克服死点位置利用机构错位排列法来克服死点位置 2 2、死点位置在机构中的作用、死点位置在机构中的作用n钻床工件夹紧机构钻床工件夹紧机构n飞机起落架机构飞机起落架机构 §§8-4 8-4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计n一、四杆机构的运动特征及设计的基本问题n二、机构设计 一、四杆机构的运动特征及设计一、四杆机构的运动特征及设计的基本问题的基本问题n1、四杆机构的运动特征n2、四杆机构设计的基本问题 1 1、四杆机构的运动特征、四杆机构的运动特征n（（1 1）连架杆转角曲线）连架杆转角曲线 （（ ））n 从动件的角位移随主动件转角的变化关系曲线称为连架杆转角曲线用（）表示 n 连架杆转角曲线是一个周期性函数曲线，其形状及最大值取决于四杆机构的相对尺寸大小不同相对尺寸的四杆机构有不同的（）曲线因此，可以用一条用一条 （（ ）曲）曲线来表征一个四杆机构线来表征一个四杆机构它表征该机构的运动特征即四杆机构中两连架杆间的传动比关系，或两连架杆转角间的变化关系 （（2 2）连杆曲线与连杆转角曲线）连杆曲线与连杆转角曲线 （（ ））n连杆曲线：四杆机构的连杆作平面复合运动，其上任一点M所实现的封闭轨迹曲线称为连杆曲线。
连杆曲线的形状与机构尺寸及M点的位置有关 n 一个基本尺寸一定的四杆机构，其连杆平面上的不同点可以形成无穷多条形状各异的连杆曲线，所以，就难以用一条连杆曲线表征该机构的运动特征 连杆转角曲线n连杆转角曲线(coupler angle curve)：四杆机构连杆平面上任一条标线（如BC）与x轴正向夹角β，它随原动件AB转角的变化曲线称为连杆转角曲线，用β( )表示 n 当机构的基本尺寸一定时，只存在一条形状确定形状确定的β( )曲线因此，可以用一条β( )曲线来表征一个四杆机构 n 不同相对尺寸的四杆机构，具有不同的（）曲线和β()曲线，任意一条（）或β()曲线都可以看成是一个四杆机构所固有的特性，它们之间可以相互转换，所以，只要一种曲线就可以表示四杆机构的运动特征 2 2、四杆机构设计的基本问题、四杆机构设计的基本问题n1）实现刚体给定位置的设计（导引机构设计）n2）实现预定运动规律的设计（函数机构设计）n3）实现预定轨迹的设计（轨迹机构设计） 1 1）实现刚体给定位置的设计）实现刚体给定位置的设计n 要求所设计的机构能引导连杆连杆顺序通过一系列给定的位置。
即要求连杆能依次占据一系列给定的位置 (或者满足预定的连杆位置要求) n飞机起落架机构n 要求机构能引导连杆按一定方位通过预定位置，所以称为导引机构设计引机构设计n铸造砂型机的翻箱机构 2 2）实现预定运动规律的设计）实现预定运动规律的设计n 要求所设计的机构的主、从动连架杆之间的运动关系能满足若干组对应位置关系或某种给定的函数关系或是要求主动连架杆的运动规律一定的条件下，从动件能够准确或近似地满足预定的运动规律的要求这类设计统称为函数机构设计，又函数机构设计，又称为传动机构设计称为传动机构设计 n 牛头刨床中的导杆机构n对数计算机构 3 3）实现预定轨迹的设计）实现预定轨迹的设计n 要求所设计的机构连杆上一点的轨迹能与给定的曲线相一致，或能依次通过曲线上的若干个有序列的点称为轨迹机构轨迹机构设计 鹤式起重机 搅拌机连杆 二、导引机构设计二、导引机构设计 给定连杆若干个位置设计四杆机构（按连杆预定的位置设计四杆机构） n n图解法n解析法n数值比较法 按给定的连杆位置设计四杆机构按给定的连杆位置设计四杆机构B B1 1B B2 2B B3 3C C2 2C C3 3C C1 1A AD Dc c2323c c1212b b2323b b1212已知已知LBC=0.5m，两位置两位置B1C1、B2C2，固定铰固定铰链中心链中心A、D在在同一水平线上同一水平线上，LAD=LBC求摇杆求摇杆AB、CD的长度的长度 n给定连杆的三个位置设计四杆机构：给定连杆的三个位置设计四杆机构：A AD DB1B2B3C1C2C3图解法图解法 急回机构的设计急回机构的设计n 按照行程速比系数K用图解法图解法求解铰链四杆机构、曲柄滑块机构、摆动导杆机构可获得足够的精度。
n（（1 1）曲柄摇杆机构）曲柄摇杆机构n已知摇杆的长度lCD，摇杆的摆角ψ，行程速比系数K，设计此曲柄摇杆机构 v解:v1)计算极位夹角 2）作出摇杆的两极限位置 n3）确定A点的位置 90°－－θ v4）求出曲柄、连杆的长度 AD DC1C2AB=(AC1-AC2)/2BC=AC1-ABAC2=BC-ABBOAC1=AB+BC 曲柄滑块机构曲柄滑块机构n已知曲柄滑块机构中滑块的行程速比系数K，滑块的行程H，偏距e，设计此机构 v解:1)计算极位夹角2）确定A点的位置90°－－θ 3）求出曲柄、连杆的长度 HOeAc1c2BAB=(AC1-AC2)/2BC=AC1-AB （（3 3）摆动导杆机构）摆动导杆机构n已知摆动导杆机构行程速比系数K，机架的长度lAC，设计此机构v解:v1)计算极位夹角θ v2) θ＝ ψ 如如图图示示插插床床的的导导杆杆机机构构，，已已知知 ：： ，，行行程程速比系数速比系数 ，求曲柄，求曲柄BC的长度及插刀的长度及插刀P的行程的行程H E1F1E2F2E3F3● CB ● A´D´A´´D´´AD B1B2f10f1212AD10E1E2E313f13B312B2' ●13B3'C1设计铰链四杆机构设计铰链四杆机构, ,实现连架杆三对对应位置实现连架杆三对对应位置. .铰链四杆机构铰链四杆机构 ABAB1 1C C1 1D D 为所求为所求. . 2 2、解析法、解析法 n解：根据坐标系 n铰链四杆机构的位置方程：n式中共有5个待定参数，它最多能满足两连架杆的5组对应角位置。
n若给3组对应角位置，可令φ0、ψ0为常数（也可为0）求出R1、R2、R3后，再设定a或d就可确定机构的尺寸 n 若给5组对应位置，一般要给定初值，若初值给得不当，有可能求不出机构尺寸n 即使给定5组对应位置求出了机构，也只是在5组位置上能精确实现要求的函数，在其他位置上均有误差 四、轨迹机构设计四、轨迹机构设计 轨迹机构设计使四杆机构连杆上某一点实现给定的一段曲线轨迹或某一封闭曲线轨迹的设计，称为轨迹机构设计n （按预定的运动轨迹设计四杆机构） 实验法实验法n 已知原动件AB的长度及其中心点A和连杆上一点M，要求设计一四杆机构，是连杆上的点M沿着预定轨迹运动 n 在连杆上另取一些点M1、M2、M3、…，在点M沿着预定轨迹运动的过程中，这些点也将描绘出各自的曲线，在这些曲线中，找出圆弧或近似圆弧的曲线，于是即可将描绘此圆弧曲线的点作为连杆与连架杆的铰接点C，此曲线的曲率中心作为连架杆与机架的铰接点。
