机械原理PPT教学课件-第7章_平面连杆机构及其设计.ppt

§ 7-1 连杆机构及其特点 § 7-2 平面连杆机构的类型及应用 § 7-3 平面连杆机构的基本知识 § 7-4 平面四杆机构的设计 § 7-5 多杆机构,,第七章 平面连杆机构及其设计,工程常用机构之一由若干构件通过低副连接组成的平面机构（又称低副机构）定义：,§7-1 连杆机构及其特点,,优点： ①连杆机构为低副机构，运动副为面接触，压强小，承载能力大，耐冲击； ② 运动副元素的几何形状多为平面或圆柱面，便于加工制造； ③在原动件运动规律不变情况下，通过改变各构件的相对长度可以使从动件得到不同的运动规律； ④可以连杆曲线可以满足不同运动轨迹的设计要求. 缺点： ①由于运动积累误差较大，因而影响传动精度； ②由于惯性力不好平衡而不适于高速传动； ③设计方法比较复杂§7-1 连杆机构及其特点,四杆机构： 由四个构件组成的平面连杆机构 结构最简单，应用最广泛是多杆机构的基础本章重点：,四杆机构的基本类型、特性及常用设计方法§7-1 连杆机构及其特点,六杆机构,§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用,平面四杆机构,,铰链四杆机构,含移动副的四杆机构,全部用转动副组成的平面四杆机构铰链四杆机构的演化机构。

机架,连架杆,连杆,,构件2,,构件1、3,,构件4,,,曲柄：整周回转，如构件1,摇杆：仅在某一角度内往复摆动，如构件3,,,整转副 摆转副,以转动副相连的两构件能作整周相对转动的转动副如A、B以转动副相连的两构件不能作整周相对转动的转动副如C、D§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用,铰链四杆机构的分类：,,曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构,1、曲柄摇杆机构,定义：铰链四杆机构中，两个连架杆中一个为曲柄，另一个为摇杆实例：,§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用,颚式破碎机,曲柄摇杆机构应用实例,搅面机,曲柄摇杆机构应用实例,卫星接收装置,曲柄摇杆机构应用实例,缝纫机脚踏板机构,曲柄摇杆机构应用实例,自行车,曲柄摇杆机构应用实例,跑步机,曲柄摇杆机构应用实例,自动送料机构,曲柄摇杆机构应用实例,一般曲柄主动，将连续转动转换为摇杆的摆动，也可摇杆主动，曲柄从动运动特点：,磨轮机,压道机,脱粒机,§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用,2、双曲柄机构,定义：,铰链四杆机构中，两个连架杆均为曲柄特点：,当主动曲柄连续等速转动时，从动曲柄一般作不等速转动实例：惯性筛,1－等速整周转动； 3－变速整周转动； 5－变速往复移动筛分物料。

惯性力产生冲击和振动),§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用,特殊情况：,平行四边形机构,特点：,主、从动曲柄以相同角速度转动，连杆平动§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用,位置不确定问题,§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用,平行四边形机构：,如何消除：,1、惯性飞轮 2、加虚约束 3、靠自重,§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用,3、双摇杆机构,定义：,铰链四杆机构中，两个连架杆均为摇杆实例：起重机、飞机起落架、摇头电扇,§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用,§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用,特殊情况：,等腰梯形机构 （两摇杆长相等）,实例：汽车车轮的转向机构,,§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用,平面四杆机构的演化：,曲柄摇杆机构,,其它平面连杆机构,演化,（母机构）,创新性思维的体现,演化方法如下 ：,§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用,§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用,1. 转动副变成移动副,对心曲柄滑块机构,偏置曲柄滑块机构,偏距,,§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用,正弦机构,§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用,,§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用,2.取不同的构件为机架,1. 转动副变成移动副,低副运动可逆性---以低副相连接的两构件间的相对运动关系，不因机架的不同而改变。

曲柄滑块机构的演化－变更机架,曲柄滑块机构,转动导杆机构,摆动导杆机构,§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用,曲柄摇块机构,移动导杆机构,含一个移动副的连杆机构,§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用,双滑块机构,§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用,椭圆仪,滑块联轴器,3、扩大转动副尺寸,偏心轮机构,应用： 当曲柄长很短，曲柄销需承受较大冲击而工作行程小时增大轴颈尺寸，提高偏心轴的强度和刚度广泛用于传力较大的剪床、冲床等机械中§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用,3、扩大转动副尺寸,偏心轮机构,§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用,§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用,,采用多杆机构传递运动和动力 1）用于改变动力源性质 2）用于扩大行程 3）用于改变运动和动力特性 4）使机构受力平衡或均匀§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用,§7－3 平面四杆机构的基本知识,1、铰链四杆机构中有整转副及曲柄的条件,2、急回运动,3、死点位置,4、压力角与传动角,,曲柄摇杆机构,主要内容:,包括运动特性和动力特性两方面既反映机构传递和变换运动与力的性能，也是四杆机构类型选择和运动设计的依据。

§7－3 平面四杆机构的基本知识,回顾何为整转副?,两构件能相对转动360°的转动副为何要分析整转副？,具有整转副的铰链四杆机构才可能有曲柄而机构原动件曲柄居多以有整转副存在的曲柄摇杆机构为例分析整转副存在的条件整转副是否存在，取决于什么？,一、 铰链四杆机构有整转副的条件,§7－3 平面四杆机构的基本知识,,AC1D中：,l1＋l2l3＋l4 （1）,AC2D中：,l2－l1＋l3l4,l2－l1＋l4  l3, l1＋l4 l2＋l3 （2）, l1＋l3 l4＋l2 （3）,两两相加得:,l1 l2，l1 l3，l1 l4,曲柄1－l1 ；连杆2－l2 连架杆3－l3 ；机架4－l4,曲柄摇杆机构,§7－3 平面四杆机构的基本知识, 整转副存在条件：,最短杆与最长杆之和小于或等于其它两杆长之和问题：满足上述条件(有整转副存在)，是否一定有曲柄存在?,答案：否！只有整转副处于机架上，才形成曲柄整转副是由最短杆与其邻边组成的推论）,,最短杆必须作为连架杆或机架,§7－3 平面四杆机构的基本知识,1、选取最短杆两邻边为机架，得两不同的曲柄摇杆机构2、选取最短杆为机架，得双曲柄机构。

3、若选最短杆对面杆为机架，则为双摇杆机构★当满足整转副条件时：,机构无曲柄，为双摇杆机构★当不满足整转副条件时：,,两种不同类型,§7－3 平面四杆机构的基本知识,,二、急回运动,极位:在曲柄摇杆机构中，当曲柄与连杆两次共线时，摇杆位于两个极限位置极位夹角:此两处曲柄之间的夹角θ §7－3 平面四杆机构的基本知识,,二、急回运动,当曲柄以ω逆时针转过180°+θ时，摇杆从C1D位置摆到C2D所花时间为t1 , 平均速度为V1,那么有：,,,180°＋θ,,正行程:,§7－3 平面四杆机构的基本知识,当曲柄以ω继续转过180°-θ时，摇杆从C2D,置摆到C1D， 所花时间为t2 ,平均速度为V2 ,有：,,180°-θ,显然：t1 t2 V2 V1,摇杆的这种特性称为急回运动反行程:,,,§7－3 平面四杆机构的基本知识,且θ越大，K值越大，急回性质越明显只要 θ ≠ 0 ， 就有 K1,设计新机械时，往往先给定K值，于是:,用什么衡量急回程度的多少？,行程速比系数K,§7－3 平面四杆机构的基本知识,问题：对心曲柄滑块机构，有没有急回运动？,偏置曲柄滑块机构 θ≠0，有急回运动,§7－3 平面四杆机构的基本知识,机构急回的作用： 节省空回时间，提高工作效率。

注意：急回具有方向性,摆动导杆机构,§7－3 平面四杆机构的基本知识,,三.压力角和传动角,压力角：从动件驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹锐角,记作切向分力: F’= Fcos,法向分力: F”= Fcosγ,γ↑,→ F’↑,→对传动有利Fsinγ,称γ为传动角可用γ的大小来表示机构传动力性能的好坏(便于测量).,＝90°－,传动角是变化的§7－3 平面四杆机构的基本知识,为保证机构具有良好的传动性能，设计时：,min40° (一般机械) min50° (大功率机械) min略＜40°(小功率控制机构或仪表),§7－3 平面四杆机构的基本知识,γmin出现的位置：,机构的传动角一般在运动链最终一个从动件上度量§7－3 平面四杆机构的基本知识,◆当 ∠BCD ≤ 90°时，γ＝∠BCD,◆当∠BCD最小或最大时，即在主动曲柄与机架共线的位置，都有可能出现γmin,γmin出现的位置：,§7－3 平面四杆机构的基本知识,曲柄滑块机构：当主动件为曲柄时，最小传动角出现在曲柄与机架垂直的位置摆动导杆机构：由于在任何位置时主动曲柄通过滑块传给从动杆的力的方向，与从动杆上受力点的速度方向始终一致，所以传动角等于90度。

总结：传动角大小与各杆长有关，可按给给定的许用传动角统筹各种性能指标，设计四杆机构§7－3 平面四杆机构的基本知识,,四.机构的死点位置,摇杆为主动件，且连杆与曲柄两次共线时，有：,此时机构不能运动.,称此位置为：,“死点”,γ＝0,γ＝0,γ＝0,,§7－3 平面四杆机构的基本知识,如何消除死点的不良影响？,1、对从动曲柄加外力； 2、安装飞轮，加大从动件的惯性力； 3、靠构件自身的惯性力如: 两组机构错开排列，如火车轮机构;,靠飞轮的惯性（如内燃机、缝纫机等）钻孔夹具,,飞机起落架,也可以利用死点进行工作：飞机起落架、钻夹具等第七章 平面连杆机构及其设计,§7－4 平面四杆机构的设计,连杆机构设计的基本问题:,机构选型－根据给定的运动要 选择机构的类型；,尺度综合－确定各构件的尺度参数 (长度尺寸)同时要满足其他辅助条件：,a)结构条件（如要求有曲柄、杆长比恰当、 运动副结构合理等）;,b)动力条件（如γmin）;,c)运动连续性条件等飞机起落架,三类设计要求：,1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如: 飞机起落架、函数机构函数机构,要求两连架杆的转角满足函数 y=logx,§7－4 平面四杆机构的设计,三类设计要求：,1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如: 飞机起落架、函数机构。

2)满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构要求连杆在两个位置垂直地面且相差180˚,§7－4 平面四杆机构的设计,搅拌机构,要求连杆上E点的轨迹为一条卵形曲线,要求连杆上E点的轨迹为一条水平直线,,三类设计要求：,1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如: 飞机起落架、函数机构2)满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构3)满足预定的轨迹要求，如: 鹤式起重机、搅拌机等§7－4 平面四杆机构的设计,给定的设计条件：,1)几何条件（给定连架杆或连杆的位置等）,2)运动条件（给定K等）,3)动力条件（给定γmin等）,设计方法：图解法、解析法、实验法,直观性强、简单易行连杆机构设计的一种基本方法设计精度低，不同的设计要求，图解的方法各异对于较复杂的设计要求，图解法很难解决精度较高，但计算量大，目前由于计算机及数值计算方法的迅速发展，解析法已得到广泛应用通常用于设计运动要求比较复杂的连杆机构，或者用于对机构进行初步设计设计时选用哪种方法，应视具体情况来决定§7－4 平面四杆机构的设计,一、按预定连杆位置设计四杆机构,a)给定连杆两组位置,有唯一解将铰链A、D分别选在B1B2，C1C2连线的垂直平分线上任意位置都能满足设计要求。

b)给定连杆上铰链BC的三组位置,有无穷多组解§7－4 平面四杆机构的设计,图解法：实现连架杆转角的对应关系。