机械原理第8章.ppt

§8 生活中常见的连杆机构,（1）平面连杆机构：许多构件用低副（转动副和移动副）连接组成的平面机构1.定义,§2 平面连杆机构,§2 平面连杆机构,§2 平面连杆机构,§2-1 铰链四杆机构,铰链四杆机构：全用转动副相连的平面四杆机构,,曲柄摇杆,双曲柄,双摇杆,——基本形式,(1)曲柄摇杆机构,,,曲柄摇杆,通常 曲柄为原动件， 作匀速转动 摇杆为从动件，作变速往复摆动,1.运动形式,,,,,(2)双曲柄机构,,原动曲柄作等速转动 从动曲柄作周期性变速转动,例：,振动筛,,,,,,原动曲柄、从动曲柄作等速同向转动 连杆以同样的角速度作平移运动,平行四边形机构,当四个铰链中心共线时，将出现运动的不确定状态,,平行四边形机构——常用的双曲柄机构,,,,,,平行四边形机构,平行四边形机构——常用的双曲柄机构,逆平行四边形机构,(3)双摇杆机构,,(3)双摇杆机构,1、曲柄摇杆机构的演化－曲柄滑块机构,,,转动副变成移动副,,改变构件相对尺寸,,改变构件相对尺寸e＝0,§8-2 平面四杆机构的演化,对心曲柄滑块,偏置曲柄滑块,l1l2,2、曲柄滑块机构的演化－导杆、摇块、定块机构,对心曲柄滑块,回转导杆机构,摆动导杆机构,摇块机构,定块机构,注：曲柄长度很小时，常将曲柄做成偏心轮，增大轴颈尺寸，提高偏心轴强度、刚度。

2、曲柄滑块机构的演化－偏心轮机构,3、运动副元素逆换,正弦机构,正弦机构和正切机构,正切机构,双转块和双滑块机构,双转块机构,双滑块机构,(2) 选用不同的构件为机架,(3) 改变运动副的尺寸,改变构件的形状和相对运动尺寸,summarize,平面四杆机构的演化方式,,(4) 运动副元素的逆换 （改变移动副两元素包容关系）,1、铰链四杆机构有曲柄的条件,蓝色三角形成立,红色三角形成立,§8-3 平面四杆机构的基本知识,比较,,,,,,,该机构中构件a最短，构件a能否整周回转？,◆,◆周转副由最短杆及其邻边组成,,,a最短,,,,最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和,,,铰链四杆机构有整转副条件,,讨论：,,,最短杆邻边为机架,曲柄摇杆,,（1）若,周转副位于机架上,存在曲柄,讨论：,,最短杆对边为机架,双摇杆,无曲柄,曲柄在转动一周的过程中，有两次与连杆共线（ 为重叠共线， 为拉直共线），此时A与C之间的距离 和 分别为最短和最长 此时摇杆CD摆至其左、右极限位置 摇杆两极限位置间的夹角φ称为摇杆摆角 当摇杆处于两极限位置时，对应曲柄的两共线位置之间所夹的锐角 ，称为极位夹角 。

2.铰链四杆机构的急回特性,主动件a,时间：,转角：,运动：,从动件c,时间：,转角：,运动：,从动件c的平均角速度：,,,,,,,,,,急回运动特性可用K表示：,极位夹角 θ 越大，K值越大，急回运动性质也越显著行程速比系数,设计新机械时，根据机械的急回要求先给出K值，算出极位夹角θ ，再确定构件的尺寸压力角：力F的作用线与力作用点绝对速度V所夹的锐角α称为压力角传动角：压力角的余角γ称为传动角,2.铰链四杆机构的压力角和传动角,压力角α越小， 传动角γ越大， 有效分力越大， 机构传动性能越好 习惯用传动角γ判断机构传力性能曲柄摇杆机构的压力角和传动角,机构在运转一周的过程中，传动角是变化的 min  40°,为保证机构传力性能良好，应使, min 的位置：曲柄与机架两共线位置之一,min =min{min, min},若摇杆为原动件，曲柄为 从动件，在摇杆的两个极限位 置上，摇杆通过连杆加给曲柄 的力恰好通过曲柄的回转中心 A，传动角为零，即此时力对A点不产生力矩，不能使曲柄转动 机构的两个极限位置即为 死点位置3.铰链四杆机构的死点,曲柄摇杆机构（曲柄为主动件）的死点,无死点存在,在死点位置上，机构的从动件会出现卡死或运动不确定现象。

措施： （1）对从动曲柄施加外力； （2）利用飞轮及构件自身的惯性，闯过死点死点位置危害及措施,利用构件惯性克服死点,死点位置的应用,,,,4.铰链四杆机构的运动连续性,1.设计内容：根据已知运动条件，选择机构型式，确定各构件尺寸§8-4 平面四杆机构的设计,,2. 设计方法,解析法——精确、繁杂,作图法——易行、,实验法——直观简便,3. 基本问题,,一、按给定连杆位置设计,三、按连架杆预定位置设计,二、按急回要求设计,8.4.1.按给定连杆位置设计四杆机构,已知行程速比系数K，摇杆长度l3，摇杆摆角ψ,,8.4.3 按急回要求设计曲柄摇杆机构,,,,8.4.2.按连架杆预定位置设计四杆机构,已知条件：机架长度 lAD和两连架杆的三个对应位置AB1、ⅠD和AB2、 ⅡD及AB3、ⅢD,,,,,,,,,8.4.3.按急回特性设计四杆机构,§8-5 多杆机构简介,1、平面连杆机构的应用特点及四杆机构的基本类型；,2、四杆机构的演化： 变运动副尺寸——偏心轮； 变构件形状——移动副； 机架的位置,3、四杆机构的基本特性： 曲柄存在条件：铰链四杆机构的判别方法； 急回特性：极限位置、摆角、极位夹角、行程速比系数 传动角、压力角：分清原动件、从动件 死点位置,4、四杆机构的设计：按给定连杆位置设计； 按给定两连架杆位置设计； 按行程速比系数设计；,本章小结,知识拓展,1. 平面连杆机构的运动设计是一个比较复杂和困难的问题，这主要是因为它所含有的运动副为低副，而低副的约束数比高副多，从而给连杆机构的设计带来较多的困难。

但是，由于连杆机构中构件运动形式和连杆曲线的多样性，可供工程实际广泛应用，所以直到今天,连杆机构的设计问题仍受到国内外学者的广泛重视和深入研究 连杆机构的设计方法大体可分为图解法、解析法和实验法三大类本章结合几种设计 命题对这三种方法都有所介绍，但限于学时和篇幅，所讲内容是最基本的、有限的同学若想深入学习和研究，可参阅张世民编著的《平面连杆机构设计》（北京：高等教育出版社, 1983）和A.G.厄尔德曼，G.N.桑多尔著，庄细荣等译的《机构设计————分析与综合（第一 卷）（第二卷）》（北京：高等教育出版社，1992，1993）两书前者对平面连杆机构的运动设计 作了较深入的介绍，读者可以用它来解决更多的设计问题，书中不仅介绍了平面连杆机构 设计的一些基础理论，而且在每一基,知识拓展,础理论之后都附有具体的应用实例；后者是一本内容丰富、观点新颖的教科书，其在连杆机构运动设计方面的内容之丰富是其它教科书无法相比的，书中既有较详细的设计方法介绍和理论分析，又有结合现代工业和生活实际的实例说明 2. 根据给定的运动轨迹设计平面连杆机构，是工程实际中常见的设计命题之一如本章所述，连杆曲线方程一般是一个六次方程，求解这样的方程，需要联立求解高阶非线性方程组。

要求实现的精确点数目越多，求解越困难，而且还可能没有实数解，或即使有解，也可能由于结构尺寸不合理或传动角太小等原因而无实用价值因此，在工程实际中, 人们常借助连杆曲线图谱来进行轨迹生成机构的设汁J.A.Hrones和G.L.Helson所著的《Analysis of the Four-Bar Linkage》（New York：M.I.T-Wiley,1951)书，是这方面 的一本经典著作，书中收集了7000余张曲柄摇杆机构的连杆曲线图谱，包含了各种各样的轨迹曲线，利用它可以使设计过程大大简化知识拓展,需要指出的是，随着计算技术的进一步发展和计算机应用范围的日益扩大，绘制连杆曲线图谱的工作也可借助计算机来实现，从而使连杆曲线图谱的类型更加丰富和完善 3. 在平面连杆机构设计中，有时设计误差偏大，有时还要求所设计的机构满足许用 传动角、存在曲柄以及其他一些结构上的要求在这些情况下，仅用本章介绍的设计方法是难于同时满足这些设计要求的，需要运用优化设计方法进行设计，以得到比较满意的设 计结果 所谓机构的最优化设计就是根据机构分析及设计的理论，采用数学上的最优化方法，借助计算机进行计算，使所设计的机构最优地满足预定的各项设计要求，从而得到最优的设计方案。

在利用最优化方法进行机构设计时，首先要建立一个包括各设计变量（如各构 件的尺寸参数和位置参数等）的所谓目标函数（如以连杆上一点M轨迹误差最小作为设 计目标），然后在所给约束条件（如存在曲柄、传动角在许用范围内、结构尺寸合理,知识拓展,等）的范 围内，运用合理的优化方法，通过循环反复的大量计算和评比，对各设计变量进行优选，以 求得目标函数的最优解 利用计算机对机构进行最优化设计，已成为近年来机构学发展的一个重要方面有兴趣的同学可参阅陈立周等所著的《机械优化设计》（上海：上海科学技术出版社，1982）和王文博主编的《机构和机械零部件优化设计》（北京：机械工业出版社，1990）两书书中不仅介绍了机械优化设计的基本知识、理论和若干常用的优化设计方法，还介绍了包括连杆机构在内的若干常用机构的优化设计和通用机械零部件的优化设计方法 4. 空间连杆机构有许多特点，可以实现平面连杆机构难以实现或根本无法实现的运动，因此在工程实际中也得到了较多的应用但其分析和设计比较复杂，不易想象，也难以用直观的实验法进行设计，故需要对其进行专门研究有兴趣对其进行深入研究的同学，可参阅张启先编著的《空间机构的分析与综合（上）》（北京：机械工业出版社，1984）一书。

书,知识拓展,中，作者根据多年从事科学研究的成果，对空间连杆机构的分析与综合问题进行了深入的讨论此外，由谢存禧、郑时雄、林怡青编著的《空间机构设计》一书（上海：上海科学技术出版社，1996），也对空间连杆机构 的组成原理、运动分析、受力分析和设计方法作了详细的讨论，是一本研究空间机构的专著 5.由华大年、华志宏、吕静平编著的《连杆机构设计》一书（上海：上海科学技术出版社，1995），是近年来国内出版的一本关于连杆机构的专著书中着重论述平面连杆机构, 也简要讨论了空间连杆机构，涉及内容十分广泛主要包括：平面连杆机构的组成分析与创新设计，平面连杆机构的运动分析、平面连杆机构的力分析与平衡,平面连杆机构的设计，平面连杆机构的计算机辅助设计和最优化设计，平面连杆机构的结构设计，简单空间连杆机构的分析与设计等特别是关于平面连杆机构设计方面的内容十分丰富，可供读者设计时参考参考资料,1. 孙桓、陈作模主编《机械原理》（高教出版社，1996） 2. 郑文纬、吴克坚主编《机械原理》（高教出版社，1997） 3. 罗洪田《平面四杆机构运动连续性够准则》（ 西安交大学报，1986） 5. 华大年等编著《连杆机构设计》（上海科学技术出版社，1995） 6. 张世民主编《平面连杆机构设计》（高教出版社，1983） 7. 王知行《用数值比较法实现平面连杆机构的函数综合》（ 机械设计， 1997，14（10）：7-9） 8. 王知行、陈照波、江鲁《利用连杆转角曲线进行平面连杆机构轨迹综合的研究》（机械工程学报，1995，31（1）：42-47）,已知条件： 机架长度 及K值,（2）按要求设计摆动导杆机构,,,本章重点小结,三、平面四杆机构的设计——设计思路,振动筛,思考,?,组合机构由几个四杆机构组成,Homework:,2-6 (1) 2-9 2-10 (思考),已知某曲柄摇杆机构的摇杆长度,mm,机架长度,mm，行程速度变化系数K=1，摇杆最大摆角,试用图解法求曲柄AB和连杆BC的长度（选用适当的比例尺）。

补充：,,,,,,,,8.4.2.按连架杆预定位置设计四杆机构,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,F1’,F3’,F1,F2,F3,E,C1,C2,C3,,精品课件！,精品课件！,在B、C处有速度突变，故在B、C处存在刚性冲击 (2)在O、A、D、E处有加速度突变，故在O、A、D、E处存在柔性冲击。