机械原理课件(4)..ppt

返回返回 第八章 平面连连杆机构及其设计设计 8-1 连杆机构及其传动特点 8-2 平面四杆机构的类型和应用 8-3 平面四杆机构的基本知识 8-4 平面四杆机构的设计 8-5 多杆机构 连 杆机构常用其所含的杆数而命名， 故 此类机构统称为连杆机构 8-1 连杆机构及其传动特点 1.应用举例 契贝谢夫四足步行机构（图片、动画） 2.连杆机构 曲柄滑块机构 摆动导杆机构 此类机构的共同特点： l机构的原动件1和从动件3的运动都需要经过连杆2来传动 l机构中的运动副一般均为低副 故此类机构也称低副机构 l连杆机构中的构件多呈现杆的形状， 故有四杆机构、六杆机构等 例8-1 铰链四杆机构 故常称构件为杆 ② 构件多呈现杆的形状； ③ 可实现多种运动变换和运动规律； ④ 连杆曲线形状丰富，可满足各种轨迹要求 缺点： ① 运动链长，累积误差大，效率低； ② 惯性力难以平衡，动载荷大，不宜用于高速运动； ③ 一般只能近似满足运动规律要求。

连杆机构及其传动特点(2/2) 3.传动特点 ① 运动副一般为低副； 优点： 8-2 平面四杆机构的类型和应用 1.四杆机构的类型 （1）基本型式 铰链四杆机构 等腰梯形机构 （2）演化形式 其他型式的四杆机构可以认为是由基本型式的四杆机构演化 而来的， 其演化方法有： 1）改变构件的形状及运动尺寸 2）改变运动副的尺寸 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构 平行四边形机构 逆平行四边形机构 例8-2铰链四杆机构的倒置 曲柄滑块机构的倒置 双滑块机构的倒置 4）运动副元素的逆换 2.四杆机构的应用 （1）基本型式四杆机构的应用 （2）演化型式四杆机构的应用 平面四杆机构的类型和应用(2/2) 3）选用不同的构件为机架（即机构的倒置） 8-3 平面四杆机构的基本知识 1.铰链四杆机构有曲柄的条件 ① 最短杆长度＋最长杆长度≤其余两杆长度之和； ② 组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆 （2）铰链四杆机构有曲柄的条件 ② 最短杆为连架杆或机架 例8-3 铰链四杆机构 （1）周转副的条件 1）各杆长度满足杆长条件 其中第一个条件称为杆长条件 ① 各杆长度应满足杆长条件； 2）各杆长度不满足杆长条件 此时不 论以何杆为机架，机构均为双摇杆机构。

则机构为 双曲柄机构； 当最短杆为连 架杆时， 如果各杆长度不满足杆长条件，则机构无周转副， 例8-4 偏置曲柄滑块机构 偏置曲柄滑块机构有曲柄的条件： ① 连架杆长度＋偏距≤连杆的长度； ② 连架杆为最短杆 对心曲柄滑块机构有曲柄的条件： ① 连架杆长度≤连杆的长度； ② 连架杆为最短杆 平面四杆机构的基本知识(2/5) 则机构为曲柄摇杆机构； 当最短杆的相对杆为机架时， 当最短杆为机架时， 机构为双摇杆机构 结论： 如果铰链四杆机构各杆长度满足杆长条件， 2.急回运动和行程速比系数 （1）急回运动 当主动件曲柄等速转动时，从动件摇杆摆回的平均速度大于 摆出的平均速度，摇杆的这种运动特性称为急回运动 （2）行程速比系数K v2 v1 K = 180 ＋θ 180 －θ = 结论 且θ 角越大，K值越大，机构的急回性质也越显著 例8-5 牛头刨床机构 当机构存在极位夹角θ 时，机构便具有急回运动特性； 例8-6 对心曲柄滑块机构 例8-7 偏置曲柄滑块机构 平面四杆机构的基本知识(3/5) 连杆BC与从动件CD之间所夹的锐角γ 称为四杆机构在此位置 的传动角。

且 γ ＝90－ α ≤90 最小传动角的确定： 对于曲柄摇杆机构， γmin出现在主动件 曲柄与机架共线的两位置之一 为了保证机构传力性能良好，应使γmin≥40 ～50 3．四杆机构的传动角 对于曲柄摇杆机构，以摇杆CD为主动件，则当连杆与从动件 曲柄共线时，机构的传动角γ＝0， 这时主动件CD 通过连杆作 用于从动件AB上的力恰好通过其回转中心，出现了不能使构件AB 转动的“顶死” 现象， 机构的这种位置称为“死点” 4.死点 例8-9 曲柄滑块机构 例8-10 摆动导杆机构 例8-8 曲柄摇杆机构 平面四杆机构的基本知识(4/5) （1）克服死点的方法 1）利用安装飞轮加大惯性的方法，借惯性作用使机构闯过死 点 2）采用将两组以上的同样机构组合使用，且使各组机构的死 点位置相互错开排列的方法 （2）死点的应用 例8-11 飞机起落架收放机构 例8-12 折叠式桌的折叠机构 平面四杆机构的基本知识(5/5) 5．连杆机构的运动连续 性 8-4 平面四杆机构的设计 1. 连杆机构设计的基本问题 例8-13 流量指示机构 例8-14 牛头刨床机构 （2）满足预定的连杆位置要求 连杆机构设计的基本问题是根据给定的要求选定机构的型式， 确定各构件的尺寸，同时还要满足结构条件、动力条件和运动连 续条件等。

（1）满足预定的运动规律的要求 即满足两连架杆预定的对应位置要求（又称实现函数的问题)； 即要求连杆能占据一系列预定位置 例8-15 小型电炉炉门的开闭机构 满足给定行程速比系数K的要求等 （又称刚体导引问题） （3）满足预定的轨迹要求 图解法、解析法和实验法 即要求在机构的运动过程中，连杆上某些点的轨迹能满足预 定的轨迹要求 例8-16 鹤式起重机 例8-17 搅拌机构 连杆机构的设计方法有： 2. 用解析法设计四杆机构 （1）按预定的运动规律设计 1）按预定的两连架杆对应的位置设计 2）按期望函数设计四杆机构 （2）按预定的连杆位置设计 平面四杆机构的设计(2/6) （3）按预定的运动轨迹设计 例1 例2 3. 用作图法设计四杆机构 A B C D 固定铰链 A、D ： 活动铰链 B、C ： 圆心 圆或圆弧 Bi Ci i =1、2、、N Ei Fi 图解设计问题——作图求解各铰链中心的位置问题 各铰链间的运动关系： 3.1 图解设计的基本原理 平面四杆机构的设计(3/6) 接下来，将原机构的各位置的构型均视为刚体，并向某一 选定位置相对移动，使新机架的各杆位置重合，便可得新连杆 相对于新机架的各个位置，即实现了机构的倒置。

这样，就将求活动铰链的位置问题转化为求固定铰链的位 置问题了这种方法又称为反转法 为了求活动铰链的位置，可将待求活动铰链所在的杆视作 新机架，而将其相对的杆视为新连杆 机构的倒置原理 平面四杆机构的设计(4/6) 3.2图解设计的具体方法 （1）按连杆预定的位置设计 1）已知活动铰链中心的位置 2）已知固定铰链中心的位置 求解条件讨论： 当N＝3时， 当N＝2时， 当N＝4时， 当N＝5时， （2）按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构 1）已知两连架杆三对对应位置 2）已知两连架杆四对对应位置 有唯一解； 有无穷多解； 可能有无穷多解； 可能有解或无解； 平面四杆机构的设计(5/6) （3）按给定的行程速比系数设计四杆机构 例8-18 曲柄摇杆机构 例8-19 曲柄滑块机构 例8-20 摆动导杆机构 4. 用实验法设计四杆机构 （1）按两连架杆的多对对应位置设计 （2）按预定的轨迹设计 平面四杆机构的设计(6/6) 8-5 多杆机构 1.多杆机构的功用 （1）取得有利的传动角 （2）获得较大的机械利益 （3）改变从动件的运动特性 （4）实现从动件带停歇的运动 （5）扩大机构从动件的行程 （6）使机构从动件的行程可调 （7）实现特定要求下的平面导引 结论 由于多杆机构的尺度参数较多，因此它可以满足更为 复杂的或实现更加精确的运动规律要求和轨迹要求。

但其设计也 较困难 （1）多杆机构的分类 1）按杆数分 五杆、六杆、八杆机构等； 2）按自由度分 单自由度、两自由度和三自由度多杆机构 （2）六杆机构的分类 1）瓦特（Watt）型，有Ⅰ型、Ⅱ型两种 多杆机构(2/3) 2.多杆机构的类型 瓦特型斯蒂芬森型 瓦特Ⅰ型瓦特Ⅱ型 2）斯蒂芬森（Stephenson）型，有Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型三种 斯蒂芬森Ⅰ型斯蒂芬森Ⅱ型斯蒂芬森Ⅲ型 多杆机构(3/3) （3）六杆机构的应用 契贝谢夫四足机器人 它是利用连杆曲线特性，当一对角足运动处在曲线的直线段时则着地 静止不动，而另一对角足则处在曲线段作迈足运动，从而可实现类似动物 的足行运动。