机械设计第3章-平面连杆机构.ppt

1、第第3章平面连杆机构章平面连杆机构教学要求、重点与难点教学要求、重点与难点概概 述述3.1铰链四杆机构的基本类型及运动特性铰链四杆机构的基本类型及运动特性3.2铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化3.3平面连杆机构的运动设计平面连杆机构的运动设计小小 结结作作 业业教学要求、重点与难点 一、教学要求 了解平面连杆机构的组成及其主要优缺点。了解平面了解平面连杆机构的组成及其主要优缺点。了解平面铰链四杆机构、演化和应用；对曲柄存在条件、急回运动、铰链四杆机构、演化和应用；对曲柄存在条件、急回运动、行程速比系数、传动角、压力角、止点等有明确的概念。行程速比系数、传动角、压力角、止点等有明确的概念。掌

2、握按给定行程速比系数设计四杆机构和按给定连杆位置掌握按给定行程速比系数设计四杆机构和按给定连杆位置设计四杆机构的方法。设计四杆机构的方法。二、教学重点与难点重点与难点 重点：重点：铰链四杆机构的特性、演化及曲柄存在的条件；铰链四杆机构的特性、演化及曲柄存在的条件；平面四杆机构的运动设计。平面四杆机构的运动设计。难点：难点：铰链四杆机构的演化；平面四杆机构的运动设计。铰链四杆机构的演化；平面四杆机构的运动设计。返回章目录返回章目录概概 述述 连杆机构连杆机构：由若干个刚性构件用低副联接所：由若干个刚性构件用低副联接所组成。组成。平面连杆机构平面连杆机构：各运动构件均在同一平面：各运动构件均在同一

3、平面或平行的平面内运动。或平行的平面内运动。空间连杆机构空间连杆机构：运动构件不都在相互平行：运动构件不都在相互平行的平面内运动。的平面内运动。平面四杆机构平面四杆机构：结构最简单的且应用最广泛：结构最简单的且应用最广泛的是：由的是：由4个构件所组成的平面连杆机构。个构件所组成的平面连杆机构。返回章目录返回章目录3.1铰链四杆机构的基本类型及运动特性铰链四杆机构的基本类型及运动特性 铰链四杆机构：四个运动副都是转动副的四杆机构。各个构件名称：图3-1 铰链四杆机构。铰链四杆机构的运动效果 。机架固定不动的构件。连架杆直接与机架相连的构件。曲柄：能整周回转；摇杆：不能整周回转。曲柄 回转副 摆转

4、副连杆不直接与机架相连的构件。一、铰链四杆机构的基本类型：一、铰链四杆机构的基本类型：1、曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构：两个连架杆一为曲柄，一为：两个连架杆一为曲柄，一为 摇杆。摇杆。图图3-2 曲柄摇杆结构曲柄摇杆结构 图图3-3 缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构 搅拌机构搅拌机构2、双曲柄机构双曲柄机构：两个连架杆都是曲柄。：两个连架杆都是曲柄。图图3-4 双曲柄机构双曲柄机构 图图3-5 插床机构插床机构 惯性筛机构惯性筛机构正平行四边形机构正平行四边形机构图图3-6a 正平行四边形机构正平行四边形机构 其应用：其应用：车辆联动机构车辆联动机构反平行四边形机构反平行四边形机构图图3-6b反平行四

5、边形机构反平行四边形机构 其应用：其应用：车门机构车门机构3、双摇杆机构双摇杆机构：两个连架杆都是摇杆。：两个连架杆都是摇杆。图图3-7双摇杆机构双摇杆机构 其应用：其应用：图图3-8鹤式起重机鹤式起重机 图图3-9飞机的起落架飞机的起落架 铸造的翻箱机构铸造的翻箱机构二、四杆机构的运动特性二、四杆机构的运动特性1、铰链四杆机构曲柄存在的条件、铰链四杆机构曲柄存在的条件A为回转副为回转副：设ad时，得 d为最短构件。曲柄存在的条件：曲柄存在的条件：（1）曲柄为最短构件；（2）最短杆与最长杆之和小于或等于其他两杆之和。杆长之和条件。最短杆的两端都是回转副。机构演化：取不同构件为机架（）图3-10

6、取不同构件为机架的四杆机构演化。（1）最短杆为机架-双曲柄机构；（2）最短杆的邻边为机架-曲柄摇杆机构；（3）最短杆对边为机架-双摇杆机构。llll maxmin2、急回运动特性和行程速比系数（1）曲柄摇杆机构极位夹角：摇杆位于两极限位置时曲柄两位置所夹的锐角。急回特性:从动摇杆往复摆动的平均角速度不等，空回行程的平均速度大于正行程的平均速度。机构急回特性的运动效果 。行程速比系数：图3-11曲柄摇杆机构 00212112122112180180/tttCCtCCvvK11180kk（2）曲柄滑块机构偏置的曲柄滑块机构：图3-12偏置曲柄摇杆机构 其急回特性图。对心的曲柄滑块机构：图3-13对

7、心曲柄摇杆机构 无急回特性。（3）摆动导杆机构：图3-14摆动导杆机构1,0K1,0K1,K三、压力角和传动角三、压力角和传动角图3-15铰链四杆机构的压力角。压力角压力角a a：从动件所受的力与力作用点的速从动件所受的力与力作用点的速度方向之间所夹的锐角。度方向之间所夹的锐角。传动角传动角 g g：压力角的余角。压力角的余角。a a愈愈小，小，g g愈愈大，对传动大，对传动愈愈有利。有利。设计时限制最小传动角：设计时限制最小传动角：（一般）（一般）（高速、重载）（高速、重载）5040minmingg 最小传动角最小传动角minmin的位置的位置：（1）曲柄摇杆机构：曲柄与机架共线。）曲柄摇杆

8、机构：曲柄与机架共线。图3-16 最小传动角的计算图。1）当主动件与机架重叠共线时）当主动件与机架重叠共线时(=0)2）当主动件与机架拉直共线时：）当主动件与机架拉直共线时：(=180)在上述两个传动角中取小值。在上述两个传动角中取小值。bcadcb2)(arccos222gbcadcb2)(arccos180222 g（2）曲柄滑块机构：在曲柄与导路垂直的位置。图3-17 曲柄滑块机构曲柄滑块机构的压力角。不同位置时曲柄滑块机构的压力角的动态不同位置时曲柄滑块机构的压力角的动态变化变化 。（3）导杆机构图3-18导杆机构的压力角。90,0ga四、止点（死点）位置四、止点（死点）位置 止点止点

9、：机构的传动角为零的位置。：机构的传动角为零的位置。1.1.曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构：摇杆为主动件，曲柄与摇杆为主动件，曲柄与连杆共线的位置。连杆共线的位置。其止点其止点图图。2.2.曲柄滑块机构曲柄滑块机构:滑块为主动件。滑块为主动件。其止点其止点图图。3.摆动导杆机构摆动导杆机构：导杆为主动件。导杆为主动件。其止点其止点图图。克服止点：克服止点：靠惯性。靠惯性。如如图图3-18缝纫机机构。附加杆组，使得止点位置错开。附加杆组，使得止点位置错开。如如图图3-19机车车轮联动机构。利用止点利用止点:夹紧机构。夹紧机构。如如图图3-20快速夹具机构。飞机起落架飞机起落架 如如图图3-21飞机起落

10、架机构飞机起落架机构。返回章目录返回章目录3.2铰链四杆机构的演化一、改变构件的形状及相对尺寸的演化一、改变构件的形状及相对尺寸的演化 曲柄摇杆曲柄滑块图322铰链四杆机构的演化。二、扩大转动副尺寸的演化二、扩大转动副尺寸的演化如图323所示的偏心轮机构，在扩大转动副尺寸后，扩大转动副尺寸后，如图324所示。三、取不同的构件为机架三、取不同的构件为机架1、铰链四杆 取不同的构件为机架，效果如取不同的构件为机架，效果如图325所示。2、曲柄滑块机构 对心的曲柄滑块机构 取不同的构件为机架，效果如取不同的构件为机架，效果如图326所示。偏置的曲柄滑块机构如图所示，3、导杆机构 取不同构件为机架，可

11、以获得如下机构：摆动导杆机构，如图所示。转动导杆机构，如图所示。曲柄摇块机构，如图所示。移动导杆机构，如图所示。其应用：手压抽水机机构。返回章目录返回章目录3.3平面连杆机构的运动设计平面连杆机构运动综合的基本问题平面连杆机构运动综合的基本问题：1、位置设计、位置设计:按给定从动件的位置或运动规律设计按给定从动件的位置或运动规律设计2、轨迹设计：按给定点的轨迹设计、轨迹设计：按给定点的轨迹设计设计方法：设计方法：图解法、实验法和解析法。图解法、实验法和解析法。一、用图解法设计四杆机构一、用图解法设计四杆机构1、按行程速比系数设计机构（1）曲柄摇杆机构）曲柄摇杆机构已知：已知：，求机构其它构件尺

12、寸。，求机构其它构件尺寸。解题步骤：解题步骤：1）根据）根据 确定极位夹角。确定极位夹角。1)1(180kkKlCD,2）取作图）取作图 AD DC1C2AB=(AC1-AC2)/2BC=AC1-ABAC2=BC-ABB1BClABllBClAB90AC1=AB+BCMlB2（2）曲柄滑块机构）曲柄滑块机构已知：已知：，求机构其它构件尺寸，求机构其它构件尺寸解题步骤：解题步骤：取作图取作图HO90eAc1c2BAB=(AC1-AC2)/2BC=AC1-ABBClABllBClAB1)1(180kkleKH,MA AB B1 1D DB B2 2 =)2sin()2sin(ADADABlll（3

13、 3）导杆机构）导杆机构已知：已知：解：根据解：根据KlAD,11180 kk 2 2、给定连杆上两铰链中心位置的设计机构、给定连杆上两铰链中心位置的设计机构B1B2B3C1C2C3 设计步骤：取作图A AD DB1B2B3C1C2C3lCDlADlABllCDlADlAB返回章目录返回章目录本章小结1四杆机构的基本形式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。2铰链四杆机构曲柄存在的条件 1）杆长之和条件；2）最短杆或其相邻杆为机架。3平面四杆机构的运动特性 1）极位夹角；2）最大摆角；3）急回特性。4平面四杆机构的传力特性：（1）传动角与压力角 压力角传动件上受力点的速度方向与所受作用力方向

14、之间所夹的锐角。传动角压力角的余角。（2）止点：摇杆作主动件时，当曲柄与连杆共线时，从动件转向不定或被卡死的现象。返回章目录返回章目录作 业3-63-8返回章目录返回章目录插床机构四杆机构演化曲柄摇杆机构急回特性铰链四杆机构曲柄摇杆机构搅拌机构缝纫机反向双曲柄惯性筛机构双摇杆机构翻箱机构双曲柄机构平行机构双摇杆机构对心曲柄滑块偏置的曲柄滑块机构摆动导杆机构移动导杆机构摇块机构转动导杆机构椭圆仪手压抽水机机构 取不同构件为机架（滑块机构）取不同构件为机架（滑块机构）移动导杆机构移动导杆机构转动导杆机构转动导杆机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构曲柄摇块机构曲柄摇块机构铰链四杆取不同构件为机架汽车车门机构

15、急回特性摆动导杆机构K1滑块机构急回特性压力角、传动角止点位置机车车轮联动机构工件夹紧机构飞机起落架汽车车门曲柄滑块机构有曲柄的条件曲柄滑块机构有曲柄的条件C C”C C曲柄滑块机构急回特性曲柄滑块止点位置砂箱翻转连架杆对应位置导杆机构压力角图图1B1231ACFvB30a图图2B4Ad12aC3evB3Fa滑块机构取不同构件为机架BA1234C(a)曲柄滑块机构曲柄滑块机构BA1234CA1234CB3A124CBA234CB1(b)曲柄转动导杆机构曲柄转动导杆机构(c)曲柄摇块机构曲柄摇块机构(c)曲柄摆动导杆机构曲柄摆动导杆机构 (d)定块机构定块机构(移动导杆）移动导杆）曲柄滑块机构压力角agbea arcsinmaxa342aAB1Cb1eF扩大转动副偏心轮机构滑块机构压力角