机械原理孙桓第8章(连杆)

1第8章平面连杆机构及其设计§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基本要求:了解平面四杆机构的基本型式及演化方法掌握平面四杆机构传动的工作特性熟练掌握平面连杆机构的设计方法机械原理——平面连杆机构及其设计2§8-1连杆机构及其传动特点一、特点二、应用三、分类四、学科研究现状机械原理——平面连杆机构及其设计3全低副（面接触），承受冲击力，易润滑，不易磨损运动副结构简单，易加工运动规律多样化—原动件运动不变，改变构件尺寸可得到不同的运动连杆上点的运动轨迹多样化运动副累积误差大，效率低惯性力难以平衡，不宜用于高速不能精确实现复杂的运动规律，设计计算较复杂一、特点123ABC4机架连杆连架杆A1B2C3D44A12B3C56DE机械原理——平面连杆机构及其设计41实现有轨迹、位置或运动规律要求的运动2实现从动件运动形式及运动特性的改变3实现较远距离的传动或操纵4调节、扩大从动件行程5获得较大的机械增益：输出力(矩)与输入力(矩)之比二、应用机械原理——平面连杆机构及其设计51.实现有轨迹、位置或运动规律要求的运动圆轨迹复制机构AMF保龄球置瓶机扫瓶机构CDABM机械原理——平面连杆机构及其设计62.实现从动件运动形式及运动特性的改变步进式工件传送机构机械原理——平面连杆机构及其设计73.实现较远距离的传动或操纵应用实例：自行车手闸机械原理——平面连杆机构及其设计84调节、扩大从动件行程可变行程滑块机构特点：调节可改变滑块D的行程汽车用空气泵机构特点：曲辆CD短，滑块行程大ABCDABCDEF机械原理——平面连杆机构及其设计95获得较大的机械增益:输出力(矩)与输入力(矩)之比肘节机构特点：机械增益大剪切机构特点：机械增益大EABCD机械原理——平面连杆机构及其设计10其它机械原理——平面连杆机构及其设计11三、分类空间连杆机构平面四杆机构二杆机构三杆,不是机构四杆机构机械原理——平面连杆机构及其设计连杆机构平面连杆机构平面多杆机构多杆机构12§8-2平面四杆机构的类型和应用一、基本型式二、演化型式机械原理——平面连杆机构及其设计131.平面四杆机构的基本型式基本型式：铰链四杆机构结构特点：四个运动副均为转动副组成：机架、连杆、连架杆机架：固定不动的构件——AD连架杆：直接与机架相连的构件——AB、CD连杆：不与机架相连的构件—BC曲柄：能作整周转动的连架杆摇杆：不能作整周转动的连架杆1B2C31B2C34AD连杆连架杆连架杆机架1234ABCD曲柄摇杆(摆杆)(周转副)(摆转副)机械原理——平面连杆机构及其设计14铰链四杆机构划分按连架杆不同运动形式分：1曲柄摇杆机构2双曲柄机构3双摇杆机构机械原理——平面连杆机构及其设计连杆连架杆连架杆1234ABCD151.1曲柄摇杆机构结构特点：连架杆1为曲柄，3为摇杆运动变换：转动摇动举例：搅拌器机构、雷达天线机构鳄式破碎机、缝纫机脚踏板机械原理——平面连杆机构及其设计1234ABCD161.2双曲柄机构动画1、动画2结构特点：二连架杆均为曲柄运动变换：转动转动，通常二转速不相等举例：振动筛机构机械原理——平面连杆机构及其设计17特殊双曲柄机构平行四边形机构结构特点：二曲柄等速运动不确定问题车门开闭机构机械原理——平面连杆机构及其设计反平行四边形机构结构特点：二曲柄转向相反181.3双摇杆机构结构特点：二连架杆均为摇杆运动变换：摆动摆动举例:鹤式起重机机械原理——平面连杆机构及其设计19特殊双摇杆机构等腰梯形机构实例:汽车前轮转向机构机械原理——平面连杆机构及其设计202.平面四杆机构的演化型式演化方法2.1改变构件的形状和运动尺寸2.2改变运动副元素的尺寸2.3选用不同构件为机架2.4运动副元素包容关系的逆换机械原理——平面连杆机构及其设计212.1改变构件的形状和运动尺寸铰链四杆机构1B2C34AD曲线导轨曲柄滑块机构lCDe01B24AC3偏置曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构1B24AC3e3D1B2C4A对CD杆等效转化转动副变成移动副机械原理——平面连杆机构及其设计22s2C3(续)对心曲柄滑块机构1B24AC3对BC杆等效转化转动副变成移动副lBC正弦机构sinABls3C2r1B4A机械原理——平面连杆机构及其设计1B4A32C232.2改变运动副元素的尺寸曲柄摇杆机构(扩大回转副)偏心轮机构机械原理——平面连杆机构及其设计24扩大转动副尺寸（续）对心曲柄滑块机构偏心轮机构1B24AC3h=2lAB4C231BAB副扩大机械原理——平面连杆机构及其设计四杆机构演化动画252.3选用不同构件为机架选不同构件作机架——机构倒置曲柄滑块机构导杆机构变更机架曲柄滑块机构导杆机构曲柄摇块机构移动导杆机构曲柄摇块机构移动导杆机构机械原理——平面连杆机构及其设计26变更机架实例一A41A4曲柄滑块机构1B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C32作机架A41A41A41A41A41A41A41A41A41A41A41A413B2C曲柄摇块机构液压作动筒车箱举升机构机械原理——平面连杆机构及其设计272B12B12B1变更机架实例二1BA21BA2A41B2C3曲柄滑块机构CA43直动滑杆机构C41BA21BA21BA23手动唧筒机构3作机架机械原理——平面连杆机构及其设计1B228变更机架实例三C234A41B2C3曲柄滑块机构１作机架A41B2C3导杆机构C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234回转导杆机构lBClAB，导杆AC整周转动C234C234C234C234AB123C423C423C423C423C423C423C423C423C423C423C423C4lBClAB，导杆AC摆动摆动导杆机构32C4AB1机械原理——平面连杆机构及其设计294AB324AB324AB324AB324AB324AB324AB324AB324AB324AB324AB324AB324AB321B321B321B321B32变更机架实例四正弦机构双转块机构1B321B4A324A1B321B321B321B321B321B321B321B321作机架1十字滑块联轴器半联轴器4十字滑块3半联轴器2机械原理——平面连杆机构及其设计3034A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B２4A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24AD23２作机架曲柄摇杆机构14AD23３作机架双摇杆机构4AD1231作机架双曲柄机构变更机架实例五正弦机构双滑块机构——椭圆机构动画4A1B24A1B２4A1B323作机架曲柄摇杆机构4AD123机械原理——平面连杆机构及其设计31变更机架实例六双移动副机构正弦机构双转块机构(十字滑块机构)动画正弦机构双滑块机构正切机构机械原理——平面连杆机构及其设计322.4运动副元素包容关系的逆换23C4AB123C4AB13,4包容关系互换摆动导杆机构曲柄摇块机构机械原理——平面连杆机构及其设计33§8-3平面四杆机构的基本知识一、运动特性二、传力特性不同的四杆机构具有不同的运动特性和传力特性同一种四杆机构，不同的运动尺寸具有不同的运动和传力特性机械原理——平面连杆机构及其设计341曲柄存在条件2急回特征3运动连续性一、运动特性机械原理——平面连杆机构及其设计351.曲柄存在条件平面四杆机构的基本型式是铰链四杆机构铰链四杆机构根据连架杆能否整周转动又分为:曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构机械原理——平面连杆机构及其设计是否存在曲柄,与各杆的相对长度有关。1234ABCD36A为周转副的条件假设adAB'位置(拉直共线)，∆B'C'D中:a+db+c------①AB位置(重叠共线)，∆BCD中:b(d-a)+c→a+bd+c------②c(d-a)+b→a+cd+b------③①、②、③式两两相加得：ab,ac,ad(AB为最短杆)C'B'CBABCDabcd机械原理——平面连杆机构及其设计1)最短杆+最长杆其余两杆长度和(杆长条件)；A为周转副的条件2)组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆。B也为周转副37ABCDabcd机械原理——平面连杆机构及其设计A、B为周转副C、D为摆转副ABCDabcdABCDabcdABCDabcdABCDabcd曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构38曲柄存在条件除了满足杆长条件，还与机架的选择有关曲柄摇杆杆长条件？肯定有周转副肯定没有周转副可能有曲柄不可能有曲柄机架？满足不满足最短杆最短杆邻边已知各杆长度双曲柄双摇杆最短杆对边39课堂练习题1：判断机构类型60100507060100509540课堂练习题2：4）若a、b、d的长度不变，c的长度可变，取3为机架，要获得双摇杆机构，c的取值范围应为何值？41问题讨论下列机构的曲柄存在条件？abab-eaBbACa)aBbACeb)aBbACec)ab-ed)aCABb?机械原理——平面连杆机构及其设计42当回程所用时间小于工作行程所用时间时，称该机构具有急回特征摇杆摆角：ψ极位夹角：急回特性分析：1=C1=1t1=1800+2=1t2=1800-t1t2,v2v1行程速比系数K2.急回特征K=1,无急回特性↑K↑急回特征越显著1B2C212v2v100212112122112180180//tttCCtCCvvK11180KK慢快急回特性的应用例：牛头刨工作要求机械原理——平面连杆机构及其设计B1C14ABCD23143下列机构有无急回特性，若有，标出极位夹角问题讨论＝0aBbACa)aBbACeb)aBbACec)a+bC2b-aC1a+bC2b-aC1C2C2机械原理——平面连杆机构及其设计d)aCABb44主动件连续运动时，从动件也能连续占据预定的各个位置从动件运动的可行域及非可行域3.运动连续性从动件运动连续性要求:不可能在非可行域运动不可能从一个可行域跃入另一个可行域可行域与杆长有关可行域的确定rrmax=lAB+lBCrmin=lBC-lAB’3BC21C1C23BC213B21C23B1C3BC213BC212C3B13BC213BC213BC213BC213BC213BC2133BC23B21C’2C’3B13BC’2113BC’23BC’213BC’213BC213BC’213BC’21B213C’23B1C’3BC’24ADC’2C’1’3可行域可行域非可行域非可行域rmaxrmin机械原理——平面连杆机构及其设计451压力角和传动角2死点3小结二、传力特性机械原理——平面连杆机构及其设计46F正交分解为Ft和Fn压力角：从动件受力点受力方向与速度方向所夹之锐角传动角：＝90º-,锐角，从动件上Ft=Fcos=FsinFn=Fsin=Fcos运动中，压力角和传动角是变化的传力要求min40º1.压力角和传动角min出现位置：曲柄与机架共线结论:曲柄摇杆机构,当曲柄主动时,在曲柄与机架共线的两个位置之一,传动角最小”’C’B’C”B”FnFvFt,机械原理——平面连杆机构及其设计ABCDabcd47min出现位置：曲柄与机架共线最小传动角计算第一次重叠共线时：=0º”’C’B’C”B”bcadcbDC