连杆机构PPt.

1第二章平面连杆机构§2-1平面四杆机构的基本形式及演化形式§2-2平面四杆机构的基本特性§2-3平面四杆机构的运动设计第2章平面连杆机构2第二章平面连杆机构2.1平面四杆机构的基本形式及演化形式1.平面连杆机构——若干刚性构件通过低副连接而成的平面机构。2.平面连杆机构具有运动可逆性。3.平面连杆机构主要优点：ADCB①采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。②改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。③连杆曲线丰富。可满足不同要求。3第二章平面连杆机构4.平面连杆机构主要缺点：①构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低。②产生动载荷（惯性力），不适合高速。③设计复杂，难以实现精确的轨迹。5.应用：平面连杆机构广泛应用于各种机械和仪表中。4第二章平面连杆机构定块机构或直动滑杆机构5第二章平面连杆机构曲柄摇块机构6第二章平面连杆机构7第二章平面连杆机构6.平面连杆机构常以构件数命名,如：四杆机构，五杆机构等本章主要讨论应用最广，最基础的平面四杆机构。8第二章平面连杆机构AD——机架AB、CD——连架杆BC——连杆连架杆往复摆动——摇杆能整圈回转——曲柄一、平面四杆机构的基本形式（铰链四杆机构）：由4个杆状构件及4个转动副组成。ADCB曲柄连杆摇杆9第二章平面连杆机构一为摇杆一为曲柄连架杆1、曲柄摇杆机构1）特点：10第二章平面连杆机构2）应用：⑴缝纫机踏板机构：摇杆主动11第二章平面连杆机构（2）卫星接收装置：曲柄主动点击播放动画12第二章平面连杆机构(3)汽车玻璃窗雨刷:摇杆主动13第二章平面连杆机构(4)搅拌器:曲柄主动14第二章平面连杆机构2、双曲柄机构1）特点：⑴两连架杆均为曲柄；⑵主动曲柄匀速转动ω1=C.从动曲柄变速转动ω2=f(t)2）应用：惯性筛15第二章平面连杆机构当两曲柄共线时，有可能成为反向双曲柄机构,此时的ω1≠ω23）平行双曲柄机构⑴特点:两曲柄等长且平行，ω1=ω2;平行双曲柄机构16第二章平面连杆机构反平行双曲柄机构17第二章平面连杆机构双曲柄机构运动不确定性18第二章平面连杆机构⑵解决办法：a.利用从动曲柄本身（或附加质量）的惯性来导向；b.在主、从动曲柄上错开移动角度再安装一组平行四边形机构；c.增加第三个平行曲柄（3）应用：机车联动机构19第二章平面连杆机构车门启闭机构反平行四边形机构20第二章平面连杆机构摄影台升降机构21第二章平面连杆机构3、双摇杆机构1）特点：两连架杆都是摇杆2）应用：飞机起落架机构22第二章平面连杆机构港口起重机选择连杆上合适的点，轨迹为近似的水平直线23第二章平面连杆机构汽车转向机构---等腰梯形机构24第二章平面连杆机构1.通过改变构件的形状和几何尺寸来演化四杆机构二、平面四杆机构的其他形式例如：曲柄滑快机构的演化25第二章平面连杆机构具体的演化过程如下：26第二章平面连杆机构（1）偏置曲柄滑块机构：（2）对心曲柄滑块机构：27第二章平面连杆机构曲柄滑块机构的应用：28第二章平面连杆机构2.取不同的构件为机架来演化四杆机构---机构倒置以曲柄滑块机构为例：BAC32129第二章平面连杆机构1）当L1L2时，得到转动导杆机构，如小型刨床2）当L1L2时，得到摆动导杆机构，如牛头刨床如：（1）若取构件1为机架—导杆机构，构件4是导杆30第二章平面连杆机构摆杆导杆导杆－小型刨床31第二章平面连杆机构当构件2和构件4均能作整周转动，小型刨床的回转导杆机构就是应用实例32第二章平面连杆机构当杆2的长度小于机架长度时，导秆4只能作来回摆动，又称为摆动导秆机构，牛头刨中的主运动机构是其应用实例。33第二章平面连杆机构（2）若构件2为机架时—曲柄摇块机构翻斗车34第二章平面连杆机构（3）若取构件3为机架—定块机构或直动滑杆机构抽水唧筒35第二章平面连杆机构例：选择双滑块机构中的不同构件作为机架可得不同的机构椭圆仪机构1234正弦机构321436第二章平面连杆机构3.改变运动副的尺寸，如:扩大转动副（偏心轮机构）来演化四杆机构其演化过程(e-偏心距，e=L1):37第二章平面连杆机构CBAC1C2ABC38第二章平面连杆机构偏心轮机构增大了运动副的尺寸，提高了强度和刚度39第二章平面连杆机构2.2平面四杆机构的基本特性一、铰链四杆机构中曲柄存在的条件40第二章平面连杆机构l1l2l4l3C’B’AD若杆AB为曲柄，作整周回转，必有两次与机架共线l2≤(l4–l1)+l3则由△B’C’D可得：三角形任意两边之和大于第三边则由△B”C”D可得：l1+l4≤l2+l3l3≤(l4–l1)+l2l1即AB为最短杆最长杆与最短杆的长度之和≤其他两杆长度之和→l1+l2≤l3+l4C”l1l2l4l3ADl4-l1将以上三式两两相加，得：l1≤l2,l1≤l3,l1≤l4→l1+l3≤l2+l4ADCB41第二章平面连杆机构可知：当满足杆长条件时，其最短杆参与构成的转动副都是整转副。此时，铰链A为整转副。若取BC为机架，则结论相同，可知铰链B也是整转副。ABCDl1l2l3l4整转副的概念：相对转动360度的转动副。42第二章平面连杆机构1.整转副存在的条件（长度条件）：最短构件与最长构件的长度之和小于等于其它两构件长度之和，即Lmax+Lmin≤L’+L’’。反之无整转副。2.曲柄存在的条件：（1）最短构件与最长构件的长度之和小于等于其它两构件长度之和；（杆长和的条件）（2）连架杆和机架中必有一杆是最短杆。整转副是曲柄存在的必要条件。43第二章平面连杆机构（2）若不满足杆长和条件，该机构只能是双摇杆机构。注意：铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭多边形条件：最长杆的杆长其余三杆长度之和。（1）在满足杆长和的条件下：①以最短杆的相邻构件为机架，则最短杆为曲柄，另一连架杆为摇杆，即该机构为曲柄摇杆机构；②以最短杆为机架，则两连架杆为曲柄，该机构为双曲柄机构；③以最短杆的对边构件为机架，均无曲柄存在，即该机构为双摇杆机构。3.铰链四杆机构基本类型的判别方法：44第二章平面连杆机构想一想：下列机构是何机构？？？？45第二章平面连杆机构例1：已知铰链四杆机构的各杆的尺寸，机架的位置，判断各四杆机构的类型。课本P38.2-1例2在图中已知lBC=100mm,lCD=70mm,lAD=50mm,AD为固定件。（1）如果该机构能成为曲柄摇杆机构，且AB为曲柄，求lAB的值；（2）如果该机构能成为双曲柄机构，求lAB；（3）如果该机构能成为双摇杆机构，求lAB。46第二章平面连杆机构解：（1）如果能成为曲柄摇杆机构，lAB≤20mm（2）如果能成为双曲柄机构，则应满足“最长杆与最短杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和，且杆AD为最短杆”。则a.若BC为最长杆，80mm≤lAB≤100mmb.若AB为最长杆，100mm≤lAB≤120mm综合：80mm≤lAB≤120mm(3)a.AB为最短杆，BC为最长杆20mmlAB50mmb.AD为最短杆，BC为最长杆，则50mm≤lAB80mm47第二章平面连杆机构c.当lAB100时，AB为最长杆，AD为最短lAB120mm另外，AB增大时，还应考虑到，BC与CD成伸直共线时，需构成三角形的边长关系，即：lAB(lBC+lCD)+lADlAB220mm则120mmlAB220mm综合以上情况，可得lAB的取值范围为：20mmlAB80mm120mmlAB220mm48第二章平面连杆机构例：已知在四杆机构中，机架长40mm，两连架杆长度分别为18mm和45mm，则当连杆的长度在什么范围内，该机构为曲柄摇杆机构？分析：（1）连杆的长度不可能是最短杆，否则的话为双摇杆机构；（2）根据分析确定18mm为最短杆；解：设连杆的长度为Xmm（属于“a+d≤c+b”的形式）（3）说明连杆要么是最长杆，要么45mm的杆为最长杆；①当Ｘmm为最长杆时：即18+X≤40+45∴X≤67②当45mm为最长杆时：即18+45≤40+X∴X≥23∴当23≤X≤67时，该机构为曲柄摇杆机构49第二章平面连杆机构二、平面四杆机构的运动特性1.平面四杆机构的极限位置当曲柄AB与连杆BC两次共线时，从动件CD位于左右两极限位置。图中曲柄以ω1逆时针等速转动50第二章平面连杆机构最大摆角ψ:摇杆往复摆过的最大角主动件：曲柄从动件：摇杆极位：从动件的两个极限位置极位夹角θ：从动件处于两个极位时，曲柄两位置之间的夹角51第二章平面连杆机构2.急回特性原动件作匀速转动，从动件作往复运动的机构，从动件在返回行程中的平均速度大于工作行程的平均速度的特性，称为急回特性。52第二章平面连杆机构“急回性能”分析当曲柄AB与连杆BC两次共线时，输出件CD处于两极限位置。曲柄转角01180对应的时间111/t02180122/tv1B2C2B1C11A211C34BD2摆角极位夹角v2摇杆点C的平均速度1211/tCCv2122/tCCv设：曲柄以ω1顺时针等角速转动故v2v153第二章平面连杆机构54第二章平面连杆机构行程速比系数K为了表示工作件往复运动时的急回程度，用V2和V1的比值K来描述。由上式可得：111800kk00212112121212180180//tttcctccVVk急回特性的作用四杆机构的急回特性可以节省时间，提高生产率。可见：θ↑K↑急回特性越显著——导致机器动载↑冲击↑，传动平稳性变差。一般：K≤2，∴θ为锐角。上式表明，机构急回速度取决于极位夹角θ的大小。55第二章平面连杆机构应用----牛头刨床传动机构ABCDE56第二章平面连杆机构牛头刨床57第二章平面连杆机构小型刨床机构58第二章平面连杆机构偏置曲柄滑块机构和摆动导杆机构也具有急回特性。值得注意的是摆动导杆机构中θ=ψ，如图所示。59第二章平面连杆机构总结：四杆机构存在急回特性必须具备以下条件：①曲柄为主动件②从动件有极限位置③曲柄存在极位夹角60第二章平面连杆机构3.压力角和传动角（1）压力角a压力角：从动件所受的力F与受力点速度Vc所夹的锐角a。有效分力：Ft=Fcosa有害分力：Fn=Fsinaα愈小，机构传动性能愈好。61第二章平面连杆机构（2）传动角g（3）最小传动角的位置铰链四杆机构在曲柄与机架共线的两位置出现最小传动角。传动角：连杆与从动件所夹的锐角g,g=900-aɣ越大，机构的传动性能越好；反之，α越大，γ越小，机构传力越困难，当γ小到一定程度时，会由于摩擦力的作用而发生自锁现象。自锁现象是由于作用力的方向不合适，即使增加作用力也不能克服摩擦阻力使机构运动的现象。因此，传动角ɣ的理想值应保持在接近最大值90°附近。设计时一般应使gmin≥40°，对于高速大功率机械应使gmin≥50°。62第二章平面连杆机构对于曲柄滑块机构，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。对于摆动导杆机构，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。要注意的是，机构的压力角和传动角是对从动件而言的。63第二章平面连杆机构当曲柄AB转到与机架AD共线的两个位置AB1和AB2时，传动角将出现极值δmax和δmin。比较这两个位置的传动角，其值较小者即为最小传动角。压力角和传动角在机构运动过程中是变化的。64第二章平面连杆机构65第二章平面连杆机构4、死（止）点位置在曲柄摇机构中，若摇杆为主动件，当摇杆处于两极限位置时，从动曲柄与连杆共线，主动摇杆通过连杆传给从动曲柄的作用力通过曲柄的转动中心，此时曲柄的压力角α=90°，传动角γ=0°,因此无法推动曲柄转动，机构的这个位置称为死点位置。主动件66第二章平面连杆机构脚踏缝纫机的停止现象67第二章平面连杆机构克服止点：为了使机构能顺利地通过死点位置，通常在从动件轴上安装飞轮，利用飞轮的惯性通过死点位置。也可采用多组机构交错排列的方法，如：两组机构交错排列