81平面连杆机构及其设计

返回第八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§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：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。机构中的运动副一般均为低副。故此类机构也称低副机构。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。平面连杆机构是由若干构件用平面低副（转动副和移动副）联接而成的平面机构，用以实现运动的传递、变换和传递动力。平面连杆机构的优点由于是低副，为面接触，所以承受压强小、便于润滑、磨损较轻，可承受较大载荷；结构简单，加工方便，构件之间的接触是有构件本身的几何约束来保持的，所以构件工作可靠；连杆曲线形状丰富，可满足各种轨迹要求概念平面连杆机构的缺点根据从动件所需要的运动规律或轨迹来设计连杆机构比较复杂，精度不高；运动时产生的惯性难以平衡，不适用于高速场合。平面连杆机构的类型很多，一般的多杆机构可以看成是由几个四杆机构所组成。平面四杆机构不仅应用广泛，而且是多杆机构的基础。§8-2平面四杆机构的类型和应用概念由四个构件通过低副联接而成的平面连杆机构，称为四杆机构。如果所有低副均为转动副，这种四杆机构就称为铰链四杆机构。基本型式：铰链四杆机构，其它四杆机构都是由它演变得到的。常用名词：连架杆—与机架相联的构件；连杆—作平面运动的构件；曲柄—整周回转的连架杆；摇杆—只能在一定范围内摆动的连架杆；周转副—能作360°相对回转的运动副；摆转副—只能作有限角度摆动的运动副。平面四杆机构的基本型式特征：曲柄＋摇杆。作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。一、曲柄摇杆机构雷达天线搅面机本章目录一、曲柄摇杆机构跑步机本章目录一、曲柄摇杆机构缝纫机脚踏板机构本章目录一、曲柄摇杆机构自行车运动本章目录一、曲柄摇杆机构自动送料机构本章目录一、曲柄摇杆机构特征将等速回转转变为等速或变速回转本章目录二、双曲柄机构两个曲柄作用惯性筛本章目录二、双曲柄机构插床机构本章目录二、双曲柄机构特例：平行四边形机构特征：两连架杆等长且平行，连杆作平动摄影平台升降机构播种机料斗机构本章目录二、双曲柄机构逆（反）平行四边形机构特征：两连架杆等长且不平行，连杆作平动车门开闭机构本章目录二、双曲柄机构本章目录二、双曲柄机构门开关特征：两个摇杆本章目录三、双摇杆机构铸造翻箱机构风扇摇头机构本章目录三、双摇杆机构特征：两个摇杆风扇摇头本章目录三、双摇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本章目录三、双摇杆机构飞机起落架本章目录三、双摇杆机构炉门机构本章目录三、双摇杆机构车辆的前轮转向机构等腰梯形机构——汽车转向机构本章目录三、双摇杆机构§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§8-2平面四杆机构的类型和应用1.四杆机构的类型（2）演化形式1）改变构件的形状及运动尺寸3）改变运动副的尺寸2）选用不同的构件为机架（即机构的倒置）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1、曲柄滑块机构改变转动副，使转动副变成移动副铰链四杆机构的演变—变换运动副形式铰链四杆机构的演变—变换运动副形式2、正弦机构正弦机构应用实例缝纫机针运动机构3.双转块机构铰链四杆机构的演变—变换运动副形式4.双滑块机构铰链四杆机构的演变—变换运动副形式铰链四杆机构的演变—变换运动副尺寸铰链四杆机构的演变—变换机架5.导杆机构314A2BC曲柄滑块机构314A2BC转动导杆机构导杆机构摆动导杆机构铰链四杆机构的倒置当构件2和构件4均能作整周转动，小型刨床就是应用实例转动导杆机构当杆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他的应用实例摆动导杆机构6.定块机构铰链四杆机构的演变—变换机架314A2BC应用实例B234C1A自卸卡车举升机构应用实例B34C1A2应用实例4A1B23C应用实例13C4AB2应用实例A1C234Bφ摇块机构314A2BC铰链四杆机构的演变—变换机架314A2BC7.摇块机构应用实例自卸车§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）周转副的条件§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。（1）周转副的条件其中第一个条件称为杆长条件。且最短杆参与构成的转动副是周转副，其它皆是摆动副1）最长杆与最短杆的长度之和应≤其他两杆长度之和——必要条件2）连架杆或机架之一为最短杆。结论：（2）铰链四杆机构有曲柄的条件曲柄存在的条件满足杆长条件时，取不同的构件为机架1）最短杆为连架杆：曲柄摇杆2）最短杆为机架：双曲柄3）最短杆为连杆：不存在曲柄，双摇杆曲柄存在的条件哪一副动画不对？各杆长度满足杆长条件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）各杆长度满足杆长条件①各杆长度应满足杆长条件；2）各杆长度不满足杆长条件曲柄存在的条件且最短杆参与构成的转动副是周转副，其它皆是摆动副例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。曲柄存在的条件Y双摇杆机构Nlmin为机架?lmin为连架杆NNY双曲柄机构曲柄摇杆机构Ylmin+lmaxl4+l3?开始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Kv2v1K=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。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偏置曲柄滑块机构急回运动与速比系数(1/2)•摆动导杆机构的极位夹角？1工作时慢速，回程时快速。牛头刨床，插床2.工作时快速，回程时慢速。破碎机。3.正反行程无急回。急回运动与速比系数(2/2)（3）急回连杆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传动角(1/1)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曲柄摇杆机构死点(1/1)（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。死点(1/1)利用惯性B2C2踏板缝纫机主运动机构脚AB1C1D——缝纫机脚踏板机构（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死点(1/1)注意！机构不能运动的三种情况的区别：——死点、自锁、F0死点——不计摩擦时，机构传动角γ=0º(α=90º)的特殊位置。利用惯性或其它方法，机构可以通过该位置。自锁——计入摩擦时，驱动力方向满足一定几何条件而使机构无法运动的现象，具有方向性。F0——运动链为桁架。连杆曲线(1/1)4.连杆曲线运动连续性(1/3)5．连杆机构的运动连续性1.运动连续性——当主动件连续运动时，从动件能否连续实现给定的各个位置的运动。2.可行域——当曲柄AB连续转动时，摇杆CD的摆动范围或3.不可行域——由δ和δ'所决定的范围可行域不可行域可行域不可行域运动不连续问题有：错位不连续错序不连续4.错位不连续——不连通的两个可行域内的运动不连续。1C234ABD11C2CC1C2C2铰链四杆机构装配模式C4C3φC″ADBφB1C1C2ADC′B2B不连通域5.错序不连续——原动件按同一方向连续转动时，连杆不能按顺序通过给定的各个位置1C2234AB3DC1C3B1B2图中，要求连杆依次占据B1C1、B2C2、B3C3，当AB沿逆时针转动可以满足要求，但沿顺时针转动，则不能满足连杆预期的次序要求。错顺连续性§8-4平面四杆机构的设计1.连杆机构设计的基本问题流量指示机构牛头刨床机构（1）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。（2）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：平面四杆机构的设计(2/6)1.用作图法设计四杆机构ABCD固定铰链A、D：活动铰链B、C：圆心圆或圆弧BiCii=1、2、···、NEiFi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：1.1图解设计的基本原理平面四杆机构的设计(3/6)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平面四杆机构的设计(5/6)刚化反转法(机构倒置)B为A’和A的回转中心1.将机构的各位置的构型均视为刚体。2.整体移动，使新机架（连杆位置）重合。3.即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)机构倒置的三步骤凡所有相,皆是虚妄。若见诸相非相,即见如来。----金刚经5相是虚妄的。事物在不停的变化发展。这是一种无色无相的境界。告诉你世间所有的相都是假的，不要太过于执著。等你能到了无色无相的境界时候，你就到了佛的境界（即见如来）。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，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)1图解设计的具体方法（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平面四杆机构的设计(5/6)3）按两连架杆的多对对应位置设计(机构的倒置原理)（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摆动导杆机构平面四杆机构的设计(6/6)2.用解析法设计四杆机构（3）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（1）按预定的连杆位置设计平面四杆机构的设计(2/6)（2）按预定的运动轨迹设计例1例2§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