第三章--平面连杆机构及其设计.

给定位置设计炉门翻型机返回移动导杆机构油泵机构4123曲柄摇块机构油泵机构转动导杆机构曲柄滑块机构第三章平面连杆机构及其设计本章重点：平面四杆机构的类型、基本知识和设计。本章难点：平面四杆机构的设计。§3-1平面连杆机构的特点及其设计的基本问题用低副连接而成的平面机构③只用于速度较低的场合一、平面连杆机构的特点1、能实现多种运动形式。如：转动，摆动，移动，平面运动2、运动副为低副面接触，承载能力大，便于润滑，寿命长几何形状简单——便于加工，成本低3、缺点①只能近似实现给定的运动规律②设计较复杂三、平面连杆机构的运动设计方法二、平面连杆机构设计的基本问题选型运动尺寸设计确定连杆机构的结构组成，构件数目，运动副类型、数目确定各构件尺寸，运动副位置，描述曲线点的位置1、实现构件给定位置2、实现已知运动规律3、实现已知运动轨迹1、图解法2、解析法3、图谱法4实验法所有运动副均为转动副的平面四杆机构§3-2平面四杆机构的基本型式一、铰链四杆机构：1A423CBD铰链四杆机构的基本形式：整转副：A、B摆动副：C、D曲柄：AB摇杆：CD1）曲柄摇杆机构2）双曲柄机构3）双摇杆机构连架杆机架连架杆连杆曲柄摇杆机构的应用当以曲柄为原动件时，曲柄作整周转动，摇杆作往复摆动；用作雷达天线俯仰机构等。曲柄摇杆机构当以摇杆为原动件时，摇杆作往复摆动，曲柄作整周转动。例如：缝纫机机构双曲柄机构的应用正平行四边形机构：两两对杆长度不仅相等，而且平行，两曲柄同向同速转动，连杆作平动。有广泛应用摄影平台升降机构机车联动机构播种料斗机构反平行四边形机构：两两对杆长度相等，但不平行。当以长边为机架时，两曲柄等速反向转动。用于车门开闭机构，如图所示。车门开闭机构动画3、双摇杆机构两连架杆都是摇杆。用于翻箱机构和鹤式起重机机构等。等腰梯形机构，转向机构：车辆的前轮转向。二、铰链四杆机构的演化偏心轮，偏心距，偏心轮机构应用：多用于曲柄销承受较大冲击、曲柄较短、需安装在直轴中部的机器。A44A1B21D3BC42D3AC1BD32C1、扩大转动副★DABCDBA12341234CKcKcB1A324CB241ACe3DABCDBA12341234CKcKcB1A324CB241ACe3DABCDBA12341234CKcKcB1A324CB241ACe3DABCDBA12341234CKcKcB1A324CB241ACe32、转动副转化成移动副：(1)含有一个移动副第一种：曲柄滑块机构（偏距e）e≠0，偏置曲柄滑块机构e=0，对心曲柄滑块机构第二种：导杆机构导杆整周转动→转动导杆机构导杆只作摆动→摆动导杆机构导杆—3作用：对滑块起导路作用牛头刨床、插床等DABCDBA12341234CKcKcB1A324CB241ACe3第三种摇块机构自卸卡车车厢的举升机构等摇块—3绕C点摇摆DABCDBA12341234CKcKcB1A324CB241ACe3第四种定块机构（又名移动导杆机构）手摇唧筒机构等定块—3固定不动DABCDBA12341234CKcKcB1A324CB241ACe3(2)含有两个移动副曲柄移动导杆机构sinABlS第一种：正弦机构缝纫机的刺布机构第三种双转块机构(十字滑块联轴节)第二种正切机构tan3lSB变为移动副第四种双滑块机构（椭圆仪）连杆BC连线上的任一点轨迹为以A为中心的椭圆。其中，中点D的轨迹是以A为圆心的圆。3.取不同的构件为机架,可得到不同的机构曲柄滑块机构移动导杆机构曲柄摇块机构转动导杆机构A31B4CA3C4A3C421B21B2A3C41B2A31B4CA3C4A3C421B21B2A3C41B2教材P39的表3－1所示不同形式的四杆机构四杆机构含有1个移动副曲柄滑块、导杆摇块、定块四杆机构含有2个移动副正弦、正切双转块、双滑块四杆机构含有0个移动副曲柄摇杆、双曲柄(曲柄主动)曲柄摇杆、双摇杆(摇杆主动)更换机架更换机架更换机架转动副变移动副§3—3平面四杆机构有曲柄的条件和几个基本概念一、平面四杆机构有曲柄的条件（整转副存在的条件）a+b≤c+d(1)1.铰链四杆机构有整转副的条件dc+b-aa+d≤c+b(2)cd+b-aa+c≤b+d(3)1BcdAa1B2D4bBC213C2Ca+d≤b+c(1)a+b≤c+d(2)a+c≤b+d(3)即：dabaca（1）组成整转副的两构件中必有一构件为运动链中的最短构件。（2）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。（杆长之和的条件）两构件作整周相对转动的条件：铰链四杆机构类型判定：双曲柄机构曲柄摇杆机构双摇杆机构杆长之和条件N双摇杆机构Y最短杆为连架杆最短构件为机架最短杆对边的为机架YYe2BC1C2B1AabE2.曲柄滑块机构有曲柄的条件：直角△AC1E：b-ae即曲柄存在的条件:ba+e偏置ba对心直角△AC2E：a+becosPPtsinPPn90二、压力角和传动角1、压力角α从动件上某点的受力方向与从动件上该点速度方向的所夹的锐角2、传动角γ——压力角余角平面连杆机构经常用γ衡量机构的传动质量（易于测量）——有效分力——有害分力α越小，Pt越大，对机构传递越有利（效率高，不易自锁）γ越大，对机构传递越有利4、传动角的计算40min,90180,903、许用传动角一般：。高速机构：50minB2BAvcminB1D2Cmax1CPCntPP原动件作匀速转动，从动件相对机架作往复运动的机构，从动件正行程和反行程的平均速度不相等。三、行程速度变化系数1、机构的急回运动特性主动件——AB曲柄匀速转动，ω从动件——CD摇杆来回摆动工作行程：曲柄AB1→AB2180°+θ摇杆C1D→C2Dψ返回行程：曲柄AB2→AB1180°-θ摇杆C2D→C1Dψ18018021211233'ttttK11180KKθ越大急回特性越显著θ为极位夹角1从动件慢行程平均速度从动件快行程平均速度K2、行程速度变化系数1）偏置曲柄滑块机构：B12eB1CA11C22慢行程3.其他具有急回特性的机构对心曲柄滑块机构0无急回特性CAB121B22）摆动导杆机构：往复式运动机械中，为提高劳动生产率，要求工作行程慢，非工作行程快。如：牛头刨床机构，刨时的速度＜回刀的速度4.急回机构的应用四、死点位置：90,01、死点位置2C1CDP2BAB1B2C2vB踏板缝纫机主运动机构脚AB1C1DFB摇杆主动，曲柄从动时，2.死点的不利影响1）运动不确定。2）机构被卡死。1）避免在死点位置起动。2）运转时，靠惯性冲过死点。3.克服死点的方法：工件Q41A3CD2BP4、利用死点实例工件夹紧机构飞机起落架机构§3-4平面四杆机构的设计连杆机构的设计要解决的问题1）实现预定的运动规律2）实现已知轨迹问题设计方法1）实验法2）作图法3）解析法一、图解法1、已知连杆的三个或二个位置设计四杆机构BAC1D3B12BC2C33C2CB21B3D1CAB∵B点绕A点、C点绕D点定轴转动①连接B1B2、B2B3；②作B1B2、B2B3垂直平分线交于A点；③连接C1C2、C2C3；④作C1C2、C2C3垂直平分线交于D点。给出B、C三个位置，A、D位置唯一给出B、C二个位置，A、D位置无穷（需加其他条件方可获得唯一解）目的：求解出铰链A和D。BAC1D3B12BC2C32、按给定两连架杆的位置设计四杆机构目的：求解出铰链C。引入转换机架的思想，采用旋转法求得。①作△DE1B2’≌△DE2B2，得B2’；②作△DE1B3’≌△DE3B3，得B3’；③作B1’B2’、B2’B3’的垂直平分线，交点就是所求C1。连杆长度：b=ul×B1C1摇杆长度：c=ul×D1C13、按K设计四杆机构已知：曲柄摇杆机构，摇杆CD长度，摆角，K设计此机构（确定A,曲柄和连杆长）90°aB1A12DB2Ocb1C90°2C曲柄滑块机构90°aB1A12DB2Ocb1C90°2C3、按给定的行程速比系数K设计四杆机构已知：摇杆CD长度、摆角、行程速比系数K；目的：确定铰链A,曲柄长a和连杆长b。①由(1)式算出极位夹角θ；②任选D的位置，按已知条件作出摇杆极限位置DC1和DC2;③作∠C2C1O＝∠C1C2O＝90°－θ得C1O与C2O交点O;④以O为圆心，OC1为半径作辅助圆，A点在圆弧上任选。11180KK（1）baablablACAC,21C''DABCMC'三、实验法——实现给定点的运动轨迹设计时确定:1、各杆的长度比例。2、描绘连杆曲线的点的位置图谱法二、解析法（略）本章重点1、铰链四杆机构的基本类型及其演化方法。2、曲柄存在条件3、急回特性及行程速度变化系数、极位夹角4、压力角和传动角，死点位置5、按照行程速度变化系数设计平面连杆机构第三章结束复习思考题1、如何依照各杆长度判别铰链四杆机构的型式？2、平面四连杆机构最基本形态是什么？由它演化为其它平面四杆机构，有哪些具体途径？3、图示摆动导杆机构中，AB杆匀角速转动。该机构存在的几何条件是什么？给定其摆杆的行程速度变化系数K后，怎么用K值表达AB和AC杆的长度关系？习题1、图示铰链四杆机构，已知：lBC=50mm，lCD=35mm，lAB=30mm，AD为机架，（1）若此机构为曲柄摇杆机械，且AB为曲柄，求lAB的最大值：（2）若此机构为双曲柄机构，求lAB的范围；（3）若此机构为双摇杆机构，求lAB的范围。题1图题2图2、图示两种曲柄滑块机构，若已知a=120mm，b=600mm，对心时e=0及偏置时e=120mm，求此两机械的极位夹角θ及行程速比系数K。又在对心曲柄滑块机构中，若连杆BC为二力杆件，则滑块的压力角将在什么范围内变化？3、图示六杆机构，已知（单位mm）：l1=20，l2=53，l3=35，l4=40，l5=20，l6=60，试确定：1）构件AB能否整周回转？2）滑块行程h；3）滑块的行程速度变化系数K；4）机构DEF中的最大压力角αmax。4、图示机床变速箱中操纵滑动齿轮的操纵机构，已知滑动齿轮行程H=60mm，lDE=100mm，lCD=120mm，lAD=250mm，其相互位置如图所示。当滑动齿轮在行程的另一端时，操纵手柄朝垂直方向，试设计此机构。5、设计一偏置曲柄滑块机构，已知滑块的行程速度变化系数K=1.5，滑块的冲程lC1C2=50mm，导路的偏距e=20mm，求曲柄长度lAB和连杆长度lBC。