第8章平面连杆机构及其设计新 .ppt

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1、1第八章第八章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计 8-1 连杆机构及其传动特点连杆机构及其传动特点 8-2 平面四杆机构的基本类型和演化平面四杆机构的基本类型和演化 8-3 平面四杆机构的基本知识平面四杆机构的基本知识 8-4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 2教学内容教学内容:1 1连杆机构的类型及应用；连杆机构的类型及应用；2 2连杆机构的基本知识；连杆机构的基本知识；3 3四杆机构设计的图解法；四杆机构设计的图解法；重点难点：重点难点：压力角、传动角、死点、曲柄存在条件、极位夹角与压力角、传动角、死点、曲柄存在条件、极位夹角与行程速比系数的概念及应用，四杆机构的设计。行程速

2、比系数的概念及应用，四杆机构的设计。38-1 8-1 连杆机构连杆机构（Planar Linkage Mechanisms）及其传动特点及其传动特点一平面连杆机构一平面连杆机构-仅用低副（回转副、移动副）连接的平面机构仅用低副（回转副、移动副）连接的平面机构。曲柄滑块机构(slider-crank mechanism)导杆机构(guide-bar mechanism)例 铰链四杆机构（revolute four-bar mechanism）4连杆机构在起重机中的应用二平面连杆机构的应用二平面连杆机构的应用56飞剪7 利用连杆曲线特性，当一对角足处在曲线的直线段时则着地并静止不动，而另一对角足则

3、处在曲线段作迈足运动。契契贝贝谢谢夫夫四四足足机机构构8l常用其所含的杆数而命名，故统称为连杆机构。l机构的原动件和从动件运动都需要经过连杆来传动，l运动副一般均为低副，也称低副机构。l构件总呈现杆的形状，故有四杆机构、六杆机构等。故常称构件为杆。三.连杆机构的特点1.结构特点92.传动特点 优点优点1)1)耐磨损、寿命长耐磨损、寿命长（面接触）（面接触）；2)2)易加工易加工（运动副元素为平面或圆柱面）（运动副元素为平面或圆柱面）；3)3)可实现复杂的运动规律和预定轨迹可实现复杂的运动规律和预定轨迹（能实现多种运（能实现多种运动变换）动变换）。缺点缺点1)1)传动运动误差较大传动运动误差较大

4、（运动副有间隙，构件和运动副（运动副有间隙，构件和运动副相对较多、累积误差较大）；相对较多、累积误差较大）；2)2)设计复杂，难以精确实现运动规律；设计复杂，难以精确实现运动规律；3)3)不易平衡。不易平衡。108-2 平面四杆机构的基本类型和演化平面四杆机构的基本类型和演化一.平面四杆机构的基本型式及组成铰链四杆机构曲柄曲柄(crank)(crank)作整周定轴回转的构件；作整周定轴回转的构件；摇杆摇杆(rocker)(rocker)作定轴摆动的构件；作定轴摆动的构件；周转副周转副能作能作360360相对回转的转动副；相对回转的转动副；摆转副摆转副作有限角度摆动的转动副。作有限角度摆动的转动

5、副。连架杆连架杆(frame)(frame)与机架相联的构件；与机架相联的构件；连杆连杆(coupler)(coupler)作平面运动的构件；作平面运动的构件；连杆曲柄摇杆连架杆11（1）曲柄摇杆机构(Crank-rocker mechanism)二、铰链四杆机构的三种型式 两个连架杆中，其一为曲柄，另一为摇杆。原动件原动件-曲柄曲柄原动件原动件-摇杆摇杆12播种机料斗机构播种机料斗机构（2）双曲柄机构(Double-crank mechanism)两个连架杆均为曲柄 特例1：平行四边形机构 特征：两连架杆等长且平行，连杆平动A AB BC CD DAB=CDBC=AD火火车车轮轮平行四边形机

6、构13特例特例2 2：反平行四边形机构反平行四边形机构 特征：两曲柄等长但不平行，特征：两曲柄等长但不平行，转向相反转向相反车车门门开开闭闭机机构构14ABDCE（3）双摇杆机构(Double-rocker mechanism)汽车转向机构汽车转向机构两个连架杆均为摇杆。铸造翻箱机构 鹤式起重机等腰梯形机构汽车转向机构1511121416偏心轮机构1.扩大转动副增大承载能力；可实现微小行程曲柄滑块机构演化成偏心轮机构在实际应用中可带来哪些优点？三.平面四杆机构的演化型式 17 2.改变构件的尺寸曲柄摇杆机构ABCD曲柄弧形滑块机构ABCD把转动副D半径扩大至CD长度，则D变为D，可去掉CD杆，

7、使其变为滑块D曲柄滑块机构ABCe令弧形滑块令弧形滑块半径半径若若e=0 称称对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构(central slider-crank mechanism)否则为否则为偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构(eccentric slider-crank mechanism)18双滑块机构 ABs=l sin lABC对心曲柄滑块机构ABC正弦机构把转动副C半径扩大至BC长度，则C变为C，可去掉BC杆，使其变为滑块C19ABCDAB为曲柄，CD为摇杆A、B-周转副（整转副）C、D-摆转副1234 3.选不同的构件为机架曲柄摇杆机构20曲柄滑块机构314A2BC曲柄滑块机构314A2B

8、C导杆机构转动导杆机构摆动导杆机构定块机构314A2BC摇块机构314A2BC应用应用21摆动导杆机构转动导杆机构22导杆机构的应用牛头刨床简易刨床23B234C1A自卸卡车举升机构314A2BC摇块机构的应用24314A2BC定块机构BC3214A定块机构的应用通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法称为：称为：机构的倒置机构的倒置手摇唧筒手摇唧筒25双移动副四杆机构双转块机构12341234双滑块机构1234正弦机构261234双转块机构的应用271234双滑块机构的应用28(4)运动副元素的逆换 将低副两运动副元素的包容关系进行逆换，不影响

9、两构件之间的相对运动。摇块机构摇块机构3214导杆机构导杆机构432129图示为某种油泵结构示意图。原动件AB连续回转，通过构件2带动构件3运动，完成交替地进油、出油功能。试分析该油泵机构属于什么类型的连杆机构。构件3同机架以圆柱面相接触，故应组成转动副，其几何中心即为转动副中心。构件2同构件3组成移动副，同构件1组成转动副。该机构为摇块机构 308-3 平面四杆机构的基本知识平面四杆机构的基本知识一.铰链四杆机构曲柄存在条件1.1.当当 时时41ll1.推导推导经分析，条件应为：经分析，条件应为：41ll 2.当当 时时32143241llllllll32143241llllllll3241

10、3241llllllll于是有于是有231432143241llllllllllll342414llllll312421343214llllllllllll(2)413121llllll432142313241llllllllllll(1)假设给定假设给定 ，杆，杆2和杆和杆3长度应长度应如何取值，才能保证杆如何取值，才能保证杆1为曲柄？为曲柄？、l14l234132413241lllllllllllll1l2l3l4l1l2l3l43132由式由式(1)(1)和和(2)(2)可得出曲柄存在条件：可得出曲柄存在条件：1 1）连架杆和机架中至少有一杆为最短杆；）连架杆和机架中至少有一杆为最短杆；

11、2 2）最短杆与最长杆之长度和不大于其余两杆之长）最短杆与最长杆之长度和不大于其余两杆之长度和。度和。杆长条件杆长条件推论1：四杆机构满足杆长条件时，其最短杆两端均为周转副。l1l2l3l4推论2：转动副A为周转副的条件 (1)满足杆长条件；(2)组成转动副A的两杆之一最短。33在铰链四杆机构中，若存在曲柄的话，(1)曲柄一定是最短构件(2)曲柄不一定是最短构件，也可能是最短构件(3)机架是最短构件，曲柄不是最短构件l1l2l3l4在铰链四杆机构中，若存在周转副，则一定存在曲柄。34链铰四杆机构曲柄存在条件为：lmin+lmax l余1+l余2；最短杆为机架或连架杆。Cl1l2l4l3ABD若

12、lmin+lmax其余两杆长度和最短杆为机架双曲柄机构最短杆的邻杆为机架曲柄摇杆机构最短杆的对边为机架双摇杆机构N，无周转副Y，存在周转副35例：在图示的铰链四杆机构中，已知：例：在图示的铰链四杆机构中，已知：ADAD为机架，为机架，.若此机构为曲柄摇杆机构，且若此机构为曲柄摇杆机构，且ABAB为曲柄，求为曲柄，求lAB的最大值的最大值lABmax。.若此机构为双曲柄机构，求若此机构为双曲柄机构，求lAB的的最小值最小值lABmin。50,35,30,BCCDADlmm lmm lmm 解：解：.若此机构为曲柄摇杆机构，则若此机构为曲柄摇杆机构，则A A为为周转副，故满足杆长条件且周转副，故满

13、足杆长条件且ABAB杆最短。杆最短。50353015ABBCCDADABABllllll.若此机构为双曲柄机构，则若此机构为双曲柄机构，则A A、D D均为周转副，满足杆均为周转副，满足杆长条件且长条件且ADAD杆最短。杆最短。若若BCBC最长，则最长，则35503045ADBCCDABABABllllll若若ABAB最长，则最长，则30503555ADABCDBCABABllllllmin45ABlmm故36eba1OAB*曲柄滑块机构的有曲柄条件曲柄滑块机构的有曲柄条件由曲柄摇杆机构有曲柄条件得由曲柄摇杆机构有曲柄条件得出出:33a ba le b l 43aba lb l 即即b a e

14、 2O3l4l3714lel1)若A、D整周转动，应满足：BClDCl14为最短杆4l14lBCDClCBA4lDe1l*导杆机构有曲柄的条件导杆机构有曲柄的条件C2)2)摆动导杆机构摆动导杆机构（A为周转副为周转副）41lel38二二.急回运动和行程速比系数急回运动和行程速比系数1.1.急回运动急回运动(Quick Return)急回运动急回运动-从动件摆回的平均速度大于摆出的平均速度从动件摆回的平均速度大于摆出的平均速度急回运动急回运动仅针对原仅针对原动件为曲柄，输出动件为曲柄，输出构件作往复运动的构件作往复运动的机构而言机构而言39摇杆两极限位置的夹角摇杆两极限位置的夹角。2摆角摆角：2

15、22222342134213 43 4()()arccosarccos22lllllllll ll l00ADCADC l1l2l3l4A404.行程速比系数行程速比系数K (coefficient of travel speed variation)3.极位夹角极位夹角1122tt0018018000221001/C CtvKvC Ct摇杆处于两极限位置摇杆处于两极限位置时对应的曲柄（或连时对应的曲柄（或连杆）位置的夹角。杆）位置的夹角。41当机构存在当机构存在极位夹角极位夹角 时，机构便具有急回特性。时，机构便具有急回特性。结论结论角越大，角越大，K值越大，机值越大，机构的急回性质越显著。

16、构的急回性质越显著。31K一般为锐角，一般为锐角，摆动导杆机构摆动导杆机构的极位夹角是的极位夹角是多少？多少？42例 牛头刨床机构431l2lA1B1Ce1l2lABC偏置曲柄滑块机构1l2lABC对心曲柄滑块机构10K，abABC2B2CeabABCeA1B1C1l2l2B2CH曲柄滑块机构曲柄滑块机构 1 1工作行程44三三.压力角压力角(Pressure Angle)和传动角和传动角(Transmission Angle)1.1.压力角压力角：从动件从动件驱动力驱动力F F与力作用点与力作用点绝对速度绝对速度V V之间所夹之间所夹锐角锐角。(不计摩擦不计摩擦)要求要求:minmin40504050切向分力切向分力 Ft=Fcos法向分力法向分力 Fn=Fcos F Ft t 对传动有利。对传动有利。=Fsin为保证机构良好的传力性能，为保证机构良好的传力性能，可用可用 来表示机构传动力性能的好坏。来表示机构传动力性能的好坏。ABCDFnFtF v902.2.传动角传动角：45在机构的运动过程中，在机构的运动过程中，是变化的。是变化的。min在什么位置462222222232314