第8章平面连杆机构及其设计.ppt

第第8章章 平面连杆机构平面连杆机构及其设计及其设计8-1 连杆机构及其传动特点连杆机构及其传动特点 一、一、连杆机构连杆机构(Linkage)的组成和分类的组成和分类 由若干个杆件通过低副连接而组成的机构称由若干个杆件通过低副连接而组成的机构称为连杆机构，又称为低副机构。为连杆机构，又称为低副机构。原动件原动件连杆连杆(中间构件中间构件)从动件从动件 几个例子几个例子:1 假肢膝关节假肢膝关节p252 收放式折叠收放式折叠支架支架 p273 引擎油门控引擎油门控制装置制装置4 飞剪机飞剪机 p46 分类分类:平面连杆机构：平面连杆机构：所有构件均在同一平面或在相所有构件均在同一平面或在相互平行的平面内运动的连杆机构。互平行的平面内运动的连杆机构。空间连杆机构空间连杆机构：所有构件不全在相互平行的平所有构件不全在相互平行的平面内运动的连杆机构。如并联机构。面内运动的连杆机构。如并联机构。根据所含杆数分根据所含杆数分 四杆机构四杆机构，六杆机构六杆机构等等 二、二、连杆机构的特点连杆机构的特点(1)低副机构，运动副为面接触，压强小，承载能力大，低副机构，运动副为面接触，压强小，承载能力大，耐冲击，磨损小。耐冲击，磨损小。(2)其运动副元素多为平面或圆柱面，制造比较容易，结其运动副元素多为平面或圆柱面，制造比较容易，结构简单构简单,工作可靠。工作可靠。(3)可以实现不同的运动规律和特定轨迹要求。可以实现不同的运动规律和特定轨迹要求。改变构件的相对长度改变构件的相对长度 连杆上的不同点连杆上的不同点 三三.连杆机构的缺点：连杆机构的缺点：1）由于连杆机构的运动必须经过中间构件进行传递，因而）由于连杆机构的运动必须经过中间构件进行传递，因而传递路线较长，易产生较大的误差积累，同时也使机械效率传递路线较长，易产生较大的误差积累，同时也使机械效率降低。降低。2）连杆和滑块的质心做变速运动，所以连杆机构所产生的）连杆和滑块的质心做变速运动，所以连杆机构所产生的惯性力难于用一般平衡方法加以消除，因而会增加机构的动惯性力难于用一般平衡方法加以消除，因而会增加机构的动载荷，所以连杆机构不宜用于高速运动。载荷，所以连杆机构不宜用于高速运动。四四.应用应用 连杆机构常用于以下场合：连杆机构常用于以下场合：1)用于受力较大的挖掘机。用于受力较大的挖掘机。(破碎机破碎机)2)用于实现各种不同的运动规律要求。用于实现各种不同的运动规律要求。(惯性筛惯性筛)3)可以实现给定轨迹要求。可以实现给定轨迹要求。(搅拌机搅拌机)平面四杆机构的应用广泛，而且是研究多杆机构的基础。平面四杆机构的应用广泛，而且是研究多杆机构的基础。本章重点讨论本章重点讨论平面四杆机构平面四杆机构的有关基本知识和设计问题。的有关基本知识和设计问题。应用实例：应用实例：内燃机内燃机、鹤式吊鹤式吊、火车轮火车轮、手动冲床手动冲床、牛头刨床牛头刨床、椭圆椭圆仪仪、机械机械 手爪手爪、开窗户支撑、开窗户支撑、开关门机构开关门机构、折叠伞、折叠伞、折叠床折叠床、制动操作机构制动操作机构等。等。特征：特征：有一作平面运动的构件，称为连杆。有一作平面运动的构件，称为连杆。定义：定义：由低副（转动、移动）连接组成的平面机构。由低副（转动、移动）连接组成的平面机构。82 铰链四杆机构的类型和应用铰链四杆机构的类型和应用 一、平面四杆机构的基本类型及应用一、平面四杆机构的基本类型及应用 基本型式基本型式铰链四杆机构铰链四杆机构：全部运动副为转动副的全部运动副为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构。四杆机构称为铰链四杆机构。其他四杆机构都是其演化型式。其他四杆机构都是其演化型式。名词解释：名词解释：曲柄曲柄作整周定轴回转的构件；作整周定轴回转的构件；三种基本型式三种基本型式：（1 1）曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构特征：特征：曲柄摇杆曲柄摇杆作用：作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。如如雷达天线雷达天线,雨刷雨刷。连杆连杆作平面运动的构件；作平面运动的构件；连架杆连架杆与机架相联的构件；与机架相联的构件；摇杆摇杆作定轴摆动的构件；作定轴摆动的构件；周转副周转副能作能作360360度相对回转的运动副；度相对回转的运动副；摆转副摆转副只能作有限角度摆动的运动副。只能作有限角度摆动的运动副。曲柄曲柄连杆连杆摇杆摇杆设计：潘存云设计：潘存云ABC1243DABDC1243（2 2）双曲柄机构）双曲柄机构特征特征：两个曲柄：两个曲柄作用：作用：将等速回转转变为将等速回转转变为等速等速或或变速变速回转。回转。雷达天线雷达天线俯仰机构俯仰机构曲柄主动曲柄主动缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构应用实例：应用实例：如如惯性筛惯性筛、磨碎机磨碎机等。等。2143摇杆主动摇杆主动3124设计：潘存云设计：潘存云ABDC1234E6惯性筛机构惯性筛机构31设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云ABCD耕地耕地料斗料斗DCAB耕地耕地料斗料斗DCAB实例：实例：火车轮火车轮特例特例1 1：平行四边形机构平行四边形机构AB=CD特征：特征：两连架杆等长且平行两连架杆等长且平行 两曲柄同速同方向转动两曲柄同速同方向转动 连杆作平动连杆作平动BC=ADABDC摄影平台摄影平台ADBCBC天平天平播种机料斗机构播种机料斗机构设计：潘存云设计：潘存云FAEDGBCABEFDCG平行四边形机构在共线位置出现运平行四边形机构在共线位置出现运动不确定。动不确定。采用采用两组机构错开排列两组机构错开排列。特例特例2：反平行四边形机构反平行四边形机构:两对相对杆长度相等但不平行两对相对杆长度相等但不平行 特点：长边为机架，两曲柄转向相反特点：长边为机架，两曲柄转向相反 短边为机架，两曲柄转向相同短边为机架，两曲柄转向相同设计：潘存云设计：潘存云反平行四边形机构反平行四边形机构-车门开闭机构车门开闭机构反向反向设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云ABDCE（3 3）双摇杆机构双摇杆机构特征：特征：两个摇杆两个摇杆应用举例：应用举例：铸造翻箱机构铸造翻箱机构特例：特例：等腰梯形机构等腰梯形机构(两摇杆长度相等两摇杆长度相等)汽车转向机构汽车转向机构、风扇摇头机构风扇摇头机构、起重吊车起重吊车、钻床夹具钻床夹具CBABDC风扇座风扇座蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆电机电机ABDCEABDCE电机电机ABDC风扇座风扇座蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆电机电机ABDC风扇座风扇座蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆ABDC梯形转向机构梯形转向机构转向条件转向条件:所有车轮形成一个转动中心所有车轮形成一个转动中心.BL二、平面二、平面四杆机构的演化型式四杆机构的演化型式 由平面四杆机构的基本形式演化而来由平面四杆机构的基本形式演化而来 满足运动要求满足运动要求 改善受力改善受力 满足结构设计满足结构设计 演化方法有四种：演化方法有四种：设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云1、改变构件形状和运动尺寸改变构件形状和运动尺寸偏心曲柄偏心曲柄 滑块机构滑块机构对心曲柄对心曲柄 滑块机构滑块机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构双滑块机构双滑块机构 正弦机构正弦机构s=l sin l举例举例2、改变运动副尺寸改变运动副尺寸 当当曲柄的实际尺寸很短曲柄的实际尺寸很短并传递较大的动力时，可并传递较大的动力时，可将曲柄做成几何中心与回转中心距离等于曲柄长将曲柄做成几何中心与回转中心距离等于曲柄长度的圆盘，即度的圆盘，即改变运动副尺寸改变运动副尺寸,形成偏心轮机构。形成偏心轮机构。设计：潘存云偏心轮机构偏心轮机构偏心轮机构实质举例：真空泵3 3 选不同的构件为机架选不同的构件为机架导杆机构导杆机构摆动导杆机构摆动导杆机构转动导杆机构转动导杆机构314A2BC曲柄滑块机构曲柄滑块机构314A2BC设计：潘存云设计：潘存云牛头刨床牛头刨床应用实例应用实例:ABDC1243C2C1小型刨床小型刨床ABDCE1234563 3 选不同的构件为机架选不同的构件为机架ACB1234导杆机构导杆机构314A2BC曲柄滑块机构曲柄滑块机构314A2BC摇块机构摇块机构314A2BC摇块摇块 机构机构设计：潘存云应用实例应用实例B234C1A自卸卡车举升机构自卸卡车举升机构应用实例应用实例B34C1A2应用实例应用实例4A1B23C应用实例应用实例13C4AB2应用实例应用实例 A1C234B设计：潘存云3 3 选不同的构件为机架选不同的构件为机架314A2BC直动滑杆机构直动滑杆机构手摇唧筒手摇唧筒这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法称为：方法称为：机构的倒置机构的倒置BC3214A导杆机构导杆机构314A2BC曲柄滑块机构曲柄滑块机构314A2BC摇块机构摇块机构314A2BCABC3214(a)曲柄滑块机构曲柄滑块机构;(b)转动导杆机构转动导杆机构;(c)摆动滑杆摇块机构摆动滑杆摇块机构;(d)移动滑杆定块机构。移动滑杆定块机构。其他机构演化：其他机构演化：选不同的构件为机架选不同的构件为机架双转块机构双转块机构应用应用 4、运动副元素的逆换运动副元素的逆换 将运动副两元素的包容关系进行逆换，并不影响两将运动副两元素的包容关系进行逆换，并不影响两构件之间的相对移动，但却能演化成不同的机构。构件之间的相对移动，但却能演化成不同的机构。如摆动导杆机构和曲柄摇块机构。这两种机构的运如摆动导杆机构和曲柄摇块机构。这两种机构的运动特性是相同的。动特性是相同的。将将2,3的包容关系逆换的包容关系逆换:曲柄摇块摆动导杆机构四杆机构的型式虽然多种多样，但根据演化的四杆机构的型式虽然多种多样，但根据演化的概念，可为我们概念，可为我们归类研究这些四杆机构归类研究这些四杆机构提供方便；提供方便；我们也可根据演化的概念，我们也可根据演化的概念，设计出型式各异的设计出型式各异的四杆机构四杆机构。83 平面四杆机构的基本知识平面四杆机构的基本知识设计：潘存云l1l2l4l3CBAD平面平面四杆机构四杆机构具有具有整转副整转副可能存在可能存在曲柄。曲柄。杆杆1 1为曲柄，作整周回转，必有两次与机架共线为曲柄，作整周回转，必有两次与机架共线l2(l4 l1)+l3则由则由BCD可得：可得：三角形任意两边之和大于第三边则由则由BCD可得：可得：l1+l4 l2+l3l3(l4 l1)+l2AB为最短杆为最短杆最长杆与最短杆的长度之和其他两杆长度之和一、铰链四杆机构有曲柄的条件一、铰链四杆机构有曲柄的条件 l1+l2 l3+l4Cl1l2l4l3ADl4-l1将以上三式两两相加得：将以上三式两两相加得：l1 l2,l1 l3,l1 l4 l1+l3 l2+l4设计：潘存云2.组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆。组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆。可知：当满足杆长条件时，其最短杆参与构成的转动可知：当满足杆长条件时，其最短杆参与构成的转动副都是周转副。副都是周转副。而其余的转动副则是摆转副。而其余的转动副则是摆转副。曲柄存在的条件：曲柄存在的条件：1.最长杆与最短杆的长度之和应最长杆与最短杆的长度之和应其他两杆长度之和其他两杆长度之和此时，铰链此时，铰链A为周转副。为周转副。若取若取BC为机架，则结论相同，可知铰链为机架，则结论相同，可知铰链B也是周转副。也是周转副。称为称为杆长条件杆长条件。ABCDl1l2l3l4即：即：A,B为周转副为周转副C,D为摆转副为摆转副作者：潘存云教授当满足杆长条件时，说明存在整转副，当选择不同的构当满足杆长条件时，说明存在整转副，当选择不同的构件作为机架时，可得不同的机构。如：件作为机架时，可得不同的机构。如：曲柄摇杆曲柄摇杆1 1、曲柄摇杆曲柄摇杆2 2、双曲柄双曲柄、双摇杆机构双摇杆机构。因此，因此，四杆机构有曲柄的条件四杆机构有曲柄的条件是：是：各杆的长度应满足各杆的长度应满足杆长条件杆长条件（前提），且最短杆为连架杆或机架。（前提），且最短杆为连架杆或机架。当最短杆为连架杆