第8章平面连杆机构及其设计.ppt
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1、第8章 平面连杆机构及其设计,8-1 连杆机构及其传动特点,一、连杆机构(Linkage)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为连杆机构,又称为低副机构。 原动件连杆(中间构件) 从动件 几个例子:,1 假肢膝关节p25,2 收放式折叠支架 p27,3 引擎油门控制装置,4 飞剪机 p46,分类: 平面连杆机构: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。 空间连杆机构: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。 根据所含杆数分 四杆机构,六杆机构等,二、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,耐冲击,磨损小。 (2)其运
2、动副元素多为平面或圆柱面,制造比较容易,结构简单,工作可靠。 (3)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 连杆上的不同点,三. 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。 2)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载荷,所以连杆机构不宜用于高速运动。,四. 应用 连杆机构常用于以下场合: 1)用于受力较大的挖掘机。 (破碎机) 2)用于实现各种不同的运动规律要求。(惯性筛) 3)可以实现给定轨迹要求。(搅拌机),平面四杆机构的
3、应用广泛,而且是研究多杆机构的基础。 本章重点讨论平面四杆机构的有关基本知识和设计问题。,应用实例:,内燃机、鹤式吊、火车轮、手动冲床、牛头刨床、椭圆仪、机械 手爪、开窗户支撑、开关门机构、折叠伞、折叠床、 制动操作机构等。,特征:有一作平面运动的构件,称为连杆。,定义: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,一、平面四杆机构的基本类型及应用 基本型式铰链四杆机构:全部运动副为转动副的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。,名词解释: 曲柄作整周定轴回转的构件;,三种基本型式:,(1)曲柄摇杆机构,特征:曲柄摇杆,作用:将曲柄的整周回转转变为
4、摇杆的往复摆动。 如雷达天线,雨刷。,连杆作平面运动的构件;,连架杆与机架相联的构件;,摇杆作定轴摆动的构件;,周转副能作360度相对回转的运动副;,摆转副只能作有限角度摆动的运动副。,曲柄,连杆,摇杆,设计:潘存云,设计:潘存云,(2)双曲柄机构,特征:两个曲柄,作用:将等速回转转变为等速或变速回转。,雷达天线俯仰机构 曲柄主动,缝纫机踏板机构,应用实例:如惯性筛、磨碎机等。,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,实例:火车轮,特例1:平行四边形机构,特征:两连架杆等长且平行 两曲柄同速同方向转动 连杆作平动,摄影平台,天平,播种机料斗机构,设计
5、:潘存云,设计:潘存云,平行四边形机构在共线位置出现运动不确定。,采用两组机构错开排列。,特例2:反平行四边形机构: 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 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,-车门开闭机构,设计:潘存云,设计:潘存云,设计:潘存云,(3)双摇杆机构,特征:两个摇杆,应用举例:铸造翻箱机构,特例:等腰梯形机构(两摇杆长度相等) 汽车转向机构,、风扇摇头机构、起重吊车、 钻床夹具,转向时汽车各轮纯 滚动的条件:,梯形转向机构,转向条件: 所有车轮形成一个转动中心.,B,L,内、外导向轮的 转速:外内。,2. 内外驱动轮
6、的转 速:外内。 (靠差速器保证),二、平面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 满足运动要求 改善受力 满足结构设计 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,偏心曲柄 滑块机构,对心曲柄 滑块机构,曲柄摇杆机构,曲柄滑块机构,双滑块机构,正弦机构,=l sin ,举例,2、改变运动副尺寸,当曲柄的实际尺寸很短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度的圆盘,即改变运动副尺寸,形成偏心轮机构。,设计:潘存云,偏心轮机构,偏心轮机构实质,举例:真空泵,3 选不同的构件
7、为机架,设计:潘存云,设计:潘存云,牛头刨床,应用实例:,小型刨床,3 选不同的构件为机架,摇块 机构,设计:潘存云,设计:潘存云,3 选不同的构件为机架,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方法称为:,机构的倒置,(a)曲柄滑块机构; (b)转动导杆机构; (c)摆动滑杆摇块机构; (d)移动滑杆定块机构。,其他机构演化:选不同的构件为机架,双转块机构应用,4、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。这两种机构的运动特性是相同的。 将2,3的包容关系逆换:,曲柄摇块,摆动导杆机
8、构,四杆机构的型式虽然多种多样,但根据演化的概念,可为我们归类研究这些四杆机构提供方便; 我们也可根据演化的概念,设计出型式各异的四杆机构。,83 平面四杆机构的基本知识,设计:潘存云,平面四杆机构具有整转副可能存在曲柄。,杆1为曲柄,作整周回转,必有两次与机架共线,l2(l4 l1)+ l3,则由BCD可得:三角形任意两边之和大于第三边,则由BCD可得:,l1+ l4 l2 + l3,l3(l4 l1)+ l2,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,一、铰链四杆机构有曲柄的条件, l1+ l2 l3 + l4,l4- l1,将以上三式两两相加得: l1 l2, l1 l3,
9、 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。,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。而其余的转动副则是摆转副。,曲柄存在的条件:,1. 最长杆与最短杆的长度之和应其他两杆长度之和,此时,铰链A为周转副。,若取BC为机架,则结论相同,可知铰链B也是周转副。,称为杆长条件。,即: A,B为周转副 C,D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,当选择不同的构件作为机架时,可得不同的机构。如: 曲柄摇杆1 、曲柄摇杆2 、双曲柄、 双摇杆机构。,因此,四杆机构有曲柄的条件是:各杆的长度应满足杆长条件
10、(前提),且最短杆为连架杆或机架。 当最短杆为连架杆时,机构为曲柄摇杆机构。 当最短杆为机架时则为双曲柄机构。 满足杆长条件的四杆机构中,当最短杆为连杆时,为双摇杆机构。 如果铰链四杆机构各杆的长度不满足杆长条件,则无周转副,此时无论以何杆为机架,均为双摇杆机构。例等腰梯形机构,Y,双摇杆机构,曲柄摇杆机构,双摇杆机构,双曲柄机构,以最短杆相邻杆为机架,以与最短杆相对的杆为机架,以最短杆为机架,N,如果四杆机构两相邻杆两两相等,则为泛菱形机构 p117,泛菱形机构有三个周转副,一个摆转副,泛菱形机构当以短杆为机架时,为双曲柄机构,泛菱形机构当以长杆为机架时,为曲柄摇杆机构,泛菱形机构当相邻两杆
11、重合时,为二杆机构,例:折叠架,设计:潘存云,二、急回运动和行程速度变化系数,在曲柄摇杆机构中,当曲柄与连杆两次共线时,摇杆位于两个极限位置,简称极位。,当曲柄以逆时针转过180+时,摇杆从C1D位置 摆到C2D。,所花时间为t1 , 平均速度为V1,那么有:,曲柄摇杆机构 3D,此两处曲柄之间的夹角 称为极位夹角。,180,设计:潘存云,当曲柄以继续转过180-时,摇杆从C2D位置摆到C1D,所花时间为t2 ,平均速度为V2 ,那么有:,180-,因曲柄转角不同,故摇杆来回摆动的时间不一样,平均速度也不等。,显然:t1 t2 V2 V1,摇杆的这种特性称为急回运动。用以下比值表示急回程度,称
12、K为行程速度变化系数。,且越大,K值越大,急回性质越明显。,只要 0 , 就有 K1,所以可通过分析机构中是否存在以及的大小来判断机构是否有急回运动或运动的程度。,设计新机械时,往往先给定K值,于是:,在曲柄摇杆机构中,当曲柄等速回转情况下,通常把摇杆往复摆动速度快慢不同的运动称为急回运动。 曲柄摇杆机构的急回运动程度可以用从动件空回行程平均速度v2和工作行程平均速度v1的比值K来衡量,称为行程速度变化系数。 K 1 K= v2 /v1 =(180+) /(180-) 急回可减少空行程时间,提高劳动生产率,摆动导杆机构有无急回特性?,偏置曲柄滑块机构有无急回特性?,行程速度变化系数 K 与极位
13、夹角间的关系为: 越大,K越大,急回性质越显著 对心曲柄滑块机构: =0,K=1,无急回特性 偏置曲柄滑块机构: 0, K1有急回特性 摆动导杆机构: 0,有急回特性, 摆角=极位夹角,对心曲柄滑块机构有无急回特性?,行程速度变化系数在工程上的应用:p118,双曲柄机构的行程速度变化系数K:p118,设计:潘存云,当BCD90时, BCD,三、压力角与传动角和死点位置,压力角:若不考虑机构中各运动副的摩擦力及构件的重力和惯性力的影响, 从动件驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹锐角。,设计时要求: min50,min出现的位置:,当BCD90时,,180- BCD,切向分力: F= Fcos,法
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