第08章平面连杆结构及其设计.ppt
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1、1,第八章 平面连杆机构及其设计,81 连杆机构及其传动特点,82 平面四杆机构的类型和应用,83 平面四杆机构的基本知识,84 平面四杆机构的设计,2,特征是: 有一作平面运动的构件,称为连杆(connecting rod)。,定义: 平面连杆机构是由若干个构件通过平面低副(转动副和移动副)联接而构成的平面机构,又称平面低副机构。 (连杆机构或称低副机构),81 连杆机构(linkages)及其传动特点,3,2. 连杆机构的特点(优缺点),优点: 采用低副:面接触、承载大、便于润滑、不易磨损,形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。 改变杆的相对长度,从动件运动规律不同。 连杆曲线(cou
2、pler curve)丰富。可满足不同要求。 缺点: 构件和运动副多,累积误差大、运动精度低、效率低。 产生动载荷(惯性力),且不易平衡,不适合高速。 设计复杂,难以实现精确的轨迹。,4,3. 分类:,本章重点内容是介绍平面四杆机构(planar four-bar linkage)。,平面连杆机构,空间连杆机构,4. 命名(常以构件数命名) 四杆机构、多杆机构,5,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。,名词解释: 曲柄(crank)作整周定轴回转的构件;,连杆(coupler)作平面运动的构件;,连架杆(side link)与机架相联的构件;,摇杆(rocker)作定轴摆动的
3、构件;,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。,82 平面四杆机构的类型和应用,1. 平面四杆机构的基本型式,6,(1)曲柄摇杆机构(crank-rocker mechanism),特征:曲柄摇杆,作用:将曲柄的整周连续回转转变为摇杆的往复摆动。,82 平面四杆机构的类型和应用,2. 平面四杆机构的三种基本型式,7,曲柄摇杆机构的应用,游梁式抽油机,8,(2)双曲柄机构 (double crank mechanism),特征:两个曲柄,作用:将等速回转转变为等速或变速回转。,9,双曲柄机构的应用,10,特例:平行四边形机构,11,平行四边形机构的应用,12,反
4、平行四边形机构双曲柄机构中两相对杆的长度分别相等,但不平行。,-车门开闭机构,注: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。,13,(3)双摇杆机构(double crock mechanism),特征:两个摇杆,14,特例:等腰梯形机构汽车转向机构,双摇杆机构的应用,15,(1) 改变构件的形状和运动尺寸,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 (slider-crank mechanism),双滑块机构,正弦机构,=l sin ,3.平面四杆机构的演化型式,16,(2)改变运动副的尺寸,偏心轮机构(eccentric mechanism),17
5、,(3)选不同的构件为机架(情况1),(guide bar mechanism),(导杆4作摆动),(导杆4作转动),18,牛头刨床(摆动导杆机构),应用实例:,19,(3)选不同的构件为机架(情况二),20,应用实例:,21,(3)选不同的构件为机架(情况三),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,22,椭圆仪机构,实例:选择双滑块机构中的不同构件 作为机架可得不同的机构,正弦机构,23,(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,不影响两构件之间的相对运动。,两者运动特性相同,24,83 有关平面四杆机构的基本知识,四杆机构丰富的运动
6、轨迹,25,从前面的这些四杆机构的应用实例我们不难发现,四杆机构中有的有周转副,而有的没有;细心的同学可能也已经发现,在牛头刨床的实例中,进给时速度慢,而回程时速度快。也就是说,这些种类繁多的四杆机构,它到底有一些什么样的基本的特点呢?这是这一章的一个重点内容之一,也只有在充分认识了解这些特点之后,我们在设计的时候才能有所突出,知道哪些特性可以利用,而哪些特点应该避免出现。,83 有关平面四杆机构的基本知识,26,b(d a)+ c,则由BCD可得:,则由B”C”D可得:,a+d b + c,c(d a)+ b,AB为最短杆, a+b c + d,83 有关平面四杆机构的基本知识,1.平面四杆
7、机构有曲柄的条件,d- a,设ad,且连架杆a能整周回转,则必有两次与机架共线, a+ c b + d,若设ad,同理有: da, db, dc,AD为最短杆,将以上三式两两相加得: a b, ac, ad,B”,27,(2)连架杆或机架之一为最短杆。,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。,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。,28,(1)当满足杆长条件时,说明存在周转副,当选择不同的构件作为机架时,可得不同的机构。如:,分析说明(判断机构类型的步骤
8、),(2)当不满足杆长条件时,无周转副,此时无论取哪一杆件为机架,均为双摇杆机构。,29,例 已知铰链四杆机构ABCD,其中AB=20mm,BC=50mm,CD=40mm, AD为机架。改变AD杆长,分析机构的类型变化。,30,解: 若0AD20,若存在曲柄,则有AD+BC AB+CD,即AD+50 40+20,得0AD 10,可见AD最短,且为机架,所以为双曲柄。若不存在曲柄,则有AD+BC AB+CD,即AD+50 40+20,得AD 10,即10AD 20,时为双摇杆机构。 若20AD50,若存在曲柄,则有AB+BC AD+CD,即20+50 40+AD,得30 AD 50,AB最短,为
9、连架杆,为曲柄摇杆机构。若不存在曲柄,则有AB+BC AD+CD,即20+50 40+AD,得 20AD30 ,为双摇杆机构。,31,若50AD110,若存在曲柄,则有AB+AD BC+CD,即20+AD 50+40,得50 AD 70,AB最短,为连架杆,为曲柄摇杆机构。若不存在曲柄,则有AB+AD BC+CD,即20+AD 50+40,得 70AD110 ,为双摇杆机构。 综上所述得:,32,曲柄滑块机构存在曲柄的条件: 对心曲柄滑块机构:L1L2 (L1-曲柄长度, L2-连杆长度) 偏置曲柄滑块机构:L1+eL2 ( e-偏距),33,2. 急回运动与行程速比系数,极位夹角:在曲柄摇杆
10、机构中,当曲柄与连杆两次共线时,摇杆位于两个极限位置,此两处曲柄之间的夹角 称为极位夹角(crack angle between extreme positions)。 摆角:摇杆之间的夹角称为摆角(C1DC2),34,2. 急回运动与行程速比系数,(1) 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:,35,(2) 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:,36,显然:t1 t2,摇杆的这种特性称为急回运动(quick-return motion)。,称K为行程速比系数
11、(advance-to return-time ratio)。,2)且越大,K值越大,急回性质越明显。,说明:1)只要 0 , 就有 K1,存在急回运动。,3)设计新机械时,往往先给定K值,于是:,V2 V1,37,对心曲柄滑块机构=0,没有急回运动,偏置曲柄滑块机构 0,有急回运动,曲柄滑块机构的急回特性,38,注意急回特性的方向性:有急回特性的设备应在标出输入轴的旋转方向(原动机的旋转方向)。,导杆机构的急回特性,180,180-,急回特性应用:节省返程时间,如牛头刨、往复式输送机等。,39,3.压力角和传动角,(1)压力角(pressure angle): 两构件组成组成运动副进行传力时
12、,从动件驱动力与该力作用点的绝对速度之间所夹锐角。,设计时要求:min40- 50,切向分力: F= Fcos,法向分力: F”= Fcos, F,对传动有利。,= Fsin,(2)传动角(transmission angle) 与压力角互余的角称为传动角。,(Vc),可用的大小来表示机构传力性能的好坏。,40,当BCD90时, BCD,3.压力角和传动角,(3)min出现的位置:,当BCD90时,,180- BCD,可以证明:此位置一定是:曲柄与机架两次共线位置之一。,当BCD最小或最大时,都有可能出现min,(Vc),41,证明:由余弦定律有: (第一次共线) B1C1Darccosb2+
13、c2-(d-a)2/(2bc),B2C2Darccosb2+c2-(d+a)2/(2bc),若B1C1D90,则,若B2C2D90, 则,1B1C1D,2180-B2C2D,minB1C1D, 180-B2C2Dmin,(第二次共线),42,(4)机构的传动角(传动角)一般在运动链最终一个从动件上度量。,43,4.机构的死点位置,(1)定义:摇杆为主动件,且连杆与曲柄两次共线时,有:0,此时机构不能运动.称此位置为:“死点”(dead point)。,0,0,44,4.机构的死点位置,(2)避免措施:两组机构错开排列,如火车轮机构;,靠飞轮的惯性(如内燃机、缝纫机等)。,45,钻孔夹具,飞机起
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- 08 平面 连杆 结构 及其 设计
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