平面连杆机构及其设计cs备课讲稿.ppt

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1、平面连杆机构及其设计cs优点：优点：连杆机构为低副机构，运动副为面接触，压强小，承载能力大，耐冲击；连杆机构为低副机构，运动副为面接触，压强小，承载能力大，耐冲击；运动副元素的几何形状多为平面或圆柱面，便于加工制造；运动副元素的几何形状多为平面或圆柱面，便于加工制造；原原动动件件输输入入的的运运动动规规律律不不变变，改改变变构构件件的的相相对对长长度度，使使从从动动件件具具有有不不同同的的运动规律；运动规律；不同的连杆曲线可以满足不同运动轨迹的设计要求。不同的连杆曲线可以满足不同运动轨迹的设计要求。缺点：缺点：由于运动积累误差较大，因而影响传动精度；由于运动积累误差较大，因而影响传动精度；有惯

2、性力，存在动载荷，不适于高速传动；有惯性力，存在动载荷，不适于高速传动；设计方法比较复杂。设计方法比较复杂。连杆机构的广泛应用连杆机构的广泛应用原动机：原动机：工作机：工作机：内燃机内燃机仪器：仪器：椭圆仪椭圆仪牛头刨床牛头刨床鹤式吊车鹤式吊车连杆机构的特点连杆机构的特点搅拌机连杆曲线步进运输机步进运输机开门机构开门机构缝纫机踏板缝纫机踏板双曲柄机构曲柄摇杆机构双摇杆机构青岛科技大学专用 潘存云教授研制连杆机构中的构件总呈现杆的形状，故常称构件为“杆”。连杆机构常用其所含的杆数而命名：四杆机构、六杆机构、多杆机构等。四杆机构使用广泛，是组成多杆机构的基础：右图中的六杆机构的组成：右图中的六杆机

3、构的组成：1236 四杆机构四杆机构 3456 四杆机构四杆机构本章重点内容是介绍本章重点内容是介绍平面四杆机构平面四杆机构。青岛科技大学专用 潘存云教授研制曲柄曲柄作整周定轴回转的构件；作整周定轴回转的构件；连杆连杆不与机架相连的中间构件不与机架相连的中间构件；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360 相对回转的运动副；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8-2 平面四杆机构的类型和应用平面四杆机构的类型和应用 平面四杆机构各部分的名称（术语

4、）：平面四杆机构各部分的名称（术语）：曲柄摇杆机构青岛科技大学专用 潘存云教授研制构件构件机架机架相对相对固定固定连架杆连架杆曲柄曲柄摇杆摇杆整周整周回转回转往复往复摆动摆动连杆连杆中间中间构件构件转动副转动副整周整周回转回转往复往复摆动摆动周转副周转副摆转副摆转副平面平面四杆四杆机构各部分的名称：机构各部分的名称：青岛科技大学专用 潘存云教授研制基本型式基本型式铰链四杆机构铰链四杆机构（全转动副）（全转动副）（1 1）曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构特点：特点：铰链四杆机构中，其铰链四杆机构中，其两个连架杆两个连架杆一为曲柄，一为摇杆一为曲柄，一为摇杆。ABCD3214四杆机构的类型和应用四杆机构的

5、类型和应用作用：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。曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构青岛科技大学专用 潘存云教授研制曲柄摇杆机构的应用：曲柄摇杆机构的应用：动画曲柄主动曲柄主动摇杆主动摇杆主动动画雷达雷达缝纫机缝纫机青岛科技大学专用 潘存云教授研制曲柄摇杆机构的应用实例：曲柄摇杆机构的应用实例：搅拌机构搅拌机构拉胶片机构拉胶片机构剪板机剪板机 碎石机碎石机 动画动画飞箭飞箭青岛科技大学专用 潘存云教授研制（2 2）双曲柄机构）双曲柄机构特点：特点：两个连架杆都是曲柄两个连架杆都是曲柄的铰链四杆机构。的铰链四杆机构。特例：特例：平行四边形机构平行四边形机构A

6、BCD3214双曲柄机构双曲柄机构作作用用：将将等等速速回回转转变变为为等速等速或变速回转或变速回转。两连架杆等长且平行，连杆作平动。两连架杆等长且平行，连杆作平动。ABCDBC动画青岛科技大学专用 潘存云教授研制惯性筛机构惯性筛机构机车车轮联动机构机车车轮联动机构双曲柄机构的应用实例：双曲柄机构的应用实例：动画青岛科技大学专用 潘存云教授研制平行机构的应用实例：平行机构的应用实例：耕地耕地料斗料斗DCABABDC耕地耕地料斗料斗DCABADBC播种机料斗机构播种机料斗机构天平天平升降机构升降机构青岛科技大学专用 潘存云教授研制车门开闭机构车门开闭机构逆平行（逆平行（反平行反平行）四边形机构（

7、）四边形机构（两相对杆长相等但不平行的双曲柄机构两相对杆长相等但不平行的双曲柄机构）平行机构的应用实例：平行机构的应用实例：青岛科技大学专用 潘存云教授研制（3 3）双摇杆机构双摇杆机构两个两个连架杆都是摇杆连架杆都是摇杆的铰链四杆机构的铰链四杆机构ABCD3214作用：作用：往往复复摆摆动动往往复复摆摆动动特例：特例：等腰梯形机构等腰梯形机构两两摇摇杆杆长长度度相相等等的的双双摇摇杆机构杆机构汽车前轮汽车前轮转向机构转向机构双摇杆机构双摇杆机构动画青岛科技大学专用 潘存云教授研制飞飞机机起起落落架架机机构构图图-22M22M重重型型轰轰炸炸机机前前起起落落架架动画双摇杆机构的应用实例：双摇杆

8、机构的应用实例：鹤式起重机鹤式起重机动画电风扇摇头机构电风扇摇头机构动画青岛科技大学专用 潘存云教授研制铰链四杆机构的名称铰链四杆机构的名称用两个用两个连架杆连架杆连架杆连架杆的运动性质的运动性质来的命名。来的命名。演化演化以曲柄为机架以曲柄为机架以曲柄为连杆以曲柄为连杆机构命名：机构命名：双曲柄机构双曲柄机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双摇杆机构双摇杆机构演化：演化：青岛科技大学专用 潘存云教授研制平面四杆机构的演化型式平面四杆机构的演化型式(1)(1)改变构件的形状和运动尺寸改变构件的形状和运动尺寸偏心曲柄滑块机构偏心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄滑块

9、机构曲柄滑块机构双滑块机构双滑块机构 正弦机构正弦机构可见，移动副可以认为是一种特殊的转动副，即转动中心在可见，移动副可以认为是一种特殊的转动副，即转动中心在无限远处的一个转动副。无限远处的一个转动副。青岛科技大学专用 潘存云教授研制(2)(2)改变运动副的尺寸改变运动副的尺寸(3)(3)选不同的构件为机架选不同的构件为机架偏心轮机构偏心轮机构导杆机构导杆机构314A2BC314A2BC曲柄滑块机构曲柄滑块机构转动导杆机构转动导杆机构曲柄滑块机构与偏心轮滑块机构是完全等效的！曲柄滑块机构与偏心轮滑块机构是完全等效的！各构件之间的相对运动没有改变，各构件的绝对运动被改变了。各构件之间的相对运动没

10、有改变，各构件的绝对运动被改变了。青岛科技大学专用 潘存云教授研制小型刨床小型刨床牛头刨床牛头刨床应用实例应用实例ABDCE123456ABDC1243C2C1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青岛科技大学专用 潘存云教授研制(3)(3)选不同的构件为机架选不同的构件为机架摇块机构摇块机构314A2BC导杆机构导杆机构314A2BC314A2BC曲柄滑块机构曲柄滑块机构ACB1234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青

11、岛科技大学专用 潘存云教授研制(3)(3)选不同的构件为机架选不同的构件为机架摇块机构摇块机构314A2BC导杆机构导杆机构314A2BC314A2BC曲柄滑块机构曲柄滑块机构314A2BC直动滑杆直动滑杆机构机构手摇唧筒手摇唧筒这种通过选择不同构件这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机作为机架以获得不同机构的方法构的方法机构的倒置机构的倒置BC3214AABC3214各构件的各构件的相对运动没有改变相对运动没有改变，各构件的各构件的绝对运动被改变了绝对运动被改变了。青岛科技大学专用 潘存云教授研制(4)(4)运动副元素的逆换运动副元素的逆换导杆机构导杆机构摇块机构摇块机构43213214椭

12、圆仪机构椭圆仪机构选择双滑块机构中的不同构件作为机架可得不同的机构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正弦机构32141234青岛科技大学专用 潘存云教授研制83 有关平面四杆机构的一些基本知识有关平面四杆机构的一些基本知识1.1.平面平面四杆机构四杆机构有曲柄的条件有曲柄的条件设设adadad，同理满足，同理满足杆长条件，杆长条件，且有：且有：da,db,dc可见可见周转副存在的周转副存在的条件条件：当当满足杆长条件满足杆长条件时，其时，其最短杆参与最短杆参与构成的转动副都是构成的转动副都是周转副周转副。d为最短杆为最短杆2个条件缺一不可！个条件缺一不可！ABCDabcd

13、ACBDadbc青岛科技大学专用 潘存云教授研制2.最短杆必须为最短杆必须为连架杆或机架。连架杆或机架。（曲柄：绕定轴旋转一周）（曲柄：绕定轴旋转一周）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，机构中存在周转副，即为最短杆两端的转动副。）（此时，机构中存在周转副，即为最短杆两端的转动副。）ABCDabcd 杆长条件杆长条件青岛科技大学专用 潘存云教授研制曲柄滑块机构曲柄的存在条件曲柄滑块机构曲柄的存在条件123L1L2对心式：对心式：L1 L2123L1L2e偏心式：偏心式：L1+e t t2 2 ,V ,V

14、1 1 90BCD90时，时，180-BCD180-BCDCDBAPPPt PnABCD当当BCDBCD最小或最大时，都有可能出现最小或最大时，都有可能出现minmin出现出现min的的位置一定是：位置一定是：主动件与机架共线两个位置之一。主动件与机架共线两个位置之一。min1,2min?青岛科技大学专用 潘存云教授研制由余弦定律有：由余弦定律有：BB1 1C C1 1D Darccosbarccosb2 2+c+c2 2-(d-a)-(d-a)2 2/2bc/2bc BB2 2C C2 2D Darccosbarccosb2 2+c+c2 2-(d+a)-(d+a)2 2/2bc/2bc若若

15、BB1 1C C1 1D90,D90,则则若若BB2 2C C2 2D90,D90,则则1 1BB1 1C C1 1D D2 2180-B180-B2 2C C2 2D DC2B21 1C1B1abcdminmin1,2minBB1 1C C1 1D,180-BD,180-B2 2C C2 2DDminmin2 2D注意：注意：机机构构的的传传动动角角，一一般般是是对对运运动动链链最最终终一一个个从从动动件件（执执行行构构件）来度量。件）来度量。出现出现min位置一定是：位置一定是：主动件与机架共线两处之一主动件与机架共线两处之一:青岛科技大学专用 潘存云教授研制P4.四杆机构的死点四杆机构的

16、死点摇杆为主动件，摇杆为主动件，且连杆与曲且连杆与曲柄两次共线柄两次共线时时，有：，有：此时，曲柄受力此时，曲柄受力P P的方向通过其的方向通过其回转中心，回转中心，机构不能运动机构不能运动（顶（顶死）！死）！避免措施：避免措施：两组机构死点错开排列，如两组机构死点错开排列，如火车轮机构火车轮机构;P此此2 2位置位置称其称其为：为：机构的机构的“死点死点”。minmin0 0靠靠飞轮的惯性飞轮的惯性（如内然机、缝纫机等）。（如内然机、缝纫机等）。AEDGBFCABEFDCG可可用用的的大大小小来来衡衡量量机机构传动力性能的好坏！构传动力性能的好坏！青岛科技大学专用 潘存云教授研制 5.铰链四

17、杆机构的运动连续性铰链四杆机构的运动连续性四杆机构的运动连续性四杆机构的运动连续性指连杆机构能否连续实现给定的各个位置。指连杆机构能否连续实现给定的各个位置。可行域：可行域：摇杆的运动范围。摇杆的运动范围。不可行域：不可行域：摇杆不能达到的区域。摇杆不能达到的区域。不能不能从一个可行域跳过不可行域运从一个可行域跳过不可行域运动到另一个可行域动到另一个可行域的连续运动的连续运动 错位不连续错位不连续错序不连续错序不连续设计连杆机构时，设计连杆机构时，应满足运动连续性条件。应满足运动连续性条件。CC1C2C1C2CADB 不能按不能按给定位置的顺序连续给定位置的顺序连续运动。运动。DAB1C1B2

18、C2B3C3DAB1C1B3C3B2C2青岛科技大学专用 潘存云教授研制84 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 1.连杆机构设计的基本问题连杆机构设计的基本问题 机构选型机构选型根据给定的运动要求选择机构的类型；根据给定的运动要求选择机构的类型；尺度确定尺度确定确定各构件的尺寸。确定各构件的尺寸。同时要满足其他辅助条件：同时要满足其他辅助条件：a)结构条件（如要求有曲柄、杆长比恰当等）结构条件（如要求有曲柄、杆长比恰当等）;b)动力条件（如动力条件（如minmin）;c)运动连续性条件等。运动连续性条件等。三类设计要求：三类设计要求：1)满足预定的运动规律。满足预定的运动规律。2)满足预定

19、的连杆位置要求。满足预定的连杆位置要求。3)满足预定的轨迹要求。满足预定的轨迹要求。基本问题：基本问题：青岛科技大学专用 潘存云教授研制飞机起落架飞机起落架函数机构函数机构ADCBBC要求两连架杆转角对应要求两连架杆转角对应要求两连架杆的转角要求两连架杆的转角满足函数满足函数 y=logxxy=logxABCD青岛科技大学专用 潘存云教授研制鹤式起重机鹤式起重机搅拌机构搅拌机构要求连杆上要求连杆上E点的轨迹点的轨迹为一条鹅卵石形曲线为一条鹅卵石形曲线要求连杆上要求连杆上E点的轨点的轨迹为一条水平直线迹为一条水平直线QABCDEQCBADE青岛科技大学专用 潘存云教授研制给定的设计条件：给定的设

20、计条件：1)几何条件几何条件（给定连架杆或连杆的位置）（给定连架杆或连杆的位置）2)运动条件运动条件（给定（给定K）3)动力条件动力条件（给定（给定minmin）设计方法：设计方法：解析法、图解法解析法、图解法平面四杆机构的图解法平面四杆机构的图解法ABCDabcd青岛科技大学专用 潘存云教授研制3.用作图法设计四杆机构用作图法设计四杆机构3.1按预定连杆位置设计四杆机构按预定连杆位置设计四杆机构a)给定连杆给定连杆BC的两组位置的两组位置B1C1B2C2AD固固定定铰铰链链A、D分分别别位位于于B1B2，C1C2连连线线的的垂垂直直平分线上；平分线上；b)给定连杆上铰链给定连杆上铰链BC的三

21、组位置的三组位置有无穷多组解。有无穷多组解。ADB1C1B2C2B3C3AD作作B B1 1B B2 2的垂直平分线的垂直平分线作作B B2 2B B3 3的垂直平分线的垂直平分线得交点得交点A A作作C C1 1C C2 2的垂直平分线的垂直平分线作作C C1 1C C2 2的垂直平分线的垂直平分线得交点得交点D DA A、D D即为所求；即为所求；则：则：有唯一解。有唯一解。且线上的任意位置都能满足设计要求。且线上的任意位置都能满足设计要求。例例 炉门设计炉门设计只要求讨论已知活动构件连杆三组以下给定位置的设计。只要求讨论已知活动构件连杆三组以下给定位置的设计。只要求讨论已知活动构件连杆三

22、组以下给定位置的设计。只要求讨论已知活动构件连杆三组以下给定位置的设计。青岛科技大学专用 潘存云教授研制青岛科技大学专用 潘存云教授研制ADBC机构的倒置原理机构的倒置原理铰链铰链B相对于铰链相对于铰链A的运动轨迹为一圆弧；的运动轨迹为一圆弧；反之，铰链反之，铰链A相对于铰链相对于铰链B的运动轨迹也是一个圆弧；的运动轨迹也是一个圆弧；同理：同理：铰链铰链C相对于铰链相对于铰链D的运动轨迹为一圆弧的运动轨迹为一圆弧,铰链铰链D相对于铰链相对于铰链C的运动轨迹也是一圆弧。的运动轨迹也是一圆弧。反转法反转法结论：结论：机构中各构件的相对运动与选择哪个构件作为机架无关。机构中各构件的相对运动与选择哪个

23、构件作为机架无关。青岛科技大学专用 潘存云教授研制22B2E2 11B1E13.2按两连架杆三组对应位置设计四杆机构按两连架杆三组对应位置设计四杆机构已知已知:机架长度机架长度d和两连架杆三组对应位置。和两连架杆三组对应位置。AdD1.任意选定构件任意选定构件AB的长度的长度B333E3B22.连接连接B2 E2、DB2的得的得B2 E2D ，3.绕绕D 将将B2 E2D旋转旋转1 1-2 2得得B2点；点；机构的倒置原理机构的倒置原理青岛科技大学专用 潘存云教授研制 321321AB3B2B1E3E2E1dDB2B33.2 按两连架杆三组对应位置设计四杆机构按两连架杆三组对应位置设计四杆机构

24、已知已知:机架长度机架长度d和两连架杆三组对应位置。和两连架杆三组对应位置。1.任意选定构件任意选定构件AB的长度的长度2.连接连接B2 E2、DB2的得的得B2 E2D ，4.连接连接B3 E3、DB3的得的得B3 E3D ，5.绕绕D将将B3E3D旋转旋转1 1-3 3得得B3点；点；3.绕绕D 将将B2 E2D旋转旋转1 1-2 2得得B2点；点；青岛科技大学专用 潘存云教授研制 321321AB1E3E2E1dDB3B2C1B2C2B3C33.2按两连架杆三组对应位置设计四杆机构按两连架杆三组对应位置设计四杆机构已知已知:机架长度机架长度d和两连架杆三组对应位置。和两连架杆三组对应位置

25、。1.任意选定构件任意选定构件AB的长度的长度2.连接连接B2 E2、DB2的得的得B2 E2D，3.绕绕D点旋转点旋转B2 E2D得得B2点；点；6.由由B1 B2 B3 三三点求圆心点求圆心C3。4.连接连接B3 E3、DB3的得的得B3 E3D ，5.绕绕D将将B3E3D旋转旋转1 1-3 3得得B3点；点；青岛科技大学专用 潘存云教授研制精品课件精品课件！青岛科技大学专用 潘存云教授研制精品课件精品课件！青岛科技大学专用 潘存云教授研制3.4按给定的行程速比系数按给定的行程速比系数K设计四杆机构设计四杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构计算计算180(K-1)/(K+1);180(K-1)/

26、(K+1);已已知知：摇摇杆杆CD杆杆长长，摆摆角角及及K，设设计此机构。步骤如下：计此机构。步骤如下：任取一点任取一点D D，作等腰三角形腰长，作等腰三角形腰长 为为CDCD，夹角为，夹角为;作作C2PC1C2，作，作C1P使使作作PP C1C2的外接圆，则的外接圆，则A A点必在此圆上。点必在此圆上。选定选定A A，设曲柄为，设曲柄为a a，连杆为，连杆为b b，则，则A A C1=a+b,=a+b,以以A A为圆心，为圆心，A A C2为半径作弧交于为半径作弧交于E,E,得：得：a=EC1/2 b=A b=A C1EC1/290-PAEC1C2A A C2=b-a=b-a，故有：，故有：a=(A A C1A A C2)/2D C2C1P=90,交于交于P;P;青岛科技大学专用 潘存云教授研制此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢