连杆机构资料.pptx

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1、1 1、铰链四杆机构如何分类？在什么样的条件、铰链四杆机构如何分类？在什么样的条件下才具有曲柄？下才具有曲柄？2 2、导杆机构与滑动机构的成立条件及其应用。、导杆机构与滑动机构的成立条件及其应用。重点重点第1页/共75页一、平面连杆机构一、平面连杆机构应用实例应用实例：二、定义二、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。开开窗窗户户支支撑撑、公公共共汽汽车车开开关关门门、折折叠叠伞伞、折折叠叠床床、单单车车制动操作机构等。制动操作机构等。概述概述第2页/共75页平面连杆机构平面连杆机构铰链四杆机构滑动四杆机构(低副低副)(全部用回转副回转副)(移动

2、副移动副)第3页/共75页331 铰链四杆机构的类型和应用第4页/共75页机架机构的固定件曲柄作整周定轴回转的构件；摇杆仅能在某一角度摆动的连架杆；连架杆与机架直接联接的构件；连杆不与机架直接联接的构件；见仿真动画见仿真动画 (四杆机构形式四杆机构形式/曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构)第5页/共75页铰链四杆机构的基本类型（1 1）曲柄摇杆机构 (一个为曲柄，另一个为摇杆)（2 2）双曲柄机构 (两连架杆均为曲柄)（3 3）双摇杆机构 (两连架杆均为摇杆)按连架杆是曲柄还是摇杆，将其分为三种基本形式：见仿真动画见仿真动画(四杆机构形式四杆机构形式)请各举例说明第6页/共75页一、曲柄摇杆机构作用：将

3、曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。或者,将摇杆的往复摆动转变为曲柄的整周回转。第7页/共75页作者：潘存云教授二、二、双曲柄机构双曲柄机构作用：将等速回转转变为等速或变速回转。应用实例：第8页/共75页作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授三、三、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：见仿真动画见仿真动画第9页/共75页332铰链四杆机构存在曲柄的条件第10页/共75页铰链四杆机构中是否存在曲柄，取决于机构各杆的相对长度 和 机架的选择。第11页/共75页最短杆与最长杆长度之和其余两杆长度之和。曲柄存在的一个必要条件是：杆长之和条件杆长之和条件见仿真动

4、画见仿真动画第12页/共75页1）双曲柄机构满足杆长之和条件，且最短杆为机架。2）曲柄摇杆机构满足杆长之和条件，且最短杆的相邻 杆为机架。3）双摇杆机构不满足杆长之和条件，或者最短杆对面 的杆为机架第13页/共75页注意注意平行四边形和反向平行四边形机构都是双曲柄机构的特例。平行四边形机构的动画：平行四边形机构的动画：仿真动画（平面机构仿真动画（平面机构/机构自由度机构自由度/虚约束）虚约束）第14页/共75页反向平行四边形机构的动画：见连杆机构动画第15页/共75页作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授反平行四边形机构反平行四边形机构-车门开闭机构反向反向第16页/共75页铰链四杆

5、机构类型的判定：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(下图的铰链四杆机构均满足杆长之和条件)第17页/共75页根据各杆尺寸和以AD边为机架，指出各铰链四杆机构的名称。a双曲柄机构 b.c 曲柄摇杆机构 d.双摇杆机构 e.曲柄摇杆机构 f.平行双曲柄机构 g.反向双曲柄机构 第18页/共75页习题习题3 3第19页/共75页各杆长度为a=25mm，b=90mm，c=75mm，d=100mm，试求：1）若杆AB是机构的主动件，AD为机架，是什么类型的机构？2）若杆BC是机构的主动件，AB为机架，是什么类型的机构？3）若杆BC是机构的主动件，CD为机架

6、，是什么类型的机构？1）若杆AB是机构的主动件，AD为机架，因为lAB+lAD=(25+100)mm=125mmlBC+lCD=(90+75)mm=165mm满足杆长之和条件，主动件AB为最短构件，AD为机架将得到曲柄摇杆机构；2）同上，机构满足杆长之和条件；AB为最短构件为机架，与其相连的构件BC为主动件将得到双曲柄机构；3）若杆BC是机构的主动件，CD为机架，将得到双摇杆机构。第20页/共75页 【例例1-2-1】在在图图所所示示四四铰铰链链机机构构中中，已已知知：b50mm，c35 mm，d30mm，AD为固定件。为固定件。(1)如果能成为曲柄摇杆机构，且如果能成为曲柄摇杆机构，且AB是

7、曲柄，求是曲柄，求a的极限值。的极限值。(2)如果能成为双曲柄机构，求如果能成为双曲柄机构，求a的取值范围。的取值范围。(3)如果能成为双摇杆机构，求如果能成为双摇杆机构，求a的取值范围。的取值范围。503530第21页/共75页 (1)如果能成为曲柄摇杆机构，且如果能成为曲柄摇杆机构，且AB是曲柄，求是曲柄，求a的极限值。的极限值。503530曲柄摇杆机构满足“杆长之和条件”，且最短杆 的邻杆为机架，即AB应为最短杆。杆长之和条件：b+ac+d 50+a35+30 a15 AB为最短杆：a30mm 结果：结果：a a15mm15mm 第22页/共75页5035302)如果能成为双曲柄机构，求

8、如果能成为双曲柄机构，求a的取值范围。的取值范围。双曲柄机构满足“杆长之和条件”，且最短杆为机架，即AD应为最短杆。AD为最短杆：a 30mm 杆长之和条件：分别考虑a和b为最长杆时的情况 a50 时，BC为最长杆，应满足b+dac50+30a+35所以 a45 mm45mma50mm a50时，AB为最长杆，应满足 a+db+c a+3050+35所以a55 mm 50 mma55mm将两种情况下得出的结果综合，即得 45 mma55 mm 第23页/共75页5035303)如果能成为双摇杆机构，求如果能成为双摇杆机构，求a的取值范围。的取值范围。双摇杆机构不满足“杆长之和条件”；或最短杆的

9、对面杆为机架，由图知此条件不成立。不满足“杆长之和条件”：最短杆与最长杆之和其余两杆之和。应分情况讨论a、b、d哪个为最长杆和最短杆的问题第24页/共75页503530不满足“杆长之和条件”：最短杆与最长杆之和其余两杆之和。应分情况讨论a为最长杆或最短杆或中间杆的问题第25页/共75页这时，需按下述三种情况加以讨论：这时，需按下述三种情况加以讨论：a a30mm30mm时，时，ABAB为最短杆，为最短杆，BCBC为最长杆，为最长杆，则应有则应有 a a+b bc c+d d a a+50+5035+30 35+30 所以所以 a a 45 mm 45 mm 15mm15mma a30mm 30

10、mm(a)(a)505035353030 50 mm 50 mma a30 mm30 mm时，时，ADAD为最短杆，为最短杆，BCBC为最长杆，则应有为最长杆，则应有 d+bd+ba a+c c30+5030+50a a+35+35 所以所以 a a 15mm 15mm 30mm30mma a45mm 45mm(b)(b)第26页/共75页 a50mm时，时，AB为最长杆，为最长杆，AD为最短杆，则应有为最短杆，则应有 a+db+ca+3050+35 所以所以 a55mm 另另外外，还还应应考考虑虑到到BC与与CD杆杆延延长长成成一一直直线线时时，需需满满足足三三角角形的边长关系形的边长关系(

11、一边小于另两边之和一边小于另两边之和)，即即 ab+c+d=50+35+30 所以所以 a115mm即即 55 mm55 mma a115 mm 115 mm(c)503530第27页/共75页 将不等式将不等式(a)和和(b)加以综合，并考虑到式加以综合，并考虑到式(c)，得出，得出a的的取值范围应为取值范围应为 15 mma45mm55 mma115mm 15mm15mma a30mm 30mm 30mm30mma a45mm 45mm 55 mm55 mma a115 mm 115 mm(a)(b)(c)第28页/共75页训练：习题训练：习题4某铰链四杆机构中，已知两连架杆的长度lAB8

12、0，lCD120和连杆长度lBC150。试讨论：当机架lAD的长度在什么范围时，可以获得曲柄摇杆机构、双曲柄机构或双摇杆机构。15012080第29页/共75页 (1)曲柄摇杆机构满足“杆长之和条件”，且最短杆 的邻杆为机架，即AB应为最短杆，即AD 80mm。杆长之和条件：15012080 AD 150 时，BC为最长杆应满足150+80120+AD 所以 AD 110 AD150时，AD为最长杆，应满足 AD+80150+120 AD190所以AD190 mm110 mm AD190mm第30页/共75页 (2)双曲柄机构满足“杆长之和条件”，且最短杆 为机架，即AD 80mm。杆长之和条

13、件：15012080150+AD120+80 所以 AD 50 mm AD50mm第31页/共75页 (3)双摇杆机构不满足“杆长之和条件”，或最短杆对面的杆为机架，此条件不成立。15012080不满足“杆长之和条件”：最短杆与最长杆之和其余两杆之和。应分别讨论AD为最长杆或最短杆或中间杆的三种情况第32页/共75页这时，需按下述三种情况加以讨论：这时，需按下述三种情况加以讨论：AD80mm时，时，AD为最短杆，为最短杆，BC为最长杆，为最长杆，则应有则应有 AD+15080+120 所以所以 50mm50mmADAD80mm 80mm(a)150 mmAD80 mm时，时，AB为最短杆，为最

14、短杆，BC为最长杆，则应有为最长杆，则应有 80+150120+ADAD 110 AD50 mm 80mmAD80mmAD110mm 110mm(b)15012080所以第33页/共75页 AD150mm时，时，AD为最长杆，为最长杆，AB为最短杆，则应有为最短杆，则应有 AD+80150+120AD190mm 所以所以 AD190mm 另另外外，还还应应考考虑虑到到AB、BC杆杆延延长长成成一一直直线线时时，需需满满足足三三角角形的边长关系形的边长关系(一边小于另两边之和一边小于另两边之和)，即即 AD80+150+120 所以所以 AD350mm即即 190 mm190 mma a350

15、mm 350 mm(c)15012080第34页/共75页 将不等式将不等式(a)和和(b)加以综合，并考虑到式加以综合，并考虑到式(c)，得出，得出AD的取值范围应为的取值范围应为 50 mmAD110mm190 mmAD350mm(a)(b)(c)50mm50mmADAD80mm 80mm 80mmAD80mmAD110mm 110mm 190 mm190 mma a350 mm 350 mm 第35页/共75页221-2 1-2 滑动四杆机构滑块导杆第36页/共75页平面连杆机构平面连杆机构铰链四杆机构滑块四杆机构(低副低副)(全部用回转副回转副)(移动副移动副)第37页/共75页1、曲

16、柄滑块机构、曲柄滑块机构滑块沿机架作移动滑块沿机架作移动仿真：仿真：双缸压气机双缸压气机 /压力机工作机构压力机工作机构第38页/共75页滑块只绕其中心滑块只绕其中心固定铰链摆动固定铰链摆动2、曲柄摇块机构、曲柄摇块机构第39页/共75页4、定块机构、定块机构（移动导杆机构）（移动导杆机构）滑块被固定滑块被固定第40页/共75页4、转动导杆机构（回转）、转动导杆机构（回转）此时机架长度小于曲柄长度此时机架长度小于曲柄长度此时机架长度小于曲柄长度此时机架长度小于曲柄长度滑块既移动又转动，导杆作滑块既移动又转动，导杆作整周转动。整周转动。滑块既移动又转动，导杆作滑块既移动又转动，导杆作摆动。摆动。

17、5、摆动导杆机构、摆动导杆机构见仿真动画见仿真动画第41页/共75页重点：摆动或转动导杆机构成立的条件第42页/共75页摆动或转动摆动或转动导杆机构成立的条件导杆机构成立的条件有曲柄，该有曲柄，该机构是机构是摆动摆动导杆机构。导杆机构。有曲柄，该有曲柄，该机构是机构是转动转动导杆机构。导杆机构。有曲柄，该有曲柄，该机构是机构是转动转动导杆机构。导杆机构。曲柄长度机架长度时，为摆动导杆机构曲柄长度机架长度时，为摆动导杆机构 曲柄长度曲柄长度机架长度时，为转动导杆机构机架长度时，为转动导杆机构第43页/共75页其余4、双滑块机构第44页/共75页其余5、偏心轮机构第45页/共75页其余6、多杆机构

18、第46页/共75页a.曲柄滑块机构 b.摆动导杆机构 c.回转导杆机构 d.摇块机构 e.定块机构 判断机构类型第47页/共75页作业_习题5和习题6第48页/共75页 3-5 平面四杆机构的一些主要特性：1急回特性第49页/共75页曲柄AB转动一周的过程中，两次与连杆BC共线。在这两个位置，摇杆CD的位置C1D和C2D分别为两个极限位置。摇杆在两极限位置间的夹角 称为摇杆的摆角,曲柄AB在这两个位置之间的夹角为极位夹角。第50页/共75页 1=180+2=180-令摇杆自C1D摆至C2D为工作行程，这时铰链C的平均速度是V1=C1C2/t1；摆杆自C2D摆回至C1D为空回行程，这时C点的平均

19、速度是V2=C1C2/t2，因V1V2，表明摇杆具有急回运动的特性。牛头刨床、往复式运输机等机械利用这种急回特性来缩短非生产时间，提高生产率。摆动导杆机构摆动导杆机构牛头刨床牛头刨床第51页/共75页急回运动特性可用行程速比系数K 表示，即极位夹角 越大，K 值越大，急回运动的性质也越显著。但机构运动的平稳性也越差。因此在设计时，应根据其工作要求，恰当地选择K 值，在一般机械中 1K2。第52页/共75页2 压力角和传动角第53页/共75页 P 在 vc 方向的分力为 P cos，它使从动件产生有效的回转力矩。连杆作用于从动摇杆上的力 P 沿 BC方向。常用压力角的余角 来衡量机构传力性能的好

20、坏，称为传动角。显然 值越大越好，理想情况是 =90。驱动力 P 与该力作用点速度vc 之间夹角 称为压力角。而P 在垂直于vc方向的分力Pn=P sin 为无效分力，它增加了从动件转动时的摩擦阻力。因此，压力角 越小，机构的传力性能越好，理想情况是=0。第54页/共75页传动角的极限位置摇杆的极限位置摇杆的极限位置第55页/共75页在在机机构构设设计计中中，越越小小，越越大大，则则F的的有有效效分分力力Fcos亦亦越越大大，机机构构传传力力性性能能越越好好；反反之之，越越大大，越越小小，机机构构传传力力越越困困难难。因因此此，传传动动角角r的的理理想想值值应应保保持持在在接接近近最最大大值值

21、90附附近近。为为了了保保证证机机构构传传动动性性能能良良好好，设设计计时时通通常常应应使使最最小小传传动动角角min40，传传递递大大功功率率时时，min50。第56页/共75页3 死点位置 见动画：连杆机构见动画：连杆机构/曲曲柄摇杆机构柄摇杆机构机构处于压力角机构处于压力角 =90（传动角（传动角 =0）的位置，此时驱动力的有效力为）的位置，此时驱动力的有效力为0。此力对。此力对A点不产生力矩，因此不能使点不产生力矩，因此不能使曲柄转动。机构的这种位置称为死点位曲柄转动。机构的这种位置称为死点位置。死点位置会使机构的从动件出现卡置。死点位置会使机构的从动件出现卡死或死或运动不确定运动不确

22、定的现象。这种缺陷可利的现象。这种缺陷可利用回转机构的用回转机构的惯性惯性或添加辅助机构来克或添加辅助机构来克服。如家用缝纫机的脚踏机构，利用皮服。如家用缝纫机的脚踏机构，利用皮带轮的惯性作用使机构能通过死点位置。带轮的惯性作用使机构能通过死点位置。第57页/共75页死点位置的积极作用见动画：连杆机构/四杆机构/曲柄摇杆机构/夹具第58页/共75页习题7第59页/共75页 3-6 平面四杆机构的设计 1、按照给定连杆的几个位置设计铰链四杆机构第60页/共75页2 按照给定的行程速比系数K设计四杆机构设已知摇杆CD的长度lCD，摆角，行程速比系数k。试设计该机构。第61页/共75页习题8:已知机

23、构行程速度变化系数k1.25，摇杆长度lCD400mm,摆角30，机架处于水平位置。试用图解法设计一个曲柄摇杆机构，并且检验机构的min。第62页/共75页设计一摆动导杆机构，已知摆动导杆机构的机架长度d=450mm，行程速比系数K=1.40。第63页/共75页解：作图法：解：作图法：1）计算导杆两极限位置夹角；）计算导杆两极限位置夹角；2）选定）选定D点，作点，作mDn=，再作其等分角线再作其等分角线DP，见题解图；，见题解图；3）选定比例尺）选定比例尺在分角线上量取，得到曲柄回转中心在分角线上量取，得到曲柄回转中心A；4）过）过A点作导杆任一极限位置的垂直线点作导杆任一极限位置的垂直线AC

24、1，则该线段即为所求曲柄长度则该线段即为所求曲柄长度第64页/共75页习题9习题10第65页/共75页设计一刨床的主传动机构 第66页/共75页已知：主动曲柄绕轴心O2作等速回转，从动件滑枕作往复移动，刨头行程为300mm，行程速比系数K=2，O2O3=150；L2=210。（要点：a.画出该连杆机构的运动简图；b.确定该机构的几何尺寸。）3003006060150150210210曲柄曲柄AB1=75AB1=75；导杆；导杆CD=H=300CD=H=300第67页/共75页设计一炉门启闭机构 第68页/共75页加热炉门启闭时的两个位置如图所示（实线和虚线两个位置）。加热炉门启闭时的两个位置如

25、图所示（实线和虚线两个位置）。设计一铰链四杆机构来控制炉门的启闭动作。炉门上两铰链中心设计一铰链四杆机构来控制炉门的启闭动作。炉门上两铰链中心B、C之间的距离为之间的距离为200mm，与机架相联接的铰链，与机架相联接的铰链A、D安置在安置在yy轴上，其相应位置的尺寸如图所示。试确定此机构的尺寸。轴上，其相应位置的尺寸如图所示。试确定此机构的尺寸。动画动画:四杆机构四杆机构/双摇杆机构双摇杆机构第69页/共75页习题6-9可借助软件画二维草图并测量得出.如习题8,作图步骤见下图示第70页/共75页C CD DDDC CA AD DDDD DDDC CA AD DDDC CA A第71页/共75页D DDDC CA A最后算出连杆487.41;曲柄60.54第72页/共75页习题6的示意图第73页/共75页习题第6题结果为:连杆长120.15;曲柄49.31第8题结果为:连杆487.41;曲柄60.54第9题结果为:连杆长46.52;曲柄21.51第10题结果为:导杆CD=-300;曲柄AB=75第74页/共75页感谢您的观看！第75页/共75页