第08章 平面连杆结构及其设计.ppt
1第八章第八章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计81 连杆机构及其传动特点连杆机构及其传动特点82 平面四杆机构的类型和应用平面四杆机构的类型和应用83 平面四杆机构的基本知识平面四杆机构的基本知识84 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计2特征是：特征是：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(connecting rod)。1.定义：定义：平面连杆机构是由若干个构件通过平面低副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，（转动副和移动副）联接而构成的平面机构，又称又称平面低副机构平面低副机构。（连杆机构或称低副机构）（连杆机构或称低副机构）81 连杆机构连杆机构(linkages)及其传动特点及其传动特点32.连杆机构的特点连杆机构的特点（优缺点）（优缺点）优点：优点：采用采用低副低副：面接触、承载大、便于润滑、不易磨损，：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。形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。改变杆的改变杆的相对相对长度，从动件运动规律不同。长度，从动件运动规律不同。连杆曲线连杆曲线(coupler curve)丰富。可满足不同要求。丰富。可满足不同要求。缺点：缺点：构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低。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。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。设计复杂，难以实现精确的轨迹。43.分类分类: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(planar four-bar linkage)。平面连杆机构平面连杆机构空间连杆机构空间连杆机构4.命名（常以构件数命名）命名（常以构件数命名）四杆机构、多杆机构四杆机构、多杆机构5 基本型式基本型式铰链四杆机构铰链四杆机构，其它四杆机构都是由，其它四杆机构都是由它演变得到的。它演变得到的。名词解释：名词解释：曲柄曲柄(crank)作整周定轴回转的构件；作整周定轴回转的构件；连杆连杆(coupler)作平面运动的构件；作平面运动的构件；连架杆连架杆(side link)与机架相联的构件；与机架相联的构件；摇杆摇杆(rocker)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360 360 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。82 平面四杆机构的类型和应用平面四杆机构的类型和应用1.平面四杆机构的基本型式平面四杆机构的基本型式6（1 1）曲柄摇杆机构）曲柄摇杆机构(crank-rocker mechanism)特征：特征：曲柄摇杆曲柄摇杆作用：作用：将曲柄的整周连续回转转变为摇杆的将曲柄的整周连续回转转变为摇杆的往复摆动。往复摆动。82 平面四杆机构的类型和应用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平面四杆机构的三种基本型式7曲柄摇杆机构的应用曲柄摇杆机构的应用游梁式抽油机游梁式抽油机8（2 2）双曲柄机构）双曲柄机构 (double crank mechanism)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。9双曲柄机构的应用双曲柄机构的应用10ABCD特例特例：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，连杆作连杆作平动且始终与平动且始终与机架平行机架平行，两曲柄以，两曲柄以相同相同速度速度同向同向转动。转动。BC=ADBC11平行四边形机构的应用平行四边形机构的应用12反平行四边形机构反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。-车门开闭机构车门开闭机构反向反向FAEDGBCABEFDCG注：注：平行四边形机构在共线位置出平行四边形机构在共线位置出现运动不确定。现运动不确定。采用两组机构错开排列。采用两组机构错开排列。13（3 3）双摇杆机构）双摇杆机构(double crock mechanism)特征特征：两个摇杆两个摇杆14ABDCE特例：等腰梯形机构汽车转向机构特例：等腰梯形机构汽车转向机构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双摇杆机构的应用双摇杆机构的应用15(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机构曲柄滑块机构(slider-crank mechanism)双滑块机构双滑块机构 正弦机构正弦机构s=l sin l3.3.平面四杆机构的演化型式平面四杆机构的演化型式 16(2)(2)改变运动副的尺寸改变运动副的尺寸偏心轮机构偏心轮机构(eccentric mechanism)17(3)(3)选不同的构件为选不同的构件为机架（情况机架（情况1 1）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(guide bar mechanism)（导杆（导杆4作摆动）作摆动）（导杆（导杆4作转动）作转动）18牛头刨床牛头刨床(摆动导杆机构摆动导杆机构)应用实例应用实例:ABDC1243C2C119(3)(3)选不同的构件为选不同的构件为机架机架（情况二）（情况二）ACB1234导杆机构导杆机构314A2BC曲柄滑块机构曲柄滑块机构314A2BC曲柄摇块机构曲柄摇块机构314A2BC20应用实例应用实例:21(3)(3)选不同的构件为选不同的构件为机架机架（情况三）（情况三）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方法称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：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曲柄摇块机构曲柄摇块机构314A2BCABC321422椭圆仪机构椭圆仪机构实例：实例：选择双滑块机构中的不同构件选择双滑块机构中的不同构件 作为机架可得不同的机构作为机架可得不同的机构1234正弦机构正弦机构321423(4)(4)运动副元素的运动副元素的逆换逆换将低副两运动副元素的将低副两运动副元素的包容包容关系进行逆换，关系进行逆换，不影响不影响两两构件之间的构件之间的相对运动相对运动。导杆机构导杆机构4321摇块机构摇块机构3214两者运动特性相同两者运动特性相同2483 有关平面四杆机构的基本知识有关平面四杆机构的基本知识四杆机构丰富的运动轨迹四杆机构丰富的运动轨迹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有关平面四杆机构的基本知识26abdcCBADb(d a)+c则由则由BCD可得：可得：则由则由B”C”D可得：可得：a+d b+cc(d a)+bAB为最为最短短杆杆 a+b c+d83 有关平面四杆机构的基本知识有关平面四杆机构的基本知识1.1.平面四杆机构有曲柄的条件平面四杆机构有曲柄的条件C”abdcADd-a设设adad，同理有：，同理有：da,db,dcAD为最为最短短杆杆将以上三式两两相加得：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连架杆或机架之一为最短杆。最短杆。可知：可知：当满足杆长条件时，其当满足杆长条件时，其最短杆最短杆参与构成的转动参与构成的转动副副都是都是周转副。周转副。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。ABCDabcd28（1 1）当满足杆长条件时，说明存在周转副，当选择当满足杆长条件时，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：不同的构件作为机架时，可得不同的机构。如：分析说明分析说明（判断机构类型的步骤）（判断机构类型的步骤）（2 2）当不满足杆长条件时，无周转副，此时无论取哪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。一杆件为机架，均为双摇杆机构。29 例例 已知铰链四杆机构已知铰链四杆机构ABCD，其中，其中AB=20mm，BC=50mm，CD=40mm,AD为机架。改变为机架。改变AD杆长，分杆长，分析机构的类型变化。析机构的类型变化。30解解：若若0AD20，若存在曲柄，则有，若存在曲柄，则有AD+BC AB+CD，即即AD+50 40+20，得，得0AD 10，可见，可见AD最短，且为最短，且为机架，所以为双曲柄。若不存在曲柄，则有机架，所以为双曲柄。若不存在曲柄，则有AD+BC AB+CD，即，即AD+50 40+20，得，得AD 10，即，即10AD 20，时为双摇杆机构。，时为双摇杆机构。若若20AD50，若存在曲柄，则有，若存在曲柄，则有AB+BC AD+CD，即即20+50 40+AD，得，得30 AD 50，AB最短，为连架最短，为连架杆，为曲柄摇杆机构。若不存在曲柄，则有杆，为曲柄摇杆机构。若不存在曲柄，则有AB+BC AD+CD，即，即20+50 40+AD，得，得 20AD30，为双摇杆机构。为双摇杆机构。313.若若 5 0 A D 11 0，若 存 在 曲 柄，则 有，若 存 在 曲 柄，则 有 A B+A D BC+CD，即，即20+AD 50+40，得，得50 AD 70，AB最最短，为连架杆，为曲柄摇杆机构。若不存在曲柄，则短，为连架杆，为曲柄摇杆机构。若不存在曲柄，则有有AB+AD BC+CD，即，即20+AD 50+40，得，得 70AD110，为双摇杆机构。，为双摇杆机构。综上所述得：综上所述得：（）（）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 0 10 30 70 110 mm32曲柄滑块机构存在曲柄的条件：曲柄滑块机构存在曲柄的条件：u对心曲柄滑块机构：对心曲柄滑块机构：L1L2 （L1-曲柄长度，曲柄长度，L2-连杆长度）连杆长度）u偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构：L1+ett2 2摇杆的这种特性称为摇杆的这种特性称为急回运动急回运动(quick-return motion)。称称K为为行程速比系数行程速比系数(advance-to return-time ratio)。21221121180180VC CtKVC Ct 2)2)且且越大，越大，K值越大，急回性质越明显。值越大，急回性质越明显。说明说明:1)1)只要只要 0，就有就有 KK1，存在急回运动。存在急回运动。11180KK 3)3)设计设计新新机械时，往往先给定机械时，往往先给定K值，于是值，于是:/)180(2t/)180(1t112112/(180)VC CtC C 212212/(180)VC CtC C V V2 2 V V1 137对心曲柄滑对心曲柄滑块机构块机构00，没有急回运没有急回运动动偏置曲柄滑偏置曲柄滑块机构块机构0 0，有急回，有急回运动运动曲柄滑块机构曲柄滑块机构的急回特性的急回特性 38注意急回特性的方向性：注意急回特性的方向
