《机械原理》连杆机构市公开课一等奖百校联赛获奖课件.pptx

第八章第八章 平面连杆机构平面连杆机构基本内容基本内容：1)平面连杆机构定义、类型及应用平面连杆机构定义、类型及应用；2)四杆机构四杆机构基本型式及演化基本型式及演化;3)平面四杆机构平面四杆机构基本特征基本特征;4)平面四杆机构平面四杆机构运动设计运动设计(尺寸综合尺寸综合)。连杆机构定义连杆机构定义：由若干个由若干个刚性构件用低副刚性构件用低副（转动副、移动副）（转动副、移动副）连接连接而成机构而成机构连杆机构，又称为低副机构。连杆机构，又称为低副机构。用四个转动副连接而成四杆机构用四个转动副连接而成四杆机构铰链四杆机铰链四杆机构构，是平面四杆机构中最基本形式，是平面四杆机构中最基本形式。连杆运行曲线形式主要取决与各构件相对长度连杆运行曲线形式主要取决与各构件相对长度改变。改变。第1页实际应用举例：实际应用举例：雷达天线俯仰机构雷达天线俯仰机构飞机起落架飞机起落架第2页连杆机构基本型式及演化连杆机构基本型式及演化1.曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构牛头刨床横向自动进给机构牛头刨床横向自动进给机构 构件构件2作作整周转动整周转动；构件构件4作作在一定范围内摆动在一定范围内摆动。第3页2.双曲柄机构双曲柄机构 两连架杆均可作整周转动四杆机构两连架杆均可作整周转动四杆机构。图图(a)：正平行四边形机构。连架杆正平行四边形机构。连架杆1、3均可均可作整周转动作整周转动；正平行四边形机构正平行四边形机构最大特点是曲柄转向及大小最大特点是曲柄转向及大小均相同均相同。图图(b)：确保运动确定性机构形式确保运动确定性机构形式(虚约束虚约束)。反平行四边形机构反平行四边形机构最大特点是曲柄转向及大小最大特点是曲柄转向及大小均不相同均不相同。P113 图图8-10(a)第4页3.双摇杆机构双摇杆机构 两连架杆均不两连架杆均不可作整周转动四杆可作整周转动四杆机构机构。与机架相连接与机架相连接构件只能作一定范构件只能作一定范围内摆动围内摆动。图示与连杆形图示与连杆形成转动副为摆转副。成转动副为摆转副。所以，所以，机构命名显然与活动构件运动形式相机构命名显然与活动构件运动形式相关关。形成运动方式与可运动构件转动范围、运动形成运动方式与可运动构件转动范围、运动形式相关形式相关(如：正、反平行四边形机构如：正、反平行四边形机构)。第5页平面四杆机构演化平面四杆机构演化 1.扩大转动副扩大转动副第6页2.转动副转动副移动副移动副图图(a)：对心曲柄滑块机构。对心曲柄滑块机构。偏距偏距 e 等于零等于零。滑块滑块 C 行程等于行程等于2 ；往返往返平均速度也相同。平均速度也相同。图图(b)：偏置曲柄滑块机构。偏置曲柄滑块机构。偏距偏距 e 不等于零不等于零。滑块滑块 C 行程不等行程不等2 ；往往返平均速度也不相同返平均速度也不相同。第7页3.取不一样构件为机架取不一样构件为机架 (1)曲柄滑块机构曲柄滑块机构 杆杆2长度长度杆杆1长度长度，形，形成转动导杆机构成转动导杆机构；杆杆2长度长度杆杆1长度长度，形，形成摆动导杆机构。成摆动导杆机构。P115 图图8-18，19转动导杆机构转动导杆机构曲柄摇块机构曲柄摇块机构移动导杆机构移动导杆机构第8页(2)曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 a)以杆以杆BC或或AD为机架为机架，得到，得到曲柄摇曲柄摇杆机构；图杆机构；图(a)(b)杆杆AB能够作整周转能够作整周转动，杆动，杆CD作一定范作一定范围内摆动。围内摆动。b)以杆以杆AB为机为机架架，得到双，得到双曲柄机构；曲柄机构；图图(c)杆杆BC、AD均均可作整周转动。可作整周转动。c)以杆以杆CD为机为机架，得到双架，得到双摇杆机构。摇杆机构。图图(d)杆杆BC、AD作作一定范围内摆动。一定范围内摆动。显然，显然，形成机构运动形式形成机构运动形式与取哪个构件为机架与取哪个构件为机架(固定构件固定构件)相关相关。第9页 双摇杆机构也可存在双摇杆机构也可存在周转副周转副。对于移动副而言，对于移动副而言，将移动副两元素包容关系将移动副两元素包容关系进行逆换，并不影响两构件间相对运动进行逆换，并不影响两构件间相对运动，却可形，却可形成不一样机构。成不一样机构。第10页平面四杆机构基本特征平面四杆机构基本特征 整转副整转副(曲柄曲柄)存在条件：存在条件：主要分析：主要分析：杆杆 能够整周转动条件能够整周转动条件。结论：结论：整转副整转副(曲柄曲柄)存在存在(必要必要)条件条件 1.最短杆是连架杆或机架最短杆是连架杆或机架。2.最短杆和最长杆之和小于等于其它两杆长度最短杆和最长杆之和小于等于其它两杆长度之和之和。杆杆 与杆与杆 两次两次共线后，形成两个三角共线后，形成两个三角形形()、()，可导出三个不等式，可导出三个不等式方便于分析方便于分析。第11页分析：分析：(充分条件充分条件)1)最短杆最短杆为为机架时，得到机架时，得到双曲柄机构双曲柄机构；2)最短杆对边最短杆对边为为机架时，得到机架时，得到双摇杆机构双摇杆机构；3)最短杆邻边最短杆邻边为为机架时，得到机架时，得到曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构。注意注意：若最短杆和最长杆之和若最短杆和最长杆之和大于大于其它两杆长度之其它两杆长度之和，不论取哪个构件作为机架，均为和，不论取哪个构件作为机架，均为双摇杆机构双摇杆机构。第12页例例1：已知已知 ,，为固定件。试求：为固定件。试求：1)假如该机构欲成为曲假如该机构欲成为曲柄摇杆机构，且柄摇杆机构，且 为曲柄，为曲柄，求求 值；值；2)假如该机构欲成为双假如该机构欲成为双曲柄机构，求曲柄机构，求 值；值；3)假如该机构欲成为双假如该机构欲成为双摇杆机构，求摇杆机构，求 值。值。第13页解解:(1)最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和，且杆长度之和，且AB为最短杆。为最短杆。(曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构)(2)最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和，且两杆长度之和，且AD为最短杆。为最短杆。(双曲柄机构双曲柄机构)1)若若BC为最长杆为最长杆2)若若AB为最长杆为最长杆结论结论：第14页(3)若欲成为若欲成为双摇杆机构双摇杆机构，则应分析两种情况，则应分析两种情况：1)机构各杆件长度满足机构各杆件长度满足“杆长之和条件杆长之和条件”，但，但以最短杆对边为机架；以最短杆对边为机架；2)机构各杆件长度不满足机构各杆件长度不满足“杆长之和条件杆长之和条件”。*本题只存在第二种情况本题只存在第二种情况。#：AB为最短杆为最短杆，BC为最长杆；为最长杆；#：AD为最短杆为最短杆，BC为最长杆；为最长杆；#：AD为最短杆为最短杆，AB为最长杆。为最长杆。装配条件装配条件：第15页结论：结论：(双摇杆机构双摇杆机构)AB杆取值范围杆取值范围：其它形式机构曲柄存在条件其它形式机构曲柄存在条件：曲柄滑块机构曲柄滑块机构AB杆为曲柄条件杆为曲柄条件：转动导杆机构转动导杆机构BC杆为曲柄条件：杆为曲柄条件：第16页例例2：在图示机构中，已知：在图示机构中，已知：杆长杆长，试求该机，试求该机构欲成为有曲柄存在机构时构欲成为有曲柄存在机构时 取值范围。取值范围。解：解：结论：结论：第17页例例3：习题集：习题集P49 题题8-2(3)机架为机架为c：(不满足必要条件不满足必要条件)装配条件：装配条件：满足必要条件满足必要条件(不满足充分条件不满足充分条件)：第18页急回特征急回特征 左上图为左上图为对心对心曲柄滑块机构曲柄滑块机构。完成行程完成行程H所所用平均时间相同用平均时间相同。左下列图为左下列图为偏偏置曲柄滑块机构置曲柄滑块机构。完成行程完成行程H所所用平均时间不相同，用平均时间不相同，所以所以必定含有急回必定含有急回特征特征。机构含有急回特征最大优点在于可降低辅助机构含有急回特征最大优点在于可降低辅助工作时间，以提升机械工作效率工作时间，以提升机械工作效率。第19页曲柄摇杆机构：曲柄摇杆机构：通常把从通常把从动件往复运动动件往复运动平均速度比值平均速度比值(大于大于1)，称为，称为行程速比系数，行程速比系数，用用K表示。表示。极位夹角计算：极位夹角计算：分析：分析：1)行程速比系数与极位夹角呈正百分比关系；行程速比系数与极位夹角呈正百分比关系；2)行程速比系数行程速比系数K值愈大，表示急回作用愈值愈大，表示急回作用愈显著，生产效率愈高显著，生产效率愈高。第20页压力角和传动角压力角和传动角 压力角压力角：在铰链四杆机构中，假如不考虑构：在铰链四杆机构中，假如不考虑构件惯性力和铰链中摩擦力，则原动件件惯性力和铰链中摩擦力，则原动件AB经过连杆经过连杆BC作用到从动件作用到从动件CD上力上力F作用线与力作用点作用线与力作用点C点点绝对速度绝对速度Vc所夹锐角称为压力角所夹锐角称为压力角。传动角传动角：压力角余角称为传动角：压力角余角称为传动角。第21页最小传动角位置分析最小传动角位置分析(曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构)图解法图解法关键在于找关键在于找到到主动件主动件(曲柄曲柄)与机与机架共线架共线两个两个位置。位置。1)若两个位置最小传动角均小于若两个位置最小传动角均小于 ，则最，则最小为机构最小传动角小为机构最小传动角 。2)若两个位置最小传动角之一为钝角时若两个位置最小传动角之一为钝角时，再确定机构最小传动角再确定机构最小传动角 。第22页最小传动角位置分析最小传动角位置分析(曲柄滑块机构曲柄滑块机构)用于牛头刨床主传动机构摆动导杆机构。若用于牛头刨床主传动机构摆动导杆机构。若不计摩擦损耗，则工作时不计摩擦损耗，则工作时其压力角等于零其压力角等于零(常数常数)。设计时必须同时考虑运动及动力特征设计时必须同时考虑运动及动力特征。偏置偏置曲柄滑块机构曲柄滑块机构摆动摆动导杆机构导杆机构第23页例例4:第24页第25页平面四杆机构设计平面四杆机构设计 机构设计亦称为：机构设计亦称为：运动综合运动综合。(不考虑构件本身不考虑构件本身强度、刚度及详细结构强度、刚度及详细结构)给定条件给定条件：(1)运动条件运动条件(通常为主要设计条件通常为主要设计条件)；(2)几何条件几何条件(设计后校核条件设计后校核条件)；(3)动力条件动力条件(设计后校核条件设计后校核条件)。设计结果设计结果：给出能够绘制机构运动简图数据给出能够绘制机构运动简图数据。1)固定铰链点相对坐标位置固定铰链点相对坐标位置；2)各杆长度各杆长度；3)相邻构件间运动副形式相邻构件间运动副形式。设计方法设计方法：图解法。图解法。学习重点学习重点 解析法、试验法。自学解析法、试验法。自学第26页 1)按行程按行程速比系数速比系数K设计设计 1.1 曲柄曲柄摇杆机构摇杆机构参见教材参见教材P132。第27页1.2 偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构第28页2)按给定连杆位置设计按给定连杆位置设计2.1 给定活动铰链给定活动铰链(B,C)第29页2.2 给定固定铰链给定固定铰链(A,D)第30页给定固定铰链给定固定铰链:第31页3)按给定连架杆对应位置设计按给定连架杆对应位置设计3.1 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构第32页3.2 偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构第33页例例5:拟设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆拟设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆 摆角摆角 ，机架，机架 试用试用图解法确定：图解法确定：(1)曲柄和连杆长度曲柄和连杆长度 ；(2)机构机构 。拟设计一偏置曲柄滑块机构。已知滑块行程拟设计一偏置曲柄滑块机构。已知滑块行程 ，偏距，偏距 ，试用图解法确定：，试用图解法确定：(1)曲柄和连杆长度曲柄和连杆长度 ；(2)曲柄为原动件时机构曲柄为原动件时机构 ；(3)滑块为原动件时机构死点位置。滑块为原动件时机构死点位置。第34页第35页