平面连杆机构教学课件PPT

第2章 平面连杆机构
主要内容
一、概述 二、铰链四杆机构的主要特性 三、铰链四杆机构的设计 四、铰链四杆机构的演化形式
教学重点
铰链四杆机构的主要特性 铰链四杆机构的设计
一、概述
1 铰链四杆机构
四个构件全部通过转动副连接的平面四杆机构称为平面铰链四 杆机构，简称铰链四杆机构，如图所示。
2Hale Waihona Puke B1 AC 3当曲柄AB匀速转动时，摇杆往复摆动的速度是否一致？
(1) 从动件极限位置
(2)急回运动特性分析
曲柄
行程1： AB1→AB2 工作行程
行程2：
空回行程
AB2→AB1
摇杆 C1D→C2D
C2D→C1D
Φ 1 > Φ 2 ，V2 > V1
总结：
①摇杆往复摆动的摆角相同，但曲柄转角不同(φ ②曲柄匀速转动, 摇杆往复摆动的速度是不同(V2
X : cos φ+ l2 cosδ= l4 + l3 cos ψ
Y： sin φ+ l2 sinδ= l3 sin ψ
消去δ：
cos

l42
l32 1 l22 2l4
l3
cos

l3 l4
cos(
)
令：
P0 l3
P1


l3 l4
P2

l42
l32 1 l22 2l4
2 导杆机构
已知：机架长度l4, K
分析： θ =ψ
设计步骤： （略）
二、按给定连杆位置设计四杆机构 已知：B1C1, B2C2, B3C3
三、按给定两连架杆对应位置设计四杆机构
已知：φ1，ψ1, φ 2 ，ψ 2, φ 3 ，ψ 3
设计四杆机构。
解：各杆件构成矢量封闭形：
a+b+c+d=0
设 l1 =1
3 死点位置
(2)死点的消除： 对从动曲柄施加外力；利用飞轮或自身惯性作用。
3
2
1
4
(3)死点的利用 工程实际中，如夹紧装置的防松、飞机起落架机构等。
B
2
F
1 C
A 4
工件
3 D
夹紧状态
D
C
A
B
飞机着陆状态
2-2 铰链四杆机构具有整转副的条件
1 铰链四杆机构的曲柄存在条件
曲柄的有无与机构中各构件相对尺寸的大小和哪个构件为机架有关。
D
4
4
固定构件4——机架；
构件1、3——连架杆；可以作整周回转时为曲柄，只能在小于360 度的某一范围内摆动为摇杆。
构件2——连杆。
2 铰链四杆机构的基本型式 曲柄摇杆机构，双曲柄机构，双摇杆机构
1 曲柄摇杆机构的急回运动特性
铰链四杆机构中，若AB为曲柄，CD为摇杆，形成曲柄摇杆机构。 如果曲柄为原动件，并以角速度ω 作匀速转动，摇杆为从动件。
1>φ 2)； > V1)。
急回运动特性
(3) 行程速度变化系数K： 衡量急回运动的相对程度。
K V2 C1C2/t 2 t1 1 180 V1 C1C2/t1 t2 2 180
整理可得
180 K 1
K 1
(4) 举例
导杆机构
思考题 牛头刨床为什么存在急回运动特性？
3 死点位置
目的：解决工程应用中机构出现 动不了的情况。
(1)死点： ①摇杆3为原动件； ②曲柄1为从动件； ③不计各构件的质量、惯性。
当 摇 杆 摆 到 C1D 和 C2D 位 置 时 ， 连 杆 2 与 曲 柄 1 共 线 ， 传 动 角 γ =0°，则此时连杆加给曲柄的力将通过铰链中心A，对A点不产 生力矩。因此，不能使曲柄转动这种位置称为死点。 ※死点的存在取决于从动件是否与连杆共线。 ※死点表现形式：从动件卡死或运动不确定现象。
C 2
B
1
a
A
b c3
d
D
4
4
如果AB为曲柄，则构件1和4必须能够实现拉直和重叠共线两个特殊位置，
此时各构件长度的关系应满足
图(b)中,
a+d≤b+c (1)
图(c)中， b≤d-a+c 即 a+b≤d+c (2)
c≤d-a+b
a+c≤b+d (3)
等号是极限情况， 此时ABCD变成一 条直线。
将式（1）（2）（3）每两式相加，化简得：
2 压力角与传动角
目的：定量衡量机构的传动性能 假设不计各构件质量和运动副中的摩擦。
F"
(1)压力角α ：
F与Vc所夹的锐角α称为压力角。
C
由图知， F’=Fcosα, F’’= Fsinα
B ω
分析：F一定时，压力角α越小，有效力 F’
A
D
越大，传动性能好。α=0°最好。
(2) 传动角γ ： 压力角的余角γ（连杆与从动摇杆之间所夹锐角）为传动角。 γ=90°－α
一、曲柄滑块机构
二、导杆机构
三、摇块机构和定块机构 四、双滑块机构
五、偏心轮机构
六、组合机构
2-4 平面四杆机构的设计
1 设计问题： 选型设计、运动设计、强度设计、结构设计
2 运动设计 （1）位置设计：按从动件的位置设计 （2）轨迹设计：按给定运动轨迹设计
一、按给定行程速比系数K设计 1 曲柄摇杆机构的急回运动设计
已知条件: (1)行程速比系数K (或极位夹角θ) (2)摇杆长度l3 (3)摇杆摆角ψ
设计铰链四杆机构
分析思路: 求解的参数：A，l1, l2, l4 设计步骤：
（1） 计算极位夹角θ
180 K 1
K 1
（2）选择比例u （3）任选D, 作C1D, C2D （4）C1M⊥C1C2 （5）∠ C1C2N=90°- θ （6）作PC1C2作外接圆，取点A（弧C1C2， EF外） （7）计算长度： l1=(AC2-AC1)/2 ， l2= (AC2+AC1)/2
cos P0 cos P1 cos( ) P2
代入已知条件：
分析：γ越大，传力性能越好，γ=90°最好。
F
vc
F′
2 压力角与传动角
(3)最小传动角γmin：
机构运转时γ是变化的，为了保证机构正常工作，必须规定γmin的下限。 设计四杆机构时，最小传动角γmin应满足：
①一般机构：γmin≥40°； ②大功率机械：γmin≥50°（鄂式破碎机，冲床）； ③小功率机械：γmin可略小于40°（控制机构、仪表）。
a≤b a≤c a≤d
1 铰链四杆机构的曲柄存在条件
分析上式，即可得到铰链四杆机构的曲柄存在条件： (1) 连架杆和机架中必有一杆为最短杆； (2) 最短杆和最长杆长度之和小于或等于其余两杆长 度之和。 上述两个条件必须同时满足才存在曲柄。
2-3 铰链四杆机构的演化
演化方式：移动副代替回转副，改变固定件，改变杆件长度，扩大回转副