第八章 平面连杆机构及其设计 §8-1 连杆机构及其传动特点 §8-2 平面四杆机构的类型和应用 §8-3 平面四杆机构的基本知识

Presentation on theme: "第八章 平面连杆机构及其设计 §8-1 连杆机构及其传动特点 §8-2 平面四杆机构的类型和应用 §8-3 平面四杆机构的基本知识"— Presentation transcript:

1 第八章 平面连杆机构及其设计 §8-1 连杆机构及其传动特点 §8-2 平面四杆机构的类型和应用 §8-3 平面四杆机构的基本知识
第八章 平面连杆机构及其设计 §8-1 连杆机构及其传动特点 §8-2 平面四杆机构的类型和应用 §8-3 平面四杆机构的基本知识 §8-4 平面四杆机构的设计 §8-5 多杆机构 返回

2 §8-1 连杆机构及其传动特点 1.应用举例 契贝谢夫四足步行机构（图片、动画） 2.连杆机构 例 铰链四杆机构 曲柄滑块机构 摆动导杆机构
§8-1 连杆机构及其传动特点 1.应用举例 契贝谢夫四足步行机构（图片、动画） 2.连杆机构 例 铰链四杆机构 曲柄滑块机构 摆动导杆机构 此类机构的共同特点： 故此类机构统称为连杆机构。 机构的原动件1和从动件3的运动都需要经过连杆2来传动。 机构中的运动副一般均为低副。 故此类机构也称低副机构。 连杆机构常用其所含的杆数而命名， 连杆机构中的构件多呈现杆的形状， 故常称构件为杆。 故有四杆机构、六杆机构等。

3 惯性力难以平衡，动载荷大，不宜用于高速运动；
连杆机构及其传动特点(2/2) 3.传动特点 优点： 运动副一般为低副； 构件多呈现杆的形状； 可实现多种运动变换和运动规律； 连杆曲线形状丰富，可满足各种轨迹要求。 缺点： 运动链长，累积误差大，效率低； 惯性力难以平衡，动载荷大，不宜用于高速运动； 一般只能近似满足运动规律要求。

4 §8-2 平面四杆机构的类型和应用 1.四杆机构的类型 （1）基本型式 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构 平行四边形机构
§8-2 平面四杆机构的类型和应用 1.四杆机构的类型 （1）基本型式 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构 平行四边形机构 逆平行四边形机构 铰链四杆机构 等腰梯形机构 （2）演化形式 其他型式的四杆机构可以认为是由基本型式的四杆机构演化 而来的， 其演化方法有： 1）改变构件的形状及运动尺寸 2）改变运动副的尺寸

5 3）选用不同的构件为机架 （即机构的倒置） 例 铰链四杆机构的倒置 曲柄滑块机构的倒置 双滑块机构的倒置 4）运动副元素的逆换
平面四杆机构的类型和应用(2/2) 3）选用不同的构件为机架 （即机构的倒置） 例 铰链四杆机构的倒置 曲柄滑块机构的倒置 双滑块机构的倒置 4）运动副元素的逆换 2.四杆机构的应用 （1）基本型式四杆机构的应用 （2）演化型式四杆机构的应用

6 §8-3 平面四杆机构的基本知识 1.铰链四杆机构有曲柄的条件 （1）周转副的条件 最短杆长度＋最长杆长度≤其余两杆长度之和；
§8-3 平面四杆机构的基本知识 1.铰链四杆机构有曲柄的条件 （1）周转副的条件 最短杆长度＋最长杆长度≤其余两杆长度之和； 组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆。 其中第一个条件称为杆长条件。 （2）铰链四杆机构有曲柄的条件 各杆长度应满足杆长条件； 最短杆为连架杆或机架。 例1 铰链四杆机构 1）各杆长度满足杆长条件 2）各杆长度不满足杆长条件

7 此时不论以何杆为机架，机构均为双摇杆机构。 如果各杆长度不满足杆长条件， 则机构无周转副，
平面四杆机构的基本知识(2/5) 结论： 当最短杆为连架杆时， 如果铰链四杆机构各杆长度满足杆长条件， 则机构为双曲柄机构； 则机构为曲柄摇杆机构； 当最短杆为机架时， 当最短杆的相对杆为机架时， 机构为双摇杆机构。 此时不论以何杆为机架，机构均为双摇杆机构。 如果各杆长度不满足杆长条件， 则机构无周转副， 例2 偏置曲柄滑块机构 偏置曲柄滑块机构有曲柄的条件： 最短杆长度＋偏距≤连杆的长度； 连架杆为最短杆。 对心曲柄滑块机构有曲柄的条件： 最短杆长度≤连杆的长度； 连架杆为最短杆。

8 当主动件曲柄等速转动时，从动件摇杆摆回的平均速度大于 摆出的平均速度，摇杆的这种运动特性称为急回运动。
平面四杆机构的基本知识(3/5) 2.急回运动和行程速比系数 （1）急回运动 当主动件曲柄等速转动时，从动件摇杆摆回的平均速度大于 摆出的平均速度，摇杆的这种运动特性称为急回运动。 （2）行程速比系数K v2 v1 K = 180 ＋θ 180 －θ = 结论 当机构存在极位夹角θ 时，机构便具有急回运动特性； 且θ 角越大，K值越大，机构的急回性质也越显著。 例1 牛头刨床机构 例2 对心曲柄滑块机构 例3 偏置曲柄滑块机构

9 连杆BC与从动件CD之间所夹的锐角γ 称为四杆机构在此位置 的传动角。 且 γ ＝90°－ α ≤90°
平面四杆机构的基本知识(4/5) 3．四杆机构的传动角 连杆BC与从动件CD之间所夹的锐角γ 称为四杆机构在此位置 的传动角。 且 γ ＝90°－ α ≤90° 为了保证机构传力性能良好， 应使γmin≥40 ～50°。 最小传动角的确定： 对于曲柄摇杆机构， γmin出现在主动件 曲柄与机架共线的两位置之一。 4.死点 对于曲柄摇杆机构，以摇杆CD为主动件，则当连杆与从动件 曲柄共线时，机构的传动角γ＝0°， 这时主动件CD 通过连杆作 用于从动件AB上的力恰好通过其回转中心，出现了不能使构件AB 转动的“顶死” 现象， 机构的这种位置称为“死点”。 例1 曲柄摇杆机构 例2 曲柄滑块机构 例3 摆动导杆机构

10 1）利用安装飞轮加大惯性的方法，借惯性作用使机构闯过死 点。
平面四杆机构的基本知识(5/5) （1）克服死点的方法 1）利用安装飞轮加大惯性的方法，借惯性作用使机构闯过死 点。 2）采用将两组以上的同样机构组合使用，且使各组机构的死 点位置相互错开排列的方法。 （2）死点的应用 例1 飞机起落架收放机构 例2 折叠式桌的折叠机构 5．连杆机构的运动连续性

11 §8-4 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是根据给定的要求选定机构的型式，
§8-4 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是根据给定的要求选定机构的型式， 确定各构件的尺寸，同时还要满足结构条件、动力条件和运动连 续条件等。 （1）满足预定的运动规律的要求 例1 流量指示机构 例2 牛头刨床机构 即满足两连架杆预定的对应位置要求 （又称实现函数的问题)； 满足给定行程速比系数K的要求等。 （2）满足预定的连杆位置要求 即要求连杆能占据一系列预定位置 （又称刚体导引问题）。 例1 小型电炉炉门的开闭机构

12 即要求在机构的运动过程中，连杆上某些点的轨迹能满足预 定的轨迹要求。
平面四杆机构的设计(2/6) （3）满足预定的轨迹要求 即要求在机构的运动过程中，连杆上某些点的轨迹能满足预 定的轨迹要求。 例1 鹤式起重机 例2 搅拌机构 连杆机构的设计方法有： 图解法、解析法和实验法。 2. 用解析法设计四杆机构 （1）按预定的运动规律设计 1）按预定的两连架杆对应的位置设计 例1 2）按期望函数设计四杆机构 例2 （2）按预定的连杆位置设计 （3）按预定的运动轨迹设计

13 Fi Ei A D 3. 用作图法设计四杆机构 3.1 图解设计的基本原理 图解设计问题——作图求解各铰链中心的位置问题。 B C Bi
平面四杆机构的设计(3/6) 3. 用作图法设计四杆机构 3.1 图解设计的基本原理 图解设计问题——作图求解各铰链中心的位置问题。 Ei Fi A B C D Bi Ci i =1、2、···、N 各铰链间的运动关系： 固定铰链 A、D ： 圆心 活动铰链 B、C ： 圆或圆弧

14 为了求活动铰链的位置，可将待求活动铰链所在的杆视作新机架，而将其相对的杆视为新连杆。
平面四杆机构的设计(4/6) 机构的倒置原理 为了求活动铰链的位置，可将待求活动铰链所在的杆视作新机架，而将其相对的杆视为新连杆。 接下来，将原机构的各位置的构型均视为刚体，并向某一选定位置相对移动，使新机架的各杆位置重合，便可得新连杆相对于新机架的各个位置，即实现了机构的倒置。 这样，就将求活动铰链的位置问题转化为求固定铰链的位置问题了。 这种方法又称为反转法。

15 （2）按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构
平面四杆机构的设计(5/6) 3.2图解设计的具体方法 （1）按连杆预定的位置设计 1）已知活动铰链中心的位置 2）已知固定铰链中心的位置 求解条件讨论： 当N＝3时， 有唯一解； 当N＝2时， 有无穷多解； 当N＝4时， 可能有无穷多解； 当N＝5时， 可能有解或无解； （2）按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构 1）已知两连架杆三对对应位置 2）已知两连架杆四对对应位置

16 （3）按给定的行程速比系数设计四杆机构 例1 曲柄摇杆机构 例2 曲柄滑块机构 例3 摆动导杆机构 4. 用实验法设计四杆机构
平面四杆机构的设计(6/6) （3）按给定的行程速比系数设计四杆机构 例1 曲柄摇杆机构 例2 曲柄滑块机构 例3 摆动导杆机构 4. 用实验法设计四杆机构 （1）按两连架杆的多对对应位置设计 （2）按预定的轨迹设计

17 §8-5 多杆机构 1.多杆机构的功用 （1）取得有利的传动角 （2）获得较大的机械利益 （3）改变从动件的运动特性
§8-5 多杆机构 1.多杆机构的功用 （1）取得有利的传动角 （2）获得较大的机械利益 （3）改变从动件的运动特性 （4）实现从动件带停歇的运动 （5）扩大机构从动件的行程 （6）使机构从动件的行程可调 （7）实现特定要求下的平面导引 结论 由于多杆机构的尺度参数较多，因此它可以满足更为 复杂的或实现更加精确的运动规律要求和轨迹要求。但其设计也 较困难。

18 1）瓦特（Watt）型，有Ⅰ型、Ⅱ型两种。
多杆机构(2/3) 2.多杆机构的类型 （1）多杆机构的分类 1）按杆数分 五杆、六杆、八杆机构等； 2）按自由度分 单自由度、两自由度和三自由度多杆机构。 （2）六杆机构的分类 1）瓦特（Watt）型，有Ⅰ型、Ⅱ型两种。 瓦特型 斯蒂芬森型 瓦特Ⅰ型 瓦特Ⅱ型

19 2）斯蒂芬森（Stephenson）型，有Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型三种。
多杆机构(3/3) 2）斯蒂芬森（Stephenson）型，有Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型三种。 斯蒂芬森Ⅰ型 斯蒂芬森Ⅱ型 斯蒂芬森Ⅲ型 （3）六杆机构的应用

20 契贝谢夫四足机器人 它是利用连杆曲线特性，当一对角足运动处在曲线的直线段时则着地静止不动，而另一对角足则处在曲线段作迈足运动，从而可实现类似动物的足行运动。