平面连杆结构.

第2章平面连杆机构2-1平面机构的运动简图和自由度2-2平面四杆机构的基本类型2-3平面四杆机构的特点及设计基本要求:掌握基本概念熟练掌握机构运动简图的绘制熟练掌握机构自由度的计算方法掌握平面连杆机构的类型、特点、演化方法掌握平面四杆机构的工作特性机械设计基础——平面连杆机构2-1平面机构的运动简图和自由度一、构件二、运动副三、机构四、平面机构的运动简图五、平面机构的自由度机械设计基础——平面连杆机构1.构件(Link)机械的独立运动单元，传递运动和力的载体。实例：内燃机中的缸体、活塞、连杆、曲轴等。第一节机构的组成内燃机连杆机械设计基础——平面连杆机构构件可以是一个零件,也可以由几个零件刚性联接组成。实例：连杆由连杆体、轴瓦、连杆盖、螺栓、垫圈、螺母、连杆衬套等相互刚性联接组成。零件(Part)是机械的制造单元。内燃机连杆连杆体连杆盖螺栓垫圈螺母连杆衬套轴瓦机械设计基础——平面连杆机构xyo二、运动副运动副:两构件直接接触而形成的可动联接运动副元素：构成运动副时直接接触的点、线、面部分接触形式:点、线、面机械设计基础——平面连杆机构运动副分类按接触形式分类按相对运动分类机械设计基础——平面连杆机构按接触形式分类：接触形式:点、线、面低副：面接触高副：点、线接触平面低副空间低副xyo高副高副空间低副平面低副平面低副机械设计基础——平面连杆机构按相对运动分类：运动副的性质（即运动副引入的约束）确定了两构件的相对运动按相对运动分类：转动副：相对转动——回转副、铰链移动副：相对移动螺旋副：螺旋运动球面副：球面运动机械设计基础——平面连杆机构运动副类型小结平面低副:转动副、移动副（面接触）平面高副:齿轮副、凸轮副（点、线接触）空间低副:螺旋副、球面副、圆柱副（面接触）空间高副:球和圆柱与平面、球与圆柱副(点、线接触)运动副特性:运动副一经形成,组成它的两个构件间的可能的相对运动就确定。而且这种可能的相对运动,只与运动副类型有关,而与运动副的具体结构无关。工程上常用一些规定的符号代表运动副机械设计基础——平面连杆机构平面副低副：转动副、移动副(面接触)高副：齿轮副、凸轮副(点、线接触)xyoxyottnnnt机械设计基础——平面连杆机构空间副高副：点、线接触球面副螺旋副了解机械设计基础——平面连杆机构机构是由构件通过运动副连接而成的原动件：按给定运动规律独立运动的构件从动件：其余的活动构件机架：固定不动的构件原动件1234从动件机架闭链开链机构三、机构机械设计基础——平面连杆机构与动力源组合机器的组成(从运动观点看)由构件组成(从制造观点看)由零件组成机械机器机构构件零件通用零件专用零件原动构件从动构件机架零件构件机构机器静联接动联接(运动副)机械设计基础——平面连杆机构1概述2构件的表示方法3运动副的表示方法4运动简图的绘制方法5例题四、平面机构的运动简图机械设计基础——平面连杆机构1概述机构各部分的运动，取决于：原动件的运动规律、各运动副的类型、机构的运动尺寸(确定各运动副相对位置的尺寸)机构运动简图:（表示机构运动特征的一种工程用图）用简单线条表示构件规定符号代表运动副按比例定出运动副的相对位置与原机械具有完全相同的运动特性比较：机构示意图：没严格按照比例绘制的机构运动简图用途：分析现有机械，构思设计新机械机械设计基础——平面连杆机构2构件的表示方法杆、轴类构件机架同一构件两副构件三副构件机械设计基础——平面连杆机构3运动副的表示方法转动副移动副高副（齿轮副、凸轮副）２机械设计基础——平面连杆机构4运动简图的绘制方法步骤：确定构件数目及原动件、输出构件各构件间构成何种运动副？（注意微动部分）选定比例尺、投影面，确定原动件某一位置，按规定符号绘制运动简图标明机架、原动件和作图比例尺绘制路线：原动件中间传动件输出构件观察重点：各构件间构成的运动副类型良好习惯：各种运动副和构件用规定符号表达误区：构件外形机械设计基础——平面连杆机构5例题：内燃机机械设计基础——平面连杆机构ABCEFDG例题：破碎机机械设计基础——平面连杆机构1234ABC141223A14B12C23432414例题：机械设计基础——平面连杆机构1平面机构自由度的计算2机构具有确定运动的条件3几种特殊结构的处理复合铰链局部自由度虚约束4小结五、平面机构的自由度机械设计基础——平面连杆机构1平面机构自由度的计算(1)平面运动构件的自由度(构件可能出现的独立运动)(2)平面运动副引入的约束R(对独立的运动所加的限制)xyＯ21与其它构件未连之前：3用运动副与其它构件连接后,运动副引入约束,原自由度减少xyoxyottnnR=2R=2R=1结论：平面低副引入2个约束平面高副引入1个约束机械设计基础——平面连杆机构(3)平面机构自由度计算公式如果：活动构件数：n低副数：pl高副数：phxyＯ21未连接前总自由度：3n连接后引入的总约束数：2pl+phF=3n-(2pl+ph)机构自由度F：F=3n-2pl-ph机械设计基础——平面连杆机构机构自由度举例：1234F=3n－2pl－ph=3－2－340=112345F=3n－2pl－ph=3－2－450=2F=3n－2pl－ph=3－2－221=1BCAF=3n－2pl－ph=3－2－340=1F=3n－2pl－ph=3－2－451=1机械设计基础——平面连杆机构n=4,Pl=5,Ph=0,原动件数=1→F=3n－2Pl－Ph=3×4－2×5=2→F＞原动件数→机构运动不确定n=3,Pl=4，Ph=0,原动件数=2，→F=3n－2Pl－Ph=3×3－2×4=1→F＜原动件数→杆2被拉断→F=0→机构不动n=4,Pl=6,Ph=0→F=3n－2Pl－Ph=3×4－2×6=022机构具有确定运动的条件F=0，构件之间无相对运动原动件数小于F,各构件无确定的相对运动原动件数大于F,在机构的薄弱处遭到破坏结论：机构具有确定运动的条件：1机构自由度02原动件数＝机构自由度数机械设计基础——平面连杆机构n=3,pl=4;ph=0F=3×3－2×4－0=1自由度F0原动件数目＝机构自由度数目例:有确定运动n=6,Pl=8,Ph=1(3与5同一构件)F=3n－2Pl－Ph=3×6－2×8－1=1Ｆ＝原动件→机构有确定运动例:机构具有确定运动的条件(F=0不动；多于不确定;少于破坏）3m个构件(m2)在同一处构成转动副m-1个低副(1)复合铰链412356F＝3n－2pl－ph＝3－2－560＝3F＝3n－2pl－ph＝3－2－570＝1412356②错对—计算在内5232351m个构件,m-1个铰链3几种特殊结构的处理机械设计基础——平面连杆机构●复合铰链解:B、C、D、E处为复合铰链，转动副数均为2。n7，pL10，pH0F3n2pLpH37210112345678ABCDEFF＝3n－2pl－ph＝3－2－331＝2F＝3n－2pl－ph＝3－2－221＝1错对—排除(2)局部自由度定义：机构中某些构件所具有的独立的局部运动,不影响机构输出运动的自由度局部自由度经常发生的场合：滑动摩擦变为滚动摩擦时添加的滚子、轴承中的滚珠解决的方法：计算机构自由度时，设想将滚子与安装滚子的构件固结在一起，视作一个构件动画机械设计基础——平面连杆机构不影响机构运动传递的重复约束在特定几何条件或结构条件下，某些运动副所引入的约束可能与其它运动副所起的限制作用一致，这种不起独立限制作用的运动副叫虚约束虚约束经常发生的场合处理方法：计算自由度时，将虚约束（或虚约束构件及其所带入的运动副）去掉结论F＝3n－2PL－PH＝3－2－123F＝3n－2PL－PH＝3－2－231＝-1错221＝1对—排除之一为虚约束(3)虚约束机械设计基础——平面连杆机构虚约束经常发生的场合A两构件之间构成多个运动副时B两构件某两点之间的距离在运动过程中始终保持不变时C联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合时D机构中对运动不起作用的对称部分机械设计基础——平面连杆机构A两构件之间构成多个运动副时两构件组合成多个转动副，且其轴线重合两构件组合成多个移动副，其导路平行或重合两构件组合成若干个高副，但接触点之间处的公法线重合123123目的：为了改善构件的受力情况F＝3n－2PL－PH＝3－2－221＝1动画机械设计基础——平面连杆机构B两构件某两点之间的距离在运动中保持不变时在这两个例子中，加与不加红色构件AB效果完全一样，为虚约束计算时应将构件AB及其引入的约束去掉来计算412351234F＝3n－2PL－PH＝3－2－340F＝3n－2PL－PH＝3－2－460＝0BA错对＝1F＝3n－2PL－PH＝3－2－340＝1机械设计基础——平面连杆机构C两构件上联接点的轨迹重合在该机构中，构件2上的C点C2与构件3上的C点C3轨迹重合，为虚约束计算时应将构件3及其引入的约束去掉来计算同理，也可将构件4当作虚约束，将构件4及其引入的约束去掉来计算，效果完全一样BAC(C2,C3)D1234F＝3n－2PL－PH＝3－2－340＝1动画机械设计基础——平面连杆机构D机构中对运动不起作用的对称部分在该机构中，齿轮3是齿轮2的对称部分，为虚约束计算时应将齿轮3及其引入的约束去掉来计算同理，将齿轮2当作虚约束去掉，完全一样目的：为了改善构件的受力情况F＝3n－2PL－PH＝3－2－332＝112345动画机械设计基础——平面连杆机构虚约束——结论机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出现的，如果这些几何条件不满足，则虚约束将变成有效约束，而使机构不能运动采用虚约束是为了:改善构件的受力情况；传递较大功率；或满足某种特殊需要在设计机械时，若为了某种需要而必须使用虚约束时，则必须严格保证设计、加工、装配的精度，以满足虚约束所需要的几何条件123机械设计基础——平面连杆机构4自由度计算小结自由度计算公式:F＝3n－2pl－ph机构自由度＝3×活动构件数－(2×低副数+1×高副数)计算步骤:确定活动构件数目确定运动副种类和数目确定特殊结构:局部自由度、虚约束、复合铰链计算、验证自由度几种特殊结构的处理:1、复合铰链—计算在内2、局部自由度—排除3、虚约束--重复约束—排除机械设计基础——平面连杆机构2-2平面四杆机构的基本类型一、铰链四杆机构1基本型式2铰链四杆机构划分3平面四杆机构的工作特性4机构演化方式二、偏心轮机构三、曲柄滑块机构四、导杆机构机械设计基础——平面连杆机构一、铰链四杆机构1基本型式平面连杆机构的基本型式是铰链四杆机构其余四杆机构均是由铰链四杆机构演化而成的二杆三杆,不可能.铰链四杆机构机械设计基础——平面连杆机构基本型式（续）结构特点：四个运动副均为转动副组成：机架、连杆、连架杆机架：固定不动的构件——AD连架杆：直接与机架相连的构件——AB、CD连杆：不与机架相连的构件—BC曲柄：能作整周转动的连架杆摇杆：不能作整周转动的连架杆1B2C31B2C34AD连杆连架杆连架杆机架1234ABCD曲柄摇杆(摆杆)(周转副)(摆转副)机械设计基础——平面连杆机构2铰链四杆机构划分按连架杆不同运动形式分：(1)曲柄摇杆机构(2)双曲柄机构(3)双摇杆机构连杆连架杆连架杆1234ABCD4AD23２作机架曲柄摇杆机构14AD23３作机架双摇杆机构4AD1231作机架双曲柄机构曲柄摇杆机构4AD123机械设计基础——平面连杆机构(1)曲柄摇杆机构结构特点：连架杆1为曲柄，3为摇杆运动变换：转动摇动举例：搅拌器机构、雷达天线机构1234特性：急回特征死点机械设计基础——平面连杆机构(2)双曲柄机构结构特点：二连架杆均为曲柄运动变换：转动转动，通常二转速不相等举例：振