清华大学机械原理课件第2章-连杆机构

精密仪器与机械学系设计工程研究所第2章连杆机构平面连杆机构的基本形式与特性平面连杆机构中存在曲柄的条件平面连杆机构的演化形式平面连杆机构的运动设计空间连杆机构简介精密仪器与机械学系设计工程研究所2.1平面连杆机构的类型2.1.1平面四杆机构的基本形式4—机架(固定件)，1,3—连架杆，2—连杆A,B,C,D四个铰链精密仪器与机械学系设计工程研究所双摇杆机构双曲柄机构曲柄摇杆机构基本形式精密仪器与机械学系设计工程研究所1.曲柄摇杆机构基本运动形式：等速回转→往复摆动特性（1）急回运动—行程速比系数K精密仪器与机械学系设计工程研究所2.双曲柄机构运动形式主动件等速回转→从动件变速回转精密仪器与机械学系设计工程研究所例：惯性筛机构精密仪器与机械学系设计工程研究所三杆共线时出现运动不确定，怎么办？特例：平行四边形机构精密仪器与机械学系设计工程研究所三杆共线时出现运动不确定，怎么办？精密仪器与机械学系设计工程研究所应用实例：例1：机车驱动轮联动装置精密仪器与机械学系设计工程研究所例2：两错开排列的平行四边形机构精密仪器与机械学系设计工程研究所例3：反平行四边形机构—车门启闭机构精密仪器与机械学系设计工程研究所例4：绘图仪精密仪器与机械学系设计工程研究所3.双摇杆机构运动形式两连架杆均为摇杆的机构精密仪器与机械学系设计工程研究所例1：鹗式起重机精密仪器与机械学系设计工程研究所例2：飞机起落架机构精密仪器与机械学系设计工程研究所如何形成这三种基本形式？双摇杆机构双曲柄机构曲柄摇杆机构三种基本形式精密仪器与机械学系设计工程研究所2.1.2平面连杆机构的演化1.转动副转化为移动副当CD趋于无穷大时，机构变成了什么样？精密仪器与机械学系设计工程研究所（1）偏置曲柄滑块机构当e=0时，如何？精密仪器与机械学系设计工程研究所思考：曲柄滑块机构最大压力角的位置，急回特性？（2）对心曲柄滑块机构当BC→∞时，曲柄滑块机构演化为什么机构？精密仪器与机械学系设计工程研究所（3）正弦机构sinφLSAB精密仪器与机械学系设计工程研究所2.选取不同构件为机架（1）导杆机构曲柄滑块机构AB固定导杆机构精密仪器与机械学系设计工程研究所■转动导杆机构导杆机构中，传动角γ=？精密仪器与机械学系设计工程研究所摇块机构（2）摇块机构与定块机构1）摇块机构BC固定精密仪器与机械学系设计工程研究所2）定块机构（移动导杆机构）固定滑块定块机构精密仪器与机械学系设计工程研究所例1：牛头刨床急回运动？？机构类型？？精密仪器与机械学系设计工程研究所例2：转缸式径向柱塞泵机构类型？？精密仪器与机械学系设计工程研究所例3：自动货车翻斗机构机构类型？？精密仪器与机械学系设计工程研究所3.变换构件的形态□摆动导杆机构精密仪器与机械学系设计工程研究所4.扩大运动副尺寸偏心轮机构精密仪器与机械学系设计工程研究所特点：小行程大出力精密仪器与机械学系设计工程研究所※多杆机构实际应用中，单个的四杆机构很难满足运动的要求，往往是多个机构的组合。例：牛头刨床精密仪器与机械学系设计工程研究所2.2平面连杆机构的工作特性2.2.1运动特性1.转动副为整转副的条件把构件用铰链或销轴联接，使两构件能相互运动，形成动联接（运动副）—回转副能够相互回转一整周的回转副叫整转副精密仪器与机械学系设计工程研究所413121llllll324142314321llllllllllll精密仪器与机械学系设计工程研究所(1)构成整转副的两个构件中，必有一个最短杆；(2)最短杆与最长杆杆长之和≤其余两杆之和。推论：(1)若A是整转副，B必定是整转副；(2)具有两个整转副的构件必为最短杆，并满足杆长和条件；(3)CD不是整转副；(4)整转副条件不满足时，机构总的各构件只能摆动。精密仪器与机械学系设计工程研究所□曲柄存在条件整转副？机架？精密仪器与机械学系设计工程研究所m221m112/1801/180vtKvt11801KK行程速度变化系数：极位夹角：2.急回运动特性精密仪器与机械学系设计工程研究所▲K由工作要求提出思考：①能否实现K=1?②以摇杆为主动件时，vm1=vm2,曲柄的运动？3.运动的连续性在设计机构时,必须检查所设计的机构是否满足运动连续性的要求精密仪器与机械学系设计工程研究所2.2.2传力特性1.压力角与传动角从动件受到驱动力的问题ttncoscossinFFFFFFF90当卡死精密仪器与机械学系设计工程研究所条件：不计摩擦力当计摩擦力时，α90º时卡死（自锁）传动角γ=90º-α角度按锐角计精密仪器与机械学系设计工程研究所为了防止机构卡死：[γ]=40º，高速和大功率[γ]=50º仪表机构[γ]可小些思考:（1）γ太小怎么办？（2）γ与各杆长之间的关系？精密仪器与机械学系设计工程研究所2.死点位置精密仪器与机械学系设计工程研究所精密仪器与机械学系设计工程研究所摇杆为主动件，曲柄与连杆重合时，运动不确定γ=0º或γ=180º例：缝纫机主轴传动机构死点位置：出现踏不动或倒转现象精密仪器与机械学系设计工程研究所对从动件施加外力；利用从动件本身的惯性或在从动件上加装飞轮(缝纫机，单缸柴油机)；采用多组同样的机构联动和错开死点位置（蒸汽机车）。通过死点位置的措施：精密仪器与机械学系设计工程研究所蒸汽机车车轮联动机构精密仪器与机械学系设计工程研究所精密仪器与机械学系设计工程研究所死点位置的利用：夹具工件厚度有误差怎么办？精密仪器与机械学系设计工程研究所飞机起落架机构：精密仪器与机械学系设计工程研究所2.4平面连杆机构的运动分析分析机构的位移（包括轨迹）、速度和加速度等运动情况目的：为机械运动和动力性能研究提供必要的依据。位移→速度→加速度方法：图解法：简单方便，但精度有限。解析法：计算精度高，但数学模型繁杂，计算工作量大。精密仪器与机械学系设计工程研究所2.4.1瞬心法及其应用1.速度瞬心相互作平面相对运动的两构件上在任意瞬时其相对速度为零的重合点—速度瞬心(1)绝对瞬心与相对瞬心若构件1不动时，为绝对瞬心，否则，为相对瞬心。21P21P精密仪器与机械学系设计工程研究所2.机构中瞬心的数目n个构件组成的机构：3.机构中瞬心位置的确定(1)通过运动副直接相联的两构件的瞬心1)转动副相联绝对瞬心相对瞬心(1)2nnN精密仪器与机械学系设计工程研究所2)移动副相联3)平面高副相联纯滚动接触点M滚动+滑动公法线nn上精密仪器与机械学系设计工程研究所(2)不直接相联的两构件的瞬心三心定理：三个作平面平行运动的构件共有三个瞬心，且位于同一直线上。即瞬心与、位于同一直线上。23P12P13P精密仪器与机械学系设计工程研究所4.瞬心在速度分析中的应用已知：和长度比例求：、和2l34/4cV精密仪器与机械学系设计工程研究所为构件2和4的瞬心，则：结论：传动比等于两构件的绝对瞬心至其相对瞬心距离的反比。24P2122441424llPPPP2142441224PPPP传动比精密仪器与机械学系设计工程研究所推广：2142441224PPPP11jijijiijPPPP3143441334PPPP精密仪器与机械学系设计工程研究所C点的速度即为瞬心的速度3133441434cllvPPPP34P1224214341424clPPvPPPP精密仪器与机械学系设计工程研究所2.4.2杆组法及其应用（自学）1.杆组法2.杆组法在运动分析中的应用精密仪器与机械学系设计工程研究所2.5平面连杆机构的运动设计2.5.1基本问题及方法1.设计的基本问题实现刚体预定位置的设计精密仪器与机械学系设计工程研究所实现预定运动规律的设计实现预定轨迹的设计精密仪器与机械学系设计工程研究所2.设计的基本方法图解法解析法实验法设计时选用哪种方法应视具体情况而定精密仪器与机械学系设计工程研究所2.5.2急回机构的设计问题：已知行程速比系数K，摇杆长度l3，摆角ψ精密仪器与机械学系设计工程研究所设计过程求极位夹角θ确定D，C1，C2的位置11180KK精密仪器与机械学系设计工程研究所求曲柄转轴A的位置90MCC21精密仪器与机械学系设计工程研究所求曲柄长度即确定B点的位置2222212ABACCBBC2EC2ACACAB精密仪器与机械学系设计工程研究所设计结果曲柄滑块机构的设计方法？精密仪器与机械学系设计工程研究所2.5.3刚体导引机构的设计工作要求连杆能通过三个位置，设计能实现以上要求的连杆机构精密仪器与机械学系设计工程研究所假设四杆机构已经设计完成如下：精密仪器与机械学系设计工程研究所选定铰链B、C的位置，确定连杆BC的长度精密仪器与机械学系设计工程研究所求铰链A、D的位置精密仪器与机械学系设计工程研究所连接AB1C1D即为所求四杆机构精密仪器与机械学系设计工程研究所讨论：连杆上B、C位置要根据实际需要确定，所以，满足以上设计命题的解有无穷多个；A、D点重合的问题？已知连杆的两个位置或更多的位置？精密仪器与机械学系设计工程研究所2.5.4函数生成机构的设计已知四杆机构中两固定铰链A、D的位置，要求所设计的四杆机构两连架杆的转角能实现三组对应关系。精密仪器与机械学系设计工程研究所1.图解法(刚化反转法)以AD为机架时，观察到ABCD的两个位置图以CD为机架时，观察到ABCD的两个位置图精密仪器与机械学系设计工程研究所精密仪器与机械学系设计工程研究所以DF为机架时，连杆AE的相对位置AE上选定B铰链，DF为机架，I位置为参考位置。精密仪器与机械学系设计工程研究所用刚化反转法求的转位点作及的中垂线，其交点为所求铰链点23BB、2'3'BB、22'BB33'BB1C精密仪器与机械学系设计工程研究所即为所求铰链四杆机构讨论：AB杆的长度，无穷多解。11ABCD精密仪器与机械学系设计工程研究所2.解析法(按两连架杆预定的对应位置来设计)—自学3.解析法(按给定的函数要求来设计)—自学精密仪器与机械学系设计工程研究所2.5.5按给定轨迹设计连杆曲线：连杆上任意点的轨迹是一个封闭曲线精密仪器与机械学系设计工程研究所1.解析法（略）2.图谱法简介轨迹形状相同或相似的连杆曲线→相应的各构件的相对长度→比例放大(或缩小)精密仪器与机械学系设计工程研究所3.实验法设计一个四杆机构，使其连杆上一点M的轨迹与给定轨迹近似。构件AB为长度可调的构件，构件BC为具有若干分支杆的构件，其各分支杆不仅长度可调，且相互之间的夹角也可调。精密仪器与机械学系设计工程研究所若在这些曲线中找到直线或近似直线的轨迹，则所求的四杆机构为曲柄滑块机构。精密仪器与机械学系设计工程研究所2.6空间连杆机构简介2.6.1空间机构的运动副精密仪器与机械学系设计工程研究所球面运动副S柱面运动副C球销运动副S’移动运动副P螺旋运动副H转动运动副R精密仪器与机械学系设计工程研究所2.空间连杆机构RSSRRSSPPRSR球面4R精密仪器与机械学系设计工程研究所空间连杆机构有许多特点，可以实现平面连杆机构难以实现或根本无法实现的运动，因此在工程实际中也得到了较多的应用。张启先编著，《空间机构的分析与综合(上)》，北京：机械工业出版社，1984谢存禧等编著，《空间机构设计》，上海：上海科学技术出版社精密仪器与机械学系设计工程研究所本章总结1.重点内容(1)掌握铰链四杆机构的三种基本形式及其演化形式机构简图，运动形式摆动往复移动回转精密仪器与机械学系设计工程研究所基本特性运动特性：急回运动，死点位置与运动不确定性及克服的办法。传动特性：压力角或传动角与自锁。重点：曲柄摇杆机构和曲柄滑块机构，其它都可演化而来。了解演化方法有助于理解。两个基本规