《机械原理-03章连杆机构.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械原理-03章连杆机构.（68页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 连杆机构 由低副（转动副、移动副、球面副、圆柱副、及 螺旋副等）联结而成的机构。或称低副机构。 曲柄摇杆机 构 椭圆规机构3 曲柄滑块机构（对心） 机械手 冲床 牛头刨床 插齿机构 牛头刨床 2-1 连杆机构的特点 平面连杆机构的主要优点： （2）低副不易磨损而又易于加工 以及能由本身几何形状保持接触等。 根据其构件间的相对运动分为平面或空间连杆机构。 根据构件数目分为四杆机构、五杆机构。 广泛应用的是平面四杆机构，而且它是构成和研究平面 多杆机构的基础。 平面连杆机构的主要缺点： （1）连杆机构作变速运动的构件惯性力及惯性力矩难 以完成平衡； （2）连杆机构较难准确地实现预期的运动规律，设
2、计 方法也较复杂。 本章主要讨论平面四杆机构。 （1）能够实现多种运动轨迹 曲线和运动规律， 2-2 平面四杆机构的基本形式及其演变 一、 平面四杆机构的基本形式铰链四杆机构 连架杆 机架 连架杆 连杆 能绕其轴线转360的连架杆。 仅能绕其轴线作往复摆动的连架杆。 曲柄 摇杆 连架杆 曲柄摇杆机构 按照两连架杆的运动形式的不同， 可将铰链四杆机构分为： 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构 曲柄摇杆机构 双摇杆机构 双曲柄机构 二、平面四杆机构的演化 C A B D 1 2 3 4 C 3 A B 1 2 4 e A B 1 2 3 4 C 对心曲柄滑块机构 偏置曲柄滑块机构 A B 1 2
3、 3 4 e C 还可以转化为双滑块机构 1 2 3 4 A B 曲柄移动导杆机构 A B D 1 2 3 4 C 1.转动副转化成移动副的演化 对心曲柄滑块机构 偏置曲柄滑块机构 曲柄滑块机构 （对心） 曲柄当滑块机构 （偏心） 2.取不同构件为机架 (0360) (0360) (c) (c b) E F G E F G (2b) （2a ） a B1 A d-a d+a 1 即使AB转到与机架共线的 两位置在环面内。其条件： (1) (2) 由(1)及（2a ）、(2b)可得 （2a ） (2b) 同理当a d时，同样有 由(1)及（2a ）(2b)可得 (1) (bc)a-db-c(2b
4、) (c b)a-dc-b（2a ） c b B2 D C 3 r2 B a A d+a 1 d a-d |C-b| r3 4 c b , , 在铰链四杆机构中： 铰链四杆机构的类型与尺寸之间的关系： 2 以最短杆为机架，则此机构为双曲柄机构； 以最短杆的相邻构件为机架，则此机构为以最短杆 为曲柄的曲柄摇杆机构； 且：1 3 以最短杆的对边构件为机架，则此机构为双摇杆机构。 （1）如果最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其它两杆 长度之和 满足杆长和条件 （2）如果最短杆与最长杆的长度之和大于其它两杆长度之和 （不满足杆长和条件），则不论选哪个构件为机架， 都为双摇杆机构。 2.滑块机构有曲柄的
5、条件 2 B2 3 C b 4 b b A B 1 2 3 4 e C a b D E F G a A 1 成为曲柄滑块机构的条件为： （其中e偏心距离） 1 a e a 3.导杆机构有曲柄的条件 曲柄滑块机构当 时、 （0360）转动。均可 B 12 3 4 e C ad A 图1 A a B2 2 EF 当 时，此机构为 曲柄转动导杆 机构。 da，且当 时，为曲柄摆动 导杆机构。 4 A d 1 2 a C B 3 e 图2 da e 3d 1 C 4 B3 da a B2 2 3 B3 A 1 d 二.平面四杆机构输出件的急回特性 1 .曲柄摇杆机构中，原动件AB以等速转动 B2 C2
6、 B1 C1 (1)输出件CD的两极限位置 当AB与BC两次共线时，输出件CD处于两极限位置。 曲柄转角 对应的时间 摇杆点C的 平均速度 极位夹角 ： 当摇杆处于两极限位置时，对应的曲柄 位置线所夹的锐角。 A 2 1 C 3 4 B D a bc d 摆角 极位夹角 v1 v2 ) ) 曲柄摇杆 机构 （2）输出件的行程速度变化系数K： 空回行程平均速度v2与工作行程平均速度v1之比。 平面四杆机构具有急回特性的条件： （1）原动件作等速整周转动； （2）输出件作往复运动； （3） 2.曲柄滑块机构中，原动件AB以等速转动 C1 B1 B2 H C2 偏置曲柄滑块机构 2 A B 1 3
7、4 e C a b ,有急回特性。 3.曲柄摆动导杆机构 B2 B1 有急回特性。 B1B2 H H=2a, ,无急回特性。 3 1 4A 对心曲柄滑块机构 B 2 C a b C1 C2 A B 三.平面四杆机构的传动角与死点 （一）压力角与传动角 在不计摩擦力、重力、惯性力的条件下，机构 中驱使输出件运动的力的方向线与输出件上受 力点的速度方向线所夹的锐角。 压力角： 传动角：压力角的余角。 A C B D vB F vc F F1 F2 1 A B C D 2 3 4 F vca A B 1 3 4 C b 2 越小，受力越好。 越大，受力越好。 vc A B C 1 2 F F vB3
8、 B1 2 3 A C ? F B1 3 2 C 2 a A B 1 3 4 C b vc 画出压力角 v 三.平面四杆机构的传动角与死点 （一）压力角与传动角 （二）平面四杆机构的最小传动角位置 1 .铰链四杆机构中，原动件为AB。 当 为锐角时，传动角 4 vc A B C D F 1 2 3 当 为钝角时，传动角 以AB为原动件的曲柄摇杆机构， f 当曲柄和机架处于两共线位置时，连杆和输出件的夹角 最小和最大（ ）。 F1 vc D F C A B F2 1 2 3 4 a b c d B2 D A C2 B1 C1 2.AB为主动的曲柄滑块机构 F vc D B1 C13 4 2 a
9、A B 1 C b e 图1 1.输出件有急回特性； 只有使偏置方位、曲柄转向、输出件工作行程方向 正确匹配，方能保证 2.机构的最大压力角处于.输出件的回程位置。 C1 B1 B2 C2 2 A B 1 3 4 e C a b 图2 工作行程 回程 3.AB为主动的导杆机构 vB3 F 图1 B1 2 3 A C 图2 B 4 A d 1 2 a C 3 e vB3 F （三）机构的死点位置 画出压力角 1 C 2 3 4 A B D a b c d vB FB 死点：当机构处于传动角（或压力角）的机构位置 B2 C2 vB 三.平面四杆机构的传动角与死点 （一）压力角与传动角 （二）平面四
10、杆机构的最小传动角位置 踏板 缝纫机主运动机构 脚 A B1 C1 D FB 2 a A B 1 3 4 C b vc 请思考： 下列机构的死点位置在哪里；怎样使机构通过死点位置。 B1 2 3 A C 死点的利用： A B1 C1 D B2 C2 地面 飞机起落架机构 四.运动的连续性 遇到的运动不连续问题有： 1.错序不连续 1 C 2 3 4 A B D C1 C2 1 C3 2 3 4 A B2 D C1 C2 B1 B3 2.错位不连续 2-4 平面四杆机构运动设计的基本问题与方法 一.平面四杆机构的功能及应用 1 .刚体导引功能 刚体导引 是机构能引导刚体（如连杆）通过一系列给 定
11、位置。 翻转机 . . A B C C1 D A B1 E1 H B2 C2 E2 2.函数生成功能 2-4 平面四杆机构运动设计的基本问题与方法 一.平面四杆机构的功能及应用 1 .刚体导引功能 函数生成功能 是指能精确地或近似地实现所要求的 输出构件相对输入构件的函数关系。 3.轨迹生成功能 连杆 2.函数生成功能 2-4 平面四杆机构运动设计的基本问题与方法 一.平面四杆机构的功能及应用 1 .刚体导引功能 轨迹生成功能 是指连杆上某点通过某一 预先给定轨迹 的功能。 4.综合功能3.轨迹生成功能 2.函数生成功能 2-4 平面四杆机构运动设计的基本问题与方法 一.平面四杆机构的功能及应
12、用 1 .刚体导引功能 O2 O3 O4 O1 D1 下连杆 上连杆 上剪刀 D2 下剪刀 2-4 平面四杆机构运动设计的基本问题与方法 一.平面四杆机构的功能及应用 二.运动设计的基本问题与方法 1 .平面四杆机构设计的主要任务： 在型综合的基础上，根据机构所要完成的功能运动而提出 的设计条件（运动条件、几何条件和传力条件等），确定机构 的运动尺寸（一般又称为尺度综合），画出机构运动简图。 2 .设计中应满足的附加条件： （1）要求某连架杆为曲柄； （2）要求机构的运动具有连续性； （3）要求最小传动角在许用传动角范围内，即 （4）特殊的运动要求，如要求机构输出件有急回特性； （5）足够的运
13、动空间等。 3 . 平面四杆机构运动设计的问题概括成下述两个基本问题 （2）实现已知轨迹问题（1）实现已知运动规律问题； 4 .设计方法 （1）实验法；（2）几何法（作图法）；（3）解析法 2-5 平面四杆机构的解析法设计 一. 刚体位移矩阵 用构件上某点的坐标及通过该点 的某一直线与固定坐标系的x轴 之夹角来确定。例如 位置1的位置参数： Xp1 、 yp1 、 位置i的位置参数： Xpi 、 ypi 、 2. 刚体位移矩阵 1 . 构件在平面上的位置表示 P1 y1 x1 Q1 p1 pi Si y x S1 Ox1 y1 O1 Q1 构件S上任一点的运动看成是：随动坐标系绕固定 坐标系原
14、点O的转动；及随动坐标系平动的合成运动。 其中： 式中xOi、 yOi为动参考系坐标原点在固定坐标系中的位移， 可用已知点p1、pi的坐标表示。 (i=2、3n) 1 = 0 + 0 + 1 Oi Qi xi y i Si 2-5 平面四杆机构的解析法设计 一. 刚体位移矩阵 则 式中用已知位置坐标表示的矩阵 称为刚体位移矩阵 运动后的坐标 构件上某点运动前的坐标 令： (i=2n) 2-5 平面四杆机构的解析法设计 一. 刚体位移矩阵 （1）构件S绕坐标原点O转动的位移矩阵 R1i称为平面旋转矩阵。 （2）绕x轴上某点转动的构件S的位移矩阵 xpi=xp1=lAD, ypi=yp1=0 (i
15、=2、3n) y O x lAD A D 1 i 1i O y x 1 i 1i 2-5 平面四杆机构的解析法设计 一. 刚体位移矩阵 （1）构件S绕坐标原点O转动的位移矩阵 （2）绕x轴上某点转动的构件S的位移矩阵 (3)作平动构件的位移矩阵 1 i x y p1 pi (i=2、3n) 2-5 平面四杆机构的解析法设计 一. 刚体位移矩阵 x 此类机构的设计问题归纳为：给定连杆若干位置参数 xPi、yPi、i（i = 1, 2, ., n）要求设计此平面连杆机构。 y P1 1 Pi i O 及 (i=2、3n) 求解的关键在于设计相 应的连架杆，讨论其设计 方程，即位移约束方程。 A B
16、1 Bi D C1 Ci 2-5 平面四杆机构的解析法设计 一. 刚体位移矩阵 B1 Bi 二. 刚体导引机构的运动设计 x y P1 1 Pi i O C1 Ci 设计步骤： 2 .写出连杆上活动铰链点 （B、C）运动前、后的坐 标关系； 1 .写出刚体（连杆）位移矩阵； (i=2、3n) 设未知量xB1 、 yB1 、 xC1 、 yC1 及 (i=2,3,n) D A 3.列出连架杆（导引杆）的位移约束方程 (xBi-xA)2+(yBi-yA)2=(xB1-xA)2+(yB1-yA)2 (i=2,3,n) （1） (xCi-xA)2+(yCi-yA)2 =(xC1-xA)2+(yC1-yA)2 (i=2,3,n) (2) (2）作移动的连架杆（导 引杆）的位移约束方程 即C
