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1、1,书名：机械设计基础 ISBN： 978-7-111-40239-8 作者：高英敏 出版社：机械工业出版社 本书配有电子课件,机械设计基础课件,2,第二章 平面连杆机构设计 学习目标: 1) 掌握平面四杆机构基本形式及其演化方法； 2) 掌握平面四杆机构的工作特性； 3) 了解平面连杆机构设计的基本问题。,机械设计基础课件,3,机器狗（六足昆虫）,案 例,机械设计基础课件,4,案 例,双冲头机构,机械设计基础课件,5,爬杆机构,案 例,机械设计基础课件,6,一、概述,1. 定义（1）-平面连杆结构,由若干个构件通过低副联接而成的机构，又称为平面低副机构,机械设计基础课件,7,1. 定义（2）
2、-平面四杆结构,由四个构件通过低副联接而成的平面连杆机构，称为四杆机构,机械设计基础课件,8,1. 定义（3）-铰链四杆结构,如果所有低副均为转动副，这种四杆机构就称为铰链四杆机构,机械设计基础课件,9,2. 平面连杆机构实例,机械设计基础课件,10,3. 平面连杆机构的特点（1）-优点1/2,（1）由于是低副（面接触），所以承受压强小、便于润滑、磨损轻，可承受较大载荷；,（2）结构简单，加工方便，构件之间的接触由构件本身的几何约束来保持，所以工作可靠；,机械设计基础课件,11,3. 平面连杆机构的特点（1）-优点2/2,（3）从动件可实现多种形式的运动，满足多种运动规律的要求；,（4）利用平
3、面连杆机构中的连杆可满足多种运动轨迹的要求。,机械设计基础课件,12,3. 平面连杆机构的特点（2）-缺点,（1）根据从动件所需要的运动规律或轨迹来设计连杆机构比较复杂，精度不高；,（3）设计计算较复杂。,（2）运动时产生的惯性难以平衡，不适用于高速场合；,13,1. 平面连杆机构的基本形式,平面连杆机构,曲柄摇杆机构,双曲柄机构,双摇杆机构,平面四杆机构,铰链四杆机构,最常见 的形式,基本 形式,14,2. 铰链四杆机构的组成（1）- 连杆,作平面运动的构件,15,2. 铰链四杆机构的组成（2）- 周转副,能作360度相对回转的运动副,周转副,16,2. 铰链四杆机构的组成（3）- 摆动副,
4、只能在小于360度内作相对回转的运动副,摆动副,17,2. 铰链四杆机构的组成（4）- 连架杆,与机架相联的构件,连架杆,18,2. 铰链四杆机构的组成（5）- 曲柄,作整周定轴回转的连架杆,19,2. 铰链四杆机构的组成（6）- 摇杆,只能在小于360范围内作定轴摆动的构件,20,2. 铰链四杆机构的组成（7）- 机架,机架,21,3. 曲柄摇杆机构（1）-运动形式,22,3. 曲柄摇杆机构（2）-特征和作用,曲柄+摇杆,特征：,将曲柄的整周回转变为摇杆的往复摆动,作用：,23,3. 曲柄摇杆机构（3）-雷达实例,24,3. 曲柄摇杆机构（4）-缝纫机实例,25,3. 曲柄摇杆机构（5）-破
5、碎机实例,26,3. 双曲柄机构（1）-运动形式,27,3. 双曲柄（2）-特征和作用,曲柄+曲柄,特征：,将等速回转转变为等速或变速回转运动,作用：,28,3. 双曲柄机构（3）-惯性筛实例,29,3. 双曲柄机构（4）-车轮联动实例,30,3. 双曲柄机构（5）-平行四边形特例,具有运动不确定性，利用虚约束使运动确定,31,4. 双摇杆机构（1）-运动形式,32,4. 双摇杆机构（2）-特征和作用,摇杆+摇杆,特征：,将摆动转变为摆动,作用：,33,4. 双摇杆机构（4）-飞机起落架实例,34,4. 双摇杆机构（5）-转向装置实例,35,4. 双摇杆机构（6）-鹤式起重机实例,36,1.改
6、变构件形状和相对尺寸（1）-曲柄滑块机构,37,1.改变构件形状和相对尺寸（1）-曲柄滑块机构,38,1.改变构件形状和相对尺寸（2）-偏心轮机构1/2,39,40,1.改变构件形状和相对尺寸（2）-偏心轮机构2/2,41,2.机构倒置（1）-四杆机构,42,2.机构倒置（2）曲柄滑块机构,43,导杆机构：回转导杆和摆动导杆,三、曲柄滑块机构的演化-取不同构件为机架,摇块机构,导杆机构,曲柄滑块机构,移动导杆机构,3.3 平面四杆机构的演化,44,1、导杆机构-回转导杆机构,3.3 平面四杆机构的演化,45,回转导杆机构：构件2和构件4均作整周转动，小型刨床应用实例,3.3 平面四杆机构的演化
7、,46,摆动导杆机构：当杆2的长度小于机架长度时，导秆4只能作来回摆动，牛头刨床机构应用实例,1、导杆机构-摆动导杆机构,3.3 平面四杆机构的演化,47,2、摇块机构,翻斗车应用实例,3.3 平面四杆机构的演化,48,3、移动导杆机构（定块机构）,3.3 平面四杆机构的演化,抽水唧筒,49,总结,平面连杆机构,平面四杆机构,演变形式,曲柄摇杆机构,双曲柄机构,双摇杆机构,增大摇杆长度,扩大转动副,偏心轮机构,曲柄滑块机构,对心曲柄滑块,偏置曲柄滑块,导杆机构,摇块机构,定块机构,双转块机构,双移动机构,双滑块机构,基本型式,取不同构件为机架,常用型式,50,1. 曲柄存在条件 （1）- 条件
8、推导位置,51,1. 曲柄存在条件 （2）- 条件,（1）最长杆与最短杆的长度之和应其他两杆长度之和；,杆长之和 条件,（2）最短杆或其相邻杆为机架。,最短杆条件,52,1. 曲柄存在条件 （3）- 类型判断,先看杆长条件，再看最短杆条件。,53,2. 急回特性 （1）- 认识1/2,54,2. 急回特性 （1）- 认识2/2,55,2. 急回特性 （2）- 极位,当曲柄与连杆两次共线时，摇杆位于两个极限位置，简称极位（C1和C2点）。,56,2. 急回特性 （3）- 极位夹角,两个极位对应的曲柄之间的夹角称为极位夹角。,57,2. 急回特性 （4）- 分析,摇杆转过同样角度，匀速曲柄转过的角
9、度不一样，所以摇杆来回的平均速度不一样。,58,2. 急回特性 （5）- 定义,当曲柄等速回转时，摇杆反行程的平均速度大于正行程的平均速度，称为急回特性 。,59,2. 急回特性 （6）-行程速比系数K的公式,60,2. 急回特性 （7）-行程速比系数K的含义,K值取决于极位夹角。极位夹角愈大，K值愈，机构的急回运动特性愈显著。极位夹角的大小，可以来判断机构是否具有急回运动特性和急回运动的程度。,61,2. 急回特性 （8）-具有急回特性的条件,（1）原动件等角速度整周转动；,（2）输出构件具有正、反行程的往复运动；,（3）极位夹角 0。,62,2. 急回特性 （9）-急回特性的应用,具有急回
10、特性的机构既可使工作行程中的平均速度较低从而减小生产阻力并提高工件质量，又可使空回行程中的平均速度较大来缩短辅助时间以提高生产率。如：牛头刨床 、往复式输送机等。,63,3. 压力角和传动角 （1）-研究的必要性,在机构设计中，要求所设计的平面连杆机构不仅能实现预定的运动，而且还要使传递的动力尽可能发挥有效的作用。即具有良好的传力性能。,64,3. 压力角和传动角 （2）-定义1/2,在从动件驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹的锐角，称为压力角。,65,3. 压力角和传动角 （2）-定义2/2,传动角=900-压力角，表现为连杆与从动件所夹的锐角。,66,3. 压力角和传动角 （3）-数值分析
11、,切向（有效）分力： F=Fsin,径向（有害）分力： F”= Fcos,67,3. 压力角和传动角 （4）-含义,传动角越大，机构传动性能越好。,切向（有效）分力： F=Fsin,径向（有害）分力： F”= Fcos,68,3. 压力角和传动角 （5）-规定,设计时一般应使最小传动角40，对于高速大功率机械应50。,69,3. 压力角和传动角 （6）-曲柄摇杆最小传动角位置,在曲柄与机架共线的两位置出现最小传动角（两者之间的小值） 。,70,3. 压力角和传动角 （7）-对心曲柄滑块最小传动角位置,当主动件为曲柄时，最小传动角出现在曲柄与机架垂直的位置。,71,3. 压力角和传动角 （8）-
12、偏置曲柄滑块最小传动角位置,当主动件为曲柄时，最小传动角出现在曲柄与机架垂直且和偏距延长共线的位置。,72,3. 压力角和传动角 （9）-摆动导杆机构最小传动角位置,由于在任何位置时主动曲柄通过滑块传给从动杆的力的方向，与从动杆上受力点的速度方向始终一致，所以传动角等于90度 。,73,4. 死点（1）-定义,死点位置就是指从动件的传动角等于0时机构所处的位置。,74,4. 死点（2）-产生的原因,这时，连杆作用在从动件上的有效力距为零，因而从动件不能运动，或者具有运动不确定性。,75,4. 死点（3）-曲柄摇杆机构,76,4. 死点（4）-曲柄滑块机构,77,4. 死点（5）-利用实例1/,
13、分合闸机构,78,4. 死点（5）-利用实例2/,飞机起落架,79,4. 死点（6）-消除死点1/2,利用惯性,80,4. 死点（6）-消除死点2/2,错位排列,81,1. 设计的基本问题,（1）满足预定的运动规律要求 ；,（2）满足预定的连杆位置要求；,（3）满足预定轨迹要求。,82,2. 设计的基本方法,（1）图解法；,（2）解析法；,（3）实验法。,83,计算,2) 根据CD作摇杆两极限位置,3）作C2PC1C2，作C1P使, 交于P作 PC1C2的外接圆，则A 点 必在此圆上。,4）设曲柄为a ，连杆为b ，则:,a =(AC1AC2)/ 2,b =(AC1+AC2)/ 2,3. 按K设计曲柄摇杆机构,A不能在此劣弧上,84,已知活动铰链中心的位置，设计四杆机构。,分析：设计此四杆机构 确定两固定铰链A、D的位置 确定其余三个构件的长度。,若给定连杆的三个位置，设计有唯一解。给定两个有无穷多解 。,4. 按给定连杆位置设计曲柄摇杆机构,85,结束,
