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机械原理 平面四连杆机构设计.ppt 79页
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机械原理 平面四连杆机构设计
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第4章 平面连杆机构及其设计; 基本内容 ;连杆机构及其传动特点;缺点:;4.1.1 铰链四杆机构的基本型式;周转副：组成转动副的两构件能作整周相
对转动，该转动副称为周转副。;1.曲柄摇杆机构;2.双曲柄机构;;4.1.2 铰链四杆机构的演化;对心曲柄
滑块机构;2） 双滑块机构;C;双滑块机构种类：;双滑块机构种类：;双滑块机构种类：;2.扩大转动副;3.取不同构件为机架;3.取不同构件为机架;B;(Characterization of four-bar linkages);当机构处在不同位
置时,BD是变化的。;即：;综上所述，若使a为曲柄:
要满足杆长条件，同时曲柄与机架中
必有一杆为最短杆。;推论：;1.固定最短杆邻边：
得曲柄摇杆机构; ;上述推论的应用：（1）判断类型;
（2）设计杆长。;解:;LAB 长度最长，则 LAD+ LAB≤LBC +LCD ∴ LAB≤ 急回特性;3.行程速度变化系数K;令：;上式可导出：;B;;位置的确定;位置的确定;A;4.3.1 设计的基本问题;4.3.2 图解法设计四杆机构;分析连杆的运动;B1;（1）已知：连杆的两位置B1C1和B2C2，
设计满足该两位置的四杆机构。;解：步骤同上类似,但有唯一解。;B1;解：;对原有机构分析;E1; 例1.
已知连杆平面上EF线两位置，固定
铰链A，连杆长lBC已知且在EF线上，D点
在水平线上。设计铰链四杆机构ABCD。;E2;2.实现两连架杆的对应角位移的设计;对原有机构进行分析; a 1 ;分析现有机构如图示：;A;转化机构法：;下面再来求解上述题目：; a1B1;例2.已知:lAD=100mm,lCD=40mm,AB
杆与CD杆对应位置如图。
求: 满足对应位置的四杆机构。
(lAB=?lBC=?);A;3.按给定的行程速度变化系数K
设计四杆机构;A;作图如下:;(2)曲柄滑块机构;解：如图;(3)导杆机构;例3. 设计一曲柄摇杆机构
已知:K=1，lCD=75mm，摇杆与机架两
极限位置夹角为j1=30°、j2=90°。
求：满足条件的lAB=? lAD=? lBC=?;90°;45;45;例4.已知: 滑块和摇杆的对应位置如
图, 偏距为e。求:lAB=?lBC=?;e;4.3.3 解析法设计四杆机构;(A);(B);2.已知行程速度变化系数设计四杆机构;(A);
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四杆机构设计
81连杆机构及其传动特点,第八章平面连杆机构及其设计,82平面四杆机构的类型和应用,83平面四杆机构的基本知识,▲曲柄存在条件▲急回特性及行程速比系数▲四杆机构传动角、压力角及死点▲铰链四杆机构的运动连续性,84平面四杆机构的设计,用图解法设计四杆机构★用解析法设计四杆机构用实验法设计四杆机构,本讲重点★四杆机构设计的图解法本讲难点图解法中反转原理的应用,,?＝0,,,,,,,,,,,,,,,问题讨论下列机构有无急回特性，若有，标出极位夹角?。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,问题讨论标出下列机构在图示位置的压力角?．传动?及最小传动角?MIN,,??00??900,,,,??00??900,,3铰链四杆机构的运动连续性,1运动连续性当主动件连续运动时，从动件能否连续实现给定的各个位置的运动。,2可行域当曲柄AB连续转动时，摇杆CD的摆动范围?或??,3不可行域由Δ和Δ所决定的范围,可行域,不可行域,可行域,不可行域,运动不连续问题有错位不连续错序不连续,4错位不连续不连通的两个可行域内的运动不连续。,5错序不连续原动件按同一方向连续转动时，连杆不能按顺序通过给定的各个位置,,图中，要求连杆依次占据B1C1、B2C2、B3C3，当AB沿逆时针转动可以满足要求，但沿顺时针转动，则不能满足连杆预期的次序要求。,84平面四杆机构的设计,一、平面连杆设计的基本问题,1平面连杆机构设计的基本任务根据给定的设计要求选定机构型式；确定各构件尺寸，并要满足结构条件、动力条件和运动连续条件等。2平面连杆机构设计的三大类基本命题满足预定运动的规律要求满足预定的连杆位置要求满足预定的轨迹要求,,,（1）满足预定运动的规律要求要求两连架杆的转角能够满足预定的对应位置关系；要求在原动件运动规律一定的条件下，从动件能够准确地或近似地满足预定的运动规律要求。,满足预定运动的规律要求机构示例对数计算机构,近似再现函数YLOGX的平面四杆机构,,,（3）满足预定的轨迹要求,设计时要求在机构运动过程中，连杆上某点能实现预定的轨迹。又称为轨迹生成机构的设计,机构示例鹤式起重机,机构示例搅拌机机构,3设计方法1）解析法2）图解法3）实验法,二、用图解法设计四杆机构,1按给定的行程速比系数K设计四杆机构实现给定运动要求,2按连杆预定位置设计四杆机构实现给定连杆位置（轨迹）要求,3按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构实现给定连架杆位置（轨迹）要求,1按给定的行程速比系数K设计四杆机构,,,◆曲柄摇杆机构设计要求已知摇杆的长度CD、摆角?及行程速比系数K。设计过程,计算极位夹角,选定机构比例尺，作出极位图,,,,联C1C2，过C2作C2M?C1C2；另过C1作?C2C1N90??射线C1N，交C1M于P点；,以C1P为直径作圆I，则该圆上任一点均可作为A铰链，有无穷多解。,设曲柄长度为A，连杆长度为B，则,,错位不连续问题,?A铰链不能选定在FG弧段,欲得确定解，则需附加条件给定机架长度D；给定曲柄长度A；给定连杆长度B,1给定机架长度D的解（略）,,2给定曲柄长度A的解,作图步骤,3给定连杆长度B的解,,作图步骤,证明,,,◆曲柄滑块机构已知条件滑块行程H和行程速比系数K设计过程,,多解,设曲柄长度为A，连杆长度为B，则,,◆摆动导杆机构,对于摆动导杆机构,由于其导杆的摆角Φ刚好等于其极位夹角Θ，因此，只要给定曲柄长度LAB或给定机架长度LAD和行程速比系数K就可以求得机构。,,分析由于Θ与导杆摆角Φ相等，设计此机构时，仅需要确定曲柄A。,计算Θ＝180?K1/K1；,任选D作∠MDN＝Φ＝Θ,取A点，使得ADD,则ADSINΦ/2,已知机架长度D，K，设计此机构。,,,1试设计一偏置曲柄滑块机构（如图所示），设已知其滑块的行程速比系数K15，滑块的冲程H40MM，偏距E15MM。并求其最大压力角ΑMAX。,,2现欲设计一铰链四杆机构，已知其摇杆CD的长LCD75MM，行程速比系数K15，机架AD的长度为LAD100MM，又知摇杆的一个极限位置与机架间的夹角为45O，设计该四杆机构,,,2按连杆预定位置设计四杆机构,已知连杆上两活动铰链的中心B、C位置（即已知LBC）,已知机架上固定铰链的中心A、D位置（即已知LAD）,已知连杆在运动过程中的两个位置B1C1、B2C2，设计四杆机构已知连杆上在运动过程中的三个位置B1C1、B2C2、B3C3，设计四杆机构。,已知连杆在运动过程中的两个位置E1F1、E2F2，设计四杆机构已知连杆上在运动过程中的三个位置E1F1、E2F2、E3F3，设计四杆机构,已知连杆上两活动铰链的中心B、C位置（即已知LBC）,设计步骤,,,设计分析,铰链Ｂ和Ｃ位置已知，固定铰链Ａ和Ｄ未知。铰链Ｂ和Ｃ轨迹为圆弧，其圆心分别为点Ａ和Ｄ。Ａ和Ｄ分别在B1B２和C1C２的垂直平分线上。,,,联B1B２，作垂直平分线B12,联C1C２，作垂直平分线C12,有无穷多解,,已知连杆上在运动过程中的三个位置B1C1、B2C2、B3C3，设计四杆机构。,,,,,,唯一解,已知机架上固定铰链的中心A、D位置（即已知LAD）,设计方法采用转化机构法或反转法,转化机构法或反转法根据机构的倒置理论，通过取不同构件为机架，将活动铰链位置的求解转化为固定铰链的求解设计四杆机构的方法。,转化机构法或反转法原理,其原理与取不同构件为机架的演化方法（称为“机构倒置”原理）完全相同，即相对运动不变原理。当给整个机构加一个共同的运动时，虽然各构件的绝对运动改变了，但是各构件之间的相对运动并不发生变化，亦即各构件的相对尺寸不发生改变。,对转化后的机构进行设计与对原机构设计的结果是完全一样的，这样就可以将活动铰链位置的求解问题转化为固定铰链的求解问题。,以连杆为相对机架的情况,B2,C2,E2,F2,以连杆上任一线为相对机架的情况,所得结果与以连杆为相对机架时相同，故设计时可以连杆上任意线为相对机架进行，结果相同。,已知连杆在运动过程中的两个位置E1F1、E2F2，设计四杆机构,转化机构法或反转法的应用,有无穷多解,,,A,D,E1,F1,已知连杆上在运动过程中的三个位置E1F1、E2F2、E3F3，设计四杆机构,唯一解,反转法或转化机构法的具体作图方法为了不改变反转前后机构的相对运动，作图时将原机构每一位置的各构件之间的相对位置视为刚性体；用作全等四边形或全等三角形的方法，求出转化后机构的各构件的相对位置。,这一方法又称为“刚化反转法”。反转作图法只限于求解两位置或三位置的设计问题,,3按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构,设计方法采用转化机构法或反转法,B2,C2,,,,以连架杆为相对机架,按两连架杆两个对应位置设计四杆机构按两连架杆三个对应位置设计四杆机构,设计问题,按两连架杆两个对应位置设计四杆机构,已知机架长度LADD两连架杆对应转角?12、?12。设计四杆机构,,?L,有无穷多解,,,作图法,,,,,,,,,,C1,,,,,按两连架杆三个对应位置设计四杆机构,,,,,,,,,讨论1、哪个构件应成为相对机架2、反转角为哪个,,已知机架长度LAD、一连架杆长度LAB及其起始位置、两连架杆对应转角?12、?12、?13、?13。设计四杆机构,四杆机构及其特点平面四杆机构的类型,平面四杆机构的基本性质,平面四杆机构有曲柄的条件急回运动四杆机构传动角及压力角铰链四杆机构的运动连续性,平面四杆机构的设计▲平面连杆机构设计的基本问题▲设计方法解析法、图解法、实验法,小结,
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铰链四杆机构是由转动副连接四个构件而形成的机构。根据两连接杆中曲柄（或摇杆）的数目，铰链四杆机构可分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。01
机构, 曲柄, 摇杆
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