《机械原理教学课件》第02章－平面连杆机构分析与设计

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1、Theory of Machines & Mechanisms 郭卫东郭卫东 樊文贵樊文贵 王家俊王家俊第第2 2章章 平面连杆机构平面连杆机构 分析与设计分析与设计科学出版社高等教育出版中心科学出版社高等教育出版中心第2章 平面连杆机构分析与设计平面连杆机构的类型与应用平面连杆机构的类型与应用1平面连杆机构的工作特性2平面机构的运动分析3平面机构的设计42.1 2.1 平面连杆机构的类型与应用平面连杆机构的类型与应用平面连杆机构的特点平面连杆机构的特点2.1 2.1 平面连杆机构的类型与应用平面连杆机构的类型与应用平面连杆机构的特点平面连杆机构的特点1）可传递较大的动力；2）加工制造

2、比较容易，易获得较高的精度；3）连杆机构中构建运动形式具有多样性；4）可以实现不同的运动规律和运动要求；5）连杆曲线形式多样，可用来满足不同轨迹的设计要求；6）主要缺点是，惯性力和惯性力矩不易平衡，因此不适用于高速传动。2.1 2.1 平面连杆机构的类型与应用平面连杆机构的类型与应用平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式1）曲柄摇杆机构雷达天线操纵机构特征：曲柄摇杆作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。曲柄摇杆机构2.1 2.1 平面连杆机构的类型与应用平面连杆机构的类型与应用2）双曲柄机构特征：两个曲柄特征：两个曲柄 作用：将作用：将等速回转等速回转转变为转变为等速或变速回转等速

3、或变速回转。双曲柄机构双曲柄机构平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式2.1 2.1 平面连杆机构的类型与应用平面连杆机构的类型与应用在双曲柄机构中，若两对机构的长度相等且平行，则称为平行四边形机构。平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式2.1 2.1 平面连杆机构的类型与应用平面连杆机构的类型与应用 在双曲柄机构中，若两对机构的长度相等但不平行，则称为反平行四边形机构。平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式2.1 2.1 平面连杆机构的类型与应用平面连杆机构的类型与应用3）双摇杆机构特征：两个摇杆特征：两个摇杆在双摇杆机构中，当两摇杆的长度相等时，则称为等腰梯形机构。双摇杆

4、机构平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式2.1 2.1 平面连杆机构的类型与应用平面连杆机构的类型与应用2.1.3 2.1.3 平面四杆机构的演化形式与应用平面四杆机构的演化形式与应用四杆机构的演化型式（11分钟）2.1 2.1 平面连杆机构的类型与应用平面连杆机构的类型与应用1.将转动副转换成移动副偏心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构曲柄摇杆机构正弦机构2.1.3 2.1.3 平面四杆机构的演化形式与应用平面四杆机构的演化形式与应用2.1 2.1 平面连杆机构的类型与应用平面连杆机构的类型与应用2.选取不同的构架为机架4 4为机架 曲柄滑块机构 1 1为机架 回转导杆机构 2 2为机架

5、摇块机构 3 3为机架 移动导杆机构 2.1.3 2.1.3 平面四杆机构的演化形式与应用平面四杆机构的演化形式与应用2.1 2.1 平面连杆机构的类型与应用平面连杆机构的类型与应用3.扩大转动副的尺寸 将转动副B的半径加大。当其半径大于曲柄长时，曲柄变成偏心轮 ，曲柄滑块机构就演化成偏心轮机构了 。2.1.3 2.1.3 平面四杆机构的演化形式与应用平面四杆机构的演化形式与应用2.1 2.1 平面连杆机构的类型与应用平面连杆机构的类型与应用4.变换构件的形态 将低副两运动副元素的包容关系进行逆换，不影响两构件之间的相对运动。摆动导杆机构摆动导杆机构曲柄摇块机构曲柄摇块机构2.1.3 2.1.

6、3 平面四杆机构的演化形式与应用平面四杆机构的演化形式与应用第2章 平面连杆机构分析与设计平面连杆机构的类型与应用1平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性2平面机构的运动分析3平面机构的设计42.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性运动特性运动特性1）存在曲柄的几何条件cbdaB2C2D中B1C1D中cadb)(badc)(cbdadbcadcbadabaca 最长杆与最短杆的长最长杆与最短杆的长度之和小于或等于其他度之和小于或等于其他两杆长度之和。两杆长度之和。最短杆是最短杆是连架杆。连架杆。1.d a2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性2.

7、d acbdaB2C2D中B1C1D中cdab)(badc)(bacdcabdcbadadbdcd 最长杆与最短杆的长最长杆与最短杆的长度之和小于或等于其他度之和小于或等于其他两杆长度之和。两杆长度之和。最短杆是最短杆是机架。机架。1）存在曲柄的几何条件运动特性运动特性2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性存在曲柄的几何条件存在曲柄的几何条件 最长杆与最短杆的长度之和小于或等于其他两杆长度之和最长杆与最短杆的长度之和小于或等于其他两杆长度之和 连架杆和机架其一最短连架杆和机架其一最短1）存在曲柄的几何条件运动特性运动特性2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的

8、工作特性在满足长度条件的情况下，选取不同构件为机架，会得到不同的机构形式。曲柄摇杆机构：最短杆的邻杆为机架运动特性运动特性2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性在满足长度条件的情况下，选取不同构件为机架，会得到不同的机构形式。双摇杆机构：最短杆的对边为机架运动特性运动特性2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性在满足长度条件的情况下，选取不同构件为机架，会得到不同的机构形式。双曲柄机构：最短杆为机架运动特性运动特性2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性行程速度变化系数18011KK180180212121ttvvK100:BAAB

9、200:ABBA111t122t:CDDC002212tCCv 01800180曲柄AB摇杆DC 极位夹角：当从动件在两极限位置极限位置时，对应的主动曲柄曲柄之间所夹的锐角夹的锐角。2）存在往复运动构件的机构急回特性:DCCD001211tCCv 2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性 若0 、，则无急回特性； 若0 、，则有急回特性。且（）越大，机构的急回运动性质也就越明显。机构的极位夹角2）存在往复运动构件的机构急回特性2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性2.2.2 2.2.2 传力特性传力特性）压力角与传动角）压力角与传动角 压力角压力角:力

10、P 的作用线与该力作用点速度之间所夹的锐角。切向分力 Pt= Pcos法向分力 Pn= Psin压力角 的余角 称为传动角传动角。 Pt 对传动有利。 + 90 Pt 对传动有利。要求：max min 通常 40，高速大功率机械通常 50。aaaa2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性minbcadcbDCB2)(arccos22211)9022222222DCBbc)ad(cbarccosDCB（)90218022222DCBbc)ad(cbarccos（min出现在主动曲柄与机架共线的两位置之一处，这时有：最小传动角、minmin 2.2.2 2.2.2 传力特性传力

11、特性2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性2 2）机构的死点位置机构的死点位置 摇杆为主动件时，在连杆与曲柄共线位置，机构均不能运动，出现“顶死”现象，机构的这种位置称为死点死点位置。在“死点”位置，传动角 0 02.2.2 2.2.2 传力特性传力特性2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性死点位置的克服多组机构错位排列缝纫机脚踏板机构借助皮带轮的惯性通过死点位置2 2）机构的死点位置机构的死点位置2.2.2 2.2.2 传力特性传力特性2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性死点位置的利用2.2 2.2 平面连杆机构的工作特性平