机械设计基础 教学课件 作者 唐昌松 学习情境二 平面连杆机构的运动分析与设计.ppt

二、 解析法 解析法设计四杆机构 在图所示的铰链四杆机构中，已知连架杆AB和CD的三对对应位置?1、?1 ，?2、?2和?3、?3，要求确定各杆的长度l1、l2、l3和l4。 解：由于此机构各杆长度按同一比例增减时，各杆转角间的关系不变，故可只需确定各杆的相对长度。若取l1=1，则该机构待求参数只有三个。 该机构的四个杆组成封闭多边形。取各杆在坐标轴x和y上的投影，可得到以下关系式： 将cos?和sin?移到等式右边，再把等式两边平方相加，消去?，整理后得 令 则有 cos?=P0 cos? +P1 cos(?-?)+P2 上式（2）即为两连架杆转角之间的关系式。将已知的三对对应转角?1、?1，?2、?2和?3、?3分别代入式（2），可得到方程组： （1） （2） 由方程组可以解出三个未知数P0、P1、P2。将它们代入式（1），即可得l2、l3、l4。以上求出的杆长l1、l2、l3、l4可同时乘以任意比例常数，所得的机构都能实现对应的转角。 连杆曲线：四杆机构运动时，连杆作平面复杂运动，对其上面任一点都能描绘出一条封闭曲线，这种曲线称为连杆曲线。 原理：连杆曲线的形状随点在连杆上的位置和构件的相对长度的不同而不同。 方法与步骤：借用已编成册的连杆曲线图谱，根据预定运动轨迹从图谱中选则形状相近的曲线，同时查得机构各杆尺寸及描述杆在连杆上的位置，再用缩放仪求出图谱曲线与所需轨迹曲线的缩放倍数，即可求得四杆机构的结构及运动尺寸。 三、实验法 END * 学习情境 二 平面连杆机构的运动分析与设计 能够判断铰链四杆机构的类型并合理应用。 能够分析并应用平面四杆机构的工作特性解决实际问题。 能够初步运用平面连杆机构进行机械创新设计。 能力目标 ◆2.1 平面连杆机构的特点及其应用 2.2 平面四杆机构的类型及其应用 2.3 平面四杆机构的工作特性及其应用 2.4 平面四杆机构的设计 学习内容 缝纫机的踏板机构 案例导入 ?? 平面连杆机构：由若干个构件通过低副联接而成的平面机构（各运动构件均在相互平行的平面内运动）。 ?? 平面四杆机构：由4个构件所组成的平面连杆机构。 2.1 平面连杆机构的特点及其应用 起重机 搅拌机 优点： 在传递同样载荷的条件下，可以承受较大的载荷； 低副的两元素间便于润滑，不易产生大的磨损； 低副两元素的几何形状比较简单，方便加工制造； 在连杆机构中，当原动件以相同的运动规律运动时，如果改变各杆件的相对长度关系，也可使从动件得到不同的运动规律。 缺点： 运动副磨损后的间隙不能自动补偿，容易积累运动误差； 不易精确地实现复杂的运动规律； 运动中的惯性力难以平衡。 一、平面连杆机构的特点 各种机械（动力机械、轻工机械、重型机械）和仪表中。诸如活塞发动机的曲柄滑块机构、飞机起落架机构和汽车车门的关闭机构、人造卫星太阳能板的展开机构、折叠伞的收放机构、机械手的传动机构以及人体的假肢机构等。 二、平面连杆机构的应用 2.2、平面四杆机构的类型及应用 连杆—不与机架相联的构件； 连架杆—与机架相联的构件； 摇杆—作定轴摆动的连杆架； 曲柄 连杆 连架杆 连架杆 机架 1 2 3 4 A B C D 曲柄—作整周定轴回转的连杆架； 机架—固定不动的构件； 摇杆 铰链四杆机构：四个运动副都是转动副的四杆机构。 一、铰链四杆机构的基本类型及其应用 1．曲柄摇杆机构 在铰链四杆机构中，若两个连架杆中一个为曲柄，另一个为摇杆，则此铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。 缝纫机的踏板机构 雷达天线仰俯角调整机构 牛头刨床自动进给机构 2．双曲柄机构 若两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构则称为双曲柄机构。 惯性筛 机车驱动轮联动机构 汽车车门开闭机构 3．双摇杆机构 在铰链四杆机构中，若两连架杆均为摇杆，则此机构称为双摇杆机构。 鹤式起重机机构 汽车前轮转向机构 二、铰链四杆机构的判定 铰链四杆机构曲柄存在条件为： （1）连架杆和机架中必有一杆是最短杆； （2）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。 若 若 推论： 当Lmax+ Lmin ≤ L(其余两杆长度之和)时 最短杆是连架杆之一 ——曲柄摇杆机构 最短杆是机架 ——双曲柄机构 最短杆是连杆 ——双摇杆机构 当Lmax+ Lmin ＞ L(其余两杆长度之和)时 ——双摇杆机构 【例2-1】 如图所示四