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第四章 平面连杆机构及其设计 一、平面连杆机构的功能 刚体导引功能：机构引导刚体(如连杆)通过一系列给定位置的功能。 §5-3 平面连杆机构运动设计的基本问题 飞机起落架机构 机构示例 铸造用翻箱机构 动画 2. 函数生成功能：使四杆机构两连架杆间精确或近似地实现给定的某种函数关系的功能(满足预定运动的规律要求) 。 设计时要求两连架杆的转角应大小相等，方向相反，以实现车门的起闭。 利用两连架杆的转角关系实现对数计算。 对数计算机构 车门开闭机构 动画 机构示例 动画 鹤式起重机 搅拌机机构 动画 3. 轨迹生成功能：机构运动过程中，连杆上某些点能实现预定轨迹的功能。 机构示例 二、运动设计的基本问题和方法 (1) 实现已知运动规律问题(包括功能1和2)。 (2) 实现已知轨迹问题。 并要满足结构条件(如：有曲柄要求)、动力条件(如：最小传动角条件)和特殊性能要求(如：急回特性)等。 基本问题 4. 某种综合功能 带钢飞剪机 2. 设计方法 一、按连杆给定位置设计四杆机构的作图法 C12 A b12 D ◆已知连杆长度及两预定位置B1C1、B2C2，设计该四杆机构。 设计步骤： B1 C1 C2 B2 设计分析： Ａ和Ｄ分别在B1B２和C1C２的垂直平分线上。 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。 动画演示 §5-4 平面刚体导引机构的设计 有无穷多解！ 1. 两固定铰链A、D位置任选 ◆ 已知连杆长度，要求机构在运动过程中占据图示B1C1、B2C2、B3C3三个位置，试设计该四杆机构。 b12 D A B1 B2 B3 b23 C1 C2 C3 c23 设计步骤： 动画演示 有唯一解！ 分析：??在连杆上任取一点为铰链点，则在连杆四个预定位置上的该点不一定在同一圆周上，导致无解。 ◆ 给定连杆的4个位置，设计四杆机构 ◆当按5个位置设计四杆机构时，一般只能近似求解。?? 怎么办？ 中心点：圆点所在圆弧的圆心。即为固定铰接点。 找圆点： 连杆上总能找到一些点，使其在连杆4个位置上的对应点位于同一个圆周上，称这些点为圆点。并取为活动铰链点。 例：已知四杆机构ABCD的连杆BC长l2=40mm和连杆两位置。现要求在位置B2C2时，机构处于死点位置，且连架杆C2D和B2C2夹角为90o，设计此机构。 设计步骤： B2 C2 B1 C1 结果： 得ABCD位置，量取各杆件长度，得唯一解。 A D 2. 给定两固定铰链A、D位置 ◆ 已知连杆长度及两预定位置S1、S2，及两固定铰 链A、D位置，设计该四杆机构。 D B1 A C1 S1 S1 F2 E2 S2 D A D A D’ A’ E2 F2 C1 B1 设计步骤： 用反转法 机构转化法或反转法：指根据机构的倒置理论，通过取不同构件为机架，将问题转化为按连杆预定位置设计四杆机构的方法。 ◆曲柄摇杆机构 设计要求：已知摇杆的长度CD、摆角φ及行程速比系数K。 3. 按给定的行程速比系数K设计四杆机构 设计步骤：动画演示 已知条件：滑块行程H、偏矩e和行程速比系数K。 ◆ 曲柄滑块机构 设计步骤：动画演示 设计要求：要求连杆上某点M能占据一系列的预定位置Mi(xMi, yMi) 且连杆具有相应的转角θ2i 设计思路：建立坐标系Oxy，将四杆机构分为左侧双杆组和右侧双杆组分别讨论。 连杆位置的表示 连杆上任一基点M的坐标(xM , yM ) 连杆方位角θ2 左侧杆组 右侧杆组 二、刚体导引机构的解析法 ◆左侧双杆组分析： 由矢量封闭图得 写成分量形式为 消去θ1i整理得 式中有5个待定参数：xA、yA、a、k、γ。 可按5个预定位置精确求解。 N 5 时，可预选参数数目N0=5-N，故有无穷多解。 当预定连杆位置数N=3： 可预选参数xA、yA 代入连杆三组位置参数 X0、X1、X2 右侧杆组分析：同上 根据左右杆组各参数有： 设计方法：反转法 一、按两连架杆给定对应位置设计四杆机构的作图法 §5-5 函数机构的设计 反转法过程： 动画演示 机构倒置 设计要求：已知机架长度d，要求原动件顺时针转过α12角时，从动件相应的顺时针转过φ12，试设计四杆机构。 1. 给定连架杆的两个对应位置设计四杆机构 设计步骤：动画演示 设计要求：已知机架长度d，要求原动件顺时针转过α12、α13角时，从动件相应的顺时针转过φ12、φ13，试设计四杆机构。 2. 给定连架杆的3个对应位置设计四杆机构 设计步骤：动画演示 设计要求：已知机架长度d，要求原动件顺时针转过α12、α13、α14角时，从动件相应的顺时针转过φ12、φ13、φ14， 3. 给定连架杆的4个对应位置设计四杆机构 设计