《机械设计原理》第4章 按行程速比系数综合平面连杆机构
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第八章平面连杆机构及其设计§8-1、连杆机构及其传动特点1、连杆机构及其组成。
本章主要介绍平面连杆机构(所有构件均在同一平面或在相互平行的平面内运动的机构)组成:由若干个‘杆’件通过低副连接而组成的机构。
又称为低副机构。
2、平面连杆机构的特点(首先让学生思考在实际生活中见到过哪些连杆机构:钳子、缝纫机、挖掘机、公共汽车门)1)运动副为面接触,压强小,承载能力大,耐冲击,易润滑,磨损小,寿命长;。
2)运动副元素简单(多为平面或圆柱面),制造比较容易;3)运动副元素靠本身的几何封闭来保证构件运动,具有运动可逆性,结构简单,工作可靠;4)可以实现多种运动规律和特定轨迹要求;(连架杆之间)匀速、不匀速主动件(匀速转动)→→→→→从动件连续、不连续(转动、移动)某种函数关系引导点实现某种轨迹曲线导引从动件(连杆导引功能)→→→→→引导刚体实现平面或空间系列位置5)还可以实现增力、扩大行程、锁紧。
连杆机构的缺点:1)由于连杆机构运动副之间有间隙,且运动必须经过中间构件进行传递,因而当使用长运动链(构件数较多)时,易产生较大的误差积累,同时也使机械效率降低。
2)连杆机构所产生的惯性力难于平衡,因而会增加机构的动载荷,所以连杆机构不宜用于高速运动。
3)难以精确地满足很复杂地运动规律(受杆数限制)4)综合方法较难,过程繁复;平面四杆机构的应用广泛,而且常是多杆机构的基础,本章重点讨论平面四杆机构的有关基本知识和设计问题。
§8-2、平面四杆机构的基本类型和应用(利用多媒体中的图形演示说明)1.铰链四杆机构的基本类型1)、曲柄摇杆机构曲柄:与机架相联并且作整周转动的构件;摇杆:与机架相联并且作往复摆动的构件;(还可以举例:破碎机、自行车(人骑上之后)等)2)、双曲柄机构铰链四杆机构的两连架杆均能作整周转动的机构。
还可以补充:平行四边形机构的丁子尺、工作台灯机构;火车驱动机构、摄影平台、播种料斗机构、关门机构等。
《机械原理》课程学习指南说明:为配合学生《机械原理》课程的学习,根据机电工程学院本科《机械原理》课程教学大纲的要求,对本课程基本情况、性质、任务、教材和多媒体课件的处理、学习参考书、考核要求及各章节重点、难点等均在本学习指南中做出了较详细的说明。
同时针对各章的不同要求,配备了一定数量的自测练习题,学生通过自测检查可以发现自身学习中存在的问题,有的放矢地进行学习。
一、课程基本情况、性质、研究对象和任务总学时:56学时,课堂教学:50学时,实验教学:6学时。
先修课:大学物理、高等数学、机械制图、理论力学、材料力学、计算机应用基础等。
《机械原理》是高等工业院校机械类专业普遍开设的一门重要技术基础课,在整个教学计划中,以主干课程的角色,起着承上启下的作用,具有十分重要的地位。
本课程主要研究机械系统的运动学和动力学分析及机械系统方案设计基本理论,包括各种机构的结构分析、运动分析和受力分析问题,常用机构的设计问题,机器动力学问题和机械运动系统设计的问题。
它的主要任务是:1)通过本课程的学习,使学生掌握机构学和机器动力学的基本理论、基本知识和基本技能。
2)通过本课程的学习,使学生学会常用机构的分析和综合方法,培养学生的创新精神和机械系统运动方案创新设计的能力。
二、教材及多媒体课件说明1.教材:本课程教材选用由刘会英、杨志强、张明勤编著,机械工业出版社出版的新世纪高校机电工程规划教材《机械原理》。
本教材内容精炼、结构合理、理论性强,是“十一五”国家级规划教材。
由于计划学时有限,不可能在课堂上对教材所有内容一一进行详细讲解。
因此,学生应该抓住每章节的重点、难点,搞清分析问题、解决问题的基本思路,并注意寻找同类问题间的内存规律。
真正做到举一反三,将问题由“繁”变“易”,将课本由“厚”读“薄”。
2.多媒体课件:机械原理多媒体教学课件是本校机械基础学科组集体创作的,它综合了图、文、声、像、二维图形、三维动画等多种媒体手段,经科学、合理的重组、整合、加工,构筑了一种虚拟实际场景的教学氛围。
工程技术学院课程设计题目:图解法设计平面连杆机构摘要设计内容:设计曲柄摇杆机构。
已知摇杆长度l,摆角ψ,摇杆3的行程速比系数K,要求摇杆CD靠近曲柄回转中心A一侧的极限位置与机架间的夹角为∠CDA,试用图解法设计其余三杆的长度,并计算机构的最小传动角γ。
设计方法:在设计时首先需计算极位夹角θ,再绘制机架位置线及摇杆的两个极限位置,然后确定曲柄回转中心和各杆长度最后验算最小传动角 。
最后根据已知数据和所计算的数据进行图解,画出平面四杆机构图。
平面连杆机构是由若干构件用平面低副(转动副和移动副)联接而成的平面机构,用以实现运动的传递、变换和传送动力。
平面连杆机构的使用很广泛,它被广泛地使用在各种机器、仪表及操纵装置中。
例如内燃机、牛头刨、钢窗启闭机构、碎石机等等,这些机构都有一个共同的特点:其机构都是通过低副连接而成,故此这些机构又称低副机构低副机构低副机构低副机构。
关键词:机械设计基础机械设计基础课程设计平面四杆机构图解法极位夹角云南农业大学工程技术学院目录1题目 (3)1.1原始数据及要求 (3)1.2 工作量 (3)1.3 制图说明 (3)1.4 设计计算说明书包括的内容 (3)2 设计方案的讨论 (4)3 设计过程 (5)3.1 各杆长度的确定 (5)3.2 盐酸最小传动角 (6)4 小结 (7)5 参考文献 (8)1、题目1.1原始数据及要求:设计曲柄摇杆机构。
已知摇杆长度l,摆角ψ,3摇杆的行程速比系数K,要求摇杆CD靠近曲柄回转中心A一侧的极限位置与机架间的夹角为∠CDA,试用图解法设计其余三杆的长度,并计算机构的最小传动角γ。
1.2工作量:1.平面连杆机构图解法设计图纸一张。
2.计算说明书一份。
1.3制图说明:1.用3号图纸作图。
2.标注尺寸。
3.辅助线用细实线。
4.杆的一个极限位置用粗实线,另一个极限位置用虚线。
1.4设计计算说明书包括的内容:1.设计任务书2.目录3.设计过程3.1.计算极位夹角θ3.2.绘制机架位置线及摇杆的两个极限位置3.3.确定曲柄回转中心3.4.确定各杆长度3.5.验算最小传动角γ参考文献2、设计方案的讨论平面连杆机构是将各构件用转动副或移动副联接而成的平面机构。
机械原理网络课堂平面四杆机构的设计:按给定的行程速比系数K设计四杆机构已知:摇杆长度CD,摆角φ,行程速比系数K。
要求:设计曲柄摇杆机构。
解:1、计算极位夹角θθ=180(K-1)/(K+1)2、任取一点D为摇杆固定铰链中心,作等腰三角形C1C2D,两腰长度等于CD,∠C1DC2=φ。
3、以C1C2为一条边,分别作∠OC1C2=∠OC2C1=90°_θ。
以O为圆心,OC1为半径作圆β。
4、连接并延长C 1D ,交圆β于G点,连接并延长C 2D ,交圆β于F点。
圆弧C 1F 和GC 2上任意一点A到C 1和C 2的连线的夹角∠C 1AC 2都等于极位夹角θ。
曲柄轴心A 点可在这两段圆弧上选取。
注意:曲柄轴心A 不能在FG 圆弧上选取,否则机构不满运动连续性要求。
在C 1F 和GC 2两段圆弧上选取A 点时,当A 点越靠近F(或G)点时,机构最小传动角将随之减小。
)5、A 点选定后,四杆机构尺寸即确定。
设曲柄长度为a ,连杆长度为b,则AC 1=b _a,AC 2=b+a,所以,a=(AC 2_AC 1)/2,b=(AC 1+AC 2)/2说明:1)如设计时还给出其它附加条件(如给定机架尺寸或曲柄长度或连杆长度等),则A 点按相应条件确定。
2)对于给定行程速比系数K和滑块行程H时,可以用同样方法求出曲柄滑块机构.2) 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L(或给定机架长度L AC)和行程速AB比系数K就可以由右图求得机构.。
第4章平面连杆机构【思考题】4-1 平面四杆机构的基本形式是什么?它有哪些演化形式?演化的方式有哪些?4-2 什么是曲柄?平面四杆机构曲柄存在的条件是什么?曲柄是否就是最短杆?4-3 什么是行程速比系数?极位夹角?急回特性?三者之间关系如何?4-4 什么是平面连杆机构的死点?举出避免死点和利用死点进行工作的例子。
4-5 平面铰链四杆机构的主要演化形式有哪几种?它们是如何演化来的?4-6 平面四杆机构的设计方法有哪几种?它们的特点是什么?A级能力训练题1.平面四杆机构有无急回特性取决于________的大小。
2.机构中的运动副是指________________________,平面连杆机构是由许多刚性构件用________联接而成的机构。
3.铰链四杆机构有曲柄存在的必要条件是________。
(1)最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和(2)最短杆与最长杆长度之和大于其它两杆长度之和(3)以最短杆为机架或以最短杆相邻的杆为机架4.在铰链四杆机构中,最短杆与最长杆长度之和≤其余的两杆长之和。
a.当取与最短杆为机架时,机构为________________;b.当取最短杆相邻杆为机架时,机构为_______________;c.当取最短杆的对边杆为机架,机构为________________。
(1)双摇杆机构(2)导杆机构(3)双曲柄机构(4)曲柄摇杆机构5.对于双摇杆机构,最短构件与最长构件长度之和_______大于其余两构件长度之和。
(1)一定(2)不一定(3)一定不6.铰链四杆机构的压力角是指在不计摩擦情况下,连杆作用于________上的力与该力作用点速度间所夹的锐角。
(1)主动件(2)从动件(3)机架(4)连架杆7.当四杆机构处于死点位置时,机构的压力角________。
(1)为0°(2)为90°(3)与构件尺寸有关8.曲柄滑块机构的死点只能发生在________。
第二章 连杆机构一. 考点提要1. 构件间只用低副连接的机构(除纯用移动副连接的楔块机构以外)称为连杆机构。
2 连杆机构的优点和缺点低副是面接触,耐磨损;加上转动副和移动副的接触表面是圆柱面和平面,制造简便,易于获得较高的制造精度。
因此,平面连杆机构在各种机械和仪器中获得广泛应用。
连杆机构的缺点是:低副中存在间隙,数目较多的低副会引起运动累积误差;而且它的设计比较复杂,不易精确地实现复杂地运动 3.连杆机构的类型和演化最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的,称为平面四杆机构。
它的应用非常广泛,而且是组成多杆机构的基础。
由此可通过、扩大转动副半径、变更机架、变更杆件尺寸转动副演化为移动副等方法可演化出其他低副机构。
4.曲柄存在条件(1)曲柄摇杆机构的曲柄存在条件 首先,最短杆与最长杆的长度之和必须小于或等于其他两杆长度之和。
否则就一定是双摇杆机构,即不存在曲柄。
在此条件满足的前提下,是否有曲柄就看以哪一个构件为机架,以最短杆为机架是双曲柄机构,以最短杆的饿邻杆为机架是曲柄摇杆机构,以最短杆的对杆为机架是双摇杆。
如图3.1(a )所示,一曲柄摇杆机构的曲柄长度a ,连杆长度b ,摇杆长度c ,机架长度d ,则曲柄AB 要能到达与机架共线的两个位置,即11C AB 和22C AB 要存在,根据三角形中两条边长度之和一定大于第三条边的性质解得曲柄存在条件是:b a ; c a ;d a 即曲柄是最短杆。
如果以BC 为机架,以AD 为连杆也可以得到同样的结论。
事实上,铰链四杆机构中只有最短杆和邻杆的两个转动副有可能是整转副。
(2)曲柄滑块机构的曲柄存在条件曲柄滑块机构的曲柄存在条件如图3.1(b)是:e a b如果连杆长度小于曲柄长度与偏距之和则杆AB 无法到达图中B 在A 点正上方的位置。
图3.1 曲柄存在条件(1) (3)导杆机构的曲柄存在条件导杆机构的曲柄存在条件是:e d a 和 e d a 。
4-2如图4-40所示,设已知四杆机构各构件的长度为a=300mm,b=600mm,c=450mm,d=500mm。
试问:(1)当取d为机架时,是否有曲柄存在,此时为什么机构?(2)若各杆长度不变,能否获得双曲柄机构和双摇杆机构?如何获得?(3)若a、b、c三杆长度不变,取杆d为机架,要获得曲柄摇杆机构,d的取值范围应为何值?解:(1)b为最长杆,a为最短杆满足杆长条件。
故机构有整转副。
且a为连架杆,故机构有曲柄存在,为曲柄摇杆机构。
(2)选择a杆为机架可以得到双曲柄机构。
选择c杆为机架可以得到双摇杆机构。
(3)若d为最长杆,则若b为最短杆,则故当时机构为曲柄摇杆机构。
4-5在如图4-41所示的连杆机构中,已知各构件的尺寸为:lAB=160mm,lBC=260mm,lCD=200mm,lAD=80mm,构件AB为原动件,沿顺时针方向匀速回转,试确定:(1)四杆机构ABCD的类型;(2)该机构的最小传动角γmin;(3)滑块F的行程速比系数K。
解:(1)lAD为最短杆,且为机架。
故该机构为双曲柄机构。
(2)故最小传动角γmin=13.33°。
(3)作图可知,极限位置时,曲柄位置的极位夹角θ=43°。
γγ+--=+--=⨯⨯=︒+-+=+-+=⨯⨯=︒222'222222''222()arccos 2260200(80160) arccos 2260200 13.33()arccos 2260200(80160) arccos 2260200 61.26BC CD AD AB BC CD BC CD AD AB BC CD4-6试设计一翻料四杆机构,其连杆机构BC=400mm ,连杆的两个位置关系如图4-22所示,要求机架AD 与B1C1平行,且在其下相距350mm 。
解:图解过程如图所示可得:AB=372.24mm ,CD=358.19mm ,AD=202.40mm 。