平面四杆机构结构设计.ppt
宁夏大学专用 作者： 潘存云教授 §24 平面四杆机构的设计 连杆机构设计的基本问题 机构选型根据给定的运动要求选择机 构的类型； 尺度综合确定各构件的尺度参数(长度 尺寸)。 同时要满足其他辅助条件 ： a)结构条件（如要求有曲柄、杆长比恰当、 运动副结构合理等）; b)动力条件（如min）; c)运动连续性条件等。 宁夏大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 设计：潘存云 A D C B 飞机起落架 B C 三类设计要求： 1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如: 飞机起落架、函数机构。 函数机构 要求两连架杆的转角 满足函数 y=logx x y=logx A B C D 宁夏大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 三类设计要求： 1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如: 飞机起落架、函数机构。前者要求两连架杆转角对应，后者要求急回运动 2)满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构。 要求连杆在两个位置 垂直地面且相差180 C B A B D C 宁夏大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 Q A B C D E 设计：潘存云 鹤式起重机 搅拌机构 要求连杆上E点的轨 迹为一条卵形曲线 要求连杆上E点的轨 迹为一条水平直线 Q C BA D E 三类设计要求： 1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如: 飞机起落架、函数机构。 2)满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构。 3)满足预定的轨迹要求，如: 鹤式起重机、搅拌机等。 宁夏大学专用 作者： 潘存云教授 给定的设计条件： 1)几何条件（给定连架杆或连杆的位置） 2)运动条件（给定K） 3)动力条件（给定min） 设计方法：图解法、解析法、实验法 宁夏大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 E 一、按给定的行程速比系数K设计四杆机构 1) 曲柄摇杆机构 计算180°(K-1)/(K+1); 已知：CD杆长，摆角及K， 设计此机构。步骤如下： 任取一点D，作等腰三角形 腰长为CD，夹角为; 作C2PC1C2，作C1P使 作P C1C2的外接圆，则A点必在此圆上。 选定A，设曲柄为l1 ，连杆为l2 ，则: 以A为圆心，A C2为半径作弧交于E,得： l1 =EC1/ 2 l2 = A C1EC1/ 2 ,A C2=l2- l1= l1 =( A C1A C2)/ 2 C2C1P=90°,交于P; 90°- P A C1= l1+l2 C1C2 D A 宁夏大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 设计：潘存云 A D mn = D 2) 导杆机构 分析： 由于与导杆摆角相等，设计此 机构时，仅需要确定曲柄 a。 计算180°(K-1)/(K+1); 任选D作mDn ， 取A点，使得AD=d, 则: a=dsin(/2)。 = A d 作角分线; 已知：机架长度d，K，设计此机构。 宁夏大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 E 2 2a e 3) 曲柄滑块机构 H 已知K，滑块行程H， 偏距e，设计此机构 。 计算: 180°(K-1)/(K+1); 作C1 C2 H 作射线C1O 使C2C1O=90°, 以O为圆心，C1O为半径作圆。 以A为圆心，A C1为半径作弧交于E,得： 作射线C2O使C1C2 O=90°。 作偏距线e，交圆弧于A，即为所求。 C1 C2 90°- o 90°- A l1 =EC2/ 2l2 = A C2EC2/ 2 宁夏大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 二、按预定连杆位置设计四杆机构 a)给定连杆两组位置 有唯一解 。 B2 C2 A D 将铰链A、D分别选在B1B2， C1C2连线的垂直平分线上任意 位置都能满足设计要求。 b)给定连杆上铰链BC的三组位置 有无穷多组解 。 A D B2 C2 B3 C3 A D B1 C1 B1 C1 宁夏大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 x y A B C D 1 2 3 4 三、给定两连架杆对应位置设计四杆机构 给定连架杆对应位置： 构件3和构件1满足以下位置关系： l1 l2 l3 l4 建立坐标系,设构件长度为：l1 、l2、l3、l4 在x,y轴上投影可得： l1+l2=l3+l4 机构尺寸比例放大时，不影响各构件相对转角. l1 coc + l2 cos = l3 cos + l4 l1 sin + l2 sin = l3 sin if (i ) i =1, 2, 3n 设计此四杆机构(求各构件长度)。 令： l1 =1 宁夏大学专用 作者： 潘存云教授 消去整理得： cos l3 cos cos(-) l3 l4 l42+ l32+1- l22 2l4 P2 代入移项得： l2 cos = l4 l3 cos cos 则化简为：cocP0 cos P1 cos( ) P2 代入两连架杆的三组对应转角参数，得方程组： l2 sin = l3 sin sin 令: P0 P1 coc1P0 cos1 P1 cos(1 1 ) P2 coc2P0 cos2 P1 cos(2 2 ) P2 coc3P0 cos3 P1 cos(3 3 ) P2 可求系数:P0 、P1、P2以及: l2 、 l3、 l4 将相对杆长乘以任意比例系数， 所得机构都能满足转角要求。若 给定两组对应位置，则有无穷多 组解。 宁夏大学专用 作者： 潘存云教授 举例：设计一四杆机构满足连架杆三组对应位置： 1 1 2 2 3 3 45° 50° 90° 80° 135° 110° 11 3 3 代入方程得： cos90° =P0cos80° +P1cos(80°-90°) +P2 cos135°=P0cos110°+P1cos(110°-135°)+P2 解得相对长度: P0 =1.533, P1=-1.0628, P2=0.7805 各杆相对长度为： 选定构件l1的长度之后，可求得其余杆的绝对长度。 cos45° =P0cos50° +P1cos(50°-45°) +P2 B1 C1 AD B2 C2 B3 C3 22 l1=1 l4 =- l3 / P1 =1.442 l2 =(l42+ l32+1-2l3P2 )1/2 =1.783 l3 = P0 = 1.553, 宁夏大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 D 实验法设计四杆机构 当给定连架杆位置超过三对时，一般不可能有 精确解。只能用优化或试凑的方法获得近似解 。 1)首先在一张纸上取 固定轴A的位置，作 原动件角位移i 位置 i i 位置 i i 12 15 10.845 15 15.8 23 15 12.556 15 17.5 34 15 14.267 15 19.2 2)任意取原动件长度AB 3)任意取连杆长度BC，作一系列圆弧; 4)在一张透明纸上取固定轴D，作角位移i D k1 5) 取一系列从动件 长度作同心圆弧。 6) 两图叠加，移动透明 纸，使ki落在同一圆 弧上。 i i A C1 B1 宁夏大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 设计：潘存云 四、按预定的运动轨迹设计四杆机构 A B C D E 1 4 3 2 5 传送机构 搅拌机构 C BA D E 6 步进式 宁夏大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 A B C D 四、按预定的运动轨迹设计四杆机构 N E M 连杆作平面运动,其上各点的轨迹均不相同。 B, C点的轨迹为圆弧; 其余各点的轨迹为一 条 封闭曲线。 设计目标: 就是要确定一组 杆长参数, 使连杆上某点的 轨迹满足设计要求。 宁夏大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 连杆曲线生成器 A B C D 宁夏大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 连杆曲线图谱 宁夏大学专用 作者： 潘存云教授 本章重点： 1.四杆机构的基本形式、演化及应用； 2.曲柄存在条件、传动角、压力角、死点 、急回特性：极位夹角和行程速比系数等物理 含义，并熟练掌握其确定方法； 3.掌握按连杆二组位置、三组位置、连架杆三 组对应位置、行程速比系数设计四杆机构的原 理与方法。
