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1、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,飞机起落架,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,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
2、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,宁夏大学专用 作者:潘存云教授,设计:潘存云,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,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
3、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,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,C2C1
4、P=90,交于P;,A C1=l1+l2,宁夏大学专用 作者:潘存云教授,设计:潘存云,设计:潘存云,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)。,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,3)曲柄滑块机构,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
5、:,作射线C2O使C1C2 O=90。,作偏距线e,交圆弧于A,即为所求。,l1=EC2/2,l2=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。,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。,宁夏大学专用 作者:潘存云教授,设计:潘存云,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:,建立坐标系,设构件长度为:l1、l2、l3、l4,在x,y轴上投影可得:,机构尺寸比例放大时,不
6、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,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,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、
7、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:,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,l1=1,l4=-l3/P1=1.442,l2=(l42+l32+1-2l
8、3P2)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,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,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,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。,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,搅拌机构,宁夏大学专用 作者:潘存云教授,设计:潘存云,四、按预定的运动轨迹设计四杆机构,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,宁夏大学专用 作者:潘存云教授,设计:潘存云,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。,