第2章平面连杆机构

第 2章 平面连杆机构2 1 平面连杆 机构的应用和基本型式2 2 四杆 机构 的基本特性2 3 平面 连杆机构的设计2 4 平面 连杆机构的结构设计 2 1 平面连杆 机构的应用和基本型式一、平面连杆机构的应用1、变换运动形式ABDC1243C2 C1连杆机构：由若干个构件通过低副（转动副、移动副）连接而组成的机构，故又称为低副机构。2、实现刚体的若干给定位置车门开闭机构3、实现给定轨迹如：鹤式起重机应用实例：内燃机 、 鹤式吊 、 火车轮 、 手动冲床 、 牛头刨床 、 椭圆仪 、 机械 手爪 、开窗户支撑、公共汽车开关门、折叠伞、折叠床、 牙膏筒拔管机、单车制动操作机构等。特征： 原动件的运动经过不与机架直接相连的中间构件传递到从动件上。中间构件称为连杆。优点： 采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损、形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。 在原动件运动规律不变情况下， 改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。 连杆曲线丰富。可满足不同要求。缺点： 构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低 。 产生动载荷（惯性力），不适合高速。 设计方法复杂，难以实现精确的运动轨迹。分类 :平面连杆机构空间连杆机构常以构件数命名： 四杆机构 、 多杆机构 。本章重点内容是介绍 四杆机构。平面四杆机构由四个构件组成，是 最简单 的平面连杆机构。也是具有转换运动功能而 构件数目最少 的平面连杆机构。二、平面四杆机构的基本型式:1、基本型式 铰链四杆机构 ，其它四杆机构都是由它演变得到的。名词解释：连架杆 与机架相联的构件；2、三种基本型式：（ 1） 曲柄摇杆机构特征： 曲柄摇杆作用： 将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。如雷达天线。连杆 作平面运动的构件；曲柄 作整周定轴回转的构件；摇杆 作定轴摆动的构件；周转副 能作 360 相对回转的运动副；摆转副 只 能作有限角度摆动的运动副。曲柄连杆摇杆设计：潘存云设计：潘存云ABC1243DC3（ 2） 双曲柄机构特征 ：两个曲柄作用： 将等速回转转变为 等速 或 变速 回转。雷达天线俯仰机构曲柄主动缝纫机踏板机构应用实例： 如 叶片泵 、 惯性筛 等。2143摇杆主动3124设计：潘存云设计：潘存云ADCB1234旋转式叶片泵AD CB123AB DC12 34E6惯性筛机构设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云AB CD耕地料斗DCAB耕地料斗B实例： 火车轮特例： 平行四边形机构AB = CD特征： 两连架杆等长且平行，连杆作平动BC = ADABDC摄影平台B CB C天平播种机料斗机构设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云 设计：潘存云反平行四边形机构 -车门开闭机构反向FA E D GB CABEFDCG平行四边形机构在共线位置出现运动不确定。 采用两组机构错开排列。设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云ABDCE（ 3） 双摇杆机构特征： 两个摇杆应用举例： 铸造翻箱机构特例： 等腰梯形机构汽车转向 机构、风扇摇头 机构CBABDC风扇座蜗轮蜗 杆电机E电 机AB风扇座蜗 轮蜗 杆电 机ABC风扇座蜗 轮蜗 杆ABDC设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云(1) 改变运动副性质 转动副演化为移动副三、铰链四杆 机构 的 演化偏心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构曲柄摇杆机构 曲柄滑块机构双滑块机构 正弦机构s=l sin l设计：潘存云(2)改变运动副的尺寸(3)选不同的构件为机架 偏心轮机构导杆机构摆动导杆机构转动导杆机构314A2BC曲柄滑块机构314A2BC设计：潘存云牛头刨床应用实例 :ABDC1243C2 C1小型刨床ABDCE 123456设计：潘存云应用实例B23 4C1A自卸卡车举升机构(3)选不同的构件为机架ACB 1234应用实例1A应用实例4 A13应用实例13C4 A2应用实例A 124B导杆机构314A2BC曲柄滑块机构314A2BC摇块机构314A2BC设计：潘存云(3)选不同的构件为机架314A2BC固定滑块 机构 手摇唧筒这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法称为： 机构的倒置BC3214A导杆机构314A2BC曲柄滑块机构314A2BC摇块机构314A2BCA4例：选择双滑块机构中的不同构件作为机架可得不同的机构椭圆仪机构1234正弦机构3214l1l2l4l3CB A DC”l1l2 l3平面 四杆机构 具有 整转副 可能存在 曲柄。杆 1为曲柄，作整周回转，必有两次与机架共线l2(l4 l1)+ l3则由 BCD可得： 三角形任意两边之和大于第三边则由 B”C”D可得：l1+ l4 l2 + l3l3(l4 l1)+ l2AB为最短杆最长杆与最短杆的长度之和 其他两杆长度之和 2 2 铰链四杆 机构 的基本特性 l1+ l2 l3 + l4l4- l1将以上三式两两相加得：l1 l2, l1 l3, l1 l4 l1+ l3 l2 + l41、曲柄存在的条件：设计：潘存云2.连架杆或机架之一为最短杆。可知：当满足杆长条件时，其最短杆参与构成的转动副都是整转副 。曲柄存在的条件：1. 最长杆与最短杆的长度之和应 其他两杆长度之和此时，铰链 A为整转副。若取 BC为机架，则结论相同，可知铰链 B也是整转副。称为 杆长条件 。ABCDl1l2l3l4作者：潘存云教授当满足杆长条件时，说明存在整转副，当选择不同的构件作为机架时，可得不同的机构。如：曲柄摇杆 1 、 曲柄摇杆 2 、 双曲柄 、 双摇杆机构 。特别指出： 在曲柄摇杆机构中最短杆是曲柄，而不能误认为铰链四杆机构中最短杆是曲柄。设计：潘存云ABCDB1C12.急回运动在 曲柄摇杆机构 中，当曲柄与连杆两次共线时，摇杆位于两个极限位置，简称极位。当曲柄以 逆时针转过 180+ 时，摇杆从 C1D位置摆到 C2D。 所花时间为 t1 , 平均速度为 V1,那么有：曲柄摇杆机构 3D此两处曲柄之间的夹角 称为 极位夹角 。180 C2B2此两处摇杆之间的夹角 称为 摇杆的摆角 。设计：潘存云B1C1A DC2当曲柄以 继续转过 180- 时，摇杆从 C2D,置摆到C1D， 所花时间为 t2 ,平均速度为 V2 ,那么有： 180-因曲柄转角不同，故摇杆来回摆动的时间不一样，平均速度也不等。显然： t1 t2 V2 V1摇杆的这种特性称为 急回运动 。 用以下比值表示急回程度称 K为 行程速比系数 。且 越大， K值越大，急回性质越明显。 只要 0 ， 就有 K1所以可通过分析机构中是否存在 以及 的大小来判断机构是否有急回运动或运动的程度。B2对心曲柄滑块机构=0， 没有急回运动偏置曲柄滑块机构0， 有急回运动摆动导杆机构的急回运动机构急回的作用：节省空回时间，提高工作效率。注意：急回具有方向性设计新机械时，往往先给定 K值，于是 : 设计：潘存云FFF”当 BCD90 时， BCD3.压力角和传动角压力角 ：从动件驱动力 F与力作用点绝对速度之间所夹锐角。ABCD设计时要求 : min50 min出现的位置：当 BCD90 时， 180- BCD切向分力 : F= Fcos法向分力 : F”= Fcos F 对传动有利 。=Fsin称 为 传动角 。此位置一定是： 主动件与机架共线两处之一。CDBAF可用 的大小来表示机构传动力性能的好坏 ,F”F当 BCD最小或最大时，都有可能出现 min为了保证机构良好的传力性能车门设计：潘存云C1B1l1l2l3l4 DA由余弦定律有： B1C1D arccosl22 + l32-(l4 - l1)2/2l2 l3 B2C2D arccosl22 + l32-(l4 - l1)2/2l2 l3若 B1C1D90 ,则若 B2C2D90 , 则 1 B 1C1D 2 180-B 2C2D机构的传动角一般在运动链最终一个从动件上度量。v 1 min 1, 2min 2 FC2B2设计：潘存云F4.机构的死点位置摇杆为主动件， 且 连杆与曲柄两次共线 时 ， 有：此时 机构不能运动 .称此位置为： “ 死点” 0 0F 0曲柄滑块机构的死点位置设计：潘存云避免措施：两组机构错开排列，如 火车轮机构 ;靠 飞轮的惯性 （如内燃机、缝纫机等）。FA E D GB CABEFDCG设计：潘存云设计：潘存云工件AB CD1234PABCD123工