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第 8章 平面连杆机构及其设计8-1 连杆机构及其传动特点 一、 连杆机构 (Linkage)的组成和分类 由若干个杆件通过低副连接而组成的机构称为连杆机构,又称为低副机构。 原动件 连杆 (中间构件 ) 从动件 几个例子 :1 假肢膝关节p252 收放式折叠支架 p273 引擎油门控制装置 4 飞剪机 p46 分类 : 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连杆机构。 空间连杆机构 : 所有构件不全在相互平行的平面内运动的连杆机构。如并联机构。 根据所含杆数分 四杆机构 , 六杆机构 等 二、 连杆机构的特点 (1)低副机构,运动副为面接触,压强小,承载能力大,耐冲击,磨损小。 (2)其运动副元素多为平面或圆柱面,制造比较容易,结构简单 ,工作可靠。 (3)可以实现不同的运动规律和特定轨迹要求。 改变构件的相对长度 连杆上的不同点 三 . 连杆机构的缺点: 1)由于连杆机构的运动必须经过中间构件进行传递,因而传递路线较长,易产生较大的误差积累,同时也使机械效率降低。 2)连杆和滑块的质心做变速运动,所以连杆机构所产生的惯性力难于用一般平衡方法加以消除,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。 四 . 应用 连杆机构常用于以下场合: 1)用于受力较大的挖掘机。 (破碎机 ) 2)用于实现各种不同的运动规律要求。 (惯性筛 ) 3)可以实现给定轨迹要求。 (搅拌机 ) 平面四杆机构的应用广泛,而且是研究多杆机构的基础。 本章重点讨论 平面四杆机构 的有关基本知识和设计问题。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、 开关门机构 、折叠伞、折叠床 、 制动操作机构 等。特征: 有一作平面运动的构件,称为连杆。定义: 由低副(转动、移动)连接组成的平面机构。 8 2 铰链四杆 机构的类型和应用 一、平面四杆机构的基本类型及应用 基本型式 铰链四杆机构 : 全部运动副为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构。 其他四杆机构都是其演化型式。名词解释:曲柄 作整周定轴回转的构件;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 ,雨刷 。连杆 作平面运动的构件;连架杆 与机架相联的构件;摇杆 作定轴摆动的构件;周转副 能作 360度相对回转的运动副;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 惯性筛 、 磨碎机 等。2143摇杆主动3124设计:潘存云设计:潘存云AB 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 1: 平行四边形机构AB = CD特征: 两连架杆等长且平行两曲柄同速同方向转动连杆作平动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 。 特例 2: 反平行四边形机构 : 两对相对杆长度相等但不平行 特点:长边为机架,两曲柄转向相反 短边为机架,两曲柄转向相同设计: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 (两摇杆长度相等 ) 汽车转向 机构、 风扇摇头 机构 、 起重吊车 、钻床夹具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转向时汽车各轮纯转向时汽车各轮纯滚动的条件:滚动的条件:梯形转向机构转向条件 : 所有车轮形成一个转动中心 .BL1. 内、外导向轮内、外导向轮的的转速:外转速:外 内。内。2. 内外驱动轮的转内外驱动轮的转速:外速:外 内。内。(靠差速器保证)(靠差速器保证)二、平面 四杆 机构 的 演化型式 由平面四杆机构的基本形式演化而来 满足运动要求 改善受力 满足结构设计 演化方法有四种: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、 改变构件形状和运动尺寸偏心曲柄 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举例2、 改变运动副尺寸 当 曲柄的实际尺寸很短 并传递较大的动力时,可将曲柄做成几何中心与回转中心距离等于曲柄长度的圆盘,即 改变运动副尺寸 ,形成偏心轮机构。设计:潘存云偏心轮机构偏心轮机构实质举例:真空泵3 选不同的构件为机架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:潘存云设计:潘存云牛头刨床应用实例 :ABDC1243C2 C1小型刨床ABDCE 1234563 选不同的构件为机架ACB 1234导杆机构314A2BC曲柄滑块机构314A2BC摇块机构314A2BC摇块 机构设计:潘存云应用实例B234C1A自卸卡车举升机构应用实例A应用实例4 A13应用实例13C4 A应用实例 A 14 设计:潘存云3 选不同的构件为机架314A2BC直动滑杆 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 (a)曲柄滑块机构 ; (b)转动导杆机构 ; (c)摆动 滑杆摇块机构 ; (d)移动滑杆定块机构。其他机构演化: 选不同的构件为机架 双转块机构应用 4、 运动副元素的逆换 将运动副两元素的包容关系进行逆换,并不影响两构件之间的相对移动,但却能演化成不同的机构。 如摆动导杆机构和曲柄摇块机构。这两种机构的运动特性是相同的。 将 2,3的包容关系逆换 :曲柄摇块摆动导杆机构四杆机构的型式虽然多种多样,但根据演化的概念,可为我们 归类研究这些四杆机构 提供方便;我们也可根据演化的概念, 设计出型式各异的四杆机构 。83 平面四杆机构的基本知识设计:潘存云l1l2l4l3CB A D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 BCD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 其他两杆长度之和一、铰链四杆机构有曲柄的条件 l1+ l2 l3 + l4Cl1l2 l3l4- l1将以上三式两两相加得:l1 l2, l1 l3, l1 l4 l1+ l3 l2 + l4设计:潘存云2. 组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆。可知:当满足杆长条件时,其最短杆参与构成的转动副都是周转副。 而其余的转动副则是摆转副。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为周转副。若取 BC为机架,则结论相同,可知铰链 B也是周转副。称为 杆长条件 。ABCDl1l2l3l4即:A,B为周转副C,D为摆转副作者: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 。 因此, 四杆机构有曲柄的条件

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