平面连杆机构及设计

第三章 连杆机构和设计CHAPTER 3 ANALYSIS ANDSYNTHESIS OF LINKAGES 3-l 概述3-2 平面四杆机构的基本类型及其演化3-3 平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念3-4 平面四杆机构设计 概述1. 平面连杆机构2. 特点1、 承载能力大，耐磨损，且便于润滑，使用寿命长；2、 便于制造，成本低，且易达到较高的精度；3、 运动链较长，所以运动累积误差大；4、 连杆产生的惯性力难以生产平衡；5、 设计计算较复杂。许多刚性构件用低副联接组成的平面机构。3连杆机构的分类 3.1 根据连杆机构中各构件间相 对运动范围分： 平面连杆机构空间连杆机构3.2 根据连杆机构所含构件数分： 四 杆 机构多杆机构3 2 平面四杆机构的基本类型及其演化一、 平面四杆机构的基本型式及应用基本型式 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：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。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 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（ 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。如 惯性筛 等。雷达天线俯仰机构曲柄主动AB DC1243C32143缝纫机踏板机构摇杆主动3124AB DC12 34E6耕地料斗DCAB实例： 火车轮惯性筛机构特例： 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 = ADAB CDB CABDC耕地料斗、 摄影平台B C、 天平、 播种机料斗机构反平行四边形机构 -车门开闭机构反向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ABDCBCABDC风扇座蜗轮蜗杆电机电机AB风扇座蜗轮蜗杆电机ABC风扇座蜗轮蜗杆E二、平面连杆机构的演化(1) 改变相对杆长，转动副演化为移动副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ss=l sin (2)改变转动副半径，演化为偏心轮机构偏心轮机构(2)选用不同构件为机架小型刨床牛头刨床应用实例ABDCE 123456ABDC1243C2 C1摇块机构314A2BC导杆机构314A2BC314A2BC曲柄滑块机构ACB 1234应用实例B23 4C1A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摇块机构314A2BC导杆机构314A2BC314A2BC曲柄滑块机构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BC3214AA4(4)运动副元素的逆换将低副两运动副元素的包容关系进行逆换，不影响两构件之间的相对运动。导杆机构 摇块机构4 32132143 3平面四杆机构的基本知识1.铰链 四杆机构 有曲柄的条件设 ad， 同理有：da, db, dcabdcCB A DB”C”则由 BCD可得：则由 B”C”D可得：a+db+cc(d-a)+ b即 : a+bd+c即 : a+cd+bAB为最短杆AD为最短杆cbd-a2)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周转副 。曲柄存在的条件：1) 最 短 杆与最 长 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。ABCDabcd称为 杆长 条件铰链四杆机构三种基本形式的判别依据： 1、 当铰链四杆机构满足杆长条件时，若： （ 1） 最短杆为连架杆时 曲柄摇杆机构（ 2） 最短杆为机架时 双曲柄机构（含平行四边形机构）（ 3） 最短杆为连杆时 双摇杆机构 2、 当铰链四杆机构不满足杆长条件时 双摇杆机构ABCD2、急回运动和行程速比系数在 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：B1C1A此两处曲柄之间的夹角 称为 极位夹角 。C2B2180 当曲柄以 继续转过 180- 时，摇杆从 C2D,置摆到 C1D，180-B1C1A DC2B2180 所花时间为 t2 ,平均速度为 V2 ,那么有： 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。并且： 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曲柄滑块机构 的急回特性应用： 空行程节省运动时间，如 牛头刨 、往复式输送机等。180 180-导杆机构 的 急回特性180 180-对于需要有急回运动的机构，常常是根据需要的行程速比系数 K, 先求出 ， 然后在设计各构件的尺寸。 PPtPnABCD3、 压力角与传动角（ 1）压力角如图 326 所示铰链四杆机构，若不考虑构件的重力、惯性力和运动副中的摩擦力等影响，则主动件 AB上的驱动力通过连杆 BC传给输出件 CD的力 F是沿 BC方向作用的。现将力 F沿受力点 C的速度方向和垂直方向分解得到有效分力 F1和有害分力 F2。 由图可知，Ft = F cos , Fn= F sinF1对输出件 CD产生有效转动力矩。因此，为使机构传力效果良好，显然应使 F1愈大愈好，即要求角 愈小愈好，理想情况是 0， 最坏的情况 90 。 由此可知，在力 F一定的条件下， F1和 F2的大小完全取决于 ，所以角 是反映机构传力效果好坏的一个重要参数，一般称它为机构的压力角。机构压力角的定义：CBAFFtFn作用于 C点的力与 C点的速度方向之间所夹的锐角，用 表示。 称为机构的压力角（ 2）传动角 压力角的余角 称为传动角 。 的值愈大愈好 .， 应使传动角的最小值 min大于或等于其许用值 ，即 min 。 一般机械中，推荐 40一 50. PPtPnABCD min出现的位置：当 BCD90 时， BCD当 BCD90 时，当 BCD最小或最大时，都有可能出现 min此位置一定是： 180- BCD主动件与机架共线 两处之一。CDBAP3、 最小传动角的位置由余弦定律有： B1C1D arccosb2+c2-(d-a)2/2bcB 2C2D arccosb2+c2-(d+a)2/2bc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。车门vC2B2 1C1B1abcd min B 1C1D, 180-B 2C2Dmin 2P4.四杆机构的死点摇杆为主动件， 且 连杆与曲柄两次共线 时 ， 有：此时 机构不能运动 .避免措施：两组机构错开排列，如 火车轮机构 ;P称此位置为： “ 死点” 0靠 飞轮的惯性 （如内然机等）。A E D GB F CABEFDCGAB CD1234P钻孔夹具也可以利用死点进行工作 ：起落架 、 钻夹具 等 。工件 ABCD123工件P =0TABDC飞机起落架B