天津大学_机械原理与机械设计_主编张策_第六章_连杆机构

第 六 章 连 杆 机 构第六章 连 杆 机 构6 1 平面 连杆机构的类型 、 特点和应用6 2 平面 连杆机构的运动和动力特性6 3 平面 连杆机构的综合概述和刚体 位移矩阵6 4 平面 刚体 导引机构的综合6 5 平面函数生成机构的综合6 6 平面 轨迹 生成机构的综合6 7 按行程速比系数综合平面连杆机构应用：特征：有一作平面运动的构件，称为连杆。定义： 由低副连接刚性构件组成的机构。第一节 平面 连杆机构的类型 、 特点和应用内燃机、牛头刨床 、 机械手 爪 、开窗户支撑、公共汽车开关门、折叠伞、折叠椅等。分类 :平面连杆机构空间连杆机构平面连杆机构 常以构件数命名：四杆机构 、 五杆机构 、 多杆机构 等。一 . 连杆机构的特点缺点：产生动载荷（惯性力），不适合高速。设计较复杂，难以实现精确的轨迹。本章重点介绍四杆机构。构件和运动副多，累积误差大，运动精度和效率较低 。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。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。平面连杆机构的类型、特点和分类 二 . 平面 连杆机构的类型和应用1. 平面四杆机构的 基本型式 和应用全部由转动副组成的平面四杆机构称为 铰链四杆机构 。 连架杆 与机架相联的构件；机架 固定不动的构件；连杆 连 接两 连 架杆且 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；平面连杆机构的类型、特点和分类 （ 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 。雷达天线俯仰机构 缝纫机踏板机构（ 摇杆主动 ）（ 曲柄主动 ）平面连杆机构的类型、特点和分类 搅拌机构（ 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 。惯性筛平面连杆机构的类型、特点和分类 机车车轮联动机构特例：平行四边形机构特征： 两连架杆等长且平行 ，连杆作平动。AB = CD BC = AD摄影平台升降机构平面连杆机构的类型、特点和分类 反平行四边形机构平行四边形机构存在运动不确定 位置 。可采用 两组机构错开排列的方法予以克服 。平面连杆机构的类型、特点和分类 （ 3） 双摇杆机构特征：两个摇杆应用举例：鹤式起重机 特例：等腰梯形机构 汽车转向 机构 平面连杆机构的类型、特点和分类 (1) 将转动副演化成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正弦机构 2. 平面四杆机构的演化型式 平面连杆机构的类型、特点和分类 (2) 选不同的构件为机架整转副 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。平面连杆机构的类型、特点和分类 曲柄摇杆机构 双摇 杆机构双 曲柄 机构(2)选不同的构件为机架曲柄滑块机构 转动 导杆机构曲柄 摇块机构移动 导杆机构平面连杆机构的类型、特点和分类 (3) 变换构件的形态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。平面连杆机构的类型、特点和分类 摆动 导杆机构曲柄 摇块机构牛头刨床应用实例 :小型刨床（ 摆动导杆机构 ）（ 转动导杆机构 ）平面连杆机构的类型、特点和分类 (4) 扩大转动副偏心轮机构曲柄 滑块机构将转动副 B加大，直至把转动副 A包括进去，成为几何中心是 B， 转动中心为 A的偏心圆盘。平面连杆机构的类型、特点和分类 第二节 平面 连杆机构的 运动和动力 特性1.平面 四杆机构 存在曲柄的条件平面 四杆机构 具有 整转副 则 可能 存在曲柄 。设 l1 l4， 可得：l4 l1 , l4 l2 , l4 l3 即： AD为最短杆连架杆之一或机架为 最短杆 。曲柄存在的条件 :（ Grashof 定理 ）最长杆与最短杆的长度之和 其他两杆长度之和称为 杆长条件 。此时，铰链 A、 B均 为整转副 。当满足杆长条件时，其最短杆上的转动副都是整转副 。平面连杆机构的运动和动力特性 2.压力角和传动角压力角 ： 作用在 从动件 上的驱动力 F与力作用点绝对速度之间所夹锐角 。切向分力 Ft= Fcos法向分力 Fn= Fcos Ft 对传动有利 。= Fsin常用 的大小来表示机构传力性能的好坏 ,称 为 传动角 。 是 的 余角。平面连杆机构的运动和动力特性 当 BCD 90 时， BCD因此设计时一般要求 : min40 。当 BCD 90 时， 180- BCD当 BCD最小或最大时，即在 主动曲柄与机架共线的位置 ， 都有可能出现 min平面连杆机构的运动和动力特性 由于在机构运动过程中， 角是变化的， min出现的位置 ：当 B2C2D 90（ = 180 ） 时， min min, 180- max min根据余弦定律，当 B1C1D 90 （ = 0 ） 时，平面连杆机构的运动和动力特性 3.死点对于曲柄摇杆机构，当摇杆为主动件时， 在连杆与曲柄两次共线的位置，机构均不能运动。机构的这种位置称为：“ 死点 ” （机构的死点位置） 在 “死点 ”位置， 机构的传动角 0平面连杆机构的运动和动力特性 * 可以利用 “ 死点 ” 位置进行工作， 例如：飞机 起落架 、 钻夹具 等。* “ 死点 ” 位置的过渡方法：依靠 飞轮的惯性 （如内燃机、缝纫机等）。平面连杆机构的运动和动力特性 两组机构错开排列，如 火车轮联动机构 。4.急回特性从动件作往复运动的平面连杆机构中，若从动件工作行程的平均速度小于回程的平均速度，则称该机构具有 急回特性 。在 曲柄摇杆机构 中，当从动件（摇杆）位于两极限位置时，曲柄与连杆共线。此时 对应的主动曲柄之间所夹的锐角 叫作 极位夹角。平面连杆机构的运动和动力特性 设曲柄以 逆时针匀速旋转。从 AB1转到 AB2， 转过 180+时为 工作行程 ，所花时间为 t1 ； 此时摇杆从 C1D摆到 C2D， 平均速度为 V1,则有：曲柄从 AB2 继续转过 180- 到 AB1时为 回程 ，所花时间为 t2 ,此时摇杆从 C2D摆到 C1D， 平均速度为 V2 ,那么有 显然 t1 t2 V2 V1 即该机构具有 急回特性平面连杆机构的运动和动力特性 而且 越大， K值越大，机构的急回性质越明显。 只要极位夹角 0 ， 就有 K1。因此，可通过分析机构中是否存在 及其大小，来判断机构是否具有急回运动，以及急回的程度。设计时往往先给定 K 值，再计算 ， 即 为能定量描述急回运动，将回程平均速度 V2 与工作行程平均速度 V1之比 定义为 行程速度变化系数 K 平面连杆机构的运动和动力特性 曲柄滑块机构 的急回特性分析应用：节省回程时间，提高生产率。导杆机构 的急回特性分析 平面连杆机构的运动和动力特性 5.机构运动 的 可行域可行域 ：摇杆的运动范围。不可行域 ：摇杆不能达到的 区域。以四杆机构为例。各构件的长度关系及安装的初始状态，决定了曲柄整周转动时，机构运动的可行域。概念平面连杆机构的运动和动力特性 分析设想拆开运动副 C， 考察点C的运动范围。1.点 C必在 C圆上运动。2. 相对于点 A，点 C运动的最远范围不能超出圆弧Rmax， 最近范围不能小于圆弧 Rmin。3. 以上两条决定了点 C的运动范围，从而规划出机构的可行域。不能要求从动件从一个可行域跳过不可行域进入另一个可行域。设计连杆机构时，应满足运动连续性条件。平面连杆机构的运动和动力特性 第三节 平面 连杆机构的 综合概述和刚体位移矩阵一、 平面连杆机构综合的基本问题运动方案设计 根据给