第二章平面连杆机构基础

第二章 平面连杆机构平面连杆机构 2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性 2-2 铰链四杆机构有整转副的条件2-3 铰链四杆机构的演化2-4 平面 四杆机构的设计2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性 最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的，称为平面四杆机构。它的应用非常广泛，而且是组成多杆机构的基础。 全部由低副 (转动副和移动副 )组成的平面机构。接触表面是圆柱面和平面，制造简便，易于获得较高的制造精度。低副中存在间隙，数目较多的低副会引起运动积累误差；而且它的设计比较复杂，不易精确地实现复杂的运动规律。平面连杆机构 :连杆机构优点 : 低副是面接触，耐磨损；连杆机构的缺点：本章着重介绍平面四杆机构的基本类型、特性及其常用的设计方法。2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性 对于铰链四杆机构，按两连架杆运动形式不同，分为三种基本型式：全部用转动副相连的平面四杆机构。摇杆： 仅能在小于 360 的某一角度内摆动的构件。机架： 机构中固定不动的构件；基本术语：连架杆： 与机架用转动副相连接的杆；连杆： 作平面运动的构件；曲柄： 能作整周转动的构件；铰链四杆机构：和双摇杆机构。 曲柄摇杆机构、 双曲柄机构2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性 摇杆 3为从动件，作变速往复摆动。一、曲柄摇杆机构 两个连架杆，一为曲柄，另一个为摇杆的机构。下面讨论曲柄摇杆机构的一些主要特性。通常曲柄 1为原动件，并作匀速转动；2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性 一、曲柄摇杆机构1.急回运动 曲柄摇杆机构，其曲柄 AB在转动一周的过程中，有两次与连杆 BC共线。摇杆 CD的左极限位置 :C1D摇杆 CD的右极限位置 :C2D摇杆在两极限位置时的夹角。(1)摇杆的极限位置(2)摇杆的摆角 :2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性 一、曲柄摇杆机构2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性 一、曲柄摇杆机构摇杆处于两极限位置时，对应的曲柄所夹的锐角。 (4)急回运动曲柄 摇杆AB1AB 2 C1D C 2D l 180+ t1 t1曲柄 摇杆AB2AB 1 C2D C 1D 2 180- t2 t2故 C点空回程时的平均速度 V2工作行程时的平均速度 V1(3)极位夹角 : 1 2 t 1t2 摇杆的这一运动特性称为机构 急回运动特性 。2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性 (5)行程速比系数 K急回运动特性可用行程速度变化系数 (或称行程速比系数 )K表示，设计新机械时，总是根据该机械的急回要求先给出 K值，然后由上式算出极位夹角 ， 再确定各构件的尺寸。 极位夹角 K值 ，急回运动的性质也越显著。整理上式，可得极位夹角的计算公式：即 :上式表明：2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性 若不计各杆的质量，则连杆加给曲柄的力将过铰链中心 A。 此力对 A点不产生力矩，不能使曲柄转动。2.死点位置 对曲柄摇杆机构，以摇杆 3为原动件，曲柄 1为从动件，则摇杆摆到极限位置C1D和 C2D时，连杆 2与曲柄 1共线。机构的这种位置称为 死点位置 。3压力角和传动角 在生产中，不仅要求连杆机构能实现预定的运动规律，且希望运转轻便，效率较高。不计摩擦时 ,作用在从动件上的驱动力 F与该力作用点绝对速度 Vc之间所夹的锐角 称为 压力角 。1.压力角故压力角可作为判断机构传动性能的标志。 2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性 有效分力 : Ft Fcos即压力角 有效分力 Ft1.压力角2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性 压力角的余角 (即连杆和从动摇杆之间所夹的锐角 )。2.传动角 反之， ，机构传力越费劲，转动效率越低。对于颚式破碎机、冲床等大功率机械，可取 min50 ；2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性 因 90- ， 所以 机构传力性能越好；机构运转时，传动角 是变化的，为了保证机构正常工作，必须规定最小传动角 min的下限。一般机械： min40 ；对于小功率的控制机构和仪表， min可略小于 40 2.传动角 min= min 1， 2出现最小传动角 min的位置2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性 铰链四杆机构中，曲柄与机架拉直共线和重叠共线的两位置处出现的传动角中，必有一处为最小传动角。曲柄摇杆机构应用实例传送机构雷达调整机构缝纫机踏板机构特殊型式：平行四边形 两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构。 二、双曲柄机构2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性 双曲柄机构应用实例旋转式水泵天平机构机车驱动轮联动机构型式 1：连杆 BC能整周回转 两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。 三、双摇杆机构型式 2：连杆 BC不能整周回转 2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性 双摇杆机构应用实例炉门启闭机构鹤式起重机飞机起落架铰链四杆机构是否具有整转副，取决于各杆的相对长度。2-2 铰链四杆机构有整转副的条件 实现曲柄 AB整周回转， AB杆必须顺利通过与 AD两次共线的两个位置 AB1和 AB2 下面通过曲柄摇杆机构来分析铰链四杆机构具有整转副的条件。整转副： 两构件能相对转动 360 的转动副。具有整转副的铰链四杆机构才可能存在曲柄。2-2 铰链四杆机构有整转副的条件 若 B1C1D1和 B2C2D2能构成，则机构存在整转副，利用三角形构成原理，可得整转副存在条件： (2)整转副存在于最短杆的两边。 (1)铰链四杆机构有整转副的条件(杆长条件 )是：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和 ;曲柄是连架杆，整转副处于机架上才能形成曲柄。因此，具有整转副的铰链四杆机构是否存在曲柄，还应根据选择何杆为机架来判断。2-2 铰链四杆机构有整转副的条件 (3)取最短杆的对边为机架时 双摇杆机构 。 则该机构中不存在整转副，无论取哪个构件作机架都只能得到双摇杆机构。如果：若：(1)取最短杆为机架时 双曲柄机构 。(2)取最短杆的邻边为机架时 曲柄摇杆机构 。2-3 铰链四杆机构的演化 通过用移动副取代转动副、变更杆件长度、变更机架和扩大转动副等途径，还可以得到铰链四杆机构的其他演化型式。一、曲柄滑块机构 曲柄摇杆机构，铰链中心 C的轨迹为以 D为圆心和 CD为半径的圆弧 。转动副演化为移动副2-3 铰链四杆机构的演化 一、曲柄滑块机构 e=0， 称对心曲柄滑块机构若 CD ， C点轨迹 直线 ,摇杆 3演化为直线运动的滑块， 转动副D演化为移动副，机构演化为曲柄滑块机构。e0 ， 称偏置曲柄滑块机构2-3 铰链四杆机构的演化 二、导杆机构 曲柄摇块机构导杆机构可看成是改变曲柄滑块机构中的固定构件演化而来的。 取不同构件为机架摆动导杆机构2-3 铰链四杆机构的演化 二、导杆机构 摆动导杆机构转动导杆机构2-3 铰链四杆机构的演化 二、导杆机构 导杆机