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曲柄连杆机构的应用【6张CAD图纸+毕业论文】

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关键词：: 曲柄连杆机构应用 cad图纸毕业论文曲柄连杆机构曲柄连杆机构的应用

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曲柄连杆机构的应用

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摘要

按连杆机构中的各构件的相对运动是平面运动还是空间运动，可将连杆机构分成平面连杆机构及空间连杆机构两大类。而在平面连杆机构中又以四连杆机构组成的平面四杆机构应用最广。本文主要介绍平面四杆机构的类型、应用、以及有关平面四杆机构的一些基本知识；并阐述了平面四杆机构的一些常用的设计方法。着重介绍了铰链四杆机构的类型及应用。

关键词：铰链四杆机构、曲柄、四连杆

Abstract

The linkage of the various components of the relative movement is still room for movement plane motion can be divided into plane linkage and linkage space linkage two categories. The plane linkage again in the four-bar linkage of the plane four agencies most widely. This paper describes the four plane types, applications, and the plane four bodies of some basic knowledge on the plane and four bodies of some commonly used methods of design. Focus on the hinge of the four types of agencies and applications.

Key words: hinge four bodies, crank, four-link.

第一章论述.............................................. .1

第二章平面连杆机构....................................... 2

2.1 铰链四杆机构 .....................................2

2.2 铰链四杆机构的其它形式............................7

2.3 平面四杆机构的工作特性........................... 9

2.4 平面四杆机构运动设计简介........................ 14

第三章平面连杆机构及其设计............................... 17

3．1 平面连杆机构的特点及其设计的基本问题 ............17

3.1.1平面连杆机构.................................. 17

3.1.2平面连杆机构的特点............................ 17

3.1.3平面连杆机构设计的基本问题 ....................18

3.1.4设计方法 ......................................18

3．2 平面四杆机构的基本型式及其演化.................. 18

3.2.1铰链四杆机构：所有运动副均为 ..................18

3.2.2铰链四杆机构的演化.............................19

3．3 平面四杆机构有曲柄的条件和几个基本概念.......... 20

3.3.1平面四杆机构有曲柄的条件（也可作曲柄和连杆线图.20

3.3.2行程速度变化系数.............................. 21

3.3.3压力角和传动角................................ 22

3．4 平面四杆机构的设计.............................. 23

3.4.1平面四杆机构的图解法设计 ......................23

第四章技术参数及维修 ....................................25

4.1结构............................................. 25

4.2维护保养......................................... 25

4.3注意事项 .........................................26

第五章结论 ..............................................27

参考文献 ..................................................28

致谢.................................................... 29

第一章论述

连杆机构是一种常用的传动机构，广泛地用于各种机器、仪表及操纵装置中。

连杆机构中的各构件间的相对运动是平面运动还是空间运动，可将连杆机构分成平面连杆机构及空间连杆机构两大类。一般机械中多采用平面连杆机构。而在平面连杆机构中又以由四个构件组成的平面四杆机构应用最广。而且平面四杆机构又往往是组成多杆机构的基础。在连杆机构中的运动副都是低副。由于低副两元素为面接触，所以在同样的载荷条件下，其两元素间的压强比高副接触的压强为低，故连杆机构可以传递教大的动力。而且低副元素的几何形状比较简单（常为圆柱或平面等），故也便于加工。另外，在其原动件运动规律不变的条件下，只要改变各构件间的相对长度，就可以使其从动件实现不同的运动规律要求。又由于连杆不与机架相连，故其上各点的轨迹是形状各异的曲线（我门称这些曲线为连杆曲线），人们可利用这些曲线来近似满足不同轨迹的需要。连杆机构的缺点是其必须经过中间构件作运动传递，而由于不可避免的制造误差和运动副中的间隙，致使运动传递中的误差环节教多；另外，由于连杆是平面运动构件，其所产生的惯性力难以平衡，故连杆机构一般不宜用于精密及高速运动。

第五章结论

曲柄连杆机构是目前机构研究的前沿方面，他既涉及到传统机构学理论和机构创新设计理论，有涵盖机器人特别是并联机器人中的有关理论。本文以曲柄——连杆混合驱动可控制机构作为研究对象，对该机构的结构学，运动学等问题进行深入的分析研究，得到如下的结论：

5.1对于两曲柄分别为连架杆和连杆的混合输入五杆机构，其分析方法不同于两曲柄都是连杆的混合输入五杆机构。尤其是奇异分析时不能利用输入杆的速度雅可比矩阵因为它的输出杆是定轴转动的，其速度雅可比矩阵，计算它的行列式的值进行分析，并通过作机构运动简图和运动连续性原理验证了其正确性。

5.2用了矢量投影和复合三角函数的求异法进行了该类机构的角位移，角速度和角加速度的分析。并用Mathcad进行运动仿真得出各曲线都是连续的，同时用几何作图法进一步验证了机构的存在性和公式推导的正确性。

5.3分别采用正运动学和逆运动学方法对该机构进行优化综合，建立教学模型，包括确定该机构的目标函数，设计变量和约束条件等。并通过对算例的优化。

参考文献

[1]熊滨生. 现代连杆机构设[M] 化学工业出版社 2006-02-01

[2]牛鸣岐机械原理课程设计手册[M] 重庆大学出版社 2006-9-7

[3]申永胜机械原理教程[M] 清华大学出版社 2005年12月

[4]孙桓李继庆机械原理教程[M] 西北工业大学出版社 2005-1

[5]于骏一邹青机械制造技术基础[M] 机械工业出版社 2007-1

[6]纪名刚机械设计[M] 高等教育出版社 2006-4

[7]戴枝荣张远明工程材料[M] 高等教育出版社 2006-12

[8]吕广庶张远明工程材料及成形技术基础[M] 高等教育出版社 2001-1

内容简介：: 摘摘要要按连杆机构中的各构件的相对运动是平面运动还是空间运动，可将连杆机构分成平面连杆机构及空间连杆机构两大类。而在平面连杆机构中又以四连杆机构组成的平面四杆机构应用最广。本文主要介绍平面四杆机构的类型、应用、以及有关平面四杆机构的一些基本知识；并阐述了平面四杆机构的一些常用的设计方法。着重介绍了铰链四杆机构的类型及应用。关键词关键词：铰链四杆机构、曲柄、四连杆铰链四杆机构、曲柄、四连杆IAbstract The linkage of the various components of the relative movement is still room for movement plane motion can be divided into plane linkage and linkage space linkage two categories. The plane linkage again in the four-bar linkage of the plane four agencies most widely. This paper describes the four plane types, applications, and the plane four bodies of some basic knowledge on the plane and four bodies of some commonly used methods of design. Focus on the hinge of the four types of agencies and applications.Key words: hinge four bodies, crank, four-link.II目录第一章论述. .1第二章平面连杆机构. 22.1 铰链四杆机构 .22.2 铰链四杆机构的其它形式.72.3 平面四杆机构的工作特性. 92.4 平面四杆机构运动设计简介. 14第三章平面连杆机构及其设计. 1731 平面连杆机构的特点及其设计的基本问题 .173.1.1 平面连杆机构. 173.1.2 平面连杆机构的特点. 173.1.3 平面连杆机构设计的基本问题 .183.1.4 设计方法 .1832 平面四杆机构的基本型式及其演化. 183.2.1 铰链四杆机构：所有运动副均为 .183.2.2 铰链四杆机构的演化.1933 平面四杆机构有曲柄的条件和几个基本概念. 203.3.1 平面四杆机构有曲柄的条件（也可作曲柄和连杆线图.203.3.2 行程速度变化系数. 213.3.3 压力角和传动角. 2234 平面四杆机构的设计. 233.4.1 平面四杆机构的图解法设计 .23第四章技术参数及维修 .25III4.1 结构. 254.2 维护保养. 254.3 注意事项 .26第五章结论 .27参考文献 .28致谢. 290第一章第一章论述论述连杆机构是一种常用的传动机构，广泛地用于各种机器、仪表及操纵装置中。连杆机构中的各构件间的相对运动是平面运动还是空间运动，可将连杆机构分成平面连杆机构及空间连杆机构两大类。一般机械中多采用平面连杆机构。而在平面连杆机构中又以由四个构件组成的平面四杆机构应用最广。而且平面四杆机构又往往是组成多杆机构的基础。在连杆机构中的运动副都是低副。由于低副两元素为面接触，所以在同样的载荷条件下，其两元素间的压强比高副接触的压强为低，故连杆机构可以传递教大的动力。而且低副元素的几何形状比较简单（常为圆柱或平面等），故也便于加工。另外，在其原动件运动规律不变的条件下，只要改变各构件间的相对长度，就可以使其从动件实现不同的运动规律要求。又由于连杆不与机架相连，故其上各点的轨迹是形状各异的曲线（我门称这些曲线为连杆曲线），人们可利用这些曲线来近似满足不同轨迹的需要。连杆机构的缺点是其必须经过中间构件作运动传递，而由于不可避免的制造误差和运动副中的间隙，致使运动传递中的误差环节教多；另外，由于连杆是平面运动构件，其所产生的惯性力难以平衡，故连杆机构一般不宜用于精密及高速运动。1第二章第二章平面连杆机构平面连杆机构2.12.1 铰链四杆机构铰链四杆机构一、铰链四杆机构的组成和基本形式1.铰链四杆机构的组成如图 1-14 所示，铰链四杆机构是由转动副将各构件的头尾联接起的封闭四杆系统，并使其中一个构件固定而组成。被固定件 4 称为机架，与机架直接铰接的两个构件 1 和 3 称为连架杆，不直接与机架铰接的构件 2 称为连杆。连架杆如果能作整圈运动就称为曲柄，否则就称为摇杆。2.铰链四杆机构的类型铰链四杆机构根据其两个连架杆的运动形式的不同，可以分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本形式。(1)曲柄摇杆机构。在铰链四杆机构中，如果有一个连架杆做循环的整周运动而另一连架杆作摇动，则该机构称为曲柄摇杆机构。如图 2-1 所示曲柄摇杆机构，是雷达天线调整机构的原理图，机构由构件 AB、BC、固连有天线的 CD 及机架 DA 组成，构件 AB 可作整圈的转动，成曲柄；天线 3 作为机构的另一连架杆可作一定范围的摆动，成摇杆；随着曲柄的缓缓转动，天线仰角得到改变。如图 2-2 所示汽车刮雨器，随着电动机带着曲柄 AB 转动，刮雨胶与摇杆 CD 一起摆动，完成刮雨功能。如图 2-3 所示搅拌器，图 2-1 雷达天线调整机构图 2-2 汽车雨刮器图 2-3 搅拌机2随电动机带曲柄 AB 转动，搅拌爪与连杆一起作往复的摆动，爪端点E 作轨迹为椭圆的运动，实现搅拌功能。(2)双曲柄机构。在铰链四杆机构中，两个连架杆均能做整周的运动，则该机构称为双曲柄机构。如图 2-4 所示惯性筛的工作机构原理，是双曲柄机构的应用实例。由于从动曲柄 3 与主动曲柄 1 的长度不同，故当主动曲柄 1 匀速回转一周时，从动曲柄 3 作变速回转一周，机构利用这一特点使筛子 6 作加速往复运动，提高了工作性能。当两曲柄的长度相等且平行布置时，成了平行双曲柄机构，如图 2-5a）所示为正平行双曲柄机构，其特点是两曲柄转向相同和转速相等及连杆作平动，因而应用广泛。火车驱动轮联动机构利用了同向等速的特点；路灯检修车的载人升斗利用了平动的特点，如图 2-6a、b)所示。如图 2-5b)为逆平行双曲柄机构，具有两曲柄反向不等速的特点，车门的启闭机构利用了两曲柄反向转动的特点，如图 2-6c)所示。(3)双摇杆机构。两根连架杆均只能在不足一周的范围内运动的铰链四杆机构称为双摇杆机构。如图 2-7 所示为港口用起重机吊臂结构原理。其中，ABCD 构成图 2-7 起重机吊臂结构原理图 2-5 平面双曲柄机构图 2-6 平面双曲柄机构的应用3双摇杆机构，AD 为机架，在主动摇杆 AB 的驱动下，随着机构的运动连杆 BC 的外伸端点 M 获得近似直线的水平运动，使吊重 Q 能作水平移动而大大节省了移动吊重所需要的功率。图 2-8 所示为电风扇摇头机构原理，电动机外壳作为其中的一根摇杆 AB，蜗轮作为连杆 BC，构成双摇杆机构 ABCD。蜗杆随扇叶同轴转动，带动 BC 作为主动件绕 C 点摆动，使摇杆 AB 带电动机及扇叶一起摆动，实现一台电动机同时驱动扇叶和摇头机构。图 2-9 所示的汽车偏转车轮转向机构采用了等腰梯形双摇杆机构。该机构的两根摇杆 AB、CD 是等长的，适当选择两摇杆的长度，可以使汽车在转弯时两转向轮轴线近似相交于其它两轮轴线延长线某点 P，汽车整车绕瞬时中心 P 点转动，获得各轮子相对于地面作近似的纯滚动，以减少转弯时轮胎的磨损。二、铰链四杆机构中曲柄存在的条件1.铰链四杆机构中曲柄存在的条件铰链四杆机构的三种基本类型的区别在于机构中是否存在曲柄，存在几个曲柄。机构中是否存在曲柄与各构件相对尺寸的大小以及哪个构件作机架有关。可以证明，铰链四杆机构中存在曲柄的条件为：条件一：最短杆与最长杆长度之和不大于其余两杆长度之和。条件二：连架杆或机架中最少有一根是最短杆。2.铰链四杆机构基本类型的判别准则(1)满足条件一但不满足条件二的是双摇杆机构；(2)满足条件一而且以最短杆作机架的是双曲柄机构；(3)满足条件一而且最短杆为连架杆的是曲柄摇杆机构;(4)不满足条件一是双摇杆机构。例 2-1 铰链四杆机构 ABCD 的各杆长度如图 2-9 汽车转向机构图 2-8 电风扇摇头机构图 2-104图 2-10 所示。请根据基本类型判别准则，说明机构分别以AB、BC、CD、AD 各杆为机架时属于何种机构。解：分析题目给出铰链四杆机构知，最短杆为 AD = 20，最长杆为CD = 55，其余两杆 AB = 30、BC = 50。因为ADCD = 2055 = 75ABBC = 3050 = 80 LminLmax故满足曲柄存在的第一个条件。1)以 AB 或 CD 为机架时，即最短杆 AD 成连架杆，故为曲柄摇杆机构；2)以 BC 为机架时，即最短杆成连杆，故机构为双摇杆机构；3)以 AD 为机架时，即以最短杆为机架，机构为双曲柄机构。图 2-11 曲柄滑块机构52.22.2 铰链四杆机构的其它形式铰链四杆机构的其它形式一、曲柄滑块机构在图 2-11a）所示的铰链四杆机构 ABCD 中，如果要求 C 点运动轨迹的曲率半径较大甚至是 C 点作直线运动，则摇杆 CD 的长度就特别长，甚至是无穷大，这显然给布置和制造带来困难或不可能。为此，在实际应用中只是根据需要制作一个导路，C 点做成一个与连杆铰接的滑块并使之沿导路运动即可，不再专门做出 CD 杆。这种含有移动副的四杆机构称为滑块四杆机构，当滑块运动的轨迹为曲线时称为曲线滑块机构，当滑块运动的轨迹为直线时称为直线滑块机构。直线滑块机构可分为两种情况：如图 2-11b）所示为偏置曲柄滑块机构，导路与曲柄转动中心有一个偏距 e；当 e = 0 即导路通过曲柄转动中心时，称为对心曲柄滑块机构，如图 2-11c）所示。由于对心曲柄滑块机构结构简单，受力情况好，故在实际生产中得到广泛应用。因此，今后如果没有特别说明，所提的曲柄滑块机构即意指对心曲柄滑块机构。应该指出，滑块的运动轨迹不仅局限于圆弧和直线，还可以是任意曲线，甚至可以是多种曲线的组合，这就远远超出了铰链四杆机构简单演化的范畴，也使曲柄滑块机构的应用更加灵活、广泛。图 2-12 所示为曲柄滑块机构的应用。图 2-12a）所示为应用于内燃机、空压机、蒸汽机的活塞连杆曲柄机构，其中活塞相当于滑块。图 2-12b）所示为用于自动送料装置的曲柄滑块机构，曲柄每转一圈活塞送出一个工件。当需要将曲柄做得较短时结构上就难以实现，通常采用图 2-12c)所示的偏心轮机构，其偏心圆盘的偏心距 e 就是曲柄的长度。这种结构减少了曲柄的驱动力，增大了转动副的尺寸，提高了曲柄的强度和刚度，广泛应用于冲压机床、破碎机等承受较大冲击载荷的机械中。二、导杆机构在对心曲柄滑块机构中，导路是固定不动的，如果将导路做成导杆 4 铰接于 A 点，使之能够绕 A 点转动，并使 AB 杆固定，就变成了图 2-13 导杆机构图 2-14 导杆机构的应用6导杆机构，如图 2-13 所示。当 ABBC 时，导杆能够作整周的回转，称旋转导杆机构，如图 2-13a所示。当 ABBC 时导杆 4 只能作不足一周的回转，称摆动导杆机构，如图 2-13b)所示。导杆机构具有很好的传力性，在插床、刨床等要求传递重载的场合得到应用。如图 2-14a)所示为插床的工作机构，如图 2-14b)所示为牛头刨床的工作机构。三、摇块机构和定块机构在对心曲柄滑块机构中，将与滑块铰接的构件固定成机架，使滑块只能摇摆不能移动，就成为摇块机构，如图 2-15a)所示。摇块机构在液压与气压传动系统中得到广泛应用，如图 2-15b)所示为摇块机构在自卸货车上的应用，以车架为机架 AC，液压缸筒 3 与车架铰接于 C 点成摇块，主动件活塞及活塞杆 2 可沿缸筒中心线往复移动成导路，带动车箱 1 绕 A 点摆动实现卸料或复位。将对心曲柄滑块机构中的滑块固定为机架，就成了定块机构，如图 2-16a)所示。图 2-16b)为定块机构在手动唧筒上的应用，用手上下扳动主动件 1，使作为导路的活塞及活塞杆 4 沿唧筒中心线往复移动，实现唧水或唧油。表 2-1 给出了铰链四杆机构及其演化的主要型式对比。2.32.3 平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性一、运动特性在图 2-17 所示的曲柄摇杆机构中，设曲柄 AB 为主动件。曲柄在图 2-15 摇块机构及其应用图 2-12 曲柄滑块机构的应用图 2-16 定块机构及其应用图 2-17 曲柄摇杆机构的运动特性7旋转过程中每周有两次与连杆重叠，如图 2-17 中的 B1AC1和 AB2C2两位置。这时的摇杆位置 C1D 和 C2D 称为极限位置，简称极位。C1D 与C2D 的夹角称为最大摆角。曲柄处于两极位 AB1和 AB2的夹角锐角称为极位夹角。设曲柄以等角速度 1顺时针转动，从 AB1转到AB2和从 AB2到 AB1所经过的角度为（）和（），所需的时间为 t1和 t2 ，相应的摇杆上 C 点经过的路线为 C1C2弧和 C2C1弧，C 点的线速度为 v1和 v2 ，显然有 t1t2 ，v1v2 。这种返回速度大于推进速度的现象称为急回特性，通常用 v1与 v2的比值 K 来描述急回特性，K 称为行程速比系数，即 K= (2-1)002111222112180180/tttCCtCCvv或有 (2-2)111800KK可见，越大 K 值就越大，急回特性就越明显。在机械设计时可根据需要先设定 K 值，然后算出值，再由此计算得各构件的长度尺寸。急回特性在实际应用中广泛用于单向工作的场合，使空回程所花的非生产时间缩短以提高生产率。例如牛头刨床滑枕的运动。二、传力特性1.压力角和传动角在工程应用中连杆机构除了要满足运动要求外，还应具有良好的传力性能，以减小结构尺寸和提高机械效率。下面在不计重力、惯性力和摩擦作用的前提下，分析曲柄摇杆机构的传力特性。如图 2-18 所示，主动曲柄的动力通过连杆作用于摇杆上的 C 点，驱动力 F 必然沿 BC 方向，将 F 分解为切线方向和径向方向两个分力 Ft和 Fr ，切向分力 Ft与 C 点的运动方向 vc同向。由图知Ft = F或 Ft = FcossinFr = F或 Fr = Fsincos 角是 Ft与 F 的夹角，称为机构的压力角，即驱动力 F 与 C 点的运动方向的夹角。随机构的不同位置有不同的值。它表明了在驱动图 2-18 曲柄摇杆机构的压力角和传动角8力 F 不变时，推动摇杆摆动的有效分力 Ft的变化规律，越小 Ft就越大。压力角的余角是连杆与摇杆所夹锐角，称为传动角。由于更便于观察，所以通常用来检验机构的传力性能。传动角随机构的不断运动而相应变化，为保证机构有较好的传力性能，应控制机构的最小传动角 min。一般可取 min40，重载高速场合取 min50。曲柄摇杆机构的最小传动角出现在曲柄与机架共线的两个位置之一，如图 2-18 所示的 B1点或 B2点位置。偏置曲柄滑块机构，以曲柄为主动件，滑块为工作件，传动角为连杆与导路垂线所夹锐角，如图 2-19 所示。最小传动角 min出现在曲柄垂直于导路时的位置，并且位于与偏距方向相反一侧。对于对心曲柄滑块机构，即偏距 e = 0 的情况，显然其最小传动角 min出现在曲柄垂直于导路时的位置。对以曲柄为主动件的摆动导杆机构，因为滑块对导杆的作用力始终垂直于导杆，其传动角恒为 90，即 = min = max =90,表明导杆机构具有最好的传力性能。2.止点从 Ft = F cos 知，当压力角 = 90时，对从动件的作用力或力矩为零，此时连杆不能驱动从动件工作。机构处在这种位置称为止点，又称死点。如图 2-20a)所示的曲柄摇杆机构，当从动曲柄 AB 与连杆BC 共线时，出现压力角 = 90，传动角 = 0。如图 2-20b)所示的曲柄滑块机构，如果以滑块作主动，则当从动曲柄 AB 与连杆 BC 共线图 2-19 曲柄滑块机构的传角图 2-20 平面四杆机构的止点位置9时，外力 F 无法推动从动曲柄转动。机构处于止点位置，一方面驱动力作用降为零，从动件要依靠惯性越过止点；另一方面是方向不定，可能因偶然外力的影响造成反转。四杆机构是否存在止点，取决于从动件是否与连杆共线。例如上述图 2-20a)所示的曲柄摇杆机构，如果改摇杆主动为曲柄主动，则摇杆为从动件，因连杆 BC 与摇杆 CD 不存在共线的位置，故不存在止点。又例如前述图 2-20b)所示的曲柄滑块机构，如果改曲柄为主动，就不存在止点。止点的存在对机构运动是不利的，应尽量避免出现止点。当无法避免出现止点时，一般可以采用加大从动件惯性的方法，靠惯性帮助通过止点。例如内燃机曲轴上的飞轮。也可以采用机构错位排列的方法，靠两组机构止点位置差的作用通过各自的止点。在实际工程应用中，有许多场合是利用止点位置来实现一定工作要求的。如图 2-21a）所示为一种快速夹具，要求夹紧工件后夹紧反力不能自动松开夹具，所以将夹头构件 1 看成主动件，当连杆 2 和从动件 3 共线时，机构处于止点，夹紧反力 N 对摇杆 3 的作用力矩为零。这样，无论 N 有多大，也无法推动摇杆 3 而松开夹具。当我们用手搬动连杆 2 的延长部分时，因主动件的转换破坏了止点位置而轻易地松开工件。如图 2-21b)所示为飞机起落架处于放下机轮的位置，地面反力作用于机轮上使 AB 件为主动件，从动件 CD 与连杆 BC 成一直线，机构处于止点，只要用很小的锁紧力作用于 CD 杆即可有效地保持着支撑状态。当飞机升空离地要收起机轮时，只要用较小力量推动 CD，因主动件改为 CD 破坏了止点位置而轻易地收起机轮。此外，还有汽车发动机盖、折叠椅等。图 2-21 机构止点位置的应用102.42.4 平面四杆机构运动设计简介平面四杆机构运动设计简介四杆机构的设计方法有图解法、试验法、解析法三种。本节仅介绍前两种方法。一、用图解法设计四杆机构1.按连杆的预定位置设计四杆机构例例 2-1 已知连杆 BC 的长度和依次占据的三个位置B1C1、B2C2、B3C3 ，如图 2-22 所示。求确定满足上述条件的铰链四杆机构的其它各杆件的长度和位置。解：显然 B 点的运动轨迹是由B1、B2、B3三点所确定的圆弧，C 点的运动轨迹是由 C1、C2、C3三点所确定的圆弧，分别找出这两段圆弧的圆心 A 和 D，也就完成了本四杆机构的设计。因为此时机架 AD 已定，连架杆 CD 和 AB 也已定。具体作法如下：(1)确定比例尺，画出给定连杆的三个位置。实际机构往往要通过缩小或放大比例后才便于作图设计，应根据实际情况选择适当的比例尺，见式（1-1）。l(2)连结 B1B2、B2B3 ，分别作直线段 B1B2和 B2B3的垂直平分线b12和 b23（图中细实线），此两垂直平分线的交点 A 即为所求B1、B2、B3三点所确定圆弧的圆心。(3)连结 C1C2、C2C3，分别作直线段 C1C2和 C2C3的垂直平分线c12、c23（图中细实线）交于点 D，即为所求 C1、C2、C3三点所确定圆弧的圆心。(4)以 A 点和 D 点作为连架铰链中心，分别连结AB3、B3C3、C3D（图中粗实线）即得所求四杆机构。从图中量得各杆的长度再乘以比例尺，就得到实际结构长度尺寸。在实际工程中，有时只对连杆的两个极限位置提出要求。这样一图 2-211来，要设计满足条件的四杆机构就会有很多种结果，这时应该根据实际情况提出附加条件。例 2-2 如图 2-23 所示的加热炉门启闭机构，图中为炉门关闭位置，使用要求在完全开启后门背朝上水平放置并略低于炉口下沿，见图中位置。解：把炉门当作连杆 BC，已知的两个位置 B1C1和 B2C2 ，B 和 C 已成为两个铰点，分别作直线段 B1B2、C1C2的平分线得 b12和c12 ，另外两铰点 A 和 D 就在这两根平分线上。为确定 A、D 的位置，根据实际安装需要，希望 A、D 两铰链均安装在炉的正壁面上即图中 yy 位置，yy 直线分别与 b12、c12相交点 A 和 D 即为所求。二、按给定的行程速比系数设计四杆机构设计具有急回特性的四杆机构，一般是根据运动要求选定行程速比系数，然后根据机构极位的几何特点，结合其他辅助条件进行设计。例例 2-3 已知行程速比系数 K，摇杆长度lCD，最大摆角，请用图解法设计此曲柄摇杆机构。解：设计过程如图 2-24 所示，具体步骤：(1)由速比系数 K 计算极位角。由式（2-2）知11180KK(2)选择合适的比例尺，作图求摇杆的极限位置。取摇杆长度 CD乘以比例尺得图中摇杆长 CD，以 CD 为半径、任定点 D 为圆心、l任定点 C1为起点做弧 C，使弧 C 所对应的圆心角等于或大于最大摆角，连接 D 点和 C1点的线段 C1D 为摇杆的一个极限位置，过 D 点作与 C1D 夹角等于最大摆角的射线交圆弧于 C2点得摇杆的另一个极限位置 C2D。(3)求曲柄铰链中心。过 C1点在 D 点同侧作 C1C2的垂线 H，过 C2点作与 D 点同侧与直线段 C1C2夹角为（900）的直线 J 交直线 H 于点 P，连接 C2P，在直线段C2P 上截取 C2P/2 得点 O，以 O 点为圆点、图 2-24 按行程速比系数设计四杆机构图 2-23 12OP 为半径，画圆 K ，在 C1C2弧段以外在 K 上任取一点 A 为铰链中心。(4)求曲柄和连杆的铰链中心。连接 A、C2点得直线段 AC2为曲柄与连杆长度之和，以 A 点为圆心、AC1为半径作弧交 AC2于点 E，可以证明曲柄长度 AB = C2E/2，于是以 A 点为圆心、C2E/2 为半径画弧交 AC2于点 B2为曲柄与连杆的铰接中心。(5)计算各杆的实际长度。分别量取图中 AB2、AD、B2C2的长度，计算得：曲柄长lAB =AB2，连杆长lBC =B2C2 ，机架长 lAD =AD。lll1613第三章第三章平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计（一）要求1、了解四杆机构的演化，掌握如何判断机构的类型2、掌握四杆机构的设计：按机构位置要求；按行程速比系数K 值（二）重点与难点1、四杆机构的演化，整转副的条件2、灵活应用机构的相对运动原理设计机构（三）内容具体内容参照以下章节说明。具体内容参照以下章节说明。3 31 1 平面连杆机构的特点及其设计的基本问题平面连杆机构的特点及其设计的基本问题3.1.13.1.1 平面连杆机构平面连杆机构用低副连接而成的平面机构。3.1.23.1.2 平面连杆机构的特点平面连杆机构的特点1、能实现多种运动形式。如：转动，摆动，移动，平面运动2、运动副为低副：面接触：承载能力大；便于润滑。寿命长几何形状简单便于加工，成本低。1，2 为优点3、缺点：只能近似实现给定的运动规律；设计复杂；只用于速度较低的场合。3.1.33.1.3 平面连杆机构设计的基本问题平面连杆机构设计的基本问题选型：确定连杆机构的结构组成：构件数目，运动副类型、数目。运动尺寸设计：确定机构运动简图的参数：转动副中心之间的距离；移动副位置尺寸1、实现构件给定位置142、实现已知运动规律3、实现已知运动轨迹3.1.43.1.4 设计方法设计方法1、图解法，2、解析法，3、图谱法，4 实验法3 32 2 平面四杆机构的基本型式及其演化平面四杆机构的基本型式及其演化平面连杆机构：机构中所有构件均由低副连接而成3.2.13.2.1 铰链四杆机构：所有运动副均为铰链四杆机构：所有运动副均为转动副的平面四杆机构1、4机架1，3连架杆定轴转动2连杆平面运动整转副：二构件相对运动为整周转动。摆动副：二构件相对运动不整周转动。（模型：铰链四杆机构曲柄滑块机构，偏心轮机构）2、铰链四杆机构的基本形式曲柄；作整周转动的连架杆摇杆：非整周转动的连架杆1）曲柄摇杆机构2）双曲柄机构3）双摇杆机构3.2.23.2.2 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化1、扩大转动副偏心轮，偏心距，偏心轮机构2、转动副转化成移动副：曲柄滑块机械偏距ee0，偏置15e=0，对心A，B 整转副。曲柄移动导杆机构，正弦机构， sin AB S = l3、变换机架铰链四杆机构：构件4 为机架，曲柄摇杆构件1 为机架，双曲柄构件2 为机架，曲柄摇杆构件3 为机架，双摇杆曲柄滑块机构：构件4 为机架曲柄滑块构件1 为机架转动导杆构件2 为机架曲柄摇块构件3 为机架移动导杆163 33 3 平面四杆机构有曲柄的条件和几个基本概念平面四杆机构有曲柄的条件和几个基本概念3.3.1 平面四杆机构有曲柄的条件（也可作曲柄和连杆线图）平面四杆机构有曲柄的条件（也可作曲柄和连杆线图）（若1 和4 能绕A 整周相对转动，则存在两个特殊位置）a+bb+c (1)bc+d-a 即a+bc+d (2)cb+d-a 即a+cb+d (3)(1)+(2)得2a+b+de 即 ba+e 有曲柄的条件17 AGE：a+bee=0, ba3.3.23.3.2 行程速度变化系数行程速度变化系数1、机构的急回运动特性：原动件作匀速转动，从动件作往复运动的机构，从动件正行程和反行程的平均速度不相等。2、行程速度变化系数K= ( 1)从动件慢行程平均速度从动件快行程平均速度180 2180 1 221 = = = +1 1 2 2 t , t（从动件慢行程）（快行程）+= = = = 180180212112tttK t或1180 1+=K K极位夹角（G2AC1）（其值与构件尺寸有关，可能90）曲柄滑块机构：（慢行程方向不讲）B2Ce11 慢行程C2B1A2 119滑块慢行程的运动方向不仅与曲柄转向有关，还与导路偏置方向有关。当导路在A 下方时，见P84，图3-13（b）摆动导杆机构： = 无论曲柄转向如何，导杆慢行程运动方向总是与曲柄转向相同。3.3.33.3.3 压力角和传动角压力角和传动角1、压力角18F F cos t = F F sin n = ，从动件上某点的受力方向与从动件上该点速度方向的夹角2、传动角，F 与Fn 夹角，（经常用衡量机构的传动质量） + = 903、许用压力角一般： 404、压力角的计算 90 ,V = 90 ,V = 180 四、死点位置： = 0, = 90 的位置1、机构停在死点位置，不能起动。运转时，靠惯性冲过死点。2、利用死点实例193 34 4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计一、设计原理：一、设计原理：相对运动原理（转换机架法）以4 为机架，B1B2B3，C1C2C3改2 为机架，C AB121 B2C2C1DPB2AB120以原始位置B1C1 为机架A A D D 1 1 ,2 A ， 2 D 刚化AB2C2D，使B2C2 与B1C2 重合，找到2 A ， 2 D3 A ， 3 D 刚化AB3C3D，使B3C3 与B1C1 重合，找到3 A ， 3 D3.4.13.4.1 平面四杆机构的图解法设计平面四杆机构的图解法设计1、已知B，C 及连杆的三个位置，设计该铰链四杆机构。若知2 个位置，无穷解。2、已知A，D，连杆的三个位置，设计铰链四杆机构。以M1N1 为机架，M1N1 为原位刚化AM2N2D，使得M2N2 与M1N1 重合，求得2 A ， 2 D刚化AM3N3D，使得M3N3 与M1N1 重合，求得3 A ， 3 D作1 2 2 3 AA , A A 的公垂线交于B1作1 2 2 3 DD ,DD 的公垂线交于C1A，B，C，D 便是所求。3、按两连架杆的两组对应角位移分别为12 ， 12 和13 ， 13 知B1，B2，B3 设计铰链四杆机构。（确定C）以DF1 为机架，（机构运动时，B 点绕C 点转动）刚化AB2F2D，使DF2 与DF1 重合，得2 B刚化AB3F3D，使DF3 与DF1 重合，得3 B4、按K 设计四杆机构20已知：曲柄摇杆机构，摇杆CD 长度，摆角，K设计此机构（确定曲柄和连杆长）1） += 180K 1802）任选D 的位置，按CD 长和作摇杆两极限位置，DC1 和DC23）当 90 时，作= = 90 2 1 1 2C C O C C O 得C1O 与C2O 交点O，A 点在圆弧上任选，有无穷个解。4） a bl b al b aACAC ,21 = += 例：已知曲柄和滑块两组对应位移分别12 12 13 13 , S , , S 设计一21曲柄滑块机构。取C 以AE1 为机架，刚化AE2C2，使得AE2 与AE1 重合，求得2 C取C 以AE1 为机架，刚化AE3C3，使得AE3 与AE1 重合，求得3 C作1 2 2 3 CC ,CC 公垂线交于B1。例：已知固定铰链中心A、D 位置，两连架杆的一组对应角位移12 ， 12 ，以及连杆的两个位置M1N1，M2N2，分别对应于两连架杆的两位置，设计满足上述要求的四杆机构。解：1、以M1N1 为机架，刚化AM2N2D，使得M2N2 与M1N1 重合，找到2 2 A ,D（B 在2 AA 中垂线上，C 在2 DD 的中垂线上，取C1 点）2、以AE1 为机架，刚化AE2C2D，使AE2 与AE1 重合，求得2 C3、作1 2 C C 中垂线（B 在其上），与2 AA 中垂线交于B1第四章第四章技术参数及维修技术参数及维修4.1

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