第2章平面连杆机构.ppt

军械学院专用 第2章平面连杆机构 1概述 早在两三千年前 我国劳动人民就已经在农业生产 粮食加工 冶炼锻造等方面 广泛地应用了连杆机构 连杆机构是应用最早 最广泛的机构之一 一 连杆机构组成与特点 1 组成运动平面相互平行的若干构件 用低副联接而成的机构 称为平面连杆机构 其中至少含一个作平面运动的构件 连杆 实例 鹤式吊 军械学院专用 2 特点 2 低副 可以承受很大的载荷 因而耐磨损 易润滑 寿命长 在重型场合应用连杆机械最为相宜 例如在起重设备 矿山机械 锻造机械等重型设备中 都广泛应用了连杆机构 3 连杆曲线的多样性在机械工程中得到广泛的应用 连杆机构中的连杆作既含转动又含移动的平面复杂运动 其上各点的轨迹是极其复杂多样的 4 构件运动形式多样 利用连杆机构可以获得各种形式的运动 例如 可实现整周转动 绕定轴作往复摆动 作平面复杂运动 作往复直线移动等 其他类型的机构 如齿轮机构 凸轮机构等 就不具备这种特点 5 制造简单 易获得较高制造精度 由于接触表面为规则的圆柱面和平面 6 保持低副中两元素接触 不需要附加装置 因而结构简单 像凸轮机构中那样用弹簧和其它 1 基本形状是杆状构件 因此可以传递较远距离的动作 例如手闸 可以通过车把上的闸杆 把刹车动作传递到车轮的刹车块上 军械学院专用 缺点 7 构件和运动副多 累积误差大 运动精度低 效率低 8 产生动载荷 惯性力 不适合高速 9 设计较复杂 不易实现精确的运动规律和轨迹 二 应用 内燃机 鹤式吊 火车轮 急回冲床 牛头刨床 翻箱机 椭圆仪 机械手爪 开窗 车门 折叠伞 折叠床 牙膏筒拔管机 单车等 军械学院专用 常以构件数命名 四杆机构 五杆机构 多杆机构等 最简单 应用最广泛的连杆机构是四杆机构 本章重点介绍四杆机构 三 命名 军械学院专用 2平面四杆机构的基本型式 一 基本型式 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 军械学院专用 曲柄 作整周定轴回转的连架杆 铰链四杆机构三种基本型式 1 曲柄摇杆机构 特征 两个连架杆一个为曲柄 一个为摇杆 作用 曲柄的整周回转与摇杆的往复摆动相互转变 如雷达天线 连杆 作平面运动的构件 连架杆 与机架相连的构件 摇杆 作定轴摆动的连架杆 曲柄 连杆 摇杆 军械学院专用 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 如叶片泵 惯性筛等 军械学院专用 旋转式叶片泵 军械学院专用 实例 火车轮 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 摄影平台 天平 播种机料斗机构 军械学院专用 反平行四边形机构 车门开闭机构 军械学院专用 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 军械学院专用 二 曲柄存在条件 曲柄摇杆机构 设杆1为曲柄 作整周转动 则必有两次与机架共线 1 存在一个曲柄的条件 军械学院专用 l2 l4 l1 l3 则由 B C D可得 三角形任意两边之和大于第三边 则由 B C D可得 l1 l4 l2 l3 l3 l4 l1 l2 AB为最短杆 最长杆与最短杆的长度之和 其他两杆长度之和 l1 l2 l3 l4 l4 l1 将以上三式两两相加的 l1 l2 l1 l3 l1 l4 l1 l3 l2 l4 军械学院专用 2 连架杆之一为最短杆 存在一个曲柄的条件 1 最长杆与最短杆的长度之和应 其他两杆长度之和 此时 最短杆为曲柄 称为杆长条件 军械学院专用 当满足杆长条件时 根据相对运动原理 选择不同的构件作为机架时 可得不同的机构 如 曲柄摇杆 双曲柄 双摇杆机构 2 曲柄存在一般条件 军械学院专用 杆1与相邻两杆的夹角 0 360 变化 杆3与相邻两杆的夹角 小于360 变化 曲柄摇杆 军械学院专用 曲柄摇杆机构 双曲柄 双摇杆机构 军械学院专用 由此可得曲柄存在的一般条件 2 最短杆为连架杆或机架 三 基本型式的判定 双摇杆机构 最短杆相邻的杆为机架 曲柄摇杆机构 最短杆为机架 双曲柄 最短杆相对的杆为机架 双摇杆机构 军械学院专用 基本型式的判定流程图 lmin lmax lx ly lmin lmax lx ly 双摇杆机构 N 最短杆为机架 最短杆为曲柄 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 Y N Y Y N 结束 军械学院专用 lmin lmax lx ly时 铰链四杆机构四杆共线的位置存在型式和运动的不确定性 若四杆 a b c d 军械学院专用 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 军械学院专用 例 80 150 120 d d在什么范围时 图示机构成为 1 曲柄摇杆机构2 双曲柄机构3 双摇杆机构 军械学院专用 例2 解 1 机构为曲柄摇杆机构时 d为最长杆时d的最大值 300 d 700 由 lmin lmax lx ly 160 d 300 240 d 380mm 即 dmax 380mm 军械学院专用 2 机构为双曲柄机构时 d为最短杆且为机架 0 d 160 由 lmin lmax lx ly d 300 160 240 d 100mm 3 机构为双摇杆机构时d取何值 当用 lmin lmax lx ly不成立 因为b在已知的三杆中不为最短杆 由 lmin lmax lx ly分三种情况 d 300 160 240 即 0 d 100mm d 100mm 即 160 d 100 军械学院专用 由 lmin lmax lx ly 160 300 d 240 d 220mm 即 160 d 220 160 d 300 240 d 380mm 即 380 d 700 军械学院专用 平面四杆机构的特性 4平面四杆机构的特性 一 急回特性和行程速比系数 凡是具有往复运动的四杆机构 如曲柄摇杆机构 曲柄滑块机构 摆动导杆机构等 都有所谓工作行程和空回行程 为了提高生产率 通常希望它们的空程平均速度大于工作行程平均速度 以缩短非生产时间 提高生产率 1 急回特性 军械学院专用 在图示曲柄摇杆机构中 为常数 当曲柄从AB1逆时针转过180 到达AB2时 摇杆从C1D摆到C2D 用时t1 180 当曲柄从AB2逆时针转过180 到达AB1时 摇杆从C2D摆到C1D 用时t2 而 一样 t1 t2 军械学院专用 当曲柄与连杆两次共线时 从动摇杆位于两个极限位置 简称极位 对应于此两处主动曲柄之间的夹角 称为极位夹角 机构的这种特性称为急回特性 军械学院专用 2 行程速比系数 定量描述 若已知K值 则 对往复运动的构件 K 对急回特性的影响 军械学院专用 判断以下机构是否具有急回特性 军械学院专用 二 传力特性 在四杆机构的设计和应用中 除了运动方面的要求外 还需要考虑是否能够传递动力和效率的高低问题 为此 我们就需要讨论机构的传力特性 传动角是评价机构传力特性的指标 先讨论 军械学院专用 1 压力角和传动角 压力角 若不考虑构件的重力 惯性力和运动副中的摩擦力等影响 则主动件通过连杆传给从动件的驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹锐角 称为压力角 传动角 压力角的余角 即连杆和从动摇杆所夹锐角 称为传动角 记作 军械学院专用 需要特别注意 压力角和传动角是在从动件上度量的 是 从动件 上的 军械学院专用 当 BCD 90 时 BCD 2 传力特性 将作用在从动件上的力F分解为F 和F 设计时要求 min 40 3 min的位置 当 BCD 90 时 180 BCD 切向分力 F Fcos 法向分力 F Fcos F 对传动有利 Fsin 故可用 的大小来表示机构传动力性能的好坏 当 BCD最小或最大时 都有可能出现 min 军械学院专用 min B1C1D 180 B2C2D min 可以证明 主动件与机架的共线位置之一为 min的位置 军械学院专用 4 机构的死点 若摇杆主动 当连杆与曲柄共线时 此位置为机构的 死点 0 0 0 处于死点位置时 机构会自锁或出现运动的不确定 死点在工程上有利有弊 应兴利除弊 军械学院专用 避免措施 两组机构错开排列 如火车轮机构 靠飞轮的惯性 如内燃机 缝纫机等 军械学院专用 钻孔夹具 飞机起落架 也可以利用死点进行工作 飞机起落架 钻夹具等 军械学院专用 例 图示四杆机构 请画出从动件上最大压力角位置并求出最小传动角的值 军械学院专用 一 设计基本问题 4平面连杆机构的设计 牛头刨 铸造翻箱机构 鹤式起重机 军械学院专用 1 满足预定的运动规律要求 如牛头刨床 军械学院专用 2 满足预定的连杆位置要求 如铸造翻箱机构 要求连杆在两个位置垂直地面且相差180 军械学院专用 鹤式起重机 搅拌机构 要求连杆上E点的轨迹为一条卵形曲线 要求连杆上E点的轨迹为一条水平直线 3 满足预定的轨迹要求 如 鹤式起重机 搅拌机等 军械学院专用 给定的设计条件 1 几何条件 给定连架杆或连杆的位置 2 运动条件 给定K 3 动力条件 给定 min 设计方法 图解法 解析法 实验法 军械学院专用 1 给定K 1 曲柄摇杆机构 步骤 求出 已知 摇杆CD杆长 摆角 及K 设计此机构 二 图解法 军械学院专用 任取D 作出角 并确定C1 C2点 作C2M C1C2 作 作 PC1C2的外接圆 则A点在此圆上 选定A 设曲柄为l1 连杆为l2 则 以A为圆心 AC2为半径作弧交于E 得 l1 EC1 2l2 AC1 EC1 2 AC2 l2 l1 l1 AC1 AC2 2 C2C1P 90 交C2M于P AC1 l1 l2 军械学院专用 2 摆动导杆机构 分析 由于 与导杆摆角 相等 设计此机构时 仅需要确定曲柄a 计算 180 K 1 K 1 任选D作 mDn 取A点 使得AD d 则 a dsin 2 作角分线 已知 机架长度d K 设计此机构 军械学院专用 3 曲柄滑块机构 已知K 滑块行程H 偏距e 设计此机构 计算 180 K 1 K 1 作C1C2 H 作射线C1O使 C2C1O 90 以O为圆心 C1O为半径作圆 以A为圆心 AC1为半径作弧交于E 得 作射线C2O使 C1C2O 90 作偏距线e 交圆弧于A 即为所求 l1 EC2 2 l2 AC2 EC2 2 军械学院专用 2 给定连杆位置 1 给定连杆两组位置 有