第2章 平面连杆机构X.ppt

第二章平面连杆机构 本章内容 1 平面四杆机构的基本形式及其演化2 平面四杆机构的基本特性3 用图解法设计平面四杆机构的方法重点 平面四杆机构的基本特性 平面连杆机构的特点 平面连杆机构 是由许多刚性构件用低副 转动副 移动副 联接组成的机构 故又称平面低副机构 常见的连杆机构型式有以下三种 铰链四杆机构 连杆 曲柄滑块机构 导杆机构 其共同特点是 原动件1的运动 都要经过不直接与机架相连的中间构件2才能传到输出构件 这个中间件称为连杆 连杆 这些机构统称为连杆机构 切换到 第二章连杆机构2 3平面连杆机构的特点及应用 连杆机构应用十分广泛 连杆机构的缺点 1 有中间件 传递路线长 会引起误差积累 传动效率低 2 不宜用于高速运动 3 设计复杂 2 1平面四杆机构的基本类型及其演化机构 平面四杆机构的类型 铰链四杆机构 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构 是平面连杆机构的基本型式 铰链四杆机构的演化机构 很多 如 含有一个移动副 含有两个移动副和具有偏心轮的四杆机构 平面四杆机构可分为两大类 一 铰链四杆机构 铰链四杆机构 是指所有运动副全部是转动副的平面四杆机构 称为铰链四杆机构 即不含移动副的四杆机构 铰链四杆机构的组成 由机架 连架杆和连杆组成 连架杆 连架杆 连杆 铰链四杆机构的类型 根据连架杆的不同可将铰链四杆机构分成三大类 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双遥杆机构 1 曲柄摇杆机构 指铰链四杆机构的两个连架杆中 一个为曲柄 一个为摇杆 当以曲柄为原动件时 则曲柄整周转动 摇杆则往复摆动 雷达天线俯仰机构 当以摇杆为原动件时 则摇杆则往复摆动 而曲柄整周转动 如缝纫机的踏脚板机构 缝纫机动画 曲柄摇杆机构应用实例 复摆式腭式破碎机钢坯输送机 2 双曲柄机构 两个连架杆均能作360 的整周转动 即两个连架杆都是曲柄 如冲床机构ABCD中 当主动曲柄AB作匀速转动时 从动件CD作变速转动 从而可使滑块F在冲压行程时慢速前进 而在空回行程时快速返回 双曲柄机构中的平行四边形机构 连杆作平动 两个曲柄转速相等 机车车轮的联动机构为平行四边形机构 它利用了两个曲柄速度相等的特性 各车轮速度相等 平行四边形机构的应用 摄影平台的升降机构 播种机的料斗机构 平动 双曲柄机构应用实例 旋转泵 3 双摇杆机构 两个连架杆均为摇杆 如铸造用的大型造型机的翻箱机构 翻箱机构 如果两摇杆长度相等 则形成等腰梯形机构 汽车 拖拉机前轮的转弯机构 汽车 拖拉机前轮的转弯机构 双摇杆机构实例 鹤式起重机飞机起落架 二 铰链四杆机构的演化机构 含有一个移动副四杆机构含有两个移动副四杆机构具有偏心轮的四杆机构 曲柄摇杆机构 曲柄滑块机构 课件 CH2连杆机构 平面连杆机构的类型 2 1 2演化方式 曲柄滑块机构 曲柄滑块机构 以AB为机架 导杆 得到导杆机构 曲柄滑块机构取不同构件为机架时 曲柄滑块机构 当L1 L2时为回转导杆机构导杆4作整周转动 360 回转导杆机构 摆动导杆机构 摆杆机构 当L1 L2时为摆动导杆机构导杆4转角 360 导杆机构 例如 小型刨床机构 CA为回转导杆 当L1 L2时为回转导杆机构导杆4作整周转动 360 当L1 L2时为摆动导杆机构导杆4转角 360 牛头刨床的导杆机构 当取BC杆为机架时 演化成曲柄摇块机构 如自卸汽车车厢的举升机构 曲柄滑块机构 摇块机构和定块机构 如抽水唧筒 如以滑块3为机架得到移动导杆 定滑块机构 曲柄滑块机构 正弦机构 演化成正弦机构 双滑块机构 指含有两个移动副的机构 曲柄滑块机构演化成正切机构 曲柄滑块机构 双滑块机构 H 具有两个移动副的滑块联轴器 十字滑块联轴器 曲柄滑块机构演化成 偏心轮机构 CH2连杆机构 2 3 演化方式 扩大转动副尺寸 偏心轮机构的运动简图 2 2平面四杆机构的基本特性 平面四杆机构的基本特性包括运动特性和传力特性两方面 下面以铰链四杆机构为主来介绍这些特性 一 铰链四杆机构的有整转副的条件 整转副 两构件相对转动 360 的转动副 铰链四杆机构是否具有整转副 主要取决于四根杆的相对长度关系 假设个杆长分别为 a b c d d a b c a b c d 以曲柄摇杆机构为例 来分析具有整转副的条件 AB杆要通过与AD杆拉直共线的位置B1AD BD最长 要使转动副A成为整周转动 成为曲柄 AB杆必须顺利通过在整周转动的任何位置 同时AB杆要通过与AD杆重合共线的位置AB2D BD最短 其中有两个关键位置 AB杆与AD杆两次共线的位置 铰链四杆机构具有整转副的条件 在左图 B1C1D中 根据三角形边长关系得 在右图 B2C2D中 根据三角形边长关系得 由 式得 由 式得 由 式得 结论 要使转动副A为整转副 AB必须是最短杆 即组成整转副的两个杆件中 必有一根杆为最短 或整转副存在于最短杆的两端 最短杆 最长杆 其余杆长之和 此条件称为杆长和条件 结论 1 当同时满足下列两个条件时 机构有整转副 最短杆 最长杆 其余杆长之和 杆长和条件 组成整转副的两个杆件中 必有一根杆为最短 或整转副存在于最短杆的两端 由于最短杆有两个邻边 故必有两个整转副 2 曲柄存在的条件 前提条件是上述两个条件均满足 是否存在曲柄 还应根据选择什么杆为机架来判断 若取最短杆为机架 双曲柄机构有两个曲柄 若取最短杆的邻边为机架 曲柄摇杆机构存在一个曲柄 若取最短杆的对边为机架 双摇杆机构曲柄不存在但有整转副属于摇杆第一种 3 当上述条件1中杆长之和条件不满足 即最短杆 最长杆 其余杆长之和 机构中不存在整转副 机构不存在曲柄 无论取那个构件为机架 只能得到双摇杆机构 例题 已知四杆机构a 50mm b 120mm c 90mm 试讨论 若机架d为变值 d在什么范围内取值时 分别成为双曲柄 曲柄和双摇杆机构 解 成为双曲柄机构的条件满足杆长之和条件且机架为最短 d a 50 d b a c 0 d 20mm d b 120a d b c 曲柄摇杆机构的条件 a 50 d 120 a b c d a 50mm b 120mm c 90mm 80 d 120 A 假设a最短 b为最长 则 杆长和条件最短杆的邻边为机架 B 假设a最短 d为最长杆 则 120 d 160 结论 曲柄摇杆机构的条件是 80 d 160 d b 120a d b c 双摇杆机构的条件 d b a c a 50mm b 120mm c 90mm 20 d 50 最短杆的对边为机架 不可能 且满足杆长和条件 B 假设a最短 d为最长杆 则 160 d 260 成为双摇杆的另外一个条件是什么 杆长之和条件不满足 A 假设d最短 d a 50 d a b c 260 隐含条件 否则不是机构 有三种情况 C 假设a最短 b最长 结论 双摇杆机构的条件是 a 50mm b 120mm c 90mm 50 d 120 a b c d 50 d 80 20 d 50 或160 d 260 或50 d 80 综上所述 20 d 80 或160 d 260 二 行程速度变化系数与急回特性 以曲柄摇杆机构为主 来介绍四杆机构的特性 其它铰链四杆机构的特性相似 课件CH2 2 2 1运动特性 急回特性 二 行程速度变化系数与急回特性 1 极限位置 摆角 和极位夹角 极限位置 当曲柄AB作匀速转动的一周的过程中 有两次与连杆BC共线 D D 摇杆CD处于右极限位置 摇杆CD处于左极限位置 AB2 B2C2拉直共线 AB1 B1C1重合共线 摆角 摇杆CD在左极限C1D与右极限位置C2D之间的夹角 称为摆角 D 极位夹角 当摇杆分别处于左极限和右极限位置时 所对应的曲柄AB所夹锐角 结论 曲柄与连杆共线时 摇杆对应的位置就是极限位置 2 急回特性 急回特性是曲柄摇杆机构的主要特征之一 如果已知行程速度变化系数K 则构件 式可推出 设计时 一般是已知k 再求出 最后求出各杆尺寸 2 5 有急回特性 极位夹角 为 偏置曲柄滑块机构具有急回特性吗 对心曲柄滑块机构有急回特性吗 无急回特性极位夹角 0 急回特性的优点 注意 只要极限夹角 0 则四杆机构必有急回特性 另外 工作行程速度慢 有利于减少冲击 提高机器的工作稳定性 牛头刨床 冲床等很多机械都具有急回特性 空回行程速度快 所花时间短 提高了劳动生产率 三 压力角与传动角 如果不考虑构件惯性力和摩擦力的影响 因为BC杆是二力杆件 故作用在从动件CD上的驱动力方向必定沿着BC方向 作用点在C点 将力F分解为 径向载荷Fn和有效分力Ft 压力角 压力角a 在不计摩擦的情况下 从动件CD在C点处的所受的力F与C点处的绝对速度Vc之间所夹锐角 Vc 传动角g 传动角 的定义有三个 A 压力角的余角 B 力F与Fn之间的夹角 C BC杆与CD杆所夹锐角 设计中 传动角的最小值为 这样才能保证机构运行良好 设计中 习惯用传动角来判断四杆机构的传力性能 90 a 传力越好 传力越差 效率越低 曲柄滑块机构的传动角 压力角a 在不计摩擦的情况下 从动件在C点处所受的力F与C点处的绝对速度Vc之间所夹锐角 F3 3 V3 a g 传动角 压力角a的余角 f e 压力角a大小 摆杆机构具有急回特性吗 传动角怎样 有急回特性 摆动导杆机构的压力角 传动角 由于摆杆3的受力方向和速度方向相同 故压力角a 0 传动角 90 F V3 3 摆杆3的受力方向为 摆杆3的速度方向为 四 死点位置 在如图所示的曲柄摇杆机构中 如果摇杆CD为原动件 则当连杆与从动曲柄两次共线时 主动件CD通过连杆作用于从动件AB上的力F 刚好通过AB杆的回转中心A点 就出现了不能使AB杆转动的 顶死 现象 机构的这种位置 称为死点位置 如缝纫机 死点位置的传动角 0 曲柄滑块机构的死点位置 如图 当曲柄AB和连杆BC共线的两个位置将出现死点位置 F F 当以滑块3为原动件时 则存在死点位置 通过死点位置的主要措施 安装飞轮 利用惯性闯过死点位置 比如 内燃机曲轴上的安装的飞轮 采用两组以上的同样机构的组合 从而使各组机构的死点相互错开排列 如机车车轮的联动机构 摩擦力F V 由于B C D三点保持在一条直线上 C点是死点位置 故管起落架轮子的摩擦力有多大 均不能使CD转动 飞机的起落架 死点位置有效利用 死点位置 当要收起起落架时 将摇杆CD顺时针转动即可 飞机的起落架 死点的应用 夹紧机构 一 已知连杆位置设计平面四杆机构 2 3平面四杆机构设计 目录 三 按给定两连架杆两组对应角位移设计四杆机构 二 按给定从动件行程H和行程速度变化系数K设计四杆机构 2 2平面四杆机构的基本特性 2 3平面四杆机构设计 平面四杆机构设计的方法有三种 作图法 直观 可满足工程要求解析法 精确实验法 一 已知连杆位置设计平面四杆机构 1 已知连杆的长度和三个位置 设计此机构 先想像设计出来后的产品是什么样 2 3平面四杆机构设计 B1 B2 B3 A D C1 C2 C3 例题 已知连杆的长度和三个位置 设计此机构 解 找铰链A点 采用已知B1 B2 B3三点求圆心的方法 找铰链D点 联接AB1C1D 就是满足题目要求的四杆机构 二 按给定从动件行程H和行程速度变化系数K设计四杆机构 1 曲柄摇杆机构的设计 已知条件 摇杆CD长度 摆角为 行程速度变化系数为K 试设计曲柄摇杆机构 设计过程分为四步 第一步 计算极位夹角 第二步 确定D C1 C2的位置任意选取一点D 任意画出DC1 再按摆角 画出DC2 第三步 求铰链A的位置 以C2P为直径画圆 联接C1C2 过C1作C1C2的垂线C1N 过C2作直线C2M 夹角为90 得交点P 则铰链A可在C1F和C2F上任意选取 均可满足极位夹角 的要求 为什么 因为同弦所对圆周角相等 但FG段不能作为铰链A 为什么 因为不能满足摆角要求 90 D P A N M 第四步 求曲柄AB的长度 当铰链中心A确定以后 就可计算a b d的长度 B1 B2 AD可以从图上直接量取 所设计的曲柄摇杆机构演示 例如 已知机架d