铰链四杆机构.ppt

课题二常用设备的平面连杆机构形式分析 一 铰链四杆机构的基本形式二 铰链四杆机构曲柄存在的条件三 铰链四杆机构的演化 一 铰链四杆机构的基本形式 全部由回转副组成的平面四杆机构称为铰链四杆机构 组成 机架 机构的固定件4 连架杆 与机架用转动副相连接的杆1和杆3 连杆 不与机架直接连接的杆2 能作整周转动的连架杆 称为曲柄 仅能在某一角度内摆动的连架杆 称为摇杆 铰链四杆机构的三种基本形式 曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构 1 曲柄摇杆机构 在铰链四杆机构中 若两个连架杆一个为曲柄 另一个为摇杆 则此铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构 曲柄摇杆机构的特点 它能将曲柄的整周回转运动变换成摇杆的往复摆动 或将摇杆的往复摆动变换成曲柄的连续回转运动 举例 雷达天线 缝纫机的踏板机构 图1 17雷达天线俯仰角调整机构 图1 18缝纫机踏板机构 2 双曲柄机构 两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构 双曲柄机构的特点 能将等角速度转动变为周期性变角速度转动 通常主动曲柄作等速转动 从动曲柄作变速转动 在双曲柄机构中 若两曲柄平行且相等 称为平行四边形机构 若对边的长度分别相等 但连杆BC和机架AD不平行 则称其为反平行四边形机构 举例 惯性筛 机车驱动轮联动机构 反平行四边形机构 如图1 21所示 车门启闭机构 图1 19惯性筛 图1 20机车驱动轮联动机构 图1 21反平行四边形机构 图1 22公共汽车车门启闭机构 3 双摇杆机构 两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构 双摇杆机构的特点主要是 通过适当的设计 将主动摇杆的摆角放大或缩小 使从动摇杆得到所需的摆角 或者利用连杆上某点的运动轨迹实现所需的运动 举例 图1 23所示为大型造型机的翻箱机构 汽车前轮转向机构 图1 23翻砂箱机构 图1 24汽车前轮转向机构 判断 起重机机构属于曲柄摇杆机构 双曲柄机构还是双摇杆机构 二 铰链四杆机构曲柄存在的条件 在铰链四杆机构中 能使被连接的两个构件相对转动360度的转动副为整转副 整转副存在是曲柄存在的必要条件 图f1转动副成为整转副的条件辅助证明图 在图f1中 设d a 在杆1绕转动副A转动的过程中 铰链点B与D之间的距离g是不断变化的 当B点到达图示点B1和B2两位置时 g值分别达到最大值gmax d a和最小值gmin d a 如要求杆1能绕转动副A相对杆4做整周转动 则杆1应能超过AB1和AB2这两个关键位置 即可以构成三角形 B1C1D和三角形 B2C2D 根据三角形构成原理即可以推出以下各式 由 B1C1D可得 a d b c a 由 B2C2D可得 b c d ac b d a即 a b c d b a c b d c 将式 a b c 分别两两相加可得 a ba ca d 1 1 如d a 用同样的方法可以得到杆1能绕转动副A相对于杆4做整周转动的条件 d a b c d b a c d c a b 即 d ad bd c 1 2 式 1 1 和式 1 2 说明 组成整转副A的两个构件中 必有一个为最短杆 式 a b c 说明 该最短杆与最长杆的长度值和必小于或等于其余两构件的长度之和 该长度之和关系称为 杆长之和条件 综合归纳以上两种情况 可得出如下结论 在铰链四杆机构中 如果某个转动副能成为整转副 则它所连接的两个构件中 必有一个为最短杆 并且四个构件的长度满足杆长之和条件 设四个构件中最长杆的长度为L1 最短杆的长度为L2 其余两杆长度分别为L3和L4 则整转副存在的条件可表示为 若L1 L2 L3 L4 则机构中存在整转副 取最短杆的相邻杆为机架时 得到曲柄摇杆机构 如图1 26 a 和图1 26 b 所示 取最短杆为机架时 得到双曲柄机构 如图1 26 c 所示 取最短杆的相对杆为机架时 得到双摇杆机构 如图1 26 d 所示 图1 26不同类型的铰链四杆机构 铰链四杆机构中存在曲柄的充要条件是什么 答 最短杆长度 最长杆长度 其他两杆长度之和 最短杆或最短杆的任一相邻杆作为机架 判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆机构 双曲柄机构还是双摇杆机构 练习 已知四杆机构中 尺寸如图所示 AD为机架 求 1 该机构为曲柄摇杆机构时 lAB的最大值 2 该机构为双曲柄机构时 lAB的最小值 三 铰链四杆机构的演化 曲柄滑块机构导杆机构摇块机构定块机构 1 曲柄滑块机构 图1 27 a 所示的曲柄摇杆机构中 摇杆3上C点的轨迹是以D为圆心 杆3的长度为半径的圆弧 如在机架上按C点的轨迹做成一弧形槽 摇杆3做成与弧形槽相配的弧形块 图1 27 a 所示机构演化成图1 27 b 所示机构 此时虽然转动副D的外形改变 但机构的运动特性并没有改变 若将弧形槽的半径增至无穷大 则转动副D的中心移至无穷远处 弧形槽变为直槽 转动副D则转化为移动副 构件3由摇杆变成了滑块 于是曲柄摇杆机构就演化为曲柄滑块机构 如图1 27 c 所示 图1 27曲柄滑块机构的演化 曲柄滑块机构的分类 在图1 27 c 中 滑块导路线不通过曲柄回转中心 故称为偏置曲柄滑块机构 曲柄转动中心至滑块导路线的垂直距离称为偏距e 滑块导路线通过曲柄转动中心A时 即e 0 则称为对心曲柄滑块机构 如图1 27 d 所示 曲柄滑块机构广泛应用于内燃机 空压机及冲床设备中 2 导杆机构 导杆机构可以看作是在曲柄滑块机构中选取不同构件为机架演化而成 导杆 指在滑块中作相对移动的构件 图1 28中 a 曲柄滑块机构b 导杆机构 ABBC 摆动导杆机构 c 摆动导杆滑块机构 摇块机构 d 移动导杆机构 定块机构 导杆机构的应用 牛头刨床 图1 29 1 30 图1 28曲柄滑块机构向导杆机构的演化 图1 29牛头刨床的摆动导杆机构 图1 30牛头刨床的转动导杆机构 3 摇块机构 在图1 28 a 所示的曲柄滑块机构中 若取杆2为固定件 即可得图1 28 c 所示的摆动滑块机构 或称摇块机构 这种机构广泛应用于摆动式内燃机和液压驱动装置内 图1 31所示为自卸卡车翻斗机构及其运动简图 在该机构中 因为液压油缸3绕铰链C摆动 故称为摇块 图1 31自卸卡车翻斗机构及其运动简图 4 定块机构 在图1 28 a 所示曲柄滑块机构中 若取杆3为固定件 即可得图1 28 d 所示的固定滑块机构或称定块机构 这种机构常用于如图1 32所示抽水唧筒等机构中 图1 32所示为抽水唧筒机构 填空 物理实验室采用的天平采用了 平行双曲柄 机构 曲柄滑块 机构能把主动件的等速转动转