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高空作业
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毕业设计（论文）中期报告题目：37 米高空作业车工作台调平机构设计 撰写内容要求（可加页，小四号宋体，行距 20 磅）： 设计（论文）进展状况1、目前已完成以下工作：1.阅读外文文献，并翻译一篇；2.了解高空作业车工作台调平机构的类型，选取了一种高效、平稳、可靠的设计方案，查阅资料，计算得出四连杆机构的基本尺寸，AB=320,BC=205,CD=190,AD=220。并了解了它的工作原理及工作过程。铰链四杆机构有三种分类，第一种是双曲柄摇杆机构，第二种是双摇杆机构，第三种是曲柄摇杆机构，因为最短杆为连杆，所以我设计的是双摇杆机构，它具有一定的稳定性，如图 1；1 液压缸 2.连架杆 3.机架 4.连架杆 5.连杆 6.工作台图 1 双摇杆机构 3.分析变幅机构负载，当伸缩臂水平，折叠臂达到 110变幅时（最大作业幅度）输出摇杆的输出扭矩最大，相应的油缸推力越大。主要产生扭矩的负载为工作斗载重量 M1=500KG,实际工作人员重量 M2=70KG，计算机构负载，计算公式为：Mr=G1*L1+G2*L2，Mr=6992.3Nm；4.使用矢量方程解析法对四连杆机构进行受力分析，如图 2，并根据公式计算油缸推力，公式为：M D=FC*L1-Mr=0 Fcos 2*L1sin 1+Fsin 2*L1cos 1-Mr=0，F=114128N；图 2.调平机构受力分析图由于连杆无负载可能的动载荷及惯性力和摩擦结果会比实际小，所以实际使用过程中输入推力要略大。5.根据油缸最大推力和液压系统压力确定油缸参数，公式为：D=4F/(*p*10 -6),D活塞杆内径，F油缸推力，P供油压力，初算结果没有计算惯性力、摩擦力及设备加工制造误差，可能的震动应力，工程使用成本等因素，D=80mm,P=18MPa,由于油缸受力原因，所以必须选择高强度材料；6绘制调平机构三维简图，如图 4。图 4.调平机构三维简图7.写中期报告，准备中期答辩事宜。2、存在问题及解决措施：存在问题：对 proe 软件运动仿真部分不熟悉，导致对调平输出位移，速度，加速度变化图的得出还有障碍；解决措施：后期加强对仿真部分的学习，尽快得出机构运动分析曲线变化图。3、后期工作安排：1.对 proe 软件仿真部分学习的加强，模拟并得出调平机构的运动特性和性能参数；2.对三维图进行完善，处理一些小零件的细节问题，让图纸更完美；3.根据 proe 仿真绘制调平机构运动域图；4.检查整个设计，并进行最终校核；5.准备最终毕业答辩。 指导教师签字：年 月 日毕业设计(论文)开题报告题目：37 米高空作业车工作台调平机构设计1 毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）1.1 题目背景高空作业车是电力、通讯、交通、市政、消防、救援、建筑等行业进行施工、维护修理等作业的理想设备，关系我国基础设施建设，是保证人民生活质量的基础设备。而高空作业也存在一定的危险性，因此对于高空作业车的性能要求更加精确。调平机构的性能好坏与否直接关系着施工人员的人身安全，它是保障施工安全性的硬件基础，因此，我们针对高空作业车调平机构进行设计，旨在找出一种稳定、高效，可以从本质上减少伤亡的设计方案 1。1.2 研究意义作为高空作业车的工作平台是高空作业和运输物资的重要部分，其调平机构的设计与生产安全息息相关。所以需要一种保证工作人员安全的高空作业平台，目前，工作平台普遍使用的调平机构有自重调平机构、平行四连杆调平机构、链条链轮式调平机构、静液压调平机构。在我国，高空作业机械行业起步较晚，而且起点较低，一些技术尚在探索阶段，取得了一些进展的同时也存在问题，高空作业车在臂架变幅过程中，会涉及到工作平台的调平问题“高空作业车作业高度越高，对工作平台的调平精度和动态特性要求也越高”。我们设计的上车调平机构会给高空作业车带来更好的稳定性和工作适应性，故本次毕业设计的的研究具有较大的理论意义和工程实际应用意义。1.3 国内外的相关研究情况欧美等发达国家和地区，高空作业车发展起步较早，从 20 世纪 20 年代就开始研制，已有近百年的发展历史。产品技术水平高、作业高度大、规格齐全、结构形式丰富、功能多样。总体上看，技术和市场均已很成熟，典型产品具有高空作业、抢险、救援、消防等功能，作业平台最大载荷可达 500kg，最大作业高度已经超过 100m，具有各种安全保护措施，适应在各种场地作业 2。我国从 70 年代最早引进的高空作业车就是折叠臂的，几十年来国内使用的一直是这种车型，使用者有习惯性，而且国内对高空作业车需求仍然以 20 米以下低高度为主，20 米以上的作业高度传统作业车达不到。而在国外在欧美和日本等发达国家伸缩臂和混合臂高空作业车已逐步取代了折叠臂车型。这种伸缩臂和混合臂车型在技术制造方面的要求远远高于折叠臂车，其结构可靠性设计、工作斗调平技术、工作半径的限制技术、液压和电气管路输送等关键技术，国内生产厂仍没有完全解决，这是没有真正国产伸缩臂车的又一重要原因由于在举升高度、作业半径、工作效率等方面都具有明显优势，所以国内对伸缩臂和混合臂高空作业车的需求也不断增多。大连路灯管理处已全部淘汰了折叠臂车，用日本、意大利等国进口伸缩臂车取代，深圳市从 2002 年起所有新采购的高空作业车全部为伸缩臂或混合臂车。针对这种情况，如杭州爱知车辆有限公司，广东粤海汽车有限公司分别引进日本和意大利的高空作业车装置和国产汽车底盘进行匹配，生产伸缩臂和混合臂高空作业车。2 本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施2.1 本课题研究的主要内容为工作高度为 37m、作业半径为 18.5m 的电液驱动四连杆调平机构高空作业车，产品的性能参数需满足工作斗载重量 500KG，调平输出角不小于 180，调平油缸驱动摇杆输入摆角范围 015。然后采用四连杆传力机构形式，根据运动域、动力传递和机构自身强度的分析和计算，设计出结构和外形尺寸合理的工作台调平机构，并在 AUTOCAD 中绘制运动域图，运用 Pro/E 软件开展调平过程中结构的运动学分析。具体内容如下：（1）计算说明书部分：调平机构的尺寸及强度计算，调平机构的运动学计算；（2）图纸部分：调平机构的运动域图，调平输出位移、速度、加速度变化图，调平机构各连杆的运动曲线图，调平机构重要部件的零件图，调平机构的总装图；（3）仿真分析：应用 Pro/E 软件对调平机构的零件建立实体模型，最后装配成完整的机构，并进行运动仿真分析，获取分析结果。2.2 研究方案工作台调平机构的形式主要有以下几种 3：（1）利用平台自重调平机构利用平台自重调平是出现最早、结构最简单的一种工作平台调平方式，其原理见图 1，平台的重心在作业平台 1 与臂杆 3 连接的转动铰点 2 的正下方，且靠近底部，利用工作平台和载荷的重力作用使平台无论如何升降都能自动保持水平状态。该方法结构简单、重量轻、调整维修方便、成本低，但易晃动，特别是当操作人员在平台中的位置变动时，平台产生摇动，操作人员有不安全的感觉，因此在平台达到作业位置后要使用锁紧机构防止摇动，操作起来比较麻烦，只在工作高度较低、技术性能低的作业车上使用，现在已较少采用。1.作业平台 2.铰点 3.臂杆图 2.1 利用平台自重调平（2）平行四连杆调平机构平行四连杆调平机构由一组或多组平行四边形连杆机构组成，原理见图2，调平机构一端与工作平台 4 相连，另一端与回转台 1 连接，上平行四边形 3和下平行四边形 2 相连处的短边固联在一起，利用平行四边形在变形过程中两组对边始终分别保持平行的原理，无论折叠臂如何升降，工作平台始终保持水平状态。其调平过程是连续的，具有调平可靠、同步性好的特点。且在实际应用中折叠臂本身可以作为平行四边形的一个边，因此结构比较简单，主要用在折叠臂式高空作业车上。缺点是平行四连杆机构只能在臂杆外侧布置，结构不紧凑，由于平行四连杆的限制，1.回转台 2.下平行四边形 3.上平行四边形 4.工作平台图 2.2 平行四连杆调平机构（3）静液压调平机构静液压调平也称为液压伺服液压缸调平，如图 3 所示，主体部分由两只结构尺寸完全相同的调平液压缸 I 和调平液压缸组成。两根液压缸的无杆腔与无杆腔相连，有杆腔与有杆腔相连，能保证一只液压缸伸长(缩短)一定长度，另一只液压缸缩短(伸长)相同的长度。两只调平液压缸组成闭环系统，不受外部系统的影响，为防止密封和接头处泄漏影响工作平台的调平性能，需在系统中安装补油装置。这种调平机构具有结构简单、成本低、精度高的特点，适用于伸缩臂式高空作业车。但存在滞后现象，且滞后现象随着高度的增加而更加明显。1.回转台 2.臂杆 3.工作平台 4.调平液压缸 I 5.有杆腔连接油路 6.无杆腔连接油路 7. 调平液压缸图 2.3 静液压调平机构（4）电液驱动四连杆调平机构电液调平的基本工作原理是通过安装在工作平台上的水平传感器来感知平台的状态，并产生一个相应的电流，控制调平液压缸的动作，最终使平台保持平衡，调平部分主要是通过电液驱动四连杆调平机构来完成,使工作斗始终保持水平。其调平过程连续、平稳，调平性能好、控制精度高、动态响应快，适用于各种形式的大高度的高空作业车。1.电液比例阀 2.平衡阀组 3.臂架 4.液压缸 5.四连杆机构 6.工作平台 7.倾角传感器 8.放大器图 2.4 电液驱动四连杆调平机构工作台调平系统的作用是保证工作臂在任何位置时，工作斗都与地面平行。调平系统是高空作业车的特有技术，也是高空作业车的关键技术之一，本次毕业设计的是电液驱动双摇杆四连杆机构。该机构配合电液控制系统保证了工作平台的水平状态，其调平可靠，过程连续、平稳，调平性能好、控制精度高、动态响应快。2.3 研究方法或措施分别对高空作业车工作台调平机构的几种形式，进行分析，选择一种最优的调平机构，然后根据运动域、动力传递和机构自身强度的分析和计算，设计出结构和外形尺寸合理的工作台调平机构。3 本课题研究的重点及难点，前期已开展工作重点：对四连杆调平机构的设计，以及对调平机构的运动学分析和动力学分析。难点：因为是高空工作平台，对工作人员来说，需要一种安全感，所以难点是要使工作台始终保持平衡，还有当工作台升到最高点时，也就是臂架伸长最长时的受力。前期已开展工作：查阅高空作业车工作台调平机构的相关资料，下载各种期刊论文，对各种调平机构有了初步的了解，对所要设计的机构也有了进一步了解，明确以后的目标，并为进一步周密的设计做好准备。4 完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写）第 1-2 周：了解课题研究背景并收集相关设计资料,整理出基本调平机构，得出整体机构简图；第 3 周：整理出基本调平机构，得出整体机构简图；第 4 周：开题答辩；第 5-6 周：调平机构的尺寸及强度计算；第 7-8 周：调平机构的运动学分析，动力学分析；第 9-10 周：应用 Pro/E 对调平机构的零件分别建立实体模型，并进行装配，运动仿真分析；第 11 周：中期检查答辩；第 12 周：绘制调平机构的位移、速度、加速度变化图,平机构各连杆的运动曲线图；第 13 周：调平机构重要部件的零件图，调平机构的总装图；第 14 周：撰写毕业论文，论文修改；第 15 周：准备最终答辩。5 指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见）指导教师： 年 月 日 6 所在系审查意见：系主管领导： 年 月 日参考文献1 夏秀峰浅谈我国高空作业车发展J 建筑机械化， 2011,22（9）：33-352 张华林，李守林国内外高空作业机械的现状及发展趋势J 建筑机械化，2011,22（3）：19-243 胡元高空作业车工作平台调平机构J 工程机械 2006，37（37）：34-364 邹慧君，张青机械原理课程设计手册M 高等教育出版社 20125 朱育权液压与气压传动M 西北工业大学出版社 20116 孙恒，陈作模，葛文杰机械原理M 高等教育出版社 20127 高崇金，李新华高空作业车自动调平系统的研究J 山西建筑2008,34（31）：331-3328 董大为，Simon 2Cella高空作业车的自动调平机构J 筑路机械与施工机械化2004，21（6）：34-36 9 谢奕波，登高平台消防车工作平台的平衡机构建筑机械J 199310 田丽敏，郭维斌全折叠臂小型高空作业车的调平机构J 工程机械2003，23（2）：20-22 11 蒙树立，熊静琪，吕志刚.折叠式高空作业车臂架系统的动力学建模 J2011-11-1812 屈福政，腾儒民.直臂式高空作业车动力学分析J. 机械设计与制造 2002.13 胡寿松.自动控制原理.M .4 版.背景：科学出版社， 2007.14 曾立斌，候忠明.伸缩臂叉装车铰点位置的优化设计J .起重运输机械，2003（8）：36-37.15 苏冲，张丽娜.CDZ50 登高平台消防车作业平台的自动调平系统 2004（9）16 Hertrich FR.Minimum Inertia CounterweightJ .Machine Design,1963,35(6).17 BORA E,BRUEEH W.Unified modeling and analysis of a proportional valveJ .Journal of the Franklin Institute,2006:48-68.18 Hiroaki.Inoue.Introduction of PC200-8 Hybird Hydraulic Excavators J .KOMATSU TECHNICAL REPORT,2008VOL.54 NO.161.本科毕业设计(论文)题目：37m 高空作业车工作台调平机构的设计37m 高空作业车工作台调平机构的设计摘 要高空作业车主要应用于路灯、电力、交通、高速公路、造船修船、通信、建筑、园林、广告、机场、港口、有线电视等行业，使用面广、作业效率高、安全方便，拥有巨大的市场潜力。本课题主要是对高空作业车调平机构进行理论分析、计算并进行结构设计还有运动仿真。首先对高空作业车调平机构进行计算确定其一些基本尺寸，运用理论力学知识对其进行受力分析，用材料力学知识对其进行强度校核，确定其他尺寸。根据负载条件，选择液压元件，设计液压系统。运用绘图软件 CAD 画出零件图和装配图，运用 pro/E 软件画出三维图，并进行运动仿真得到其变化曲线以及运动域图。关键词：受力分析；强度校核；液压系统；运动仿真Design of 37m Aerial Work Platform Leveling MechanismAbstractAerial Work Planform is mainly applied tos treet light, electricpower, transportation,highway,shipbuilding,repairing,communications,constructions,gardens,advertising,airports,ports,cableTV,etc.It is widely used,efficient,safe and convenient.It has great potential in the market.This article mainly finished the theoretical analysis,calculation and structure design.Aerial Work Planform is composed by two manipulators,after reasonably determining some of its basic dimensions,making its force analysis according to theoretical mechanics,I use material mechanics knowledge to make its strength check,and decide the other dimensions.According to load conditions,I choose hydraulic components,design hydraulic system.Make use of the drawing software such as CAD,to paint parts graphs and assembly drawings,and motion simulation.Use pro/Esoftware to draw the three-dimensional map,and get the curve and sports domain motion simulation.Keywords:Force analysis；Strength check；Hydraulic system ；motion simulationI目 录1 绪论 .11.1 高空作业车发展状况 .11.2 常用调平机构及其特点 .31.3 课题来源及研究意义 .61.4 四连杆调平机构设计内容 .71.4.1 机构设计 .71.4.2 运动学分析 .71.4.3 动力学分析 .71.4.4 设计要点 .82 调平驱动机构的方案设计 .92.1 高空作业车工况及传动机构参数 .92.2 连杆调平机构设计方案 .92.2.1 调平机构分类及平行四连杆调平机构组成 .92.2.2 四连杆调平机构设计 .102.2.3 多连杆调平机构设计方案 .182.3 往复油缸的设计 .202.4 小结 .213 调平机构的运动学、动力学分析 .233.1 调平机构运动学分析 .233.1.1 平面连杆机构基本特性分析 .233.1.2 机构运动的数学模型 .243.1.3 运动仿真 .263.1.4 求解结果及分析 .303.2 调平机构动力学分析 .343.3 根据参数确定设计方案 .374 调平机构的校核 .394.1 杆件的强度校核 .404.2 联接轴销强度校核 .424.3 往复液压缸强度校核 .435 总结与展望 .47致谢 .49参考文献 .50II01 绪论1.1 高空作业车发展状况 1高空作业车是一种将作业人员、工具、材料等通过作业平台举升到空中指定位置进行各种安装、维修等作业的专用高空作业机械，既属于工程机械，又是一种重要的施工设备。高空作业车是当今广泛应用在船舶、建筑、市政建设、消防、港口货运、园林绿化等行业的重要设备之一。随着国内制造业的蓬勃发展 ,高空作业产品的需求量也在逐年增加 , 对其性能的要求也越来越高 ,各种规格新产品近几年增加较快 , 国内同行业的竞争也越来越激烈。高空作业车自动调平机构的对象就是一个工作平台。评价高空作业车产品成功的一个重要因素就是工作平台的自动调平能力 ,也是保证高空作业车能正常作业的一个重要因素。当前 ,国内外企业的创新力度主要是致力于扩大高空作业机械的作业范围,满足不同作业的需要，确保人员的作业安全，提高操纵和使用性能。高空作业车作为一种工程车辆，其特殊性在于：一是载人高空作业，其作业安全性要求比一般工程车辆高，即所谓高安全性；二是施工场所环境的非结构性,即其工作环境不可预知并且多变，环境具有高适应性；三是其经常用于抢修作业，并且多为室外或野外作业，作业环境条件差，所以要求其具有作业的高效率。高空作业车特点：在作业斗内和回转座上均设有操纵装置，远距离控制发动机的启动、停止、高速、低速、采用电液比例控制臂的动作，平稳性好，工作臂可左、右 360连续旋转，靠连杆机构自动维持作业槽水平，主泵出现故障时可操纵应急泵下降作业槽。由于高空作业车用途广泛,涉及行业多，每个行业的作业内容不同，据不完全统计，我国每年仅城市建筑维护因使用的高空作业吊篮发生坠落，就导致近5000 人死亡，而这种作业方式在发达国家已经基本绝迹，取而代之的是高空作业车。因此，未来城市建筑维护将大量使用高空作业车。发达国家的设备租赁行业是高空作业车采购的主力军，约占总需求量的 80%,而 我国几乎为零，用户要用就必须购买。随着我国工程设备租赁行业的发展，用户不必投资购买就可以租用到，必然引发租赁行业大量添置，因此租赁行业将是高空作业车市场需求量增长潜力最大的行业 2。 经过查阅相关资料和调查研究，高空作业未来朝如下趋势进行发展：1(1) 随着城市的基础设施的建设，道路照明、建筑主体的维护，应急抢修等等，都要求高空作业车的作业高度越来越高。(2) 由于城市空间的局限，要其具有外形小，总重轻，必须走轻量小型化的技术路线。(3) 市政运行维护的时效紧急，既要高效作业的同时,必须确保安全性，智能控制技术是必然趋势。1.2 常用调平机构及其特点 3高空作业车是一种应用范围广泛的工程机械,我国高空作业机械的生产于20 世纪 70 年代末起步，发展较快，目前生产企业已经由原来的几家发展到几百家，其中与外国合作的企业有 5 家。高空作业车工作平台的调平机构有自重调平机构、平行四连杆调平机构、链条链轮式调平机构（由平行四连杆调平演变而来）、静液压调平机构、电液调平机构等。下面介绍了高空作业车工作平台常用调平装置和工作原理,分析各种调平技术的特点及其适用范围。a. 利用平台自重的调平机构利用平台自重的调平机构是最简单的一种工作平台调平方式,它是借用工作平台和载荷的重力作用使平台无论如何升降都能自动保持水平状态。其原理见图 1.1，平台的中心在作业平台 1 与臂杆 3 连接的转动铰点 2 的正下方，且靠近底部，利用工作台和载荷的重力作用使平台无论如何升降都能自动保持水平状态。该方法结构简单、重量轻、调整维修方便、成本低,但易晃动,特别是当操作人员在平台中的位置变动时,平台易产生摇晃, 因此在平台达到作业位置后要使用锁紧机构防止摇动, 操作起来比较麻烦,故只在工作高度较低、技术性能较低的高空作业车上使用过,现在已经很少使用。1-作业平台 2-转动铰点 3-臂架图 1.1 自重调平机构 2b. 静液压调平机构静液压调平也称为双油缸串联调平,由两只结构尺寸完全相同的油缸 I 和 II组成。两根油缸的无杆腔和有杆腔分别相连,可以实现一只伸出的长度等于另一只缩短的长度。调平液压缸 I 连接在臂杆 2 与工作台 3 之间，当臂杆变幅时，调平液压缸 I 长度发生改变，与工作台相连的调平液压缸 II 发生长度想法的改变。这种调平具有结构简单、成本低、精度高的特点，两油缸一根与转台相连,一根与平台相连,故当臂架长度较长时,两油缸相距较远时,存在调平滞后现象,且滞后现象随着高度的增加而更加明显。这种方式主要用在伸缩臂式高空作业车上。1.回转台 2.臂杆 3.工作平台 4.调平液压缸 I 5.有杆腔连接油路 6.无杆腔连接油路 7.调平液压缸 II图 1.2 静液压式调平机构c. 电液调平机构 4电液调平的基本原理是通过安装在工作平台上的水平传感器来感知平台的状态,并产生一个相应的电流,控制调平液压缸的动作,最终使平台保持水平状态，电液调平机构又分为电液自动调平和电液比例调平。31.水平传感器 2.工作平台 3.臂杆 4.链条链轮传动机构 5.调平液压缸 6.液压锁 7.电磁换向阀图 1.3 电液自动调平如图 1.3 所示，电液自动调平机构的主要部件包括水平传感器 1、调平液压缸 5 和电磁换向阀 7。其中水平传感器 1 安装在工作台 2 上，当工作台处于水平状态时水平传感器不产生控制电流，其输出电流为 0；当工作台倾斜时，水平传感器产生控制电流电流大小随倾斜角度而变化。这种调平方式操作人员不适感较强，适用于折叠式和伸缩臂式高空作业车。1.水平传感器 2.工作平台 3.臂杆 4.链条链轮传动机构 5.调平液压缸 6.液压锁 7.电磁换向阀 8.放大比较器图 1.4 电液比例调平机构如图 1.4 所示，电液比例调平机构由水平传感器 1、调平液压缸 5、电液比例伺服阀 7 和放大比较器 8 组成。与电液自动调平不同的是水平传感器输出信号的大小与工作台倾斜角度成正比。输出信号经比较器放大、判定方向后，由驱动电路输入到电液比例伺服阀 7，比例伺服阀的阀芯产生相应的位移，从而控制调平液压缸的伸缩，使工作台发生与原倾斜方向相反的转动，工作台回4复到水平状态。这种调平方法的调平过程连续、平均，调平性能好、控制精度高、动态响应快，适用于各种形式的大高度高空作业车。d. 平行四连杆调平机构调平机构由一组或多组平行四边形连杆机构组成,这种机构应用平行四边形的两组对边分别平行,将一对短边中的一边固定在转台上,无论长边怎样变幅动作,另一短边总和固定短边保持平行,从而保证了工作平台的水平状态，其调平过程是连续的,具有可靠的稳定调平性能、同步性好的特点。缺点是平行四连杆机构只能在臂杆外侧布置,结构不紧凑,由于平行四连杆的限制,臂杆之间的工作角度范围小于，应用该机构还需注意的是两个平行四边形间拉杆的铰点布置,它较大的影响了工作平台在起升过程中的前后窜动量,如果窜动量较大,会对操作人员产生一定的不适感，着用调平方式主要用在折叠臂高空作业车上。平行四连杆调平机构的常用设计方法有：按照给定的形成速度变化系数设计四连杆机构按给定连杆位置设计四连杆机构 按照给定两连架杆对应位置设计四连杆机构按照给定的轨迹设计四连杆机构。平行四连杆调平机构由一组或多组平行四边形连杆机构组成，原理如图1.5，调平机构一端与工作台 4 相连，另一端与回转台 1 连接，上平行四边形 3和下平行四边形 2 相连处的短边固联在一起，利用平行四边形在变形过程中两组对边始终保持平行的原理，无论折叠臂如何升降，工作台始终保持水平状态。1.回转台 2.下平行四边形 3.上平行四边形 4、5.链轮 6.工作台 7.链条图 1.5 平行四连杆调平机构1.3 课题来源及研究意义高空作业车是电力、通讯、交通、市政、消防、救援、建筑等行业进行施工、维护修理等作业的理想设备，关系我国基础设施建设，是保证人民生活质量的基础设备。而高空作业也存在一定的危险性，因此对于高空作业车的性能要求更加精确。调平机构的性能好坏与否直接关系着施工人员的人身安全，它5是保障施工安全性的硬件基础，因此，我们针对高空作业车调平机构做以下研究，旨在找出一种稳定、高效，可以从本质上减少伤亡的设计方案。高空作业车工作台调平系统的作用是保证工作臂在任何位置时，工作斗都于地面平行。调平系统是高空作业车的特有技术，也是高空作业车的关键技术之一，机构的稳定、连续运动对工人的操作效率和人身安全有决定性作用。目前国产高空作业车大都采用平行四边形调平机构，这是一种比较简单的调平机构它由一组或多组平行四边形连杆机构组成。我国高空作业车也存在一些问题：部分企业技术创新能力较差。我国的调平机构设计大多还是在借鉴国外的基础上进行研究高空作业车的稳定性差，存在较大的抖动和滞后问题，作业的舒适性和安全性亟待提高调平机构工艺加工和材料强度有待提高。本毕业设计设计的是设计双摇杆四连杆机构。该机构配合电液控制系统保证了工作平台的水平状态，其调平过程连续,具有调平可靠、同步性好等特点。为了更好的保证运动的连续性，使施工人员不感觉到突然地变速、变向，对调平机构进行运动学分析是很有必要的。我国现有的高空作业车辆不论在工作高度还是稳定性上都稍显落后于四连杆调平机构，四连调平杆机构是实现高空作业车整体技术提高和产业优化的基础。1.4 四连杆调平机构设计内容1.4.1 机构设计a. 从主动件输入摆角限制（取决于调平缸摆角及伸缩位移量）、从动件（平台与从动件固连）输出角要求，即大于 180，完成四连杆机构尺寸和铰点位置的设计；b. 从负载变化及输出调平角的变化，取最不利工况，完成四连杆截面尺寸的设计和材料的选择。1.4.2 运动学分析a. 推导四连杆机构输出调平摆角与输入调平缸位移量之间的关系。 b. 推导四连杆机构输出调平角速度与输入调平速度之间的关系。c. 大范围内（调平输出角180）无死点连续旋转，无滞后实时调平。d. 获得调平输出角速度及角加速度的变化规律，探讨对调平稳定性的影响。1.4.3 动力学分析6建立调平四连杆机构动力学模型，分析弱杆件的受力特点和连接点受力的可靠性，研究变负载作用下结构的动力学特性。1.4.4 设计要点a. 四连杆机构设计及运动学分析：保证其运动连续、均匀、无死点；b. 四连杆机构受力分析：观察压力角和传动角（如图 2.1 中，CD 杆尽量在与 AD 垂直方向左右摆动），保证机构效率；c. 往复油缸确定；72 调平驱动机构的方案设计2.1 高空作业车工况及传动机构参数a. 工作高度为 37m、作业半径为 18.5m 的混合臂高空作业车；b. 从主动件输入摆角限制（取决于调平缸摆角及伸缩位移量）、从动件（平台与从动件固连）输出角要求，即大于 180；c. 工作斗载重量 500Kg；d. 调平油缸输入摆角范围 015；e. 运动过程连续、平稳；2.2 连杆调平机构设计方案2.2.1 调平机构分类及平行四连杆调平机构组成 5平面四杆机构是由四个刚性构件用低副链接组成的，各个运动构件均在同一平面内运动的机构。所有运动副均为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构，它是平面四杆机构的基本形式，其他四杆机构都可以看成是在它的基础上演化而来的。选定其中一个构件作为机架之后，直接与机架链接的构件称为连架杆，不直接与机架连接的构件称为连杆，能够做整周回转的构件被称作曲柄，只能在某一角度范围内往复摆动的构件称为摇杆。如果以转动副连接的两个构件可以做整周相对转动，则称之为整转副，反之称之为摆转副。铰链四杆机构中，按照连架杆是否可以做整周转动，可以将其分为三种基本形式，即曲柄摇杆机构，双曲柄机构和双摇杆机构。曲柄摇杆机构，两连架杆中一个为曲柄一个为摇杆的铰链四杆机构。双曲柄机构，具有两个曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。其特点是当主动曲柄连续等速转动时，从动曲柄一般做不等速转动。在双曲柄机构中，如果两对边构件长度相等且平行，则成为平行四边形机构。这种机构的传动特点是主动曲柄和从动曲柄均以相同的角速度转动，而连杆做平动。双摇杆机构。双摇杆机构是两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构。如前所述，高空作业车工作平台的调平机构有自重调平机构、平行四连杆调平机构、链条链轮式调平机构（由平行四连杆调平演变而来）、静液压调平机构8电液调平机构。根据本次毕业设计的 37m 混合臂高空作业车的工况选择，四连杆调平机构结构简单，造价较低，可靠性高，适用于此高类高空作业车。该调平机构的调平过程是连续的，具有调平可靠、同步性好的特点。 本次做的是 37m 折叠臂高空作业车调平机构设计，因此采用四连杆机构较为合适，四连杆调平机构原理图如图 2.1 所示，其中 EB 为伸缩液压缸、AD 为机架且各杆定长，由伸缩液压缸推动输入杆 AB， CD 杆输出(要求输出角大于180)。图 2.1 四连杆调平机构简图2.2.2 四连杆调平机构设计a. 平面四连杆机构的基本特性(1) 铰链四杆机构有整转副的条件图 2.2 铰链四杆机构有整转副的条件铁链四连杆机构是否具有整转副，取决于各杆的相对长度。下面通过曲柄摇杆机构来分析铁链四连杆机构具有整转副的条件。如图 2.2 所示曲柄摇杆机构，杆 1 为曲柄，杆 2 为连杆，杆 3 为摇杆，杆 4 为机架，各杆长度用I1， I2， I3， I4表示。因杆 I 为曲柄，故杆 I 与杆 4 的夹角 的变化范围为 到0；当摇杆处于左、右极限位置时，曲柄与连杆两次共线。故杆 1 与杆 2 的609夹角 的变化范围也是 到 ；杆 3 为摇杆，它与相邻两杆的夹角 、 的06 变化范围小于 360。显然， A、B 为整转副，C 、 D 不是整转副。为了实现曲柄整周回转， AB 杆必须顺利通过与连杆共线的两个位置。当杆 1 处于 AB 位置时，行成AC 1D。根据三角形任意两边之和必大于第三边的定理可得:4l213(-)+l3ll4即 (2.1)1l42l3 (2.2)l+l4当杆 1 处于 AB 位置时，形成AC 2D。可以写出如下关系式： (2.3)1l3l4将(2.1)、(2.2)、(2.3)两两相加得 ， 、 1l21l31l4它表明杆 为最短杆，在杆 2、杆 3、杆 4 中有一杆为最长杆。l从上述分析可得结论：a 、铰链四杆机构有整转副的条件是最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆的长度之和；b、整转副是由最短杆与其邻边组成的。曲柄是连杆架，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，还应根据选择哪一个杆为机架来判断：a. 取最短杆为机架时，机架上有两个整转副，故得双曲柄机构。b. 取最短杆的邻边为机架时，机架上只有一个整转副，故得曲柄摇杆机构。c. 取最短杆的对边为机架时，机架上没有整转副，故得双摇杆机构。如果铰链四连杆机构中的最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则该机构中不存在整转副，无论取哪个机构作为机架都只能的到双摇杆机构。（2） 急回特性10图 2.3 曲柄摇杆机构的急回特性定义：曲柄摇杆机构中，曲柄虽作等速转动，而摇杆摆动时空回行程的平均速度却大于工作行程的平均速度，这种性质称为机构的急回特性,（偏置曲柄滑块机构中也有这个特性）。作用: 缩短非工作行程时间，实现变速要求，提高效率。如图 2.3 所示为一曲柄摇杆机构，其曲柄 AB 在转动一周的过程中，有两次与连杆共线。在这两个位置铰链中心 A 与 C 之间的距离 AC1 和 AC2 分别为最短和最长，因而摇杆 CD 的位置 CD1 和 CD2 分别为其左、右极限位置。摇杆在两极限位置的夹角 称为摇杆的摆角。当曲柄由位置 AB1 顺时针转到位置 AB2 时，曲柄转角 ，其中， 1=80+，这时摇杆由左极限位置 C1D 摆到右极限 C2D，摇杆摆角为 ；而12CA当曲柄顺时针再转过角度 时，摇杆由 C2D 摆回到 C1D，摆角不280变。虽然摇杆来回摆动的摆角相同，但对应的曲柄转动角速度不同；当曲柄转动时，对应的时间也不同，从而反映了摇杆往复摆动的快慢不同。急回运动特性可用行程速度变化系数 K 表示，即 1=80:显然， 越大 K 越大，急回运动的性质越明显。（3）压力角和传动角11图 2.4 连杆机构的压力角和传动角在实际应用中，不仅要求连杆机构能实现预定的运动规律，而且希望运转轻便，效率较高。图 2.4 a 所示的曲柄摇杆机构，如不计各杆质量和运动副中的摩擦，则连杆 BC 为二力杆，它作用于从摇杆 3 上的力 F 是沿着 BC 方向的。作用在从动件上的驱动力 F 与该力作用点绝对速度 之间所夹的锐角 称为压cV力角。由图 b 可见，力 F 在 方向的有效分力 ，即压力角越小，有cV1=os:效分力越大。也就是说，压力角可以作为判断机构传动性能的标志。在连杆机构设计中，为了度量方便，习惯用压力角 的余角 来判断传力性能， 称为传动角。因 ，所以 越小， 越大，机构传力性能越好；反之 越大，=90- 越小，机构传力越费劲，传动效率越低。（4） 死点位置对于图 2.5 所示的曲柄摇杆机构，如以摇杆 3 为原动件，而曲柄 1 为从动件，则当摇杆摆到极限位置 C1D、C 2D 时，连杆 2 与曲柄 1 共线，从动件的传动角 =0（=90） 。若不计各杆的质量，则这时连杆加给曲柄的力将经过铰链中心 A，此力对点 A 不产生力矩，因此不能使曲柄转动。机构的这种传动角为零的位置称为死点位置。死点位置会使机构的从动件出现卡死或运动不确定现象。为了消除死点位置的不良影响，可以对从动曲柄施加外力，或利用分论及构件自身的惯性作用，使机构通过死点位置。12图 2.5 曲柄摇杆机构的死点位置b. 平行四连杆调平机构的常用设计方法包括 6：（1）按照给定的行程速度变化系数设计四连杆机构；主要应用于具有急回运动特性的四连杆机构，通常按需要先给定形成变化系数 K 的数值，然后根据机构在极限位置的几何，结合有关辅助条件来确定机构运动简图的尺寸参数。一般已知一摇杆长度、输出摆角和行程速度变化系数K，求其余三杆长度。（2）按给定连杆位置设计四连杆机构；已知某一杆的长度及两个或多个固定位置，该设计方法适用于已知给定杆位置的四连杆机构设计；（3）按照给定两连架杆对应位置设计四连杆机构；已知两杆的三对或更多对应位置，要求确定各杆长，可用解析法求解。（4）按照给定的轨迹设计四连杆机构；c. 采用两种设计方法的调平四连杆机构的设计(1) 设计方法一： 按照给定的形成速度变化系数设计四连杆机构13图 2.6 曲柄摇杆机构已知条件：假设该机构采用曲柄连杆机构、行程速度变化系数取 ，摆=2K杆 CD=l3=320mm， 设计的实质是确定铰链 A 的位置和其他三杆的尺寸。设计步骤如下：1) 由给定行程速度变化系数 K，求出极位夹角 ；1=806K:2) 如图 2.6 所示，任意选择铰链中心 D 的位置，由摇杆 CD=l3=320mm 和所需摆角 =180。做出摇杆两极限位置 C1D、C 2D；12CD3) 连接 C1 和 C2，并做 CM 垂直于 C1C2；4) 做 =90-，CN 与 CM 交于 P 点，由图可见 =；N12P5) 作 的外接圆，在此圆周上可任取一点 作为曲柄的固定铰链中心。12PA连 AC1、AC 2，因为同一圆弧的圆周角相等，故 = =；1212C6) 因极限位置处曲柄与连杆共线，所以 ， ，从而得曲-l+l柄长度 ， ，由图可得 = 211(-)=ACl 21(+)=ACl AD=504mm， =381.05mm， =762.64mm 则 =190.5mm， =572mm； 4l 1l2l经取整、修正之后各杆长为= =190mm， = =572mm， = =330mm, = =504mm。该四连杆B1lB2l 3l4l14调平机构的运动简图见图 2.7。图 2.7 四连杆机构运动简图其中 AD 为机架，输入杆在变幅油缸的驱动下摆动（由于 AB 的摆动角大于 180，需要有另一四连杆机构在其到达死点时对 AB 杆有一推动作用），从而使得 CD 杆有 180的转动。该设计方法简单，对四连杆机构的约束条件较少，而且可以保证大角度的调平输出角；但该方法需要辅助的连杆机构在主四连杆的死点位置提供推力使其顺利通过，所以机构较复杂，杆件较多，运动的连续性减弱。(2） 设计方法二：高空作业车的最大作业高度为 37m，工作平台载荷500Kg，摇杆 320mm。设该高空作业车变幅角度 190，工作平台平衡机构输出角度为连续的 190，选择机架长度 205mm。考虑到系统是由液压油缸输入来实现变幅，再设输入杆输入角为 90，初试驱动摇杆和机架夹角 80。如此该设计方案已知：机架 =210mm， =330mm， =90，输ADB12AB出角 =80；1DAB求： , , ；C解：1) 如图 2.8，设 =80，做机架 =210mm， =80，1ABAD1AB =90；12BA2) 以 A 为圆心，AB 为半径做圆，交 AB 于 B，过 D、B；3) 做角 =190，以 D 为圆心，BD 为半径交 CD 于 C；21C4) 连接 BC，做 BC 的垂直平分线 EF，则机构输出摇杆铰接点 C 在 EF 上运动。此时，C 点有无穷解，根据传动角等相关条件选择。假如选 F 为 C 点，则如图 2.8 中所示， =224.06mm， =194.64mm。BC15图 2.8 变幅机构初步设计为了方便制作，尺寸尽量取整。定 =220mm，以 B1 为圆心，230 为半BC径做圆交于 EF，则设该点为绞点 C，如图 2.9 所示， =190mm，压力角变D化最小为 33。或者，把输入的角度设为可变尺寸，给杆长进行取整（此方法更加方便）,取 =220mm， =190mm，压力角变化最小为 34，见图 2-BCD10。图 2.9 变幅机构校正杆长及运动简图综上，考虑到加工工艺的简便和传动角及传动效率，方案二四连杆调平机构的尺寸为 =320mm， =220mm， =190mm， =205mm。可以看出ABCDA最长杆为 AB，最短杆为 CD，AB+CD=510mm425mm=BC+AD 即最短杆+最长杆 其余两杆之和，所以无论机架怎么选择，得到的都是双摇杆机构，满足该设计的基本尺寸要求。16图 2.10 弱尺寸修正机构图2.2.3 多连杆调平机构设计方案（设计方案三）一个作平面运动的自由构件具有三个独立运动，所以一个作平面运动的自由构件具有三个自由度。机构是由许多构件组成的。机构的每一个构件都以一定的方式与某些构件相互连接。这种连接不是固定连接，而是能产生一定相对运动的连接。两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接称为运动副。构件组成运动副后，其独立运动受到约束，自由度随之减少。两构件组成运动副，其接触点不外乎点、线、面。按照接触特性，通常把运动副分为低副和高副两类。低副：两构件通过面接触组成的运动副称为低副。平面运动中的低副有转动副和移动副两种。高副：两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。在平面机构运动简图中，机构的构件可以分为三类：固定构件（机架）用来支撑活动构件（运动构件）的构件。原动件（主动件） 运动规律已知的活动构件。它的运动是由外界输入的，故又称为输入构件。从动件机构中随原动件而运动的其余活动构件。如前所述，一个作平面运动的自由构件具有三个独立运动。因此，平面机构的每个活动构件在未用运动副连接之前，都有三个自由度。当两构件组成运动副后，他们的相对运动受到约束，自由度随之减少。不同种类的运动副引入的约束不同，所保留的自由度也不同。总结起来就是，在平面机构中，每个低副引入两个约束，使构件失去两个自由度；每个高副引入一个约束，使构件失去一个自由度。若设某平面机构共有 K 个构件。出去固定构件，则活动构件数为 。=-1nK在未用运动副连接之前，这些活动构件的自由度总数为 。当用运动副将构件3连接组成之后，机构中各构件具有的自由度随之减少。若机构中低副数为 个，LP高副数为 个，则运动副引入的约束总数为 。活动构件的自由度总数减HP2+LHP17去运动副引入的约束总数就是机构自由度，以 F 表示，即 ，这=3-2LHFnP就是计算平面自由度的公式。 综上所述可知，机构具有确定运动的条件是：机构自由度 0，且 F 等于原动件数。方案三：五连杆调平机构的设计图 2.11 五连杆机构分析设计如图 2.11a，五连杆相当于四连杆机构的扩张，若将四连杆机构 ABDE 的BD 边改为弱尺寸（从动） ，则可形成五连杆机构 ABCDE。在五连杆运动的任意时刻（除 BC、CD 共线时刻） ，BD 确定，则 固定，该输出杆 分析类BCDDE似于四杆机构输出杆分析，所以先以方案二的四杆机构为例，对五杆调平机构的设计思路及性能进行分析，观察该五连杆机构是否能满足 37m 高空作业车工作台的调平要求。设计思路如图 2.11b，分别以 A、E 为圆心，以 AB、 DE 为半径做圆，铰接点 B、D 分别在两圆上运动由 CAD 作图取得任一 BC、CD 尺寸，以圆上任意点 B、D 为圆心，分别以 BC、 CD 为半径做无数圆，两圆的交点为铰点C 的可能 位置。对该五连杆机构整体分析，它包括 4 个活动构件、5 个低副（铰链） 。所以该机构的自由度为 ，从而得知要保证 杆运动的确定性必须有=3-2LHFnPDE2 个及以上约束条件。而该机构只有 杆的输入约束，所以 杆输出无法确AB定。由于该设计是 37m 高空作业车工作台调平机构设计，调平机构的运动确定性对施工人员的安全以及施工的质量有至关重要的影响，且五连杆机构在运动过程中 BC、 CD 杆会出现共线，即死点，这样会破坏运动的连续性，如要顺利通过需加辅助机构在死点位置提供推力，会使得机构结构复杂、降低机构安全18性，所以不采用该设计方案。2.3 往复油缸的设计 7往复油缸机构运动设计，这一次采用分析法设计。已知摇杆 AB1 输出摆角，同时根据 CD 空间位置及输出摇杆 CD 初始位置，初设输入摇杆 AB 的初始角度为 24及机架长度 d 为 1200mm。已知： = =320mm，通过空间尺寸初设机架 = =1200mm，摇杆起1ABr dAE始角 ，终止角 ， = ， = ；1242141LBE2求：油缸的安装位置，油缸安装距 A，油缸行程 S；解：往复油缸机构设计如图 2-12。图 2.12 往复油缸机构设计其中 ABE 为往复油缸机构，摇杆由 B1 运动到 B2。根据余弦定理可得下公式：(2.4) 22111+-Bcos=AEA:(2.5) 2212-= 活塞杆伸出系数 (2.6) 21L(2.7) =iid(2.8) r将(2.4)、 (2.5)、(2.6)分别代入(2.7)、(2.8)得：211+-cos=(2.9)2:19将(2.6)、(2.7)分别代入(2.8)、(2.9)得到：mm 可得 L1=867.3mm1=0.75Ldmm 可得 L2=1352.4mm24将 、 代入得活塞杆伸出系数1 2 21.506L图 2.13 往复油缸最终设计也可以通过作图连接 EC 或计算得到 L2=1352.4mm。油缸安装距A=L1=867.3mm，油缸行程 S=L2-L1=485.1mm，在实际工作中，为了方便加工制造对于油缸铰点 E 的位置进行调整。考虑加工时以 D 点为基准进行加工。使 E 点相对于 D 点的坐标 、 为 1267mm、17mm。最后 E 点位置如xy图 2.13 往复油缸最终设计，确认油缸数据，校正后的油缸行程及安装距分别为 A=867mm、S=485mm。2.4 小结在本章内我们主要介绍了四连杆机构的类型，按照连架杆是否可以做整周转动，可以将其分为三种基本形式，即曲柄摇杆机构，双曲柄机构和双摇杆机构。针对四杆机构对其基本特性进行分析，主要从:1) 铰链四杆机构有整转副的条件2) 急回特性3) 压力角和传动4) 死点位置四个方面对四杆机构的运动特征进行分析，初步判断该四杆机构的性能是否满足要求。对平面四连杆的基本特性了解之后是本章的重点和难点四连杆调平机构的设计。由于设计内容比较单一，因此我从设计方法上寻求突破，分别为双20套四杆机构设计、单四杆机构设计、多杆的结构设计。在满足基本条件的前提下，看能否将输出角最大化。对于三种设计方案我们从它们的基本特性入手，对其性能分析。方案一虽然可以满足较大的调平输出角，但是需要辅助的四杆机构在调平四杆机构的死点位置提供动力，使它可以顺利通过死点位置，这样就造成了结构的复杂和安全性的降低。方案二采用单四连杆机构，结构简单且满足调平 180的输出角度。方案三采用五连杆机构实现调平，由于五连杆机构的自由度为 2，在只给定输入摆杆运动的条件下，无法确定输出杆的运动，所以运动的不确定性增加，安全性降低。综上，本章初定设计方案二为此次设计的设计方案，即 =320mm， =220mm， =190mm， =205mm。对该方ABCDA案的运动学、动力学分析会在下一章完成，以确定该设计方案是否可以满足37m 高空作业车工作台调平机构的设计任务。213 调平机构的运动学、动力学分析3.1 调平机构运动学分析 83.1.1 平面连杆机构基本特性分析对三种设计方案进行比较，针对本次所做的 37m 高空作业车工作台调平机构方案二的设计尺寸更加符合要求，因此本章就以方案二为重点对象对其进行基于 proe 的运动学分析，观察设计方案二的各项运动学参数，确保该设计方案满足 37m 高空作业车工作台的调平要求。1） 方案二设计尺寸为=320mm， =220mm， =190mm， =205mm， 其中 AD 为机架，对于ABCDA该四连杆机构最短杆为 CD，最长杆为 AB，所以该铰链四杆机构中的最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，即 ，则该机构中不+BCDA存在整转副，无论以哪个杆为机架都只能得到双摇杆机构。2） 急回定义：曲柄摇杆机构中，曲柄虽作等速转动，而摇杆摆动时空回行程的平均速度却大于工作行程的平均速度，这种性质称为机构的急回特性,（偏置曲柄滑块机构中也有这个特性） 。实际中，本次设计机构为双摇杆连杆机构，若满足最短杆+最长杆其余两杆长度之和则有死点；若不满足，要看从动件和连杆是否共线。如图 3.1 所示，当原动件（输入摆杆）和机架的安装位置如图时（与机架夹角 80）。通过图解分析或 proe 运动仿真可知，在摆杆的摆动角范围内，从动件（输出摆杆）和连杆不会出现共线，所以不具有急回特性。若改变机构的安装位置则可能出现急回特性，针对 37m 高空作业车工作台调平机构的设计，急回特性的产生会往返时角速度的不同，虽然有时间上的结余，提高了一定的工作效率，但高空作业车载人施工的特殊情况，急回特性会加剧施工人员的不适应，而且，角速度的改变不仅影响运动的连续性，还会对机构的稳定性及施工人员的安全有一定影响。22图 3.1 四杆机构基本特性分析实际生产中，不仅要求连杆机构能实现预定的运动规律，而且希望运转轻便，效率较高。因此引入压力角和传动角来进行描述。压力角定义：在平面连杆机构中不计摩擦和杆件的惯性的情况下，机构运动时从动件所受驱动力的方向线与该力作用点的速度方向线之间所夹的锐角角称之为压力角，习惯用 表示，压力角越小，有效分力越大。也就是说，压力角可以作为判断机构传动性能的标志。在连杆机构设计中，为了度量方便，习惯用压力角 的余角 来判断传力性能， 称为传动角。因 ，所以 越=90-小， 越大，机构传力性能越好；反之 越大， 越小，机构传力越费劲，传 动效率越低。如图 3.1 所示，从初始位置到终止位置压力角 由 变化至 ；传动角356由 变化至 ，即 、 、 、 。当机 构运转时，传动角57341=1562=24是变化的，为了保证机构正常工作，必须规定最小传动角 的下限，即min小于 ，但处于 以下的运动区域较小，可以认为满足传动要求。 min=04） 不论是否为曲柄摇杆机构，只要有压力角接近 90则有可能出现死点位置，如图 3.1 所示，图解法分析可得，压力角的变化为 33到 0再增大至 56，不经过 90，所以可认为无死点位置。3.1.2 机构运动的数学模型23图 3.2 四连杆机构结构简图图 3.2 为四连杆机构结构简图, 其中，连杆 AD 的长度为 L1 ，与水平方向初始夹角为 ；连杆 AB 的长度为 L2 ， 与水平方向的初始夹角为 角速1 2度为 ，端点 B 处的线速度为 ；连杆 BC 的长度为 L3， 与水平方向的初始2v夹角为 ，角速度为 ；连杆 CD 的长度为 L4， 与水平方向的初始夹角为 ，33 4角速度为 ， 端点 C 处的线速度为 。4a. 机构几何位置分析如图 3.2 所示，当 、 给定时， 、 可以由下面公式计算出：1234(3.1)2341coscos0LL(3.2)iniinib. 四连杆机构速度分析，这样就简化了四
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