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第8章平面连杆机构及其设计，8.1连杆机构及其传动特点，8.2平面四轴机构的类型和应用，8.3平面四轴机构的基本知识，8.4平面四轴机构的设计，8.5多轴机构介绍(自学)，机械原理，沈阳航空工业学院，连杆机构常用的杆数来命名，因此，这些机构统称为连杆机构8.1连杆机构及其传动特征、连杆机构、曲柄滑块机构、摆动导向机构、这种机构的共同特征：机构的原动机1和从动件3的运动都需要通过连杆2进行传动。 机构中的运动副一般为低副。 因此，这种机构也被称为低副机构。 连杆机构中的部件多为杆的形状，有四杆机构、六杆机构等。 铰链四轴机构，以往称部件为杠杆。连杆(coupler ) :与直接机架无关的中间构件、机械原理、沈阳航空工业学院、构件能够实现多呈杆形状的各种运动变换和运动规律，连杆曲线形状丰富，能够满足各种轨迹的要求。 缺点：运动链长，累积误差大，效率低惯性力难以平衡，动载荷大，不适合高速运动，一般只能满足运动规律的要求。 传动特点，运动副一般具有低副优点：机械原理，沈阳航空工业学院，8.2平面四杆机构的类型和应用，1 .四杆机构的类型，(1)基本形式，铰链四杆机构，等腰梯形机构， 框架：4连杆：曲柄1杆3连杆：2旋转副： AB摆动副：CD， 曲柄摇杆机构机械原理、沈阳航空工业学院、双曲柄机构、铰链四轴机构、机械原理、沈阳航空工业学院、反平行四边形机构、机械原理、沈阳航空工业学院、铰链四轴机构、双杆机构、等腰梯形机构、等腰梯形机构、机械原理、沈阳航空工业学院、 8.2平面四杆机构的类型和应用，1 .四杆机构的类型，(1)基本型，铰链四杆机构，(2)进化形式，其他型的四杆机构可以认为是从基本型的四杆机构进化而来的，其进化方法为：1 )构件的形状和运动尺寸，机械原理，沈阳航空工业学院， (2)进化形式1 )改变部件的形状和运动尺寸、机械原理、沈阳航空工业学院、曲柄滑块机构、偏心轮机构、2 )运动副的尺寸，(2)进化形式，1 )部件的形状和运动尺寸、偏心轮机构、双偏心轮机构、滑块内置偏心轮机构、曲柄杆机构、机械原理、沈阳航空工业学院、铰链四轴机构的逆转， 曲柄滑块机构的反转3 )选择不同的部件为齿条，选择、曲柄杆机构、双杆机构、曲柄滑块机构、ABC为旋转导向机构、ABC为摆动导向机构、机械原理、沈阳航空工业学院、曲柄滑块机构、机械原理、 沈阳航空工业学院、曲柄滑块机构、机械原理、沈阳航空工业学院、铰链四根机构的倒置曲柄滑块机构的倒置、双滑块机构的倒置、3 )如果将不同的部件作为机架，将正弦机构、双滑块机构、双滑块机构、双滑块机构、部件2或4作为机架， 机械原理，沈阳航空工业学院，4 )运动副要素的逆转，2 .四轴机构的应用，(1)基本型四轴机构的应用，(2)进化型四轴机构的应用，(3)将不同的部件作为机架时，(即机构的倒置)，(2)进化形式，1 )部件的形状和运动尺寸，2 )改变运动副的尺寸，a )部件2包容3，b )部件3包容2，机械原理， 沈阳航空工业学院，8.3平面四杆机构的基本知识，1 .铰链四杆机构具有曲柄条件，最短杆长度最长杆长度其馀两杆长度之和，构成该旋转副的两杆中，必须有一杆为最短杆。 (1)旋转副的条件，其中最初的条件称为棒长条件。机械原理、沈阳航空工业学院，1 .铰链四杆机构有曲柄条件，(2)铰链四杆机构有曲柄条件，最短杆为连杆或齿条。例如：铰链四杆机构，(1)旋转副的条件，(1)各杆的长度满足杆长条件，各杆的长度不满足杆长条件，2 )各杆的长度不满足杆长条件，结论：铰链四杆机构的各杆的长度满足杆长条件，最短杆为连杆时， 机构是曲柄摇杆机构，最短杆是齿条，机构是双曲柄机构，最短杆的相对杆是齿条，机构是双杆机构。 如果各杆的长度不满足杆的长度条件，机构就不旋转。 在这种情况下，无论将哪个杆作为支架，机构都是双杆机构。 机械原理，沈阳航空工业学院，例如：有偏移曲柄滑块机构和偏移曲柄滑块机构的条件：连杆长度偏移连杆长度，连杆为最短杆。 心曲柄滑块机构具有曲柄条件：连杆长度连杆长度，连杆为最短杆。机械原理、沈阳航空工业学院，2 .急转弯运动和行程速度的变化系数，(1)急转弯运动、有源零件曲柄等速旋转时，无源零件摆动的平均速度大于平均速度，摆动零件的这种运动特性称为急转弯运动。 (2)程度速度变化系数k、结论、角越大，k值越大，机构的急速恢复性也越显着。 小型刀架机构在机构存在极角的情况下，机构具有急转弯运动特性，夹在心曲柄滑块机构、偏置曲柄滑块机构、机械原理、沈阳航空工业学院、连杆BC和从动件CD之间的锐角称为四根杆机构在该位置的传递角，=90 - 800 最小传动角的确定：对于曲柄摇杆机构，min出现在有源曲柄和框架共线的两个位置之一。 为了良好地保持机构传递性能，3.4根杆机构的传递角transmissionleffour-bar linkages相对于曲柄杆机构，若以杆CD为主动物，则在连杆与从动曲柄共线时，机构的传递角=0， 此时主动物CD通过连杆作用于从动物AB的力正好通过其旋转中心，出现不能使部件AB旋转的“死点”现象，将机构的该位置称为“死点”。 4、利用死点、曲轴滑块机构、摆动导向机构、曲轴杆机构、机械原理、沈阳航空工业学院、(1)克服死点的方法、(1)安装飞轮增大惯性的方法，利用惯性作用突破机构死点。 2 )两组以上相同机构组合使用，采用各组机构的死点位置互相错开排列的方法。 (2)死点的应用，飞机起落架的收纳机构，折叠式桌子的折叠机构，夹具，机械原理，沈阳航空工业学院，5 .铰链四杆机构的连杆曲线，在四杆机构运动时，在其连杆平面上的各点画一条曲线，形成连杆曲线(couplercurves )，b型，水滴型，面包型，瘦型， 模拟椭圆型、三角型、单线型、被称为机械原理的沈阳航空工业学院，6 .连杆机构的运动连续性、机械原理、沈阳航空工业学院，8.4平面四轴机构的设计，1 .连杆机构的设计基本问题，流量指示机构，牛头台机构，(2)满足规定的连杆位置要求， 连杆机构设计的基本问题是根据规定的要求选择机构型号，确定各构件的尺寸，并满足结构条件、动力条件和运动连续条件等。 (1)满足预定运动规则的要求，即满足两连杆的预定对应位置的要求(也称为实现函数的问题)。 也就是说，要求连杆占据一系列的规定位置，小型电炉灶门的开关机构满足规定行程变速比系数k的要求等。 (也称为刚体导引问题)。 符合、机械原理、沈阳航空工业学院、(3)预定轨迹要求、图式、解析法、实验法。 即，在机构的运动中，要求链路上的某个点的轨迹满足预定轨迹的要求。鹤式起重机、搅拌机构、连杆机构设计方法如下： (2)用解析法设计四根连杆机构，(1)按照规定的运动规则设计，1 )在与规定的两根连杆对应的位置设计，2 )按照期望的函数设计四根连杆机构，(2)在规定的连杆位置设计，3 )按照规定的运动轨迹设计，例1、例2， 用机械原理、沈阳航空工业学院、3、作图法设计四根连杆机构(3)以行程比系数k设计四轴机构，(2)在两连杆规定位置设计四轴机构，(1)在连杆的规定位置设计四轴机构，(1)在连杆的规定位置设计四轴机构，(b )知道连杆的三个规定位置，(1) 假设可动铰链b、c已知，求出固定铰链a、d、a连杆两个规定位置，(c )求出连杆的四个规定位置，根据机械原理，对沈阳航空工业学院(1)连杆的每个规定位置设计四轴机构，2 )固定铰链a、d已知，可动铰链b、Ca已知，1 )可动铰链(1)假定求出固定铰链a、d，机械原理，沈阳航空工业学院，b )连杆的三个规定位置已知，a )连杆的两个规定位置已知，1 )可动铰链b、c已知，求出固定铰链a、d，2 )求出可动铰链b、c 在连杆预定位置设计四杆机构，机构翻倒：齿条转换法，机械原理，沈阳航空工业学院，(2)在两根连杆预定位置设计四杆机构，1 )在两根连杆两组对应位置设计四杆机构的基本方法：翻转法。 已知机架长度、两条连杆的2组对应角落。 如果知道了AB的长度，就不知道CD的长度。 设计这四个连杆机构。 另外，将CD作为新机架(C1D为机架)、将AB作为新连杆，将该设计问题转换为已知的连杆位置来设计四轴机构。机构逆转、机械原理、沈阳航空工业学院；(2)在两连杆的预定位置设计四连杆机构；(1)在两连杆的两组对应位置设计四连杆机构；(a )了解机架长度、两连杆的两组对应角，设计四连杆机构；(C1D为新机架)。 设计的机构知道AB1C1D、机械原理、沈阳航空工业学院、b )机架长度、2个连杆的2组对应角点，设计了4个连杆机构(C2D为新机架)。 (2)在两连杆的预定位置设计四杆机构，1 )在两连杆的两组对应位置设计四杆机构，a )知道齿条长度、两连杆的两组对应角点，设计四杆机构(C1D为新齿条)。 设计的机构知道AB2C2D、机械原理、沈阳航空工业学院、c )机架长度、两个连杆的两组对应角、四个连杆机构(以AB2为新机架)、a )机架长度、两个连杆的两组对应角，设计四个连杆机构(以C1D为新机架)。 b )了解机架长度、两条连杆的两组对应角点，设计四条连杆机构(以C2D为新机架)。 设计的机构AB2C2D，机械原理，沈阳航空工业学院，(1)在连杆预定位置设计四杆机构，d )知道机架长度，两个连杆两组对应的角落，设计四杆机构(以AB1为新机架)。 a )了解机架长度、两条连杆的两组对应角点，设计四条连杆机构(以C1D为新机架)。 b )了解机架长度、两条连杆的两组对应角点，设计四条连杆机构(以C2D为新机架)。 c )了解机架长度、两条连杆的两组对应角点，设计四条连杆机构(以AB2为新机架)。 (2)在两条连杆的预定位置设计四条连杆机构，3 )用绘图法设计四条连杆机构，1 )在两条连杆的两组对应位置设计四条连杆机构，机械原理，沈阳航空工业学院，2 )在两条连杆的三组对应位置设计四条连杆机构为已知的机架长度，两条连杆的三组对应位置设计的机构有AB1C1D、机械原理、沈阳航空工业学院；(3)按照规定的行程变速比系数设计了四轴机构、曲柄摇杆机构；(1)在连杆规定位置设计了四轴机构；(2)在两连杆规定位置设计了四轴机构、机械原理、沈阳航空工业学院；(3) 按规定的行程变速比系数设计了四轴机构、曲柄摇杆机构、曲柄滑块机构、机械原理、沈阳航空工业学院、(3)按规定的行程比系数设计了四杆机构、曲柄摇杆机构、曲柄滑块机构、摆动导向机构、AD=d、机械原理、沈阳航空工业学院、主要内容、1 .连杆机构连杆：未直接连接到机架的中间部件。 2 .平面四轴机构的基本形式：铰链四轴机构是曲柄机构、双轴曲柄机构、双轴杆机构、平面四轴机构的进化方法： (1)改变构件的形状和相对尺寸；(2)改变运动副的尺寸；(3)选择不同的构件作为齿条；(4)运动副要素的逆变换。 机械原理，沈阳航空工业学院，4 .平面四杆机构有曲柄的条件： (1)各杆长满足杆长条件：最短杆和最长杆的长度之和必须小于或等于其馀两杆的长度之和；(2)最短杆为连杆或齿条。 5 .急转弯运动和行程速度变化系数： (1)急转弯运动：当连杆机构的有源部件等速旋转时，无源部件的空转行程的平均速度v2大于无源部件的动作行程的平均速度v1，该运动性质被称为急转弯运动。 急转弯运动程度用行程速度变化系数k测定。 (2)行程速度变化系数：从动件空转行程的平均速度v2与从动件的工作行程的平均速度v1之比。机械原理、沈阳航空工业学院；(3)极角度：机构从动件处于两个极限位置时，主动件曲柄在对应两个位置所夹的角度。 (4)判断机构是否有急转弯运动：根据机构是否有极角度，极角度不为零，表示机构有急转弯运动，极角度越大，机构的急转弯运动越明显。机械原理、沈阳航空工业学院、6 .机构的传动角和死点： (1)压力角：无摩擦时，主动部件通过连杆作用于从动部件的力p的作用线和其作用点的速度方向所夹的锐角，称为机构的压力角。 (2)传递角：机构压力角的馀角，称为机构在该位置的传递角。 传动角经常测量机构的传动性能。 机构的传动角越大，压力角越小，力p的有效分力Pt越大，机构的传动效率越高。 许多机构运动中传动角发生变化，机构的最小传动角必须大于某个值，以改善机构的传动质量。 (3)机构将曲柄作为有源部件时，机构的最小传动角出现在曲柄和框架位于同一直线上的2个位置之一。 (4)死点：机构的传动角变为零时，主动件通过连杆作用于从动件的力p正好通过其旋转中心，不能使从动件旋转，出现死力。 机构的这个位置叫做死点。 机构必须克服死点才能正常运转。 为了克服死点，有利用部件的惯性，或者采取相同机构的错位排列的方法。 工程上也多利用死点工作。 机械原理，沈阳航空工业学院，7 .运动连续性：指机构在运动中能否连续实现规定位置。 机构包括错位不连续性和错位不连续性。 设计新机构时，要检查机构是否存在运动不连续的问题。 8 .平面四轴机构的设计： (1)连杆机构设计的基本问题：实现规定运动规则的要求-函数综合问题实现规定连杆位置的要求-刚体引导问题实现规定轨迹的要求-轨迹综合问题(2)连杆机构设计的基本方法：图式解析法实验法、机械原理、 沈阳航空工业学院，(3)图式设计连杆机构：1 )在连杆的规定位置设计四轴机构，假定活动铰链是已知的，求出固定铰链(已知两个、三个位置)。 假设固定铰链是已知的，求出可动铰链(两个、三个位置是已知的)。2 )在两连杆规定位置设计四连杆机构(已知的两组、三组)；3 )以规定的行程比系数设计四连杆机构曲柄摇杆机构曲柄滑