平面连杆机构演化

3.2铰链四杆机构的演化,在实际工作机械中，铰链四杆机构还远远不能满足需要，生产实践中，常常采用多种不同外形、结构和特性的四杆机构，都可以认为是铰链四杆机构的演化形式。常用的的演化方法：（1）变转动副为移动副；（2）取不同的构件作机架；（3）扩大转动副和移动副的尺寸。,3.2铰链四杆机构的演化,3.2.1曲柄滑块机构（1）由曲柄摇杆机构，将CD无穷大，C点轨迹变成直线；（2）演化方法：将转动副移动副；（3）类型：a.偏心曲柄滑块机构，e0偏距：曲柄转动中心距导路的距离。b.对心曲柄滑块机构，e=0,转动副转化为移动副,3.2铰链四杆机构的演化,（4）应用案例：内燃机、空气压缩机、冲床和送料机构等。,对心曲柄滑块机构,3.2铰链四杆机构的演化,锯管机构,测量仪表机构,自动送料机构,（5）功能：将转动转换为滑块的往复移动,3.2铰链四杆机构的演化,3.2.2导杆机构（1）演化过程：改变对心曲柄滑块中的机架而演化来的；（2）演化方法：改变曲柄滑块机构的机架,以构件1为机架。,导杆机构的演化,3.2铰链四杆机构的演化,（3）导杆机构类型：a、若l1l2为摆动导杆机构,转动导杆机构,摆动导杆机构,L1,L2,L1,L2,3.2铰链四杆机构的演化,（3）应用案例：常用于牛头刨床、插床和回转油泵中。,牛头刨床主体机构,1,2,3,4,摆动导杆机构,当杆2的长度小于机架长度时，导秆4只能作来回摆动，又称为摆动导秆机构，牛头刨中的主运动机构是他的应用实例,当构件2和构件4均能作整周转动，小型刨床就是应用实例,转动导杆机构,(4)功能:将曲柄的连续转动转化为导杆的转动或摆动。,3.2铰链四杆机构的演化,3.2.3摇块机构和定块机构1、摇块机构（摆动导杆滑块机构）（1）演化方法：以构件2为机架，可得摇块机构。（2）应用实例：卡车车厢自动卸料机构、玩具步行机构,卡车车厢自动卸料机构,摇块机构的演化,3.2铰链四杆机构的演化,2、定块机构（移动导杆机构）：（1）演化方法：以构件3为机架，得到定块机构。（2）应用实例：手动抽水机,移动导杆机构的演化,手动抽水机,曲柄滑块机构,导杆机构,摇块机构,定块机构(直动滑杆机构),ABAC转动导杆机构,AB2,t1t2,v2=C1C2/t2,1=180+,v1=C1C2/t1,曲柄转角,2=180-,铰链C的平均速度：,v10K1此时机构具有急回特性，K急回特性越显著。b、=0K=1，此时机构无急回特性。,二、压力角和传动角,F,vc,（1）机构压力角:在不计摩擦力、惯性力和重力的条件下，机构中驱使输出件运动的力与输出件上受力点的速度方向间所夹的锐角，称为机构压力角，通常用表示。,传动角：压力角的余角。,A,B,C,D,F1,F2,通常用表示.,F1=Fcos,F1,在连杆设计中，为度量方便，习惯用传动角来判断机构传力性能。F1，机构传力性能越好，反之，机构传力越费劲，传动效率越低。,90,，连杆和从动摇杆之间所夹的锐角,3.3铰链四杆机构的基本特性,为保证机构的传力性能良好，必须限定机构的最小传动角，通常min。对于一般机械，通常=4050,对于传递功率大的机械50，对于一些非传力机构，也可取40,但不能过小。,想一想练一练试确定下列不同机构以曲柄为原动件时的极限位置？,3.3铰链四杆机构的基本特性,想一想练一练试确定摆动导杆机构和曲柄滑块机构以曲柄为原动件时是否存在急回特性？,3.3铰链四杆机构的基本特性,3、min的确定（1）曲柄摇杆机构的min位置摇杆CD为从动件，曲柄AB为原动时，当原动件AB与机架AD共线时，传动角最小。比较两者两次共线的min，并取小值为该机构的最小传动角min。,3.3铰链四杆机构的基本特性,（2）曲柄滑块机构min位置对于曲柄滑块机构，当主动件为曲柄时，最小传动角出现在曲柄与机架垂直的位置。,3.3铰链四杆机构的基本特性,（3）摆动导杆机构1）以曲柄为原动件，传动角恒等于90。2）以导杆为原动件，传动角min=0，位置出现在导杆与曲柄垂直处。,3.3铰链四杆机构的基本特性,3.3.3死点位置（主动件条件）1、概念：平面连杆机构的传动角=0，压力角=90的位置称为死点位置。,在不计构件的重力、惯性力和运动副中的摩擦阻力的条件下:当摇杆为主动件，连杆和曲柄共线时，过铰链中心A的力，对A点不产生力矩，不能使曲柄转动，机构的这种位置称为死点位置。,B,F,D,A,B,C,F,3.3铰链四杆机构的基本特性,2、死点位置的利弊利：工程上利用死点位置进行工作。,夹具机构,飞机起落架机构,3.3铰链四杆机构的基本特性,弊：机构有死点，从动件出现卡死或运动方向不确定现象，对传动不利，如缝纫机的脚踏机构。,缝纫机的脚踏机构,3.3铰链四杆机构的基本特性,3、克服死点的方法（1）增大从动件的质量，利用惯性度过死点位置。（2）在从动曲柄上施加外力或安装飞轮以增加惯性。（3）采用相同的机构错位排列。,火车车轮联动装置,缝纫机的脚踏机构,3.3铰链四杆机构的基本特性,想一想练一练请问摆动导杆机构、对心曲柄滑块机构以哪个构件为原动件时，机构存在死点位置？,3.4平面四杆机构的设计,平面四杆机构的设计，主要考虑给定的运动条件，确定机构运动简图。有时为了使设计可靠、合理，还应考虑几何条件和动力条件。生产实践中的四杆机构设计问题可归纳为两类：（1）实现给定的从动件运动规律,或使从动件具有急回特性。（2）实现给定的运动规律。平面四杆机构运动设计的方法有图解法、实验法和解析法。本节主要介绍图解法,3.4平面四杆机构的设计,3.4.1按给定的行程速比系数设计四杆机构已知条件：（1）行程速比系数K（2）机构的极限位置处的几何关系（3）其他辅助条件1、曲柄摇杆机构已知条件：摇杆的长度lCD、摆角和行程速比系数K设计：1）确定铰链A的位置；2）确定其他三个构件的长度,3.4平面四杆机构的设计,曲柄摇杆机构的设计步骤：（1）按给定行程速比系数K，求出极位夹角，,3.4平面四杆机构的设计,曲柄摇杆机构的设计步骤：（2）任选确定适当的长度比例尺l，任选固定铰链中心D的位置，按摇杆长度lCD和摆角，作出摇杆的两个极限位置C1D和C2D。,3.4平面四杆机构的设计,（3）连接C1和C2，并作C1C2的垂线C1M。（4）作C1C2N=90-，则C1M与C2N相交于P点，由图知：C1PC2=。（5）作C1PC2的外接圆，在此圆周上（弧C1C2和弧EF除外）任意一点都可以作为曲柄的固定铰链中心A，现任取一点。连接AC1和AC2，因同弧上的圆周角相等，故C1AC2=C1PC2=。,3.4平面四杆机构的设计,（6）确定AC1、AC2的长度，可得AB=（AC2-AC1）/2，BC=（AC2-AC1）实际构件长度lAB=lAB，lBC=lBC，lCD=lCD,3.4平面四杆机构的设计,2、导杆机构已知条件：机架长度l4、行程速比系数K，设计导杆机构解题的关键：分析极位夹角与摆角的关系,3.4平面四杆机构的设计,设计步骤：（1）由已知的行程速比系数K，求得（也即摆角）即（2）任选固定铰链中心C，以夹角作出导杆的两个极限位置。（3）作摆角的平分线AC，并在线上取AC=l4/l得固定铰链中心A的位置。（4）过A点作导杆极限位置的垂直AB1（或AB2）得曲柄的长度l1=AB1l,3.4平面四杆机构的设计,3.4.1按给定连杆位置设计四杆机构案例分析：如图所示为一加热炉炉门开启机构，其为铰链四杆机构，已知炉门的两个位置及两个活动铰链的中心矩，试设计加热炉炉门开启机构。,加热炉炉门开启机构,3.4平面四杆机构的设计,1、按给定连杆的两个位置设计四杆机构已知铰链四杆机构连杆B1C1、B2C2的两个位置，试设计铰链四杆机构。,3.4平面四杆机构的设计,案例分析：已知加热炉炉门上两个活动铰链的中心矩为50mm，炉门打开成水平位置时，要求炉门温度较低的一面朝上（如虚线所示），设固定铰链安装在YY轴线上，其相关尺寸如图所示，求此铰链四杆机构其余三杆的长度。,3.4平面四杆机构的设计,2、按给定连杆的两个位置设计四杆机构已知铰链四杆机构连杆B1C1、B2C2、B3C3的三个位置，试设计铰链四杆机构。,