《机电一体化--机械设计》平面四杆机构的基本特性

1、机电一体化机电一体化-机械设计机械设计平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性 这个“牛头刨床” 具有那些基本特性？ 1.存在能够转动的曲柄存在能够转动的曲柄 2.急回特性急回特性 3.压力角压力角 4.死点位置死点位置 当当B B达时达时B B2 2，C C达极限点达极限点C C2 2，此时有：，此时有： L L1 1+L+L2 2 L L3 3+L+L4 4 （1 1） 当当B B达达B B1 1时：时：C C达达C C1 1点，此时有：点，此时有： L L3 3LL2 2-L-L1 1 +L +L4 4 （2 2） L L4 4LL2 2-L-L1 1 +L+L3 3 （3 3） 三

2、式联立三式联立 得：得： 以曲柄摇杆机构以曲柄摇杆机构（设AB为转动曲柄、AD为机架）为例，为例，分析杆长关系： 2-2 2-2 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性 一、铰链四杆机构有整转副的条件一、铰链四杆机构有整转副的条件( (曲柄存在条件曲柄存在条件) ) L1+L2 L3+L4 L1+L3 L2+L4 L1+L4 L2+L3 由此由此 L1 L2、L1 L3、L1 L4，即：，即：L1（转动）最小，最小， L2、L3、L4、 中必有一个为最大。中必有一个为最大。 结论：整转副结论：整转副存在存在的充分必要条件：的充分必要条件： (1)(1)最长与最短杆长度之和小于或等于其余两

3、杆之和最长与最短杆长度之和小于或等于其余两杆之和（杆长关系） (2)(2)整转副是由最短杆及相邻的杆件组成整转副是由最短杆及相邻的杆件组成（曲柄必为最短杆） 是否存在曲柄？是否存在曲柄？ 什么情况下有曲柄？（曲柄存在条件） 曲柄：具有整转副的连架杆。故曲柄：具有整转副的连架杆。故 推论推论1 1: :当当Lmax+Lmin L L( (其余两杆长度之和其余两杆长度之和) )时：时： 以最短杆的邻边为机架以最短杆的邻边为机架曲柄摇杆曲柄摇杆 4A D 2 3 作机架作机架 曲柄摇杆机构 1 4A D 2 3 作机架作机架 双摇杆机构 4A D 1 2 3 1作机架作机架 双曲柄机构 推论推论2:

4、2:当当Lmax+Lmin L L ( (其余两杆长度之和其余两杆长度之和) )时：时： 连架杆中没有整周转动副连架杆中没有整周转动副双摇杆双摇杆 4A D 2 3 4作机架作机架 曲柄摇杆机构 以最短杆本身为机架以最短杆本身为机架双曲柄双曲柄 以最短杆的对边为机架以最短杆的对边为机架双摇杆双摇杆 例例：已知：已知：AD为机架，为机架，lBC=50mm，lCD=35mm，lAD=30mm， 若机构分别为：若机构分别为： 曲柄摇杆曲柄摇杆，AB为曲柄、为曲柄、 双曲柄双曲柄 、双摇杆双摇杆机构时，机构时， 求求lAB的范围。的范围。 解解： A B C D 1.设设lAB30，lAB +5030

5、+35，0 lAB 15mm 2.当当30 lAB 50时，时，30+50 lAB+35， 45 lAB 50 当当 lAB 50时，时，30+lAB50+35， 50 lAB 55 即：即：45mm lAB 55mm 3.双摇杆：满足杆长条件，且最短杆为连杆双摇杆：满足杆长条件，且最短杆为连杆 lAB +5030+35 15 lAB30 若若30 lAB 50：30+50 lAB+3530 lAB 45 若若50lAB115：30+lAB35+50 55 lAB 115 即：即：15mm lAB45mm，或，或 55mm lAB115mm 若若lAB30： （与题意不符！） 不满足杆长条件。

6、不满足杆长条件。 曲柄摇杆曲柄摇杆 双摇杆双摇杆 双曲柄双曲柄 双摇杆双摇杆 0 15 45 55 115mm 请观察：请观察： 急回特征用从动件行程速度变化系数急回特征用从动件行程速度变化系数K表示：表示： 二、急回特性二、急回特性 雷达天线机构雷达天线机构 牛头刨床牛头刨床 1 1 2 v v K 平均速度从动件慢行程（工作） 平均速度从动件快行程（回程） 急回急回运动的原理运动的原理 曲柄曲柄AB等速转动，摇杆等速转动，摇杆CD摆动摆动 B2 C2 B1 C1 观察机构的运动：观察机构的运动： 当当AB与与BC两次共线时，输出件两次共线时，输出件CD处于两极限位置。处于两极限位置。 曲柄

7、转角：曲柄转角：180 1 对应时间：对应时间： 111 /t C的速度：的速度： 极位夹角极位夹角 ： 当摇杆处于两极限位置时，曲柄所夹的当摇杆处于两极限位置时，曲柄所夹的锐角锐角。 1 A 2 1 1 C 3 4 B D a bc d 2 180 2 122 /t 摆角摆角 极位夹角极位夹角 v1 v2 1211 / tCCv ) 2122 /tCCv ) 曲柄摇杆 机构 输出件的输出件的行程速度变化系数行程速度变化系数K： 回程速度回程速度v2与工作速度与工作速度v1之比之比 具有急回特性的条件： （1 1）原动件作等速整周转动、输出件作往复运动；）原动件作等速整周转动、输出件作往复运动

8、； （2 2） 0 1 1 180 K K 180 180 / / 2 1 2 1 121 212 1 2 t t tCC tCC v v K v =0 =0、K=1, K=1, 无急回特性无急回特性 vKK，急回特征越显著，急回特征越显著 三、压力角与传动角三、压力角与传动角 在不计摩擦力、重力、惯性力的条件下，从动件在不计摩擦力、重力、惯性力的条件下，从动件 的受力方向与该点的运动方向所夹的的受力方向与该点的运动方向所夹的锐角锐角 。 压力角 ： 传动角 ： 压力角的余角压力角的余角 =90 。 A C B D vB F vc F F1 F2 1 A B C D 1 2 3 4 F vc

9、a A B 1 3 4 C b 1 2 cos 1 FF sin 2 FF ，受力越好 ，受力越好 ，受力越好 ，受力越好 5040 min 有用力有用力 无用力无用力 vc A B C 1 2 1 F 2 a A B 1 3 4 C b vc 例：例：找出下列机构的压力角找出下列机构的压力角 F v 死点死点: : 当连杆与从动件共线时当连杆与从动件共线时 (传动角为零 =0)。 四、死点位置四、死点位置 B1 C1 B2 C2 4 A B C D 23 1 F v =00 F v =00 =00 C2 B2 =00 B A C B1 C 原因：原因： 没有使从动曲柄转动的力矩，没有使从动曲柄转动的力矩， 即：即：MMF F L L0 0 此时此时机构：机构： 不动不动（卡死）， 运动不确定运动不确定！ B2 C2