第二章平面连杆机构设计

1、第二章平面连杆机构连杆机构是一种常用的传动机构.按机构中各构件间的相对是平面还是空间,可将其分成平面连杆机构和空间连杆机构。平面连杆机构中的构件是以低副(回转副、移动 副)联接的。最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的平面四杆机构。本章重点平面四杆机构的基本类型、特点及设计。第二章平面连杆机构设计铰链四杆机构铰链四杆机构的演化平面四杆机构的设计§2-1 铰链四杆机构定义：全部用回转件组成的平面四杆机构。机架：固定件组成:连杆：不与机架直接相连的构件连架杆(2个): 与机架相连的构件。有曲柄、摇杆两种。能作整周运转:一、按连架杆类型分曲柄摇杆机构: 两连架杆一为曲柄,一为摇杆。双曲柄机

2、构: 两连架杆全为曲柄。双摇杆机构: 两连架杆全为摇杆。雷达天线俯仰机构缝纫机脚踏板机构曲柄摇杆机构两连架杆一为曲柄一为摇杆。 双曲柄机构两连架杆都是曲柄。惯性筛机构插床机构平行四边形机构: 指相对两杆平行且相等的双曲柄机构。天平机构(正)平行四边形机构特性:两曲柄同速同向转动连杆作平动1: 加对称结构改进不确定的位置图改进2:机车驱动轮联动机构反平行四边形机构两相对杆长相等但不平行的双曲柄机构车门开闭机构双摇杆机构两连架杆都是摇杆。等腰梯形机构(两摇杆等长)b=d鹤式起重机汽车前轮转向机构二、曲柄的条件铰链四杆机构的类型取决于曲柄的和个数;而是否曲柄取决于机构各杆件的长度和机架的选择。分析：

3、构件AB要为曲柄，则转动副A应为整转副(周转副)；为此AB杆应能占据整的任何位置；因此AB杆应能占据与AD共线的位置AB'及AB''。l1 + l2 £ l4 + l3l2 £ (l4- l1 ) + l3由 DB'C'l1 + l3 £ l4 + l2l3 £ (l4 - l1 ) + l2由DB'' C''两两相加l+ l£ l+ l1423l £ ll £ ll £ l121314结论：转动副A成为整转副的条件1) 最短杆长度+最长杆长度

4、其余两杆长度之和杆长条件2) 组成该周转副的两杆中必有一杆是最短杆。推论当机构满足杆长条件时，最短杆两端的转动副均为整转副；其余转动副为摆转副。平面四杆机构有曲柄的条件1) 机构满足杆长条件。2) 最短杆为机架或连架杆。例：图示机构满足杆长条件，当取不同构件为机架时各得什么机构？最短杆为机架得双曲柄机构取最短杆相邻的构件为机架得曲柄摇杆机构取最短杆对边为机架得双摇杆机构注意：如果四杆机构不满足杆长条件，则不论取哪个 构件为机架，均为双摇杆机构。三、铰链四杆机构的基本特性以曲柄摇杆机构为例。通常，曲柄作为件，作匀速转动，通过连杆将1 输出件的急回特性转化为摇杆的变速往复摆动。F1> F2

5、机构有急回特性行程速比系数kk= v2/v1=(180º+ q)/(180º- q)(F1=180º+ q F2=180º- q)角愈大，K值愈大，急性质愈显著。q 极位夹角y摇杆的摆角行程速比系数k >1q>0º2角和传动角 角：机构传动性能的标志从动件上的驱动力与该力作用点绝对速度间所夹角。, 功Fvcos, 传动性能。F角的余角锐角称为传动角：v传动角 =90°-。 , 传动性能为保证机构正常工作，通常：机械： min 40 °大功率机械： min 50 °传动角>最小传动角minmin可能

6、出现的位置mminin曲柄摇杆机构:min出现在曲柄与机架共线的两位置之一。+ c- (d - a)222g ¢ = arccos b2bc+ c2 - (d + a)2b2g= min( g ¢,g ¢ )¢g= arccos(ÐB2C2 D < 90°)min2bc+ c2 - (d + a)22bcb2g ¢ = 180° - arccos(ÐB2C2 D > 90°)或3 死点曲柄摇杆机构中, 摇杆为主动件, 在连杆与曲柄共线时, 无论摇杆上的大, 机构都难以, 该位置称为死

7、点。wA蒸汽机车车轮联动装置飞机起落架缺点:从动件易出现卡死或不确定现象。利用飞轮或构件自重的惯性作用来克服或将两组以上组合而使各组机构死点错位排列。优点：机械防松§2-2 铰链四杆机构的演化演化方式：用移动副代替回转副、变更杆件长度、 变更机架、扩大回转副等。一、曲柄滑块机构曲柄摇杆机构中: 摇杆长度，回转副移动副曲线导轨曲柄滑块机构摇杆为无穷大(有急回作用)对心曲柄滑块机构e=0导路通过曲柄回转中心偏置曲柄滑块机构变摇杆为滑块曲柄摇杆机构二、曲柄滑块机构演变变更机架1导杆机构：在曲柄滑块机构中， 改曲柄为机架转动：摆杆>机架杆长，可作整周运转摆动：摆杆长<机架杆长,不

8、可作整周运转 = 0°, =90°, 传动性能¬¾回程切削¾®=A牛头刨床小型刨床摆动导杆机构2 (曲柄)摇块机构: 在曲柄滑块机构中, 连接杆为机架。货车自动卸料机构摇块机构插齿机3 定块机构：在曲柄滑块机构中，滑块为机架。选链中不同构件为机架得不同机构的称为机构的倒置抽水唧筒4 双滑块机构：具有两个移动副的摇杆机构正弦机构：从动件的位移与件转角的正弦成正比正弦机构正弦机构演化缝纫机针椭圆规式机构正切机构双转块机构(滑动联轴器式机构)三、偏心轮机构改变副的当曲柄AB的较小时，由曲柄滑块机构于结构需要，曲柄作成几何中心与回转中心不重合

9、的圆盘，称此圆盘为偏心轮。几何中心与回转中心间的距离称为偏心距，等于曲柄长。转动副B 的半径扩大超过曲柄长偏心轮机构四、四杆机构的扩展生产上常见的某些多杆机构，也可以看成是由 若干个四杆机构组合扩展形成的。C2B4351DAE6惯性筛机构附:副元素的逆换对于移动副，将副两元素的包容进行逆换，并不影响两构件之间的相对。构件3包容构件2构件2包容构件3摆动导杆机构曲柄摇块机构§2-3 平面四杆机构的设计平面四杆机构设计根据给定的条件，综合考虑几何条件和动力条件(如最小传动角min )等，确定机构寸参数。问题类型简图的尺(1) 按照给定从动件的(2) 按照给定点的规律(位置、速度、轨迹度)

10、法：精确设计图解法：直观实验法：简便一、按给定连杆位置设计四杆机构1巳知：连杆长l3 及其两个对应位置B1C1和B2C2要求：确定铰链中心A、D，定出其他三杆设计分析：铰链和位置已知，固定铰链和未知。铰链和轨迹为圆弧，其圆心分别为点和。和分别在B1B和C1C的垂直C12C2平分线上。C1b12B1设计步骤：B2有无穷多解！动画演示AD有唯一解！动画演示给定连杆的³4个位置, 用实验法。2巳知：连杆长l3 及其三个对应位置 B1C1、 B2C2和B3C3要求：确定铰链中心A、D，定出其他三杆设计步骤：C1C2b12B1B2b23B3ADc23C3例1：已知四杆机构ABCD的连杆BC长l

11、2=40mm和连杆两位置。现要求在位置B2C2时，机构处于死点位置， 且连架杆C2D和B2C2夹角为90º，设计此机构。结果：设计步骤：D得ABCD位置，量取各杆件长 度，得唯一解。B2C2例2：造型机翻箱机构例3：炉门开闭机构B1AC1二、按给定的行程速比系数k设计四杆机构1曲柄摇杆机构巳知：摇杆长l3 , 摆角 和行程速比系数要求：确定铰链中心A， 定出其他三杆步骤：动画演示有无穷多解！2导杆机构巳知：机架长l4 和行程速比系数k要求：确定曲柄长度l1步骤：动画演示有唯一解！例：曲柄滑块机构设计已知条件：滑块行程H、偏矩e和行程速比系数K。设计步骤：动画演示三、按给定两连架杆对应

12、位置设计四杆机构用法或实验法(P34P36)cos1=P0cos 1+P1cos( 1- 1)+P2 cos2=P0cos 2+P1cos( 2- 1)+P2 cos3=P0cos 3+P1cos( 3- 3)+P21法:给定三对应位置，得精确解少于三位置，有无数解 多于三位置时，用实验法机构封闭多边形2实验法:选定不同的l1、l2 和l3凑图已知习题讲解P3537：题2-6/7/9/10/1214/16作业P3738：题2-8、2-11、2-15复习与练习一、填空：1、铰链四杆机构中的固定件称为 ，与其用 副直接相连接的构件称为 ，不与固定件相连接的构件称为 。2、按照是曲柄还是摇杆，可将铰

13、链四杆机构分为三种基本型式、和。3、平面机构中，的传动性能越好。角，则传动角，机构4、导杆机构的传动角是， 性能。角是，其传力5、曲柄摇杆机构中，当为主动件时，在和 共线时，会出现死点现象。1/66、在平面四杆机构中，极位夹角越大，则行程速比系数就，急回性能也; 若极位夹角为零, 则其行程速比系数等于, 就意味着该机构的急回性能。7、在连杆机构设计中，习惯上用传动角来能。在出现死点时，传动角等于， 于。传力性角等8、在机构设计中，若要提高传动效率，须传动角。二、作出三种含单个移动副的基本平面四杆机构的运动简图，并说明各种机构的名称。2/6三、计算1、设计一曲柄摇杆机构。已知机构的行程速比系数k

14、=1.1，摇杆lCD=30mm，摆角=35º。用作图法求出曲柄AB和连杆BC的长度, 写出作图步骤; 并作出以曲柄为杆为件时机构的最小传动角min和以摇件时机构的死点位置。2、图示为一曲柄滑块机构。其偏心距e=10mm，曲柄长度lAB=30，连杆长度lBC=50mm，用图解法求出滑 块的行程H；画出滑块主动时，机构的死点位置。3/63、在牛头刨床机构中，已知行程速比系数k=1.5，刨头冲程H=300mm，曲柄半径lAB=70 mm。试用图解法求机架长度lAC和导路至摆动中心的距离Y。4、设计一曲柄摇杆机构。已知机构的行程速比系数k=1，摇杆lCD=40mm，摇杆的两极限位置DC1和DC2。用作图法求出曲柄AB和连杆BC的长度，写出作图步骤；并作出以曲柄为小传动角min。件时机构的最HYAB4/6C5、设计一曲柄滑块机构。已知滑块的行程速比系数k=1.2，滑块的行程S=40mm，偏距e=10mm。用作图法求出曲柄AB和连杆BC的长度,写出作图步骤。件时机构的最小传动角min 。并作出以曲柄为6、设计一铰链四杆机构。已知连杆BC的长度lBC =50mm，连杆的两个位置，现要求到达B2C2 位置时，机构处于死点位置，且摇杆C2D处于铅垂位置，用作图法求出lAB、lCD 和lAD，并写出作图步骤。5/67、图示铰链四杆机