第二章平面连杆机构及其分析与设计

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1、第一节概述第一节概述 全部由低副全部由低副( (转动副、移动副、球面副、球销副或螺旋副等转动副、移动副、球面副、球销副或螺旋副等) )将若将若干刚性构件联接组成的机构称为低副机构,工程中也把这类机构称为干刚性构件联接组成的机构称为低副机构,工程中也把这类机构称为连杆机构连杆机构( (Linkages) )。 在工程实际中,连杆机构应用十分广泛。连杆机构具有以下传动在工程实际中,连杆机构应用十分广泛。连杆机构具有以下传动特点:特点:连杆机构的传动特点连杆机构的传动特点 连杆机构的分类连杆机构的分类 按构件之间的相对运动关系分按构件之间的相对运动关系分平面连杆机构平面连杆机构( (Planar l

2、inkage) )空间连杆机构空间连杆机构( (Spatial linkage) ) 按机构中是否含有单副构件分按机构中是否含有单副构件分闭链型连杆机构闭链型连杆机构( (Closed chain linkage) )开链型连杆机构开链型连杆机构( (Open chain linkage) )曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构( (Crank-rocker mechanism) )双摇杆机构双摇杆机构( (Double-rocker mechanism) )双曲柄机构双曲柄机构( (Double-crank mechanism) )曲柄滑块机构曲柄滑块机构( (Slider-crank mechanis

3、m) )曲柄摆动导杆机构曲柄摆动导杆机构( (Crank-and-oscillating guide-bar mechanism) )双滑块机构双滑块机构( (Double-slider mechanism) ) 平面连杆机构中的连杆通常作复杂的平面运动,连杆上不同位置平面连杆机构中的连杆通常作复杂的平面运动,连杆上不同位置的点的运动轨迹是形状各异的复杂曲线,称为的点的运动轨迹是形状各异的复杂曲线,称为连杆曲线连杆曲线( (Coupler-curve) )。连杆曲线极富应用价值。连杆曲线极富应用价值。 和多杆机构相比较,平面四杆机构是能实现各种运动形式转换和多杆机构相比较,平面四杆机构是能实现

4、各种运动形式转换的最简单的连杆机构。这类机构由于运动副数和构件数较少,能够获的最简单的连杆机构。这类机构由于运动副数和构件数较少,能够获得较高的传动效率和传动精度,设计制造容易。其中四个运动副都是得较高的传动效率和传动精度,设计制造容易。其中四个运动副都是转动副的四杆机构又称为转动副的四杆机构又称为铰链四杆机构铰链四杆机构( (Revolute four-bar mechanism) ),是平面四杆机构最基本的结构型式。是平面四杆机构最基本的结构型式。 在铰链四杆机构中,按连架杆能否作整周转动,可将四杆机构在铰链四杆机构中,按连架杆能否作整周转动,可将四杆机构分为三种基本型式,即分为三种基本型

5、式,即 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 双曲柄机构双曲柄机构 双摇杆机构双摇杆机构 当当AD为最短杆为最短杆( (0AD20) ),根,根据机构有整转副的条件:据机构有整转副的条件:AD+5020+40,即即AD10mm时,两整转副在最短杆时,两整转副在最短杆AD上,由于上,由于AD是机架,故此时的机构为双曲是机架,故此时的机构为双曲柄机构。柄机构。 当当AD杆长介于最短杆与最长杆之杆长介于最短杆与最长杆之间,间,即即20AD50,如果,如果机构有整转副,机构有整转副,则则20+50AD+40,即,即AD30mm,两整转,两整转副在最短杆副在最短杆AB杆上,此时机构为曲柄摇杆杆上,此时机构为曲柄摇杆

6、机构机构。 当当AD为为最长杆,即最长杆,即50AD110,机构有整转副时,机构有整转副时,AD+2040+50,即,即AD70mm时,两整转副在最短杆时,两整转副在最短杆AB杆上,故杆上,故此时机构为曲柄摇杆机构。此时机构为曲柄摇杆机构。 综 上 所 述 , 当综 上 所 述 , 当 0 A D 1 0 时 , 机 构 为 双 曲 柄 机 构 ; 当时 , 机 构 为 双 曲 柄 机 构 ; 当30AD70时,机构为双曲摇杆机构;当时,机构为双曲摇杆机构;当10AD30和和70AD110时,机构无整转副,为双摇杆机构。时,机构无整转副,为双摇杆机构。 例例1 已知铰链四杆机构已知铰链四杆机构

7、ABCD,其中,其中AB=20mm,BC=50mm,CD=40mm, , AD为机架。改变为机架。改变AD杆长,分析机构的类型变化。杆长,分析机构的类型变化。平面四杆机构的基本类型及其演化平面四杆机构的基本类型及其演化平面四杆机构的基本类型及其演化平面四杆机构的基本类型及其演化( (续续) )第二节第二节 平面连杆机构的运动特性平面连杆机构的运动特性与分析方法与分析方法 火车车轮联动机构火车车轮联动机构平行四边形机构平行四边形机构Parallel-crank mechanism十字滑块联轴器十字滑块联轴器双转块机构双转块机构Double rotating block mechanism车门启闭

8、机构车门启闭机构反平行四边形机构反平行四边形机构Anti parallel-crank mechanism惯性振动筛惯性振动筛非平行四边形机构非平行四边形机构Nonparallel-crank mechanism小型刨床小型刨床转动导杆机构转动导杆机构Rotating guide-bar mechanism单万向联轴器单万向联轴器Single universal joint双万向联轴器双万向联轴器Double universal joint对心式曲柄滑块机构对心式曲柄滑块机构In-line slider-crank mechanism偏置式曲柄滑块机构偏置式曲柄滑块机构Offset slide

9、r-crank mechanism雷达天线俯仰机构雷达天线俯仰机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构转动转换为往复摆动转动转换为往复摆动颚式破碎机颚式破碎机曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构牛头刨床牛头刨床摆动导杆机构摆动导杆机构Rocking guide-bar mechanism转动转换为往复摆动转动转换为往复摆动电风扇摇头机构电风扇摇头机构双摇杆机构双摇杆机构汽车转向机构汽车转向机构双摇杆机构双摇杆机构3. 摆动摆动摆动摆动缝纫机进针机构缝纫机进针机构正弦机构正弦机构Sine mechanism 为了便于对机构的性能进行定性的分析和比较,可以用直角坐为了便于对机构的性能进行定性的分析和比较,可以用直角坐标曲

10、线来描述。即以横坐标表示主动构件的角位移,纵坐标表示从标曲线来描述。即以横坐标表示主动构件的角位移,纵坐标表示从动件的动件的( (角角) )位移、位移、( (角角) )速度和速度和( (角角) )加速度。画出的曲线分别为机构加速度。画出的曲线分别为机构的的位移线图位移线图( (Displacement diagram) )、速度线图速度线图( (Velocity diagram) )和和加速度线图加速度线图( (Acceleration diagram) ),统称为,统称为运动线图运动线图( (Motion diagram) )。搅拌机机构搅拌机机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构摄影机抓片机构摄影机

11、抓片机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构鹤式起重机鹤式起重机双摇杆机构双摇杆机构契贝谢夫四足步行机构契贝谢夫四足步行机构多杆机构多杆机构Multi-bar linkage摄影平台升降机构摄影平台升降机构平行四边形机构平行四边形机构翻斗车翻转机构翻斗车翻转机构摇块机构摇块机构Rocking-block mechanism车门启闭机构车门启闭机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构飞机起落架机构飞机起落架机构双摇杆机构双摇杆机构滑块内置偏心轮机构滑块内置偏心轮机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构 从图中可以看出,两个曲柄摇从图中可以看出,两个曲柄摇杆机构摇杆的摆角均为杆机构摇杆的摆角均为,两个两个角角以机架为对称轴对称。可以

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