平面机构机械设计

第二章平面机构

主讲教师：

何秀媛

长春工业大学人文信息学院

平面机构的运动简图及其自由度第二章平面机构1平面连杆机构2平面四杆机构的基本特性

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平面四杆机构的设计4概述机构定义：机构是具有确定运动的构件组合确定运动——各构件间具有确定的相对运动构件组合——构件，构件之间的联接组合（运动副）机构分类：平面机构——组成机构的所有构件都在同一平面或平行平面内运动空间机构——组成机构的所有构件在空间运动2.1平面机构的运动简图及自由度定义：1.构件定义：运动的单元体构件组成：一个零件——曲轴，床身，缸体若干个零件——连杆，键、轴、齿轮的组合2.构件自由度：构件在未组成机构之前可能出现的独立的自由运动自由度：构件相对于参考系所具有的独立运动参数的数目称为自由度一个构件有六个自由度一、运动副及其分类一个做平面运动的自由的构件有三个自由度。运动副：由两个构件直接接触并能产生一定相对运动的联接。例如：轴颈与轴承、活塞与气缸、相啮合的两齿轮轮齿间的联接。注意：１）运动副是一种联接；２）运动副由两个构件组成；３）组成运动副的两个构件之间有相对运动。约束：对构件间相对运动的限制

自由度随着约束的引入而减少，不同运动副，引入不同的约束。运动副元素－直接接触的部分（点、线、面）例如：滚子凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。

运动副分类运动副按接触形式的不同分为两大类1、低副：两构件通过面接触所组成的运动副又分为转动副、移动副转动副移动副2、高副：两构件通过点、线接触组成的运动副

机构中构件分类1．固定件（机架）：用于支承活动构件的构件，研究机构运动时，常为参考坐标系。2.原动件：运动规律已知的活动构件输入构件：运动规律由外界给定，如内燃机中的活塞。3.从动件：机构中随原动件而运动的其它活动构件，其运动规律取决于原动件的运动规律和机构的组成情况。输出构件：输出机构预期的运动规律，如内燃机中的曲柄。其它从动件起传递运动的作用（如连杆）

注意：任何一部机器都存在机架(固定件)，一个或几个原动件二、平面机构的运动简图1、定义：用规定的符号和线条按一定的比例表示构件和运动副的相对位置，并能完全反映机构特征的简图。2、绘制：运动副转动副：移动副：构件（杆）：高副：机构运动简图的绘制1）分析机构组成和运动情况，找出固定件、原动件和从动件；2）确定所有运动副的类型和数目；3）确定原动件位置（即能充分反映机构的特性）；4）选择适当的比例尺：DCBA1432绘制图示鳄式破碎机的运动简图。例：绘制冲床机构的运动简图.机构的自由度：机构具有确定运动时所需外界输入的独立运动数目。1.平面机构自由度计算四、机构的自由度（设n个活动构件，PL个低副，pH个高副）F≤0，构件间无相对运动，不成为机构。F>0,原动件数=F，运动确定原动件数<F，运动不确定原动件数>F，机构破坏机构具有确定运动的条件①计算曲柄滑块机构的自由度。解：活动构件数n=3低副数PL=4F=3n－2PL－PH

=3×3－2×4=1

高副数PH=02.计算平面机构自由度时应注意的几个问题

（1）复合铰链k

k－1包含机架由三个或三个以上的构件在一处组成的轴线重合的多个转动副。例：计算钢板剪切机的自由度，并判断其运动是否确定。自由度数等于原动件数，所以机构具有确定的相对运动。（2）局部自由度

不影响整个机构运动的局部的独立运动。（3）虚约束在特殊的几何条件下，有些约束所起的限制作用是重复的，这种不起独立限制作用的约束称为虚约束。平面机构的虚约束常出现于下列情况：1）转动副轴线重合的虚约束2）移动副导路平行的虚约束3）机构对称部分的虚约束4)轨迹重合的虚约束⑧计算图示大筛机构的自由度。复合铰链:c局部自由度虚约束n=7PL=9PH=1F=3n－2PL－PH

=3×7－2×9－1=2CDABGFoE2.2平面连杆机构的类型和应用

由若干刚性构件用低副联接而成的机构称为连杆机构。连杆机构又称为低副机构。连杆机构的优点：•低副是面接触，故传力时压强低，磨损小，寿命长；•低副的接触面为平面或圆柱面，制造方便，易获得较高的精度；•两构件之间的接触靠几何封闭实现；•实现多种运动规律和轨迹要求。连杆机构的缺点：•低副中存在间隙，易引起运动误差；•设计复杂，不易精确实现各种运动规律和轨迹要求。特点该机构的运动——各构件均在同一平面或平行平面运动该机构的构件——大部分构件都类似杆件该机构的运动副——均为低副（回转副、移动副）由四个构件通过低副联接而成的平面连杆机构，称为四杆机构。如果所有低副均为回转副，这种四杆机构就称为铰链四杆机构

铰链四杆机构机架连架杆连架杆连杆一、铰链四杆机构连架杆---整周回转为曲柄---往复摆动为摇杆曲柄—作整周定轴回转的构件；连杆—作平面运动的构件；连架杆—与机架相联的构件；摇杆—作定轴摆动的构件；（1）曲柄摇杆机构1.铰链四杆机构的基本形式缝纫机踏板机构（2）双曲柄机构摄影平台升降机构（3）双摇杆机构◆最短杆与最长杆之和小于等于其他两杆长度之和◆最短杆是连架杆或机架2.铰链四杆机构形式的判别铰链四杆机构曲柄存在的条件：推论：1）最短杆为连架杆，得曲柄摇杆机构；

2）最短杆为机架，得双曲柄机构；

3）最短杆为连杆，得双摇杆机构；

4）不满足杆长条件，无论谁为机架，都无曲柄存在，只能是双曲柄机构。二、铰链四杆机构的演化1.曲柄滑块机构2.导杆机构的演化3.摇杆机构自卸货车2.3平面机构的基本特性一、急回特性与行程速比系数

当曲柄等速回转的情况下，通常把从动件往复运动速度快慢不同的运动称为急回运动。时间：转角：运动：时间：转角：运动：极位夹角：当机构从动件处于两极限位置时，主动件曲柄在两相应位置所夹的锐角。ADabd曲柄摇杆机构的极位夹角通常把从动件往复运动平均速度的比值(大于1)称为行程速比系数，用K表示。行程速比系数K二、压力角和传动角压力角：力F的作用线与力作用点绝对速度v所夹的锐角称为压力角。传动角：压力角的余角称为传动角。在其他条件不变的情况下，压力角越大，传力性能越差曲柄摇杆机构的压力角和传动角三、死点位置所谓死点位置是指从动件的传动角等于零或者压力角等于90°时机构所处的位置。分析B、C点的压力角AB与BC共线时，，机构有死点存在。

死点位置的应用夹具一、按照给定的行程速比系数设计四杆机构2.4平面四杆机构的设计已知：行程速比系数k，摇杆长度Lcd，摆角Ψ

已知BC杆的长度及三个给定位置二、按给定连杆位置设计四杆机构三、按给定的运动轨迹设计四杆机构四、按给定两连架杆对应位置设计四杆机构1.用解析法设计四杆机构2.用试验法设计四杆机构判断：1、两个以上的构件通过转动副并联在一处所构成的铰链称为复合铰链。（）2、四杆机构的传动角是指从动揺杆的受力方向与受力点的速度方向之间所夹的锐角。（）3.机构具有确定运动条件是：原动件的个数等于机构的自由度数。（）填空：1．在曲柄摇杆机构中，当摇杆为主动件，曲柄与连杆构件两次共线时，则机构出现死点位置。2．铰链四杆机构具有两个曲柄的条件是

最长杆与最短杆长度之和小于或等于其他两杆长度之和且以最短杆为机架

。3、平面机构中，两构件通过面接触构成的运动副称为（）。

5.通常压力角是指在不计摩擦的情况下，从动件上某一点运动方向与受力方向所夹锐角。传动角是指压力角的余角。3、对于铰链四杆机构，当满足杆长之和的条件时，若取（）为机架，将得到双曲柄机构。 A.最长杆B.与最短杆相邻的构件 C.最短杆D.与最短杆相对的构件1、平面四杆机构无急回特性时，行程速比