内科大机械设计基础课件第4章 平面连杆机构

第4章平面连杆机构4.1概述4.2铰链四杆机构类型及应用4.3铰链四杆机构曲柄存在条件4.4铰链四杆机构的演化4.5平面四杆机构的基本特性4.6平面四杆机构的设计4.1概述平面连杆机构的主要优点是:⑴由于低副是面接触，压强小、磨损轻⑵易于实现基本运动形式（转动和移动）之间的变换。⑶可使从动件实现多种形式的运动，满足多种运动规律的要求或多种运动轨迹的要求。其主要缺点是⑴运动传递路线较长，低副磨损后的间隙不易消除使运动累计误差较大。⑵不宜要求从动件精确实现复杂的运动规律，否则设计较复杂或难以成功4.2铰链四杆机构类型及应用4.2.1曲柄摇杆机构汽车车窗雨刷机构、缝纫机踏板机构、颚式破碎机等均是曲柄摇杆机构的应用实例。4.2.2双曲柄机构4.2.3双摇杆机构

港口起重机、飞机起落架、车辆的前轮转向机构4.3铰链四杆机构曲柄存在条件而铰链四杆机构的三种基本形式的区别就在于连架杆是否为曲柄。连架杆是否为曲柄与铰链四杆机构中各杆的相对长度有关。因而机构运动过程当中△BCD的形状是变化的。如果连架杆AB与机架共线的两个位置

l1+l4≤l3+l2l3≤l2+(l4-l1)l2≤l3+(l4-l1)

结合式(4-1)、(4-2)两式和归纳上述分析结果可得出铰链四杆机构有曲柄的条件是：⑴最短杆和最长杆长度之和不大于其它两杆长度之和（简称杆长条件）；⑵最短杆是连架杆或机架（简称最短构件条件）⒉铰链四杆机构类型的判别⑴在满足杆长条件时，则有以下三种情况：1）最短杆为机架是双曲柄机构2）最短杆的对杆为机架是双摇杆机构3）最短杆的邻杆为机架是曲柄摇杆机构⑵不满足杆长条件时，不论取那一杆为机架，只能得到双摇杆机构。4.4铰链四杆机构的演化4.4.1转动副转化为移动副m3Cm1ADa)4B24.4.2扩大回转副偏心轮是回转副B扩大到包括回转副A而形成的，偏心距e即是曲柄的长度。当曲柄长度很小时，通常都把曲柄做成偏心轮，这样不仅增大了轴颈的尺寸，提高偏心轴的强度和刚度，而且当轴颈位于中部时，还可以安装整体式连杆，使结构简化。因此，偏心轮广泛应用于传力较大的剪床、冲床、颚式破碎机、内燃机等机械中。4.4.3选取不同的构件为机架4.5平面四杆机构的基本特性⒈极位夹角设曲柄AB为主动件并作顺时针等速转动，摇杆为从动件作往复摆动。曲柄AB回转一周的过程中，将与连杆BC两次共线在极位时，曲柄两位置之间所夹的锐角θ称极位夹角。2.急回运动和行程速比系数（以曲柄摇杆机构为例）从动杆往复运动的平均速度不等的现象称为机构的急回特性.ABCD

极位夹角

0对应从动杆的两个极限位置,主动件两相应位置所夹锐角.ABCDabcd

C2B2

1

2

B1C1

行程速比系数=V回V工K=V快V慢C1C2/

t工C2C1/

t回=t工t回=（K

1）q=———

180º

K

-1K+1=

180º

+qw1180º

-

qw1=

180º

+q180º

-

qK

=

180º

+q180º

-

qABCDabcd

C2B2

1

2

B1C1

压力角

FVa从动杆(运动输出件)受力点的力作用线与该点速度方位线所夹锐角.(不考虑摩擦)传动角

gagddg=dg=

1800-d压力角的余角.(连杆轴线与从动杆轴线所夹锐角)1.压力角和传动角gg4.5.2传力特性最小传动角

minDL4BACL1L2L3

=0cos

=1

cos

min=180°

cos

=–1

cos

max分析

min或

max

可能最小曲柄摇杆机构,当曲柄主动时,在曲柄与机架共线的两个位置之一,传动角最小.应用连杆式快速夹具飞机起落架4.5.3.死点位置连杆与从动件共线的位置（

=0）为死点位置。4-6平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计是指根据工作要求选定机构的型式，根据给定的运动要求确定机构的几何尺寸。其设计方法有作图法、解析法和实验法。作图法比较直观；解析法比较精确；实验法常需试凑。4.6.1图解法设计平面四杆机构1．按照给定连杆的几个位置设计铰链四杆机构如果只给定连杆的两个位置，则点A和点D可分别在B1B2和C1C2各自的中垂线上任意选择。因此，有无穷多解。为了得到确定的解，可根据具体情况添加辅助条件，例如给定最小传动角或提出其他结构上的要求等。2．按照给定的行程速比系数K设计四杆机构⑴导杆机构已知：曲柄摆动导杆机构的机架长度l4，行程速比系数K，试设计该机构。如图4-25所示，由分析可知摆动导杆机构的极位夹角θ等于导杆的摆角ψ。故设计的关键是确定曲柄AB的长度。现给出作图步骤如下：

1）选定长度比例尺μ，计算极位夹角θ：按式（4-3）

(4-5)2）作导杆的两极限位置：任选一点为固定铰链中心C，作∠mCn=ψ，Cm、Cn对应导杆的两个极限位置。3）确定曲柄回转中心A点：过C点作摆角ψ的角等分线AC，并在其上量取CA=l4/μ，得到曲柄回转中心A。4）确定曲柄AB的长度：过A点作任一导杆极位的垂线AB1(或AB2)，即得所求曲柄的长度l1=μ×AB1。画出滑块，连接AB1C可得摆动导杆机构的一个位置，设计完成。⑵曲柄摇杆机构已知：曲柄摇杆机构的行程速比系数K，摇CD的长度l3和摆角ψ，试设计该机构。如图4-26所示设计的关键是确定曲柄回转中心A的位置，从而得到其他三杆的尺寸l1、

l2和

l4。1）选定长度比例尺μ，按式（4-3）求出极位夹角θ。2）作摇杆的两极限位置：任选一点为摇杆的回转中心D，以摆角ψ和摇杆长度l3按比例尺作出摇杆的两个极位C1D和C2D。3）作辅助圆：连接C1和C2两点，并作C1M⊥C1C2；作∠C1C2N＝90°-θ，C2N与C1M交于一点P，则∠C1PC2＝θ；作△C1PC2的外接圆，即为辅助圆。4）确定曲柄和连杆的长度：在辅助圆周上（劣弧C1C2和EF除外）任取一点A为曲柄的中心。连接AC1和AC2即为曲柄与连杆共线的两个位置。据AC1（=l2-ll

）和AC2（=l2+ll

）的长度可求出曲柄及连杆的长度l1和l2，如下步公式所示。显然，∠C1AC2＝∠C1PC2＝θ。5）求出其余杆件长度：以A为圆心、l1为半径画圆，交C1A的延长线于B1点，交C2A的延长线于B2点。即得，

l4

=μAD连接AB1C1D（或AB2C2D）即为所求的曲柄摇杆机构。4.6.2解析法设计平面