平面连杆机构及其设计

1、第三章平面连杆机构及其设计，基本要求：1。了解平面四杆机构的基本类型，掌握其演化方法。2.掌握平面四杆机构的工作特性。3.了解联动传动的特点和功能。4.掌握平面连杆机构的运动分析方法，学会将平面连杆机构的复杂运动分析问题转化为计算机能够解决的问题。5.了解平面连杆机构设计中的基本问题，掌握具体的设计条件和实际需要，选择合适的机构类型和合理的设计方法，解决具体的设计问题。教学内容、平面连杆机构的3-1特性及其设计的基本问题3-2平面四杆机构的基本类型和演变3-3平面四杆机构的主要工作特性3-4给定连杆位置的平面四杆机构的运动设计3-5已知运动规律的平面四杆机构的运动设计3-6已知运动轨迹的平面四

2、杆机构的运动设计3-1平面连杆机构的特性及其设计的基本问题；1.平面连杆机构的特点：1.连杆机构中的部件通过低副连接，低副中的两个元件是面接触的，因此在相同载荷下压力较低，因此可以用来传递较大的功率。此外，由于低阶元素的几何形状相对简单(如平面和圆柱面)，易于加工。2.部件的运动形式多种多样。不仅有绕固定轴转动的曲柄、绕固定轴前后摆动的摇杆，还有在平面内运动的连杆和直线往复运动的滑块等。连杆机构可以实现多种运动，具有重要的工程实用价值。(1)平面连杆机构的特点；(3)在驱动部件运动规律不变的情况下，只要改变连杆机构各部件的相对尺寸，从动部件就可以实现不同的运动规律和运动要求。4.连杆曲线具有多

3、样性。连杆机构中的连杆可以看作是一个向各个方向无限扩展的平面，称为连杆平面。在机构运动过程中，固定在连杆平面上的点会画出不同形状的曲线，称为连杆曲线。1.平面连杆机构的特点和缺点：1 .它不能满足高精度运动的要求。(大累积误差)2。不适合高速场合。(运动很复杂，惯性力很难平衡)。其次，平面连杆机构的作用。一、用于实现具有轨迹、位置或运动规律的运动图的四杆机构是圆形轨迹复制机构，其可以实现预定的圆形轨迹。其次，平面连杆机构的作用。B、实现从动件运动形式和运动特性的改变，图示为单侧静止曲线槽导杆机构，当原动件的曲柄1继续向左转动时，带动滚轮2进入。二是平面连杆机构的功能。实现锻压机械中自行车手刹、

4、离合器控制等远距离传动。调整和扩大从动件的行程图显示了一个可变行程滑块机构，通过调整导向槽和水平线之间的倾斜角度，可以很容易地改变滑块的行程；2.平面连杆机构的作用；增加力的目的是获得更大的机械增益。该图显示了杠杆机构的示意图。通过使用这种机制，还可以获得更大的机制增益。3.设计的基本问题。平面连杆机构的设计通常包括两个方面：选型和运动尺寸设计。选型：确定连杆机构的结构组成，包括部件数量和运动副的类型和数量。运动尺寸设计：确定机构运动图的参数，包括转动副中心之间的距离、运动副的位置尺寸、描绘连杆曲线的点的位置尺寸等。运动尺寸设计是本章的主要研究内容，一般可分为以下三个基本问题：(3)基本设计问

5、题；(1)实现既定的定位如图所示的铸造成型机的砂箱翻转机构，砂箱固定在连杆BC上，要求所设计的机构中的连杆能够依次通过这些位置，从而引导砂箱实现成型压实和拔模两个动作。(3)设计的基本问题；(2)为了实现已知的运动规律(函数发生机构的设计)，要求驱动部件和从动部件满足几个已知的对应位置关系，包括满足一定的急回特性，或者当驱动部件的运动规律确定时，从动部件可以按照给定的规律精确或近似地运动。(例如，门打开和关闭机构)3。为了实现已知的运动轨迹(轨迹生成机构的设计)，要求连杆机构中平面运动构件上的某一点精确地或近似地沿着给定的轨迹运动。3.基本设计问题，如：起重机要求连杆上吊钩滑轮组中心的E点轨迹

6、为直线，以避免被吊物上下波动。这种设计问题通常被称为轨迹生成机构的设计方法：大致可分为三种类型：图解法、解析法和实验法。在设计中选择哪种方法应该根据具体情况来决定。平面四杆机构的基本类型和演变。1。铰链四杆机构是平面连杆机构中结构最简单、应用最广泛的一种，是由四个构件组成的平面四杆机构，其他多杆机构也可以。在平面四杆机构中，最基本的一种是铰链四杆机构，它可以发展成其他形式的四杆机构：所有运动副都作为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构，1。它构成框架组件4；与框架直接连接的连杆部件1和3；连杆不直接与车架连接的部件2，其中：曲柄连杆1(可全程旋转的连杆)，摇杆连杆3(只能在一定角度范围内来回摆动的

7、连杆)。旋转副a和b是完整的旋转副，旋转副c和d是摆动副。整体旋转副：由旋转副连接的两个部件可以在整个圆周上相对旋转的旋转副。摆对：旋转对，其中由旋转对连接的两个构件不能在整个圆内相对旋转。类型：(1)曲柄摇杆机构定义为铰链四杆机构。如果两个连杆中的一个是曲柄，另一个是摇杆，这就叫做曲柄摇杆机构。例子a .缝纫机踏板机构(如图所示)，b .搅拌器机构(如图所示)，和(2)双曲柄机构定义在铰链四杆机构中。如果两个连杆是曲柄，那就叫双曲柄机构。传动特性当驱动曲柄以恒定速度连续旋转时，从动曲柄通常不以恒定速度旋转。双曲柄机构中有两种特殊的机构：平行四边形机构和反平行四边形机构。平行四边形机构的定义：

8、在双曲柄机构中，如果两个相对的边长相等且平行，则称之为平行四边形机构。传动特性：主动曲柄和从动曲柄以相同的角速度转动。惯性筛机构、平行四边形机构和位置不确定性问题平行四边形机构存在位置不确定性问题，如图所示。快速求解方法：(1)增加惯性轮，保持从动曲柄的转向不变。(2)应用虚拟约束，通过虚拟约束保持平行四边形，如机车车轮连接的平行四边形机构等。反四边形机构是指曲柄长度相同、连杆不平行于车架的铰链四杆机构，称为反平行四边形机构。如图所示，应用实例是汽车车门开关机构。(3)双摇杆机构定义在铰链四杆机构中。如果两个连杆都是摇杆，则称为双摇杆机构。起重机的四杆机构是双摇杆机构。当主动摇杆摆动时，从动摇

9、杆也随之摆动，重物在连杆延长线上的悬挂点将沿近似水平的直线移动。双摇杆机构中有一种特殊的机构：等腰梯形m在图(a)所示的曲柄摇杆机构中，当曲柄1转动时，摇杆3上的点C的轨迹为圆弧毫米，摇杆长度越长，曲线毫米越直。当摇杆无限长时，毫米将变成一条直线。此时，摇杆可以做成滑块，而旋转副D将演变成移动副。这种机构叫做曲柄滑块机构。(a)曲柄滑块机构如图(b)所示，(b)偏置曲柄滑块机构-E不等于零，如图(b)所示。定心曲柄滑块机构-E等于零，如图(c)、(c)所示，例如内燃机、往复泵和冲头等。2.选择不同的组件作为机架。首先，让我们理解一个概念。低副运动的可逆性是由低副连接的两个部件之间的相对运动关系

10、不会因哪个部件作为框架而改变。这个性质被称为低对运动的可逆性。当不同的部件作为机架时，可以获得不同的四杆机构(如工作台)。表2.1四杆机构、曲柄摇杆机构、曲柄滑块机构、切线机构、双曲柄机构、旋转导杆机构、双旋转块机构、双曲柄机构的几种类型。曲柄摇杆机构是2，3-3平面四杆机构的主要工作特点，首先是转动副是完整转动副的充要条件，其次是铰链四杆运动链中具有完整转动副的部件是关键部件，因为只有这种部件才能由连续转动装置如电机驱动。如果具有整体旋转副的构件是与框架铰接的连杆，则该构件是曲柄。下面，以图示的四杆机构为例，说明旋转副为整体旋转副的情况：在图中，设d为a，铰链点b和d之间的距离g在杆1绕旋转

11、副a旋转的过程中不断变化，当b点到达图中所示的B1点和B2点时，g值分别达到最大值gmax=d a和最小值gmin=d -a。如果要求杆1能够绕旋转副A相对于杆4旋转，杆1应该穿过两个关键位置AB1和AB2，即，可以形成三角形B1C1D和三角形B2C2D。根据三角形构成原理，进行了以下推导过程：通过总结上述两种情况(即a d)，可以得出以下重要结论：在铰链四杆机构中，如果一个转动副可以成为一个完整的转动副，由它连接的两个杆件中的一个必须是最短的杆件，并且四个杆件的长度关系满足杆件长度之和的条件。注：在带整体转动副的铰链四杆机构中，最短杆两端的转动副为整体转动副。推论：(1)以最短的杆为框架，得

12、到双曲柄机构；(2)以最短杆的任意相邻构件为框架，得到曲柄摇杆机构；(3)如果以最短杆的相对分量为框架，则得到双摇杆机构。(4)如果四杆机构不满足杆长之和的条件，则无论选择哪个构件作为框架，所获得的机构都是双摇杆机构。应该指出的是，在这种情况下形成的双摇杆机构不同于上述双摇杆机构，并且它没有完整的旋转副。2.由于曲柄滑块机构和导杆机构都是由铰链四杆机构演化而来，根据相同的思想和方法，可以得到这两个机构都有一个完整的转动副的条件。2.行驶速度变化系数；1.极限位置，驱动曲柄和连杆共线两次时从动件的位置。(C1D，C2D)，从动件的往复摆角为y。从图中可以看出，曲柄对应的两个角1和2为：2为极限夹

13、角，从动件处于两个极限位置时曲柄两个位置之间的锐角称为极限夹角。3。急回运动的特点和冲程速度的变化系数k，急回运动的产生和k，3。压力角和传动角，即夹在某一点驱动力作用线之间的锐角假设力f和焦点的速度c方向之间的锐角为A，A越小(角度越大)，有效分力Ft越大，而径向压力Fn越小，这有利于机构的传递。因此，在连杆机构中，传动角及其变化经常被用来测量机构的力传递性能。因此，对于传动机构，角度应该尽可能小(尽可能大)。连杆机构的压力角(或传动角)在机构运动过程中不断变化。当从动件处于不同位置时，的值不同，并且在从动件的运动周期中的角度存在最大值amax。设计连杆机构时，应注意使amax小于或等于a。

14、在机构运动过程中，传动角的大小会发生变化。当曲柄AB转到与框架AD共线重叠且共线展开的两个位置AB1和AB2时，将出现透射角的极值和(透射角总是锐角)。这两个值的大小为：并且通过比较这两个位置处的透射角可以获得最小透射角min。为了保证机构具有良好的传力性能，min40通常应用于设计中；对于高速大功率传动机械，应设置min50，第四个和死点位置。让我们看看死点位置的形成：在图中所示的曲柄摇杆机构中，如果摇杆光盘是驱动部分，当机构在图中所示的两条虚线之一时，连杆和曲柄在一条直线上，传动角为0。此时，驱动部件CD通过连杆施加在从动部件AB上的力刚好通过其旋转中心，因此部件AB不会旋转，并且会发生顶

15、起现象。该机构的位置称为死点位置。问一个问题：四杆机构中是否存在死点位置，是什么决定了它？答：从动件与连杆共线吗？措施：a .对于连续运行的机器，从动件的惯性可用于通过死点位置，例如，滑轮的惯性可用于通过死点位置。采用机构错位排列的方法，即组合两组以上的机构，每组机构的死点位置相互错开。例如，它由两组曲柄滑块机构组成，它们的曲柄位置错开90。当从动件的传动角为0(A=90)时，驱动力垂直于从动件应力点的移动方向，其有效分力等于零。此时，机构不能移动，这称为死点位置。对于传动机构，机构不宜有死点，因此应采取措施使机构平稳通过死点位置。机构死点位置的积极效果：在工程实践中，机构的死点位置也在许多场

16、合被用来达到一定的工作要求。在这里，我们应该注意死点、自锁和机构的自由度f小于或等于零之间的差别。自由度小于或等于零，这表明运动链不是一个机构，而是一个没有相对运动的桁架。死点是无摩擦机构的特殊位置。通过惯性或其他方式，机构可以正常移动通过死点位置；自锁是指在考虑摩擦力的情况下，当驱动力的方向满足一定的几何条件时，即使机构的自由度大于零，机构也不能运动的现象。死点和自锁从力的角度分析机构的运动，自由度从机构组成的角度分析机构的运动。例如：图示的插床旋转导杆机构(导杆交流可以整圈旋转)，已知lAB=50mm毫米，lAD=40mm毫米，行程速度变化系数K=2。六杆机构由定心曲柄滑块机构和旋转导杆机构组成。因为交流电可以旋转一整圈，所以P点的冲程S是沿AP线的距离通过对这一课题的分析，应该有两个收获：(1)定心