第二章平面连杆机.ppt

1、第二章 平面连杆机构,连杆机构若干构件 用低副联接而成的机 构。又称低副机构。 一.连杆机构的应用 连杆机构是各种机械 和仪表中的常用的 一种基本机构。 例如：曲柄滑块机构,1,图2-8,图2-12,图2-13,图2-11,作用： 转换运动形式 内燃机活塞 曲轴 图25缝纫机： 踏板1 从动曲柄3 通过皮带传动机头； 脱谷机：踏板 滚筒,图2-25,实现一定的运动规律 即使从动件的运动能满 足一定的位置、v和a要 求。例：图2-12 图2-11，牛头刨床，等 速进刀，快速退刀。 实现一定 的运动轨迹 即使某点沿 给定轨迹运 动。例： 搅面机,图2-12,图2-11,秧爪 导向 机构 二.连杆机

2、构特点 优点： 1.可自由转换运动，得到各种所需的运动形式和轨迹。 制造方便，成本低，易保证加工精度。 3.面接触，压强小，便于润滑，磨损轻，寿命较长。,4.构件间靠本身的 几何约束直接接触， 使机构简化，而其 他机构，如： 应用广范 缺点：1.构件和运动副多时构造复杂 自锁可能性（死点？） 铰链有间隙，制造误差累积大 影响运动准确性 2.设计计算较复杂 3.惯性力的平衡较困难，高速时振动和动载荷较大。常用于速度较低场合,三.连杆机构的分类 按各构件的相对运动范围分 平面连杆机构在同一平面内或相互平面 空间不不 按杆件数分 一杆只是构件不成机构 二杆机构杠杆 三杆机构应看作一构件 四杆机构最普

3、遍，是基础。 多杆机构若干个四杆机构的组合体。 着重讲平面四杆机构,2-1铰链四杆机构的基本型式和特性 定义：铰链四杆机构 所有运动副都是回转副 的平面四杆机构。 各杆名称：4机架； 1、3连架杆；2连杆。 一.曲柄摇杆机构:一 ,一 运动特性： 1.极限位置和摇杆的摆角（图2-21） AB曲柄，原动件 ，1=常数（=C） CD摇杆，从动件,两极限位置：AB1C1D，AB2C2D曲柄和连杆成一条线。 摆角 确定方法：AC1=L2-L1，AC2=L2+L1 改变L1或L2，可调的大小或位置。,图2-22,2.摇杆的急回运动 曲柄等速 时 （1=c），摇杆 来回 的速度不 相同。 t1内：C1DC

4、2D， 1大，t1长，v1慢工行程 t2：C2DC1D， 2小，t2短，v2快空行程 t1内： 1 =1800+；t2内： 2 = 1800 即 1 2 , t1 t2 ；c点的平均速度v1， v1 =c1c2/t1， v2 =c1c2/t2， v1 v2,（,（,K从动件行程速比系数；极位夹角 K1，K：它能反应从动件（摇杆）急回运动性质。K值由生产需要，给定的运动条件。 由K值，先算出， 确定各杆尺寸。,（,（,（2-1）,（2-2）,图2-21,讨论： 一般0， K1, ，K， 急回运动明显。 无急回特性， 即K=1， =0，A落在C1、C2的连线上。 900，K3，常用K2， 刨床K=

5、1.63。 如改变L1、L2的长度，可调的大小或位置。 3.死点位置连杆2与从动曲柄1共线的两极限位置（成一条直线）。 曲柄为主动件，机构能稳定工作；,图2-11,3.死点位置： 摇杆为主动件，图225或脚踏式脱谷机有， 死点位置连杆与从动曲柄共线的两极限位置。 从动件上：=0，FV 影响：B处：压力角=900， 传动角=900- =0， 连杆传给曲柄 的力F过A点， 不产生力矩。 可能反转， 卡死。,图2-25,措施：对从动件曲柄 施加外力或利用构件 惯性来通过死点。 利用死点：例图2-6 工件夹紧后，去掉F。,图2-26,图2-23,4.压力角和传动角运转轻便问题（图2-7） Ft=F=F

6、cos 切向分力 ，有效分力 Fn=F=Fsin 法向分力，有害分力，摩擦 F与Vc方向线所夹锐角。小， Ft大，省力。,图2-23,常用的余角即传动角判断机构的传力性能 = 900-，= 900- ， + = 900 互为余角， 传动角， 愈大， 愈小，Ft愈大，省力。 一般要求min=400，据传递功率P的大小定。 对于高速，大P机械， min=500 检查方法： 作图法定，画出一系列位置， 检查min ？麻烦。,简单方法： 设=BCD 当900时， =， = min， = min 1 当 900时， = 1800 ，= max， = min 2。 关键定min与max的位置。 =0时：B

7、Dmin=BD=AD-AB=L4-L1， = min， = min 1 =1800时， BDmax =BD=AD+AB=L4+L1 ， = max， = min 2。,曲柄与机架共线有 min 作图得 min 1与 min 2后 ， 查min ？当 =0 或 =1800时， 有BCDmin或 BCDmax ， 以锐角表， 当BCD 900时， = 1800 -BCD ， BCD =BCDmax， = min 2 如=1800时， BCDmax = max 900时， min 2 = 1800 - BCDmax = 1800 - max BCDmax = max 900时， min 2 = ma

8、x,书:定 min 位置,图2-23,曲柄摇杆机构的应用 摇杆的摆动实现往 复运动，例分离筛； 摇杆的摆动实现间 隙运动，例刨床； 摇杆的摆动实现回 转运动，例缝纫机； 利用连杆曲线实现一定的轨迹，例搅面机 利用死点位置，例图2-26，钻床夹具。,二.双曲柄机构： 二连架杆都 各杆件长度不同， 机架最短；运动特性： 1.从动件有急回运动特性： 主动曲柄AB角速度， =常； 从CD的，常 例插床：主ABAB ， 从CDCD ，主1 从1，t1大， 2 2 t2 小 ,2.没有死点位置：因连杆与从曲不可能共线。 应用：利用从动曲柄 的变速特性：例图2-4， 旋转式水泵；惯性筛机构。 利用急回特性：

9、插床 对边长度相等 平行四边形机构，又 称平行双曲柄机构，常用 运动特性： 具有等传动比i特性： 两曲柄、同。,图2-4,图2-5,连杆作平动 有转折点：当主从 共线时，从曲柄 方 向可能正或反转，称之。 措施：用从本身或飞轮惯性导向 加辅助曲柄，防反转，例车门启闭机构 若干组相同 机构错开排列。例图2-5b。,图2-5,图2-6,应用：1.正平行四边形机构 传递平行轴间的运动，图2-6。i=常数； 连杆的平动，例铲斗。 2.反平行四边形机构： 例，主 时，3 。 三.双摇杆机构 运动特性： 1.主1 时， 从作变速 ， 主从摆角不等；,2.有死点位置 应用时，应限制 max 3.连杆可整周回

10、转。 应用：1.利用摇 杆的不同位置及 死点，作 升降或 搬运机构； 例图2-7， 连杆2与从 动3共线。,图2-7,2.利用主、从动杆摆角不等的特性，例： 图2-8，内轮的摆角外轮的摆角； 3.利用连杆的整周转动，如，风扇摇头机构； 电机风扇轴（蜗杆）蜗轮（连杆2） ， 使杆1摆动 。,图2-8,4.利用连杆特殊点的轨迹曲线实现给定的动作。,2-2 铰链四杆机构的曲柄存在条件 一.存在一个曲柄 的条件 1杆能与机架4共 线的两个极限位 置AB和AB？ 曲柄能通过AB 位置B C D； 任意二边差第三边 得：L2-L3 L4-L1，即L1+L2 L3+L4 或： L3-L2 L4-L1，即L1

11、+L3 L2+L4 曲柄能通过AB位置 B C D； 任意一边长二边和,图2-23,曲柄能通过AB位置B C D； 任意一边长二边和，得： L1+L4 L2+L3 联立： +， L1 L3 + ，L1 L2 + ，L1 L4 结论：存在一个 曲柄的条件：曲柄的长度最短； 最短构件与最长构件之和其它两构 件长度之和。,图2-23,二.铰链四杆机构有曲柄时，各杆的相对转角 曲柄1机架4， 连杆2， ，作03600 ，A、B为整转副 摇杆3机架4， 连杆2， ，仅能 3600 ，C 、D不是。 根据相对运动原理，如取消A、D约束，只要各杆长度已定，相对转角 、 、 是不变，是不会因取不同构件为机架而

12、改变。,图2-21,三.铰链四杆机构基本形式的判断 铰链四杆机构 如短+长其它二杆之和，並； 取最短杆1为曲柄，相邻两杆2或4为机架 曲柄摇杆机构。 取最短杆1为机架双曲柄机构， ，作03600 ，A、B为整转副。 取最短杆为连杆双摇杆机构， ，仅能 3600摆动。 取不同构件为机架,可得不同形式的机构. 铰链四杆机构 如短+长其它二杆之和，双摇杆机构。 因无曲柄存在，如图2-8，等腰梯形机构。,图2-1,2-3铰链四杆机构的演化 一.回转副转化成移动副 曲柄滑块机构 图（a），曲柄1 ， 摇杆3 。 （b），L3，mm 平直直线，当L3， 回转副D处。 （c），摇杆3滑块3，回转副D移动副D

13、 曲柄滑块机构。 特点：曲柄 滑块往复移动 。 应用：转换运动形式，例： 例用滑块 来满足生产要求。,（,曲柄滑块机构的形式； 对心式滑块导路中心线mm通过曲柄中心A。 偏置式不,A,A,运动特性： 有曲柄的条件 偏置式：两个极限位置， 当曲柄位于AB1时， AC1D中，AC1AD=e，即AC1=b-a e b a+e 当曲柄位于AB2时， AC2D中，AC2AD，即b+a e，要同时满足和 ，取 b a+e 有曲柄的条件 偏置式： b a+e ，即L2LI+e 对心式： b a，即L2LI,2.极限位置和滑块的冲程 二极限位置曲柄， 连杆共线。 冲程H滑块往复移动 最大距离。 对心式：H=（

14、b+a）-（b-a） =2a=2L1 偏置式：AC1C2， H（b+a）-（b-a） =2a=2L1,3.死点：滑块主动有死点， 连杆从动曲柄成一直线。 措施：飞轮；多缸。 4.急回特性：由判断， 对心式：=0，K=1， 无急回特性。 偏置式：0，K1， 有急回特性。 5.压力角与传动角,5.压力角与传动角 F与VC的夹角；F与Fn的夹角。 省力：min =900- ， max位置min，在AB。 对心式：sin max =a/b， min = 900- max 偏置式：sin max =（a+e）/b， min = 900- max,二.导杆机构 图210a的曲 柄滑块机构， 取不同构件为

15、机架，可得： 转动导杆机构：图b） 演化：图a）中，选1为 机架，2原动件， 4活动构件， A， B从03600，2，4都 能整周 ，当L1L2时， 转动导杆机构。,图2-10,转动导杆机构：应用：插床、拨指机构等。 摆动导杆机构：当 L1L2时，为图b），现使L1L2时， 图2-11，杆2 ，导杆4 。 应用：牛头刨床，插床等。,图2-11,摆动导杆机构：运动特性 急回特性：图2-11 工作行程：刀杆K1K2， 曲柄BC1BC2，转1 大，t1长，进刀v1慢； 空行程：刀杆K2K1， 曲柄BC2BC1，转2 小，t2短，退刀v2快； 传动角：始终F 导杆，=0，=900。 死点位置：导杆为主

16、动，有,曲柄= c,图2-11,三.摇块机构和定块机构 摇块机构（摆动滑块机构） 图2-10a）中取2为机架图c） B从03600 曲柄1 ，滑块3绕C摆动 摆动滑块机构。 应用：液压驱动，气动装置 图2-12，4主动，曲柄1从动。 定块机构（固定滑块机构，移动导杆 机构）图2-10a）中取3 机架，图d）， 4导杆，构件2 时， 导杆4沿滑块 。,定块机构的应用： 图2-13，抽水（油）泵， 单向阀，1主动。 四.双滑块机构（图2-15） 图2-10a），L2， L2 ， 轨迹nn直线，C 处。 图2-15， 1主动。 应用：将 移动。 摩擦损失大， 多用于操纵机构， 仪表等，传力不大场合。

17、,（,图2-12,图2-13,图2-15,图2-10a,特征：图2-15， 正弦机构： S=L1sin 图2-14，正切 机构：S=Htan,图2-14,图2-15,图2-16,图2-17,Htan ,五.偏心轮机构 其由铰链四杆 机构扩大回转 副得。圆盘半 径曲柄长度， 曲柄偏心圆 盘（含回转中 心A和几何中 心B）得相 应的偏心轮摇杆机构和偏心轮滑块机构。,图2-18,应用：与演化的原机构同，可转换运动形式， 利用滑块 或摇杆 优点：扩大曲柄销的尺寸， 可以提高强度、刚度，承受 较大的冲击载荷，例图1-8。 用在曲柄长度很短的机构， 时，制造困难。 将曲柄偏心轮 例：柱塞式油泵， 蒸气机配

18、气阀门等。,2-4 平面四杆机构的设计 一.基本问题和方法 设计目的：根据工作要求，定构件的尺寸、运动副位置及特定点的位置机构运动简图。 已知条件： 运动条件：如主要依据：位置、冲程H、K，特定点轨迹等。 几何条件：如某构件尺寸位置：运动副位置，整个机构运动和空间范围。 动力条件：如min。,辅助条件,基本问题 位置设计：实现已知的运动规律：使从动件的运动能满足一定的位置v和a要求。 轨迹设计：实现已知的运动轨迹：使某点能精确或近似沿给定轨迹运动。 设计方法 图解法位置设计，直观，简便。方法：假定机构已设计出，分析已知条件和未知量的关系，找几何关系作图，虽精确度稍差 但误差范围是一般机械所允许的，应用广泛。 解析法：建运动参数，构件尺寸，运动