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文档简介
1、由若干刚性构件用低副联接而成的机构称为连杆机构 连杆机构可分为空间连杆机构和平面连杆机构,本章将要介绍的内容有: 平面四杆机构的基本类型及其应用; 平面四杆机构的演化; 平面四杆机构的基本特性; 平面四杆机构的设计。,4.1 平面四杆机构的基本类型及其应用,二杆机构,三杆机构,平面连杆机构常见类型: 二杆机构 (开式链) 三杆机构 (开式链) 四杆机构 最基本形式 多杆机构 四杆机构的串接,开式链,4.1 平面四杆机构的基本类型及其应用,平面连杆机构常见类型: 二杆机构 (开式链) 三杆机构 (开式链) 四杆机构 最基本形式 多杆机构 四杆机构的串接,闭式链,四杆机构,4.1 平面四杆机构的基
2、本类型及其应用,平面连杆机构常见类型: 二杆机构 (开式链) 三杆机构 (开式链) 四杆机构 最基本形式 多杆机构 四杆机构的串接,闭式链,多杆机构,内燃机,抽油机,4.1 平面四杆机构的基本类型及其应用,应用,4.1 平面四杆机构的基本类型及其应用,应用,4.2 平面四杆机构的演化 (构件和转动副的演化),平面四杆机构包括: 铰链四杆机构、 含一个移动副的四杆机构、 (含两个移动副的四杆机构、) 具有偏心轮的四杆机构。,分别介绍,平面四杆机构的三种类型,一、铰链四杆机构,机架,机架,各部名称 机架 连架杆 曲柄能绕固定轴线整周回转 摇杆只能摆动一定角度 连杆联接连架杆 整转副.机架上整周回转
3、 转动副 摆动副.机架上摆转 转动副,整转副,摆动副,4.2 平面四杆机构的演化,一、铰链四杆机构,铰链四杆机构的三种类型: 曲柄摇杆机构一个曲柄 双曲柄机构两个曲柄 双摇杆机构无曲柄,4.2 平面四杆机构的演化,机构类型的演化 (构件的演化),回顾:四杆机构各部名称 连架杆 曲柄能绕固定轴线整周回转 摇杆只能摆动一定角度 连杆联接连架杆 整转副.机架上整周回转 转动副 摆动副.机架上摆转 转动副,铰链四杆机构有曲柄的条件 (机架上有整转副的条件),必要条件(机构有整转副的条件): 最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆之和,f,设 ad .,由 BCD 知:,b+cf 、,b+f c 、,c+
4、f b,杆AB能回转的条件 fmax = a + d , fmin = d - a,4.2 平面四杆机构的演化,一、铰链四杆机构,铰链四杆机构的三种类型: 曲柄摇杆机构一个曲柄 双曲柄机构两个曲柄 双摇杆机构无曲柄,铰链四杆机构有曲柄的条件 (机架上有整转副的条件),必要条件(机构有整转副的条件): 最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆之和,f,4.2 平面四杆机构的演化,一、铰链四杆机构,铰链四杆机构的三种类型: 曲柄摇杆机构一个曲柄 双曲柄机构两个曲柄 双摇杆机构无曲柄,证:b+cf,fmax = a + d,b+c a+d,c+d a+b,b+d a+c,证得:a加任何一边都是最小,c+
5、f b,fmin = d - a,b+f c,fmin = d - a,(因 aa+d, b+d a+c, c+d a+b 得ab 、 ac 、 ad 即a最小) (证得充分条件),铰链四杆机构有曲柄的条件 (教材:有整转副的条件),必要条件(机构有整转副的条件): 最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆之和,4.2 平面四杆机构的演化,一、铰链四杆机构,铰链四杆机构的三种类型: 曲柄摇杆机构一个曲柄 双曲柄机构两个曲柄 双摇杆机构无曲柄,充分条件(机架有整转副的条件): 连架杆或机架之中有最短杆,前面得出: a是最短杆, a杆的两端都是整转副。 (动画证明),(看动画,配合教具演示 最短杆的位
6、置与机构类型的关系 机构类型的判断方法:有几个整转副),铰链四杆机构有曲柄的条件 (教材:有整转副的条件),必要条件(机构有整转副的条件): 最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆之和,4.2 平面四杆机构的演化,一、铰链四杆机构,铰链四杆机构的三种类型: 曲柄摇杆机构一个曲柄 双曲柄机构两个曲柄 双摇杆机构无曲柄,充分条件(机架有整转副的条件): 连架杆或机架之中有最短杆,(取4或2做机架)最短杆做连架杆 曲柄摇杆机构 (取1做机架 )最短杆做机架 双曲柄机构 (取3做机架 )最短杆做连杆 双摇杆机构,一、铰链四杆机构,铰链四杆机构的三种类型: 曲柄摇杆机构一个曲柄 双曲柄机构两个曲柄 双摇杆
7、机构无曲柄,二、含一个移动副的四杆机构,铰链四杆机构,改用滑槽滑块,令DC=,令偏心距e=0,对心曲柄滑块机构,偏心曲柄滑块机构,摆动导杆机构,4.2 平面四杆机构的演化,运动副的演化,转动副演化成移动副,一、铰链四杆机构,铰链四杆机构的三种类型: 曲柄摇杆机构一个曲柄 双曲柄机构两个曲柄 双摇杆机构无曲柄,二、含一个移动副的四杆机构,三、含二个移动副的四杆机构(略),四、具有偏心轮的四杆机构,扩大转动副,教具演示,B 转动副扩大 AB杆变成圆盘形,4.2 平面四杆机构的演化,运动副的演化,一、急回特性,急回特性,现象解释:,C,4.3 平面四杆机构的基本特性,一、急回特性,急回特性,行程速比
8、系数K快慢行程速比 K1,1=1800+ 2=1800-,4.3 平面四杆机构的基本特性,行程速比系数 K 极位夹角 q,一、急回特性,急回特性,A,B,C,D,a,b,c,d,极位夹角从动件极位、曲柄夹角(锐),4.3 平面四杆机构的基本特性,行程速比系数 K 极位夹角 q,一、急回特性,判断:当=0时,K=1,无急回; 当0时,K1,有急回; 越大、K越大、 急回越明显 作用:节省空行程时间,急回特性,如 双曲柄机构 和 对心曲柄滑块机构,如曲柄摇杆机构、偏置滑块机构、摆动摇杆机构等,4.3 平面四杆机构的基本特性,一、急回特性,二、压力角和传动角,压力角 从动杆受力点的力作用方向与该点速
9、度方向所夹锐角. (不考虑摩擦),a,第一种情况 (连杆与摇杆夹角为锐角),第二种情况 (连杆与摇杆夹角为钝角),F,V,压力角,4.3 平面四杆机构的基本特性,一、急回特性,二、压力角和传动角,压力角 从动杆受力点的力作用方向与该点速度方向所夹锐角. (不考虑摩擦),传动角 压力角的余角,a,第一种情况 g = d(连杆与摇杆夹角为锐角),第二种情况 g = 1800 - d(连杆与摇杆夹角为钝角),传动角,F,V,4.3 平面四杆机构的基本特性,一、急回特性,二、压力角和传动角,压力角 从动杆受力点的力作用方向与该点速度方向所夹锐角. (不考虑摩擦),传动角 压力角的余角,有效分力Pt:,
10、Pt=P * COS,压力角、传动角、有效分力三者关系: Pt 为了保证机构良好的传力性能,设计时要求: min=4050,4.3 平面四杆机构的基本特性,一、急回特性,二、压力角和传动角,压力角 从动杆受力点的力作用方向与该点速度方向所夹锐角. (不考虑摩擦),传动角 压力角的余角,最小传动角出现的位置:,曲柄摇杆机构最小传动角min 只出现在曲柄与机架共线处(d最小或最大)。因为:,第一种情况 g = d(锐角),第二种情况 g = 1800 - d(钝角),注意:C和C并不是极限位置,4.3 平面四杆机构的基本特性,1、最小传动角出现的位置 2、压力角和传动角的分析点,一、急回特性,二、
11、压力角和传动角,压力角 从动杆受力点的力作用方向与该点速度方向所夹锐角. (不考虑摩擦),传动角 压力角的余角,曲柄为从动件时,曲柄为主动件时,a,a,压力角和传动角的分析点,4.3 平面四杆机构的基本特性,1、最小传动角出现的位置 2、压力角和传动角的分析点,一、急回特性,二、压力角和传动角,三、死点位置,现象: 顶死或倒车,现象:顶死或倒车,刚启动时,有个位置踏不动或出现“倒车”,需要借助手力搬动转动轮使其通过这个位置,4.3 平面四杆机构的基本特性,一、急回特性,二、压力角和传动角,三、死点位置,现象: 顶死或倒车,死点出现的位置:连杆与曲柄共线,位置:连杆与曲柄共线,曲柄摇杆机构,连杆
12、与曲柄有两次共线,死点就出现在这两个位置。(现场称上死点和下死点),教具演示,4.3 平面四杆机构的基本特性,一、急回特性,二、压力角和传动角,三、死点位置,现象: 顶死或倒车,死点出现的条件: 曲柄做从动件,死点出现的位置:连杆与曲柄共线,条件:曲柄做从动件,曲柄做从动件,与连杆连线位置=0,曲柄做主动件不存在死点!,4.3 平面四杆机构的基本特性,一、急回特性,二、压力角和传动角,三、死点位置,现象: 顶死或倒车,死点现象的克服:,死点出现的条件: 曲柄做从动件,死点出现的位置:连杆与曲柄共线,克服: 利用飞轮惯性 两组机构错开排列,4.3 平面四杆机构的基本特性,一、急回特性,二、压力角
13、和传动角,三、死点位置,现象: 顶死或倒车,死点现象的克服:,死点出现的条件: 曲柄做从动件,死点出现的位置:连杆与曲柄共线,死点现象的利用:,利用:,4.3 平面四杆机构的基本特性,给定K 设计曲柄摇杆 设计曲柄滑块 设计导杆 给定连杆位置 给定两个位置 给定三个位置 设计双摇杆,(图解法、解析法、实验法),(直尺、圆规、量角器),(图解法),实验法 和 解析法 不做具体介绍,4.4 平面四杆机构的设计,步骤: 1、由已知条件按比例作C1、 C2、D 点 2、求值, q =1800*(K-1)/(K+1) 3、以C1、C2 为角的对边作直角三角形及其外接圆 4、按已知条件(或需要)在外接圆上
14、定曲柄中心A 5、定曲柄长 (C2A-C1A)/2; 6、量各杆长,按比例计算实际长度,已知条件:摇杆的长度l C D、摆角和行程速比系数K。 主要设计内容:确定曲柄回转中心A点的位置、曲柄长度l A B,以及其它杆长l B C和l A D。,AB2C2D或AB1C1D为所求,给定K 设计曲柄摇杆 设计曲柄滑块 设计导杆 给定连杆位置 给定两个位置 给定三个位置 设计双摇杆,(直尺、圆规、量角器),(图解法),4.4 平面四杆机构的设计,步骤: 1、由已知条件按比例作C1、 C2点 2、求值, q =1800*(K-1)/(K+1) 3、以C1、C2 为角的对边作直角三角形及其外接圆 4、按已
15、知条件 e 在外接圆上定曲柄中心A 5、定曲柄长 (C2A-C1A)/2 6、量各杆长,按比例计算实际长度,已知条件:滑块冲程H、偏距e、行程速比系数K。 主要设计内容:确定曲柄回转中心A点的位置、曲柄长度l A B,连杆长l B C。,AB2C2为所求,给定K 设计曲柄摇杆 设计曲柄滑块 设计导杆 给定连杆位置 给定两个位置 给定三个位置 设计双摇杆,(直尺、圆规、量角器),(图解法),4.4 平面四杆机构的设计,步骤: (1)由给定的行程速比系数K计算极位夹角; (2)在图面适当位置确定摆杆铰链中心D,作mDn=; (3)作摆角的平分线。根据机架长度d在角平分线上取DA=d,A点为曲柄回转中心; (4)过A点作线段Dn与Dm的垂线AC1与AC2,两垂线长度均为曲柄长度a即AC; (5)按比例将图面上线段长度计算成实际长度。,已知条件:机架长度d、行程速比系数K。 主要设计内容:确定曲柄长度AC和摆角。,ADC1为所求,给定K 设计曲柄摇杆 设计曲柄滑块 设计导杆 给定连杆位置 给定两个位置 给定三个位置 设计双摇杆,(直尺、圆规、量角器),(图解法),4.4 平面四杆机构
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