机械设计基础第三章平面连杆机构

第三章平面连杆机构平面连杆机构是一些构件用平面低副（移动副或转动副）联接而成的机构。常见的是四杆机构：由四个构件组成。本章以铰链四杆机构为研究对象，讨论平面连杆机构的性质以及设计。§3—2铰链四杆机构的基本类型和应用一、组成机架：静止不动连架杆：回转。整周回转：曲柄往复摆动：摇杆连杆：复杂平面运动二、基本型式根据连架杆的运动，分为１曲柄摇杆机构２双曲柄机构３双摇杆机构§3—3平面机构的演化一、曲柄滑块机构二、导杆机构三、偏心轮机构四、摇块机构五、双滑块机构§3—4平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念机架连架杆曲柄连架杆摇杆连杆周转副周转副摆转副摆转副一、平面四杆机构有曲柄的条件以铰链四杆机构为例aabcbcddaa+d≤b+c(1)b-cd-a即a+b≤c+d(2)c-bd-a即a+c≤b+d(3)(1)+(2)得2a+b+d≤2c+b+d即a≤c(1)+(3)得a≤b(2)+(3)得a≤d◆最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和◆最短杆是连架杆或机架cabadaa最短cbdacdbabdca最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和讨论这是铰链四杆运动链有周转副的几何条件◆最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和abcddcba当最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和即该式表明铰链四杆运动链有两个周转动副,并且这两个周转副在最短杆的两端。◆最短杆是连架杆或机架abcd周转副周转副摆转副摆转副最短杆a是机架时，连架杆b,d都是曲柄最短杆a是连架杆时，b或d是机架，a是曲柄c是机架时，无曲柄双曲柄机构曲柄摇杆机构双摇杆机构在图中已知BC=100mm,CD=70mm,AD=50mm,AD为机架。（1）如果该机构能成为曲柄摇杆机构，且AB为曲柄，求AB；（2）如果该机构能成为双曲柄机构，求AB；（1）如果能成为曲柄摇杆机构，则机构必须满足“最长杆与最短杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和，且AB为最短杆”。则有AB+BC≤CD+AD代入各杆长度值，得AB≤20mm双曲柄机构，满足“最长杆与最短杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和，且杆AD为最短杆”。则1）若BC为最长杆，即AB≤100mm，则BC+AD≤AB+CDAB≥80mm2）若AB为最长杆，即AB≥100mm，则AB+AD≤BC+CDAB≤120mm所以100mm≤AB≤120mm将以上两种情况综合后，AB的值应在以下范围选取，即80mm≤AB≤120mm二、压力角和传动角压力角：力与速度方向之间的锐角。传动角：与压力角互余。三、急回运动特性1极位夹角θ：曲柄连杆两次共线时，曲柄夹的锐角。2行程速比系数K：表示机构急回运动特性。四、死点位置当摇杆主动时，曲柄与连杆共线的位置。压力角和传动角cosPPtsincosFFFFnta角越小，则有效分力Ft越大，而径向压力Fn越小，对机构的传动越有利。a角在运动中是不断变化的，实际工作中，一般使a≤[a]最小传动角γmin为了保证机构具有良好的传力性能，设计时通常应使γmin≥40°；对于高速和大功率的传动机械，应使γmin≥50°bccoscbBDadcosdaBD22222222ABCDabcdFFtFnγαcVδminδmaxδ2bc2adcosda-cbcos222290曲柄摇杆机构的力最小传动角三、急回运动和行程速比系数1.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CADabdBBCC曲柄摇杆机构的极位夹角eABBCC曲柄滑块机构的极位夹角dABBD摆动导杆机构的极位夹角2.急回运动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。Dabd1B2B1C2Cccab12A主动件a21ABAB时间：1t转角：1运动：从动件c21DCDC1t12ABAB时间：2t转角：2运动：12DCDC2t从动件c的平均角速度：:DCDC2113t:DCDC1223t1111180t1122-180t21tt33曲柄顺时针转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。11180KK180180K3.行程速比系数K33K度从动件慢速行程平均速度从动件快速行程平均速13t23t1111180t1122-180t行程速比系数K：表示机构急回运动特性。说明：①若K1，说明机构有急回特性，其值越大，急回性质越显著。②有无急回，取决于θ，（只要θ≠0就有急回）③有急回，可节省回程时间，提高工效。180180K四、死点位置（r=0°的极限位置）仅以曲柄摇杆机构为例，但摇杆作原动件。在摇杆的两极限位置时（曲柄连杆共线）出现。∴Ft=0通过连杆加于曲柄上的力通过A，有效回转力矩为0，将不能推动曲柄转动。该位置被称为死点。对传动机构来说，有死点是不利的，应采取措施使其顺利通过。加装飞轮，增大惯性使之闯过死点安装辅助连杆几组机构错位安装利用死点：飞机起落架机构连杆与从动件CD位于一直线上，机构处于死点。承受机轮着地时产生的巨大冲击力。§3—5平面四杆机构的运动设计---根据给定运动形式的要求选择机构的类型---根据给定的运动参数确定机构运动简图中各杆尺寸,且考虑几何条件和动力条件.设计方法:1解析法:准确,计算麻烦2图解法:方法简单,误差大3实验法:比较麻烦,误差大一、按照给定行程速比系数设计四杆机构1曲柄摇杆机构设计1）确定D点及摇杆极限位置2）摇杆极限位置确定后，根据极位夹角含义，定出A点位置。3）根据其它辅助条件，确定各杆长度。2偏置曲柄滑块机构3导杆机构设已知行程速比系数K，摇杆长度LAD，机架长度LAD，摇杆摆角ψ，试求曲柄摇杆机构的尺寸。解：（1）求出极位夹角1801K1-K＝b-aAC1abAC2212AC-ACa212ACACb二、按照给定连杆位置设计铰链四杆机构1两个位置的设计2三个位置的设计三、实验法设计平面四杆机构1覆盖法2图谱法本章重点内容1曲柄摇杆机构特性2存在曲柄条件3曲柄滑块机构;导杆机构4铰链四杆机构及其演化机构的作图法设计