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第九章平面连杆机构第九章平面连杆机构§9-1概述§9-2铰链四杆机构§9-3其他平面连杆机构基本要求:1.了解铰链四杆机构的各种演化型式和演化途径。掌握曲柄滑块机构和导杆机构这两种常用演化机构的构成条件、运动形式、特性和应用。2.掌握铰链四杆机构的基本型式、特点和应用。3.理解并掌握铰链四杆机构整转副的存在条件、机架变换及曲柄存在条件。第九章平面连杆机构平面连杆机构是由若干构件通过低副联接而组成的平面机构。平面四杆机构是由四个构件组成的平面连杆机构。是最基本的平面连杆机构。平面连杆机构的特点：优点：承载能力大、耐磨损、结构简单（不需要锁紧弹簧），制造方便等。缺点：在一般情况下只能近似地实现所要求的运动，效率低，在高速情况下有激烈振动等。§9-1概述1A4B2D3C一、铰链四杆机构的基本型式与特性铰链四杆机构是指全部用转动副组成的平面四杆机构。是平面连杆机构的基本型式。铰链四杆机构是由机架、连架杆和连杆组成的。铰链四杆机构中的固定构件称为机架；与机架相联的构件称为连架杆；联接两连架杆的活动构件称为连杆。能作整周转动的连架杆称为曲柄；不能作整周转动的连架杆称为摇杆。铰链四杆机构按连架杆的运动形式可分为三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。§9-2铰链四杆机构二、曲柄摇杆机构及其特性两连架杆中一个是曲柄，一个是摇杆的铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。通常曲柄为原动件，作匀速转动，从动摇杆作非匀速摆动，连杆作平面复杂运动。曲柄和摇杆分别与连杆间的相对运动：曲柄与两相邻杆是互作整周的相对转动，即它们互为曲柄；摇杆与两相邻杆互作相对摆动，即它们互为摇杆。1A4D3B2C§9-2铰链四杆机构雷达天线俯仰机构搅拌机构缝纫机踏板机构曲柄摇杆机构的主要特性曲柄摇杆机构的急回特性是指当曲柄连续匀速回转时，摇杆往复摆动的速度不同。通常，令工作行程的速度低于空回行程的返回速度，并把摇杆空回行程与工作行程的平均角速度之比定义为机构的行程速比系数k，以表示急回的程度。1.急回特性§9-2铰链四杆机构B131A2B24DC1θC2当摇杆处于两个极限位置时，相应的曲柄位置间所夹的锐角称为极位夹角θ。k和θ有：k=（180o+θ）/（180o-θ）θ=180o（k-1）/（k+1）§9-2铰链四杆机构2.压力角α和传动角γ在不计摩擦的条件下，作用于机构从动件上驱动力的方向线与该力作用点的绝对速度方向线之间的所夹的锐角称为压力角α。A14B2D3CγFrαυcFtF§9-2铰链四杆机构显然，传动角越大，传力性能越好。连杆机构运动时，传动角（压力角）是不断变化的。在机构的一个运动循环中，γ角存在一个最小值γmin，为了使机构具有较好的传力性能并保证一定的效率，通常规定出许用最小传动角[γmin]，在设计时应满足γmin≥[γmin]。在连杆机构中，为了度量方便常用压力角的余角来衡量传力性能，即连杆与从动件之间所夹锐角γ，称为传动角。§9-2铰链四杆机构曲柄摇杆机构分别在曲柄与机架共线的位置上将出现两次传动角的最小值γ1和γ2，二者较小者即为该机构的最小传动角γmin。γ1B1A14B2B2C1Dγ23CC2FrυcFtFγα§9-2铰链四杆机构C132C2B11AD4B23.死点位置当机构从动件上的传动角γ=0o时，驱动力与从动件上力的作用点的运动方向垂直，有效驱动力矩为零，这时的机构位置称为死点位置。对于曲柄摇杆机构，当曲柄为原动件时，连杆与从动摇杆不可能共线，故不存在死点位置；而摇杆为原动件时，连杆与从动摇杆将两次共线，这时，连杆对曲柄的驱动力将通过曲柄的转动中心，驱动力为零，这两个位置为机构的两个死点位置。§9-2铰链四杆机构机构运动过程中连杆与从动件是否有可能共线可作为四杆机构有无死点位置的根据。由于死点位置使机构处于自锁状态或使从动曲柄出现运动不确定现象（偶受外力，曲柄可能正转也可能反转）。为消除死点位置对机构的不利影响，使机构顺利通过死点位置，可采用以下办法：①对从动曲柄施加外力。②利用飞轮及从动件自身的惯性作用。③采用联动的两相同机构，使机构死点位置错开等。§9-2铰链四杆机构三、双曲柄机构及其特性两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。AC134B121C2B24D§9-2铰链四杆机构1.一般的双曲柄机构当一个曲柄作为原动件匀速回转时，另一曲柄随之作周期性的变速同向回转运动。AC134B121C2B24D双曲柄机构没有极限位置。连杆与任意一个曲柄都不能共线，不存在死点位置。§9-2铰链四杆机构2.平行四边形机构当一个曲柄作为原动件匀速回转时，另一曲柄也以相等的角速度匀速同向回转，连杆作平移运动。平行四边形机构无急回性质，但当主动曲柄与机架重叠时，即四杆共线，所以机构有两个死点位置。4A4DB2C31§9-2铰链四杆机构机车车轮联动机构惯性筛3A14D1CB2四、双摇杆机构及其特性两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。机构的两连架杆均不能作整周转动。每个摇杆均有两个极限位置，与此相应，机构存在两个死点位置。一般情况下，两摇杆的摆角不相等。§9-2铰链四杆机构起重机汽车换向机构五、铰链四杆机构中整转副和曲柄存在条件1整转副及其存在条件整转副是指在铰链四杆机构中，能使被联接的两构件相对回转360o的转动副。AB1B2B24DC13CC21§9-2铰链四杆机构机构中是否存在具有整转副的构件，仅取决于机构中各构件的相对长度。AB1B2B24DC13CC21机构具有整转副的条件为：一是构成整转副的两构件中必有一个是最短的，二是最短构件和最长构件的杆长之和不大于其余两构件的杆长之和。机构中存在有两个整转副的构件，且必为最短构件。§9-2铰链四杆机构2曲柄存在条件一般情况下，曲柄是指相对于机架可作整转运动的连架杆。因此曲柄存在与否既取决于整转副的存在与否，又取决于机架的选择。判别铰链四杆机构的型式首先要根据机构中各构件的相对杆长条件，确定机构中是否存在具有整转副的构件。当机构满足具有整转副的条件时，则需要根据选取哪个构件为固定机架来确定该机构的型式。显然，若机构中不存在整转副，无论取哪个构件为机架，都只能得到双摇杆机构。§9-2铰链四杆机构杆长关系机架条件四杆机构类别最短杆与最长杆的杆长之和≤其余两杆的杆长之和最短杆为连架杆曲柄摇杆机构最短杆为机架双曲柄机构最短杆为连杆双摇杆机构最短杆与最长杆的杆长之和其余两杆长之和任意一杆为机架双摇杆机构铰链四杆机构的型式判别§9-2铰链四杆机构曲柄存在的条件为：一是连架杆或机架为最短杆，二是最短构件和最长构件的杆长之和不大于其余两构件的杆长之和。例9.1图所示铰链四杆机构，若四构件的长度依次为l1=120mm、l2=200mm、l3=280mm和l4，若要得到曲柄摇杆机构，求机架4的长度取值范围。A14B2D3C或有另一种表述：一是存在整转副，二是以最短构件或与其相邻的两构件为机架。§9-2铰链四杆机构一、曲柄滑块机构a)BB11C1AB223H4CC2对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构b)4BA1e2C3abgg二、转动导杆机构和摆动导杆机构BA4C12=90°F34B1A23C作业：P98习题9-5