第02章平面连杆机构设计.

Timeandtidewaitfornoman平面连杆机构（planarlinkagemechanism）:由若干构件用平面低副（转动副、移动副等）联结而成的机构。其作用是传递运动和动力，或变换运动形式第二章平面连杆机构3)连杆上各不同点的轨迹是各种不同形状的，从而可以得到各种不同形状的曲线，我们可以利用这些曲线来满足不同轨迹的要求。2)连杆及滑块的质心都在作变速运动，它们所产生的惯性力难于用一般的平衡方法加以消除，增加机构的动载荷。所以连杆机构一般不宜用于高速传动。平面连杆机构的主要优点：1)其运动副为低副面接触，压强较小，可以承受较大的载荷。便于润滑，不易产生大的磨损，几何形状较简单，便于加工制造。2)从动件能实现各种预期的运动规律。连杆ABCD平面连杆机构的主要缺点：1)有较长的运动链，使连杆机构产生较大的积累误差，降低机械效率。B′C′BA21D1C34平面连杆机构广泛用于各种机械和仪器设备中，如印刷机，汽车车门开启机构等,但是不宜用于高速场合。汽车车门开启机构平面连杆机构的应用：广泛应用的是平面四杆机构，而且它是构成和研究平面多杆机构的基础。铰链四杆机构铰移四杆机构平面多杆机构平面连杆机构的类型平面四杆机构铰链四杆机构—平面四杆机构的基本形式铰移四杆机构平面多杆机构——由五个以上杆件组成，可看作由几个四杆机构组成。平面四杆机构的设计本章主要内容演化机构基本类型有曲柄存在的条件铰链四杆机构平面连杆机构的设计；本章重点平面连杆机构的运动特性及传力性能；已知连杆平面的位置设计四杆机构；按给定的两连架杆对应位置设计四杆机构；本章难点§2-1铰链四杆机构的基本型式和性质铰链四杆机构（hingefour-barlinkage）——构件之间都是由转动副组成的平面四杆机构能绕其轴线转360º的连架杆。仅能绕其轴线作往复摆动的连架杆。曲柄(crank)—摇杆(rocker)—连架杆一.铰链四杆机构的结构分析机架(frame、fixedlinkage)—固定不动的构件，始终存在连杆(linkage)—连接两连架杆，在机构工作时作复杂平面运动的构件连架杆—曲柄连架杆—摇杆机架连杆要使AB成为曲柄，则铰链B应能顺利通过它与AD杆处于一直线上的两个极限位置AB′、AB〞，即构成△B′C′D、△B〞C〞D。二．铰链四杆机构曲柄存在的条件分别以a、b、c、d表示铰链四杆机构各杆的长度，若AB杆为曲柄，AD杆为机架，分析有曲柄条件。C〞B′C′ABCDacbdB〞当ad时:1）△B′C′D成立，a+db+c(1)bc+(d–a)(bc)2）B〞C〞D成立，或cb+(d–a)(cb)a+bd+c(2)a+cd+b(3)由(1)与(2)、(3)分别相加：ab,ac,ad。C〞B〞B′C′ABCDacbd以上说明了AB杆为最短杆。ABCDacbdB〞C〞C′B′同理当da时:d+ab+c(4)d+ba+c(5)d+ca+b(6)dadbdc说明AD杆是最短杆1)最短杆与最长杆的长度和应小于或等于两杆的长度之和；——杆长条件机构有曲柄存在的条件是：2)连架杆和机架中有一杆是最短杆。注意：如果最短杆与最长杆的长度之和大于其它两杆长度之和（即不满足杆长和条件），则无曲柄存在，两连架杆均为摇杆在铰链四杆机构中：如果最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其它两杆长度之和——满足杆长和条件三.铰链四杆机构的基本型式及其特性2以最短杆为机架，则此机构为双曲柄机构；以最短杆的相邻构件为机架，则此机构为以最短杆为曲柄的曲柄摇杆机构；13以最短杆的对边构件为机架，则此机构为双摇杆机构。取不同构件为机架各构件间的相对运动关系不变,可得到三种机构：一）铰链四杆机构的基本型式曲柄摇杆机构双曲柄机构整周转动副(360°)(0~360º)(360°)1234ABCD(0~360º)(0~360º)(360°)(360°)1234ABCD(0~360º)双摇杆机构(0~360º)(360°)(360°)1234ABCD(0~360º)曲柄摇杆机构双摇杆机构双曲柄机构铰链四杆机构的基本型式三.铰链四杆机构的特性及应用在铰链四杆机构中，若两个连架秆中一个为曲柄，另一个为摇杆，则此四杆机构称为曲柄摇杆机构。在这种机构中，一般多以曲柄为原动件，作连续等速转动；而摇杆为从动件，作变速往复摆动。如雷达天线俯仰角调整机构及车窗刮水器机构。曲柄摇杆机构也有以摇杆作主动件的，如脚踏砂轮机构。雷达天线机构车窗刮水器机构脚踏砂轮机构一）曲柄摇杆机构(crank-rockermechanism)曲柄摇杆机构的基本性质1．输出件的急回特性1)输出件CD的两极限位置及原动件的极位夹角图示曲柄摇杆机构中，设曲柄AB为原动件，以等角速度顺时针转动，当AB与BC（连杆）两次共线时，输出件CD处于两极限位置（C1D和C2D），摇杆在两极限位置之间的摆角为ψ。极位夹角：当摇杆处于两极限位置时，对应的曲柄（原动件）位置线（AB1和AB2）所夹的锐角。B1极位夹角C1摆角B2C2AD21C34Babcd1B1极位夹角C1摆角B2C2AD21C34Babcd1212)输出件的急回运动v2=C2C1/t2v1t2=2/1t12=180º–1v1=C1C2/t1t1=1/11=180º+摇杆点C的平均速度对应的时间曲柄转角曲柄等速转动时，摇杆来回摆动的平均速度不同的运动平面四杆机构具有急回特性的条件：（1）原动件作等速整周转动；（2）输出件作往复运动；（3）0。180º+180ºk==180ºk1k+13)输出件的行程速比系数K——是反映从动摇杆急回特性的系数即：空回行程平均速度v2与工作行程平均速度v1之比。v2t11180º+v1t22180ºk====（记）2.压力角与传动角——反映传力特性的参数vcF2）传动角：压力角的余角。越小，Ft越大，受力越好。1）压力角：在不计摩擦力、重力、惯性力的条件下，机构中驱使输出件运动的力的方向线与输出件上受力点的速度方向线所夹的锐角。Ft=Fcos----有效分力Fn=Fsin----无效分力FtFn1ABCD2341越大（则越小）受力越好。设计时应使min[]（[]为许用传动角,通常取[]＞400；在传递力矩较大时，则取[]＞500）。F3.机构最小传动角位置的确定当为锐角时，传动角=；以AB为原动件的曲柄摇杆机构，min=[min,(180max)]min当曲柄和机架处于两共线位置时，连杆和输出件的夹角最小和最大（min、max）。2vcFC4DAB13abcd1B1C1minB2C2max当为钝角时，传动角=180；14vcABCDF231min=arccosb2+c2(da)22bcmax=arccosb2+c2(d+a)22bc3.机构的死点位置脚缝纫机主运动机构踏板DAB1C1vB1C2B21）死点位置：在图示的缝纫机主运动机构中，摇杆CD为主动件，当机构处于连杆与从动曲柄共线的两个位置时，出现了传动角γ＝0°(即：α=90°)的情况。这时主动件CD通过连杆作用于从动件AB上的力恰好通过其回转中心，所以不能使构件AB转动而出现“顶死”现象。机构的此种位置称为机构的死点位置。缝纫机踏板机构a）带轮432b）2）越过死点的方法：利用惯性越过死点；或用机构错列；3.死点的利用飞机起落架机构B2ADC2在工程实践中，也常常利用机构的死点来实现特定的工作要求。如图示工件夹紧机构；工件夹紧机构飞机起落架机构，当起落架上的轮子放下时，BC杆与AB杆成一直线，机构处于死点位置，起落架不会反转（折回），可使飞机降落更加可靠。二）双曲柄机构(double-crankmechanism)在铰链四杆机构中，若两个连架杆都是曲柄，则称为双曲柄机构。惯性筛机构CABDE惯性筛双曲柄机实际应用：惯性筛机构，当原动曲柄AB等速转动时，从动曲柄CD作变速转动，并通过连杆CE使筛子作往复运动。平行四边形机构反向平行机构123ADBCE45FABCDB1C1EFE1F1在双曲柄机构中，若其相对两杆平行且相等，则成为平行四边形机构，如机车车轮机构。当四杆机构中虽然对边杆长相等但不平行时，从动曲柄的转向发生反转，则成为逆平行四边形机构(或反平行四边形机构)。车门开闭机构即为其应用实例。机车车轮机构平行四边形机构的应用——机车车轮机构、摄影机升降机构等G3ADBCE45FH1267摄影机升降机构机车车轮机构三）双摇杆机构(double-rockermechanism)铰链四杆机构的两连架杆都是摇杆，则称为双摇杆机构。双摇杆机构(360°)(360°)1234ABCD双摇杆机构QBCADEQCBE双摇杆机构在鹤式起重机中的应用鹤式起重机鹤式起重机机构简图3A2BCD14等腰梯形机构PC1B1在双摇杆机构中，若两摇杆长度相等，则成为等腰梯形机构。等腰梯形机构可用作轮式车辆的前轮转向机构，在车辆转弯时，与两前轮固联的两摇杆摆角不相等，以实现车辆四个车轮都在地面上作纯滚动§2－2铰链四杆机构的演化CABD2341AB2341C对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构ABD2341C一．曲柄滑块机构——将转动副转化成移动副的演化AB2341C对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构C4AB231还可以转化为双滑块机构2341AB曲柄移动导杆机构1.曲柄滑块机构的运动特性——在曲柄滑块机构中，原动件AB以1等速转动B1B2HC1C2B1HC2B2对心曲柄滑块机构421AB3Cl2l31H=2a,=0无急回特性。偏置曲柄滑块机构3AB241Cl2l310,有急回特性。C1有曲柄存在的条件：l2≤l3有曲柄存在的条件：l2+e≤l3VCγγmin2.曲柄滑块机构的传动角γ对心曲柄滑块机构如图当1=90º时，可得max为max=arcsinabABC1234αB0C0αmax只有使偏置方位、曲柄转向、输出件工作行程方向正确匹配，方能保证最小传动角的瞬时位置，刚好处于工作较小的空回行程中。如图当1=270º时，可得max为max=arcsina+eb滑块回程D()C1max43AaB1Cb211B1γmin偏置曲柄滑块机构(a)曲柄滑块机构BA34C(b)曲柄转动导杆机构34CBA若取曲柄滑块机构中的曲柄作机架，则演变为转动导杆机构。1.导杆机构——组成移动副的两活动构件，画成杆状的构件称为导杆，画成块状的构件称为导块。演变二．曲柄滑块机构的演变机构——导杆机构、摇块机构和定块机构（选用曲柄滑块机构中不同的构件为机架演变而成的机构）(a)曲柄滑块机构BA34C若取曲柄滑块机构中的构件2作机架，构件3相对于构件2只能作摆动，构件3和构件4只能作相对移动，若将构件4变为滑块，构件3变为导杆，则演变为摆动导杆机构。演变(c)曲柄摆动导杆机构A1234CB(b)摆块机构=，有急回特性。1D1AC导杆机构的运动特性曲柄转动导杆机构在简易刨床上的应用,杆2等速转动，导杆4变速转动，并通过连杆5使滑枕6往复移动（有急回特性）。导杆机构的实际应用:曲柄摆动导杆机构用于牛头刨B1B2切削回程5D2若取曲柄滑块机构中的构件2作机架，则演变为曲柄摇块机构。c)曲柄摇块机构A1234CB2.曲柄摇块机构曲柄滑块机构BA34C演变21AB43C曲柄摇块机构在自卸卡车翻斗装置中的实际应用。当压力油进入油缸3（摇块）时推动活塞杆4（导杆），使车厢（即构件1）绕轴线B摆起，实现自动卸料。自卸卡车翻斗装置（d）定块机构A1234CB演变曲柄滑块机构BA34C在曲柄滑块机构中，若取滑块4为机架，则将演化成为定块机构(如图d)。组成移动副的两活动构件，画成杆状的构件称为导杆，画成块状的构件称为导块。3.定块机构手动抽水泵是定块机构的一应用实例。当杆2往复摆动时杆1（导