机械平面连杆机构传动

第3章平面连杆机构传动铰链四杆机构的基本类型、应用和特点3.1铰链四杆机构曲柄存在的条件3.2铰链四杆机构的演化3.3平面四杆机构的传动特性3.4多杆机构简介3.5具有四个构件（含机架）的低副机构称为四杆机构，多于四个构件的低副机构统称为多杆机构；连杆机构的缺点是：低副中存在间隙，会引起运动误差，而且它的设计比较复杂，不易精确地实现较复杂的运动规律。构件间用四个转动副相连的平面四杆机构简称为铰链四杆机构，在连架杆中能绕固定轴线整周回转的构件称为曲柄，只能在某一角度范围内摆动的构件称为摇杆。3.1铰链四杆机构的基本类型、应用和特点图3-1铰链四杆机构铰链四杆机构中，根据连架杆运动形式的不同，可分为以下三种基本类型。3.1.1铰链四杆机构的基本类型及应用在铰链四杆机构的两连架杆中，若一个为曲柄，另一个为摇杆，则此四杆机构称为曲柄摇杆机构。通常曲柄等速转动，摇杆作变速往复摆动。1．曲柄摇杆机构在铰链四杆机构中，若两连架杆均为曲柄，则此四杆机构称为双曲柄机构。2．双曲柄机构图3-2平面连杆机构的应用图3-3惯性筛机构图3-4平行四边形机构图3-5车门启闭机构图3-6天平在铰链四杆机构中，若两连架杆均为摇杆，则此四杆机构称为双摇杆机构。3．双摇杆机构图3-7飞机起落架机构图3-8车辆前轮转向机构铰链四杆机构具有如下特点。①铰链四杆机构是低副机构，构件间的相对运动部分为面接触，故单位面积上的压力较小。并且低副的构造便于润滑，摩擦磨损较小，寿命长，适于传递较大的动力。如动力机械、锻压机械等都可采用。②两构件的接触面为简单几何形状，便于制造，能获得较高精度。3.1.2铰链四杆机构的特点③构件间的相互接触是依靠运动副元素的几何形状来保证的，无需另外采取措施。④运动副中存在间隙，难以实现从动件精确的运动规律。在铰链四杆机构中，允许两连接构件作相对整周旋转的转动副称为整转副。曲柄是以整转副与机架相连的连架杆，而摇杆则不是以整转副与机架相连的连架杆。3.2铰链四杆机构曲柄存在的条件图3-9铰链四杆机构根据三角形任意两边之和必大于（极限情况等于）第三边，在△B'C'D中应有即maxbcf≥bcad≥在△BCD中应有minbfc≥mincfb≥bdca≥cdba≥将式（3-1）、式（3-2）、式（3-3）两两相加并简化可得abacad≤≤≤铰链四杆机构有一个曲柄的条件是：①最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆长度之和；②最短杆为连架杆。判别铰链四杆机构的基本类型。①如图3-10所示，若机构满足杆长之和条件，则有以下结论：以最短杆AB的邻边为机架时，为曲柄摇杆机构［如图3-10(a)所示］；以最短杆AB为机架时，为双曲柄机构［如图3-10(b)所示］；以最短杆AB的对边为机架时，为双摇杆机构［如图3-10(c)所示］。②若机构不满足杆长之和条件，则只能为双摇杆机构。图3-10连杆机构的倒置3.3.1改变运动副类型3.3铰链四杆机构的演化图3-11曲柄滑块机构图3-12双滑块机构①如图3-13(a)所示曲柄滑块机构，若改取杆2为机架，则成为导杆机构［如图3-13(b)所示］。其中导杆3为主动件，它带动滑块4相对杆1滑动并随之一起绕A点转动。杆1起导路作用，称为导杆。3.3.2连杆机构的倒置设杆2、杆3的长度分别为l2、l3，当l2≤l3时，杆3和杆1均可整圈旋转，故称为曲柄转动导杆机构；当l2＞l3时，杆3可整圈旋转，杆1却只能往复摆动，故称为曲柄摆动导杆机构。导杆机构常用于回转式油泵、牛头刨床等工作机构中。图3-13曲柄滑块机构的演化②若取杆3为机架，则成为摆动滑块机构（也称摇块机构），如图3-13(c)所示。这种机构广泛用于摆缸式内燃机和液压驱动装置中，如图3-14所示卡车车厢自动翻斗机构。③若取杆4为机架，则成为定块机构，如图3-13(d)所示。这种机构常用于手动抽水机构，如图3-15所示的手动抽水机构以及抽油泵中。图3-14卡车车厢自动翻斗机构图3-15手动抽水机构在曲柄滑块机构中，若要求滑块行程较小，则必须减小曲柄长度。3.3.3扩大转动副图3-16偏心轮机构3.4.1急回特性摇杆CD处此两极限位置时曲柄所在直线之间的锐角称为极位夹角，机构中输出件在两极限位置间的移动距离或摆动角度称为行程。3.4平面四杆机构的传动特性图3-17曲柄摇杆机构的急回特性当曲柄以等速顺时针从AB1转到AB2时，转过角度，摇杆C1D摆至C2D，摆过工作行程角，所需时间为t1，C点的平均速度为。当曲柄继续转过时，摇杆由C2D摆回到C1D，摆过的空载行程仍为角，所需时间为t2，C点的平均速度为。11801112/vCCt2180°2122/vCCt输入件曲柄作等速转动时，作往复摆动的输出件摇杆在空载行程中的平均速度大于工作行程中的平均速度，这一性质称为连杆机构的急回特性。通常用行程速度变化系数K来表示这种特性：1221122121/180180/CCttKtCCt从动件空回程平均速度°主动件工作平均速度°11801KK°机构的急回速度取决于夹角的大小。越大，K值越大，机构的急回程度也越高，但从另一方面看，机构运动的平稳性就越差。曲柄滑块机构，当e=0时，=0，则K=1，机构无急回特性；当e0时，0，则K＞1，机构有急回特性。摆动导杆机构，其极位夹角等于导杆摆角，具有急回特性。图3-18摆动导杆机构将F分解可得推动摇杆的有效分力Ft=Fcos，只能产生摩擦阻力的有害分力Fr=Fsin。其中称为压力角，它是不计摩擦力、惯性力和重力时从动件上C点所受作用力的方向与其线速度方向所夹的锐角。3.4.2压力角与传动角判断一连杆机构是否具有良好的传力性能，压力角是标志。常以连杆与摇杆所夹锐角来衡量机构的传力性能。显而易见，即压力角的余角，称为传动角。因为=90°−，故愈大，对机构传动愈有利。图3-19压力角与传动角图3-20某些四杆机构最小传动角位置主动件的速度为输入速度，从动件的速度为输出速度，则机构中瞬时输出速度与输入速度的比值为零的位置称为连杆机构的极限位置。3.4.3极限位置与死角图3-21极限位置和死点位置若以摇杆为主动件，则当摇杆处于C1D或C2D位置时，连杆BC与曲柄AB均共线，连杆作用在曲柄上的力通过铰链A的中心，力矩为零，不能推动曲柄旋转。故机构中瞬时输入速度与输出速度的比值为零的位置称为连杆机构的死点位置。避免机构在死点位置出现卡死或运动不确定现象，可以对从动件施加外力，或利用飞轮的惯性带动从动件通过死点。工程上有的采用多套同样机构错位排列使各套机构的死点位置互相错开，靠位置差通过死点位置。在实际应用中也有利用死点位置的性质来进行工作的。如图3-22所示快速夹具，机构处于死点位置，在去除外力F后仍可加紧工件而不自动脱落。只有向上扳动手柄3方可松开夹具。图3-22快速夹具1．扩大运动行程2．实现间歇运动3．夹紧力可变4．实现过载保护5．增大急回性能3.5多杆机构简介图3-23压缩机机构图3-24间歇运动连杆机构图3-25铰链杠杆式夹紧机构图3-26加压机过载保护机构图3-27双导杆滑块机构