第二章 平面连杆机构

平面连杆机构用低副连接组成的平面机构。特点：低副——面接触——耐磨损；制造简便；应用广泛；缺点：设计较复杂；不易精确实现复杂的运动规律。本章研究的内容平面四连杆机构由四个构件组成应用最广基本类型几何特点运动特性、其它特性常用设计方法2-1铰链四杆机构的基本型式和特性铰链四杆机构——全部由回转副组成的平面四杆机构组成：机架——固定构件4连架杆——与机架相连的构件1、3连杆——机架对面的构件2一、铰链四杆机构整转副——组成转动副的两构件能作整周相对转动曲柄——与机架组成整转副的连架杆摇杆——与机架组成摆动副的连架杆按连架杆是曲柄或摇杆分类：曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构1.曲柄摇杆机构连架杆：一个为曲柄一般为原动件一般作匀速转动一个为摇杆一般为从动件一般作变速摆动曲柄摇杆机构实例2.双曲柄机构两个连架杆均为曲柄。若主动曲柄等速回转，则从动曲柄变速回转。双曲柄机构实例平行四边形机构应用最多，但其死点为止存在不确定状态。3.双摇杆机构两个连架杆均为摇杆如：飞机起落架双摇杆机构实例等腰梯形机构——两个摇杆长度相等的双摇杆机构如：车辆的转向机构二、含一个移动副的四杆机构铰链四杆机构的演化为其它机构：移动副代换回转副改变杆长改变机架扩大运动副1.曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构当曲柄等速转动时，滑块可实现急回运动。2.导杆机构曲柄滑块机构转动导杆机构曲柄摆动导杆机构21ll21ll导杆机构传动角始终等于90°。有良好的传力性能。例：牛头刨床，插床等。3.摇块机构和定块机构曲柄滑块机构摇块机构定块机构摇块机构和定块机构的应用定块机构摇块机构三、含两个移动副的四杆机构（双滑块机构）两移动副不相邻（如：正切机构）。两移动副相邻，且一个与机架相邻（如：正弦机构）。双滑块机构两移动副相邻，且都不与机架相联。如：滑块联轴器。双滑块机构两移动副相邻，且都与机架相联。如：椭圆仪。四、具有偏心轮的四杆机构提高曲柄强度、刚度；简化结构。应用：剪床、冲床、颚式破碎机等。偏心轮机构五、四杆机构的扩展手动冲床晒料机六杆机构，两次增力。2-2平面四杆机构的基本特性运动特性传力特性一、铰链四杆机构有整转副的条件整转副——两构件能相对转动360o的转动副整转副是否存在取决于：各杆的相对长度机架的选择分析曲柄摇杆机构的几何关系l1、l2、l3、l4分别为各杆长，l1为曲柄。当曲柄处于AB′时，因三角形两边之和≥第三边，△AC′D有：)(3124llll(1)2341llll)(4123llll(2)4231llll分析曲柄摇杆机构的几何关系当曲柄处于AB″时，因三角形两边之和≥第三边，△AC″D有：由(1，2，3)式得:(3)4321llll413121llllll(1)2341llll(2)4231llll铰链四杆机构有整转副的条件:铰链四杆机构有整转副的条件——最短杆+最长杆≤其余两杆之和；整转副是由最短杆与其相邻杆组成；曲柄存在的条件曲柄存在的必要条件——有整转副；曲柄是否真正存在，要看哪个构件为机架：最短杆为机架——————双曲柄机构；以最短杆相邻杆为机架——曲柄摇杆机构；最短杆对面的杆为机架——双摇杆机构；最短杆+最长杆≥其余两杆之和：无整转副存在以任何杆为机架——双摇杆机构；二、急回特性曲柄AB转动一周，有两次极限位置：曲柄与连杆共线B1AC1，AB2C2其所夹锐角——极位夹角摇杆处于极限位置C1D，C2D其夹角——摆角急回特性假定曲柄匀速转动，则摇杆往复摆动快慢不同——急回特性用行程速度变化系数（行程速比系数）K表示18018021211212ttttK行程速比系数K11180KK180180K极位夹角越大，K值越大，急回运动性质越显著。设计时：一般先定K，再算具有急回特性的四杆机构曲柄摇杆机构偏置曲柄滑块机构摆动导杆机构三、压力角和传动角压力角——作用在从动件上的驱动力与该力作用点速度VC之间所夹锐角判断机构传动性能的标志传动角=90°-越小，越大，Pt越大，传力性能越好。cosPPt传动角机构运转时，是不断变化的当AB与AD重合时，角最小为保证机构正常工作，要限制最小min值的下限，一般min≥40°大功率机械min≥50°四、死点位置摇杆为主动件，且处于极限位置时，从动件出现卡死或运动的不定状态。解决的办法：在从动件上加外力利用惯性冲过死点位置设计两个相同机构连动死点位置应用在夹紧装置中，用于防松2-3平面四杆机构的设计根据：给定运动条件；几何条件；运动条件。选择机构类型；确定尺寸参数；绘制机构运动简图。设计问题的类型实现给定从动件的运动规律实现给定的运动轨迹设计方法解析法建立数学模型，通过计算得到机构参数；设计精确，应用逐渐广泛。作图法直观、简单，能满足一般工程上的精度要求；在实际中应用较多。实验法简便易行，试凑结果。一、按给定的行程速比变化系数K设计四杆机构有急回要求的机构，按K设计。有急回特性的机构：曲柄摇杆机构；偏心式曲柄滑块机构；摆动导杆机构。1、曲柄摇杆机构已知条件：摇杆长度l3；摇杆摆角；行程速比系数K。求：各杆长度；铰链的位置。解题思路。解题步骤：1.由K——求极位夹角2.任定固定铰链中心D的位置，由l3、定C1D1、C2D2极限位置；3.过C1C2作一圆，使C1C2圆弧角=；4.在圆上任选一点A，为固定铰链中心位置；5.极限位置有:AC1=l2-l1,AC2=l2+l1；即：l1=（AC2-AC1）/2，l2=AC1+l1，l4=AD。11180KKDC1C2曲柄摇杆机构A点有无穷解；可选min≥40°或其它条件定A点。2、摆动导杆机构已知：K，机架长度设计：导杆机构分析：设计步骤：1.求2.任选C点，作Cm、Cn，夹角；3.作角平分线，取AC=l4，得铰链A的位置；4.过A点作Cm垂线，交B1点，AB1为曲柄长度。11180KK二、按给定连杆位置设计四杆机构已知：连杆长度l3=BC；两个位置B1C1、B2C2；设计铰链四杆机构；设计步骤：1.画出已知连杆位置B1C1、B2C2；2.连接B1B2、C1C2，作其垂直平分线b12、c12；3.A点在b12上任选，D点在c12上任选，或按其它条件定。已知连杆三个位置已知：连杆长度l3=BC；三个位置B1C1、B2C2、B3C3；设计铰链四杆机构；设计步骤：1.画出已知连杆位置B1C1、B2C2、B3C3；2.连接B1B2、B2B3，C1C2、C2C3；3.作B1B2、B2B3垂直平分线b12、b23，交于A点；4.作C1C2、C2C3垂直平分线c12、c23，交于D点。三、按给定两连架杆对应位置设计四杆机构已知：连架杆AB、CD三个位置，对应角度为φ1ψ1、φ2ψ2、φ3ψ3；求：各杆长l1、l2、l3、l4；用解析法解；解：取l1=1四杆机构在x和y轴上投影，可得：coscoscos342lllsinsinsin32ll解析法设计四杆机构将前两式中的削去，整理后得：为简化上式，令则有)cos(cos21cos4334222324lllllll422232424313021,,llllPllPlP210)cos(coscosPPP解析法设计四杆机构将φ1ψ1、φ2ψ2、φ3ψ3分别代入前式，可得方程组：由方程组可解出P0、P1、P2、代入前式可求出l2、l3、l4；233130322212022111101)cos(coscos)cos(coscos)cos(coscosPPPPPPPPP422232424313021,,llllPllPlP按给定两连架杆的位置设计已知连架杆三个位置——有唯一解；已知连架杆两个位置——有无穷解；给定连架杆超过三个位置——无精确解；可用实验法等方法近似求解。四、按照给定点的运动轨迹设计四杆机构连杆曲线——连杆上每一点都描出一条封闭曲线；连杆曲线形状的多样性，使其可能用于设计完成复杂轨迹。2、运用连杆曲线图谱设计图谱法——利用事先编好的连杆曲线图谱，从中找出需要的曲线，直接查处该四杆机构的各尺寸参数。根据机构运动形式转化，选择连杆机构从动主动回转摆动往复移动回转双曲柄机构回转导杆机构曲柄摇杆机构摆动导杆机构曲柄滑块机构摆动曲柄摇杆机构双摇杆机构摇杆滑块机构定块机构往复移动曲柄滑块机构滑块机构摇块机构双滑块机构精品课件！精品课件！具有死点位置的机构曲柄摇杆机构曲柄滑块机构曲柄摆动导杆机构