第二章――平面连杆机构设计.

第二章平面连杆机构设计目的1.了解平面连杆机构的特点及应用；2.掌握平面四杆机构的类型及特点。3.了解铰链四杆机构及其演化；4.掌握平面四杆机构的基本特性。全部由转动副组成的平面四连杆机构称为铰链四连杆机构。其中，固定不动的杆4称为机架，直接与机架铰接的构件1和3称为连架杆，同时与两连架杆连接的构件2称为连杆。能作整周转动的连架杆称为曲柄，只能作往复摆动的连架杆称为摇杆。运动副全是转动副机架连架杆连架杆连杆4123平面连杆机构在连杆机构中，构件间的相对运动是平面运动或平行于平面运动的称为连杆机构。缺点：效率低；累计运动误差较大；高速运转时不平衡动载荷较大，且难于消除。运动副全是转动副机架连架杆连架杆连杆4123定义:全部由低副（转动副、移动副）构成的平面机构称为平面连杆机构特点：面接触，承载能力强，耐磨损；易于制造和获得较高的制造精度；能实现多种运动规律。铰链四杆机构的基本形式及其特性基本型式——铰链四杆机构连杆连架杆连架杆曲柄：能作整周回转的连架杆。摇杆：只能在一定范围内摇动的连架杆；整转副：组成转动副的两构件能整周相对转动；摆旋副：不能作整周相对转动的转动副。全部用转动副相连的平面四杆机构①②整理得③dacaba将式①、②、③中的三个不等式两两相加，化简后得④④曲柄存在条件1）连架杆与机架中必有一杆为四杆机构中的最短杆；2）最短杆与最长杆之和应小于或等于其余两杆的杆长之和。一、曲柄存在条件双摇杆机构曲柄摇杆机构双摇杆机构双曲柄机构cbda以最短杆相邻杆为机架以最短杆的对边杆为机架以最短杆为机架NYdcba、、、判断由不同杆作机架时四杆机构属于哪种机构注意：铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭多边形条件：最长杆的杆长其余三杆长度之和。平面四杆机构的基本形式及演化构件机架相对固定连架杆曲柄摇杆整周回转往复摆动连杆平面运动转动副整周回转往复摆动周转副摆转副机构命名：原动件名+输出构件名平面四杆机构的基本类型及应用在低副机构中，取不同构件作为机架时，任意两个构件间的相对运动关系不变。构件2为机架——曲柄摇杆机构构件4为机架——曲柄摇杆机构ABCD3214曲柄摇杆机构构件1为机架——双曲柄机构C双曲柄机构构件3为机架——双摇杆机构CDAB3214双摇杆机构平面连杆机构的演化⒈机架置换ABD3214变摇杆为滑块曲柄摇杆机构偏置曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构曲线导轨曲柄滑块机构摇杆尺寸为无穷大e=0⒉尺寸改变，转动副演变成移动副（1）曲柄滑块机构ABC3214对心曲柄滑块机构ABC3214偏置曲柄滑块机构功能：连续转动往复移动（2）导杆机构ABC3214导杆摆动导杆机构——导杆只能在一定的角度内摆动回转导杆机构——导杆能作整周转动功能：连续转动往复摆动连续转动连续转动（3）曲柄摇块机构ABC3214摇块功能：连续转动往复摆动（4）直动导杆机构ABC3214直动导杆定块功能：往复摆动往复移动变摇杆为滑块sinABls在此机构中，从动件3的位移S与原动件1的转角的正弦成正比，即（5）双滑块机构⒊扩大转动副如图所示的曲柄滑块机构中，若增大转动副B的尺寸，使其半径大于曲柄AB的长度尺寸，则曲柄将变成为一个几何中心与其回转中心不重合的圆盘，称此圆盘为偏心轮。此偏心轮的回转中心A，即为原曲柄的回转中心，而其几何中心B则为铰链B的几何中心。A、B两中心的距离e称为偏心距，此偏心距实际上就是原曲柄的长度，这种机构称为偏心轮机构。变转动副为圆盘变转动副为圆盘1.机构极位：曲柄回转一周，与连杆两次共线，此时摇杆分别处于两极限位置。2.极位夹角：机构在两个极位时，原动件所处两个位置之间所夹的锐角θ3.急回运动：180121DCDC180212DCDC1＞21t＞2t2v＞1v曲柄等速转动情况下，摇杆往复摆动的平均速度一快一慢，机构的这种运动性质称为急回运动。1.急回运动曲柄摇杆机构行程速比系数K为表明急回运动程度，用反正行程速比系数K来衡量00212112122112180180//tttCCtCCvvKq角愈大，K值愈大，急回运动性质愈显著。对心曲柄滑块机构θ=0，没有急回运动偏置曲柄滑块机构θ≠0，有急回运动costFFsinnFF压力角愈小，机构的传力效果愈好。所以，衡量机构传力性能，可用压力角作为标志。从动件受力方向与受力点线速度方向之间所夹的锐角。压力角的余角即连杆与从动件间所夹的锐角。压力角：CvtFnFF传动角：压力角和传动角最小传动角minDdBACabccos2cos2222222cbcbBDdadaBDcbdadacb2cos2cos2222=0cos=1cosmin=180°cos=–1cosmax分析min或max可能最小曲柄摇杆机构,当曲柄主动时,在曲柄与机架共线的两个位置之一,传动角最小.3.死点位置1．死点的概念在曲柄摇杆机构中，当摇杆为主动件时，当连杆与从动曲柄共线时，机构的传动角＝，此时主动件CD通过连杆作用于从动曲柄AB上的力恰好通过其回转中心，转矩为零，所以出现了不能使构件AB转动的顶死现象，机构的这种位置称为死点位置或死点。o0F1=FcosαF2=FsinαDABCFαvBFDACvα主动件CD回程顶死去程顶死曲柄摇杆机构：若以摇杆CD为主动件，则当连杆与曲柄共线时，机构传动角为零，这时CD通过连杆作用于从动件AB上的力恰好通过其回转中心，出现不能使构件AB转动而“顶死”的现象，机构的这种位置称为死点位置。死点的利用在工程中也常常应用止点位置实现工作要求。如快速夹具、飞机起落架等。具夹速快飞机起落架曲柄运动与否是通过死点的关键，曲柄转动副静止不动，死点位置保持不变。曲柄曲柄死点的缺陷及克服的措施对于传动机构，存在死点位置是一个缺陷，常采用下列措施使机构顺利通过死点位置：①利用系统的惯性；②利用特殊机构。组合使用——死点错位排列加装飞轮——利用惯性1.曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构——两个连架杆中一个为曲柄，另一个为摇杆。摇杆为主动件时——则可以将摇杆的摆动转换为曲柄的整周回转运动。应用举例：①牛头刨床工作台横向进给机构②缝纫机的踏板机构曲柄为主动件时——可以实现由曲柄的整周回转运动到摇杆往复摆动的运动转换。正平行四边形机构蒸汽机车的车轮联动机构2.双曲柄机构双曲柄机构——两个连架杆都能作整周回转运动振动筛（也称为惯性筛）在双曲柄机构中，如果组成四边形的对边长度分别相等，则根据曲柄相对位置的不同，可得到正平行四边形机构和反平行四边形机构。反平行四边形机构车门启闭机构ADBCCDAB,在铰链四杆机构中，若其两个连架杆都是曲柄，则称为双曲柄机构。平行四边形机构：指相对两杆平行且相等的双曲柄机构。惯性筛机构平行四边形机构特性：▲两曲柄同速同向转动▲连杆作平动逆平行（反平行）四边形机构：指两相对杆长相等但不平行的双曲柄机构车库门开闭机构应用实例双摇杆机构铰链四杆机构若两连架杆都是摇杆，则称其为双摇杆机构。等腰梯形机构：指两摇杆长相等的双摇杆机构。应用实例双摇杆机构——两连架杆均为不能整周转动飞机起落架机构起重机中重物平移机构汽车前轮转向机构(等腰梯形机构)AB杆与CD杆1杆与2杆AB杆与CD杆应用曲柄摆动导杆机构(a)曲柄摆动导杆机构;(b)电气开关小型刨床机构卡车车厢自动翻转卸料机构摇块机构手动抽水机——定块机构例1：试判别下面二个图分别属于什么类型并说明连架杆的名称？ABCD15201830BCAD10281722∴此机构属于双摇杆机构∴此机构属于双曲柄机构∵15+3020+18首要判断∵10+2817+22首要判断又因最短杆AB固定作为机架其中AB、CD都为摇杆其中AD、BC都为曲柄再判断机架例2：试判别下面二个图分别属于什么类型？并说明连架杆的名称？∴此机构属于曲柄摇杆机构∴此机构属于双摇杆机构BACD13201924BADC25112615∵13+2420+19首要判断又因杆AD是最短杆相邻的杆件其中连架杆AB为曲柄、CD为摇杆∵11+2615+25首要判断又因杆CD是最短杆相对的杆件其中连架杆AD、BC均为摇杆再判断机架再判断机架例3：已知在四杆机构中，机架长40mm，两连架杆长度分别为18mm和45mm，则当连杆的长度在什么范围内，该机构为曲柄摇杆机构吗？分析：1.当连杆长度是最短杆时，机构是双摇杆机构，因此连杆不能为最短杆；2.根据上述分析确定18mm应为四杆机构的最短杆；解：设连杆的长度为X（属于“a+d≤c+b”的形式）3.说明要么连杆是最长杆，要么连架杆45mm的杆是最长杆；①当Ｘ为最长杆时：即18+X≤40+45∴X≤67②当45mm为最长杆时：即18+45≤40+x∴X≥23∴当23≤X≤67时，该机构为曲柄摇杆机构取不同构件为机架时的铰链四杆机构型式构件4为机架——曲柄摇杆机构构件2为机架——曲柄摇杆机构构件1为机架——双曲柄机构构件3为机架——双摇杆机构连杆曲线仪