1-曲柄摇杆机构

第八章平面连杆机构及其设计§8-1连杆机构及其传动特点连杆机构(linkages)是一种应用十分广泛的机构，连杆机构的共同特点是其原动件的运动都要经过一个不直接与机架相联的中间构件才能传动从动件，这个不直接与机架相联的中间构件称为连杆，而把具有连杆的这些机构统称为连杆机构。优点：1)其运动副为低副面接触，压力较小，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。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。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。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。连杆机构在实际中用处较多，如图8-1,a中的机械手驱动机构，图8-1,b中的溜冰鞋刹车机构和图8-1,c中的夹子驱动机构。图8-1，a图8-1，b图8-1，c§8-2平面四杆机构的类型和应用一、平面四杆机构的基本型式如图所示的铰链四杆机构(所有运动副都是回转副的四杆机构)是平面四杆机构的基本型式，其他型式的四杆机构可看作是在它的基础上通过演化而成的。AD为机架，AB、CD为连架杆，BC为连杆。在连架杆中，能作整周回转的称为曲柄，只能在一定范围内摆动的则称为摇杆。1.曲柄摇杆机构在铰链四杆机构中，若两个连架杆中一个为曲柄，另一个为摇杆，则此四杆机构称为曲柄摇杆机构(carnk-rockermeghanism)；当曲柄为原动件，摇杆为从动件时，可将曲柄的连续转动转变成摇杆的往复摆动。若以摇杆为原动件时，可将摇杆的摆动转变为曲柄的整周转动。该机构在实际中多有应用。如图8-2，8-3所示。2.双曲柄机构在铰链四杆机构中，若两个这架杆都是曲柄，则称为双曲柄机构(double-crankmechanism)。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。3.双摇杆机构铰链四杆机构中两连架杆都是摇杆，则称为双摇杆机构(double-rockermechanism)。图8-7图8-8二、平面四杆机构的演化型式1.改变构件的形状和运动尺寸在图8-9,图b所示的曲线导轨的曲柄滑块机构可看成是由图a所示的曲柄摇杆机构中所演化而来。其中摇杆DC可由饶D点沿轨道β运动的滑块3所替代。当将摇杆3的长度增至无穷大，则铰链c运动的轨迹β将变为直线，而与之相应的图b中的曲线导轨将变为直线导轨，于是铰链四杆机构将演化成为常见的曲柄滑块机构，如图8-9,d所示。其中图c所示为具有一偏距e的偏置曲柄滑块机构(offsetslider-crankmechanism)；图b所示为没有偏距的对心曲柄滑块机构。图8-9在图8-9,d所示的曲柄滑块机构中，由于铰链B相对于铰链c运动的轨迹为αα圆弧，所以如将连杆2作成滑块形式，并使之沿滑块3上的圆弧导轨αα运动(如图8-10，a所示)，此时已演化成为一种具有两个滑块的四杆机构。设将图8-9,d所示曲柄滑块机构中的连杆2的长度增至无穷长．则圆弧导轨α将成为直线，于是该机构将演化成为图8-10,b所示的所谓正弦机构。图8-102.改变运动副的尺寸在图8-11,a所示的曲柄滑块机构中，当曲柄AB的尺寸较小时，由于结构的需要，常将曲柄改作成如图b所示的一个几何中心不与回转中心相重合的圆盘，此圆盘称为偏心轮，这种机构则称为偏心轮机构。3.选用不同的构件为机架图6—19图8-12图8-11在图8-12,a所示的曲柄滑块机构中，若改选构件AB为机架，如图b所示，则称为导杆机构。在导杆机构中，如果导杆能作整周转动，则称为回转导杆机构。如果导杆仅能在某一角度范围内往复摆动，则称为摆动导杆机构。如果在图8-12,a所示的曲柄滑块机构中，改选构件BC为机架(如图c)，则将演化成为曲柄摇块机构。在图8-12,a所示的曲柄滑块机构中改选滑块为机架(图d)，则将演化为直动滑杆机构。①最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和；②连架杆与机架中必有一杆为最短杆。一、曲柄存在条件DCB11DCB22cbda++cadb+-)(badc+-)(曲柄存在条件dacaba++++++cbdabdcacdba§8-3有关平面四杆机构的一些基本知识构件1为机架取不同构件为机架时的铰链四杆机构型式构件4为机架构件2为机架构件3为机架二、急回特性极位夹角——当从动摇杆处于左、右两极限位置时，主动曲柄两位置所夹的锐角θ摇杆的摆角——从动摇杆两极限位置间的夹角ψ急回特性——当曲柄等速转动时，摇杆往复摆动的平均速度不同的运动特性。急回特性的相对程度，通常用v2与v1的比值K来衡量，K称为行程速比系数。行程速比系数K-+180180212112121212tttCCtCCvvK11180+-KK传动角γ——压力角的余角。三、压力角和传动角压力角α——从动件受力点（C点）的受力方向与受力点的速度方向之间所夹的锐角。设计条件min如何确定γmin？γmin可能发生在主动曲柄与机架两次共线（AB′，AB″）的位置之一处，即处。）（或oo1800△ABD△BCD-+-+cos2cos2222222bccbladdalBDBDBCDbcaddacb2cos2cos2222+--+结论四、死点位置死点位置——在摇杆CD为主动件的曲柄摇杆机构中，连杆BC与从动曲柄AB出现两次共线的位置。特征——γ=0°（α=90°）死点的缺陷死点的利用死点的缺陷顺利通过死点位置的措施：①利用系统的惯性；②利用特殊机构蒸汽机车驱动轮联动机构——利用机构错位排列缝纫机踏板机构——利用惯性死点的利用快速夹具飞机起落架§8-4平面四杆机构的设计一、连杆机构设计的基本问题连杆机构设计的基本问题是根据给定的运动要求选定机构的型式，并确定其各构件的尺度参数。为了使机构设计得合理、可靠，通常还需要满足结构条件(如要求存在曲柄、杆长比适当、运动副结构合理等)、动力条件(如最小传动角)和运动连续条件等。根据机械的用途和性能要求等的不同，对连扦机构设计的要求是多种多样的，但设计要求，一般可归纳为以下三类问题：(1)满足预定的连杆位置要求。(2)满足预定的运动规律要求。(3)满足预定的轨迹要求。二、图解设计法（一）按照连杆的一系列位置设计四杆机构1．按照连杆的二个位置设计四杆机构2．按照连杆的三个对应位置设计铰链四杆机构（二）按照连架杆的一系列对应位置设计四杆机构（三）按行程速比系数设计四杆机构（四）按照连杆曲线设计四杆机构B1C1B2C2b12c12AD1．按照连杆的二个位置设计四杆机构无穷多解2．按照连杆的三个对应位置设计铰链四杆机构ADB1C1B2C2B3C3b12c12b23c23唯一解（二）按照连架杆的一系列对应位置设计四杆机构反转法的原理按照连架杆的三组对应位置设计四杆机构反转法的原理按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构按连杆预定位置设计四杆机构按照连架杆的三组对应位置设计四杆机构铰链四杆机构（三）按行程速比系数设计四杆机构曲柄摇杆机构曲柄滑块机构导杆机构常用设计步骤：1.按实际需要给定行程速比K的数值2.算出极位夹角θ3.根据机构在极限位置时的几何关系，结合有关辅助条件来确定机构运动简图的尺寸参数。曲柄摇杆机构曲柄滑块机构导杆机构（四）按照连杆曲线设计四杆机构图谱法实验法实验作图结合法实验法