曲柄摇杆机构

第2章连杆机构§2-1平面连杆机构的类型§2-2平面连杆机构的工作特性§2-3平面连杆机构的特点及功能§2-4平面连杆机构的运动分析§2-5平面连杆机构的运动设计§2-1平面连杆机构的类型1.1平面四杆机构的基本形式1.2平面四杆机构的演化1.1平面四杆机构的基本形式能绕其轴线转360º的连架杆。曲柄仅能绕其轴线作往复摆动的连架杆。摇杆连架杆铰链四杆机构连架杆机架连架杆连杆整转副摆转副按照两连架杆的能否作整周回转，可将铰链四杆机构分为：（1）曲柄摇杆机构应用：缝纫机搅拌机（2）双曲柄机构车门开闭机构应用：机车车轮联动机构（3）双摇杆机构应用：鹤式起重机汽车前轮转向机构1.2平面四杆机构的演化1.2.1转动副转化成移动副CABD1234ABD1234CAB1234CC3AB124AB1234C对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构AB1234C双滑块机构(正弦机构）1234ABs1.2.2取不同构件为机架可以证明，低副运动链中取不同构件为机架,各构件间的相对运动关系不变整周转动副双摇杆机构4A(0~360°)(0~360°)(360°)123BCD(360°)双曲柄机构(0~360°)(0~360°)(360°)(360°)1234ABDC(0~360°)(0~360°)(360°)(360°)1234ABCD曲柄摇杆机构摆转副摆转副曲柄滑块机构BA1234C曲柄转动导杆机构BA1234C曲柄摇块机构BA1234C自卸汽车卸料机构定块机构A234CB1手压抽水机1.2.4扩大转动副的尺寸偏心轮机构曲柄摇块机构A1234CB曲柄摆动导杆机构3A124CB1.2.3变换构件形态牛头刨床2.1平面连杆机构的运动特性2.2平面连杆机构的传力特性§2-2平面连杆机构的工作特性2.1平面连杆机构的运动特性2.1.1转动副为整转副的条件bcadcbda设：addcbacbaddbcabadaca当adcbadcabdbacdadcdbd有：在铰链四杆机构中，如果某个转动副能成为整转副，则它所连接的两个构件中，必有一个为最短杆，且四个构件的长度满足“杆长之和条件”——最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。转动副为整转副的条件:铰链四杆机构的类型与尺寸之间的关系lmin+lmax小于或等于其余两杆长度之和条件条件机构型式lmin为机架lmin为连架杆lmin为连杆双曲柄机构曲柄摇杆机构双摇杆机构双摇杆机构lmin+lmax大于其余两杆长度之和曲柄存在条件:1、lmin+lmax小于或等于其余两杆长度之和；2、lmin为机架或连架杆。导杆机构具有曲柄的条件：4Ad12aCB3eaed为曲柄转动导杆机构da时且aed为曲柄摆动导杆机构ad时且滑块机构具有曲柄的条件：AB1234Cabbea曲柄滑块机构(1)曲柄摇杆机构B2C2B1C1曲柄转角1801对应的时间111/t当曲柄AB与连杆BC两次共线时，输出件CD处于两极限位置，对应的曲柄位置线所夹的锐角成为极位夹角——。1A211C34BDabcd21802122/tv1v2摇杆点C的平均速度1211/tCCv2122/tCCv极位夹角摆角作整周等速转动,1原动件AB以从动件CD做往复摆动。2.1.2平面四杆机构输出件的急回特性空回行程平均速度v2与工作行程平均速度v1之比：11180KK180180212112ttvvK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）极位夹角0K称为行程速度变化系数(2)曲柄滑块机构中C1B1B2HC22AB134Cab1偏置曲柄滑块机构0有急回特性。21B2B11AB对心曲柄滑块机构0无急回特性。有急回特性运动不连续问题有：（1）错序不连续1C234ABD11C2CC1C2C21C3234AB2DC1C2B1B3（2）错位不连续2.1.3平面连杆机构运动的连续性2.2平面连杆机构的传力特性2.2.1压力角与传动角压力角：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。传动角：压力角的余角。vcFF1F21ABCD1234cos1FFsin2FF越小，受力越好越大，受力越好min4vcABCD1F123)180(,minmaxminminmaxmin,出现在曲柄和机架处于两共线位置时fF1vcDF1CABF21234abcd当90时，180当90时，B2DAC2C1B1maxminFvcBaA134Cb12BACDvBF?min?minvcABC121FF0vB30??FvB1231AC13B32CA2aAB134Cbvc?死点：机构处于传动角)90(0的位置vB踏板缝纫机主运动机构脚AB1C1DFB2.2.2机构的死点位置vBFACBDB2C2克服死点：2aAB134Cbvc请思考：下列机构的死点位置在哪里；怎样使机构通过死点位置?B123AC死点的利用：ADB2C2飞机起落架收放机构B1C1地面F工件夹紧机构飞机起落架收放机构工件快速夹紧机构3.1平面四杆机构的功能及应用(1)刚体导引功能是机构能引导刚体（如连杆）通过一系列给定位置。§2-3平面连杆机构的特点及功能翻沙箱典型的例子是如图所示的铸造造型机的砂箱翻转机构，砂箱固结在连杆上，要求机构中的连杆能顺序实现造型和起模两个位置，以便实现砂箱在震实台上造型震实和翻转倒置起模两个动作。C1DAB1E1HB2C2E2(2)函数生成功能是指能精确地或近似地实现所要求的输出构件相对输入构件的函数关系。....ABC典型的例子是如图所示压力表指示机构，压力的大小决定了滑块的位移，可相应地由曲柄的转角大小来指示。采用一对齿轮传动是为了将曲柄转角放大，便于标示和观察指示刻度值。(3)轨迹生成功能是指连杆上某点能通过某一预先给定的轨迹。连杆应用：鹤式起重机要求机构在工作时，连杆BC上悬挂重物的吊钩滑轮中心点E的轨迹近似为一水平直线。以避免被吊运的重物作不必要的上下起伏，引起附加动载荷。（4）综合功能O2O3O4O1D1下连杆上连杆上剪刀D2下剪刀步进式工件传送机构杠杆式剪切机3.2平面四杆机构的特点（自学）§2-4平面连杆机构的运动分析4.1机构运动分析的目的和方法4.2速度瞬心法及其应用4.3平面连杆机构的运动分析的解析法(矩阵法）4.1机构运动分析的目的和方法运动分析——在几何参数为已知的机构中，不考虑力的作用，根据原动件的已知运动规律来确定其它构件上某些点的轨迹、位移、速度和加速度（或某些构件的位置、角位移、角速度、角加速度）等基本参数。运动分析的目的：（2）机构的运动性能分析（如，工作行程是否达到匀速等）（1）确定机构的运动空间和构件上某点的轨迹（3）求机构的惯性力时必须先进行运动分析运动分析的方法几何法解析法实验法矢量多边形法求位移、速度和加速度速度瞬心法求机构的速度封闭矢量多边形法复数法矩阵法4.2速度瞬心法及其应用4.2.1速度瞬心的概念两构件作相对运动时，其相对速度为零的重合点，称为速度瞬心，简称瞬心。vBiBjABvAiAjij因此,两构件在任一瞬时的相对运动都可看成绕瞬心的相对运动。绝对瞬心：两构件之一是静止构件相对瞬心：两构件都运动的也就是两构件在该瞬时绝对速度相等的重合点.ijPij4.2.2机构中瞬心的数目每两个相对运动的构件都有一个瞬心，故若机构由有n个构件组成，其瞬心总数：2/)1(2nnCNn(1)通过运动副直接相联的两构件速度瞬心AB12A12（P12）P124.2.3瞬心位置的确定nnM12tt12p12MP12(2)不直接相联的两构件的速度瞬心可用三心定理来确定CVc2Vc3P12P132AB1233三心定理:作平面运动的三个构件共有三个瞬心，这三个瞬心必在一条直线上P12[例]平底移动从动件盘形凸轮机构，构件2的角速度2，求从动件3在图示位置时的移动速度v3。3212KnnP13P23lppv231223[例]如图所示铰链四杆机构，若已知各杆长以及图示瞬时位置，求点C的速度VC、和构件2的角速度2及构件1、3的角速比1/3。P12P13P24P23P341A1234BCDP14v131334313Ppplv1314113ppplv1314133431pppp24122423PPPPvvBC4.3平面连杆机构的运动分析的解析法(矩阵法）4.3.1平面连杆机构运动分析矩阵法的一般形式设机构输入与输出关系由一组独立运动方程组描述0),,(LVUF（1）Tmlll],,,[21L机构广义结构参数向量，其元素可以是尺寸参数，也可以是角度参数。机构广义输入运动，可以是直线运动，也可以是Tvvv],,,[21V旋转运动。Tnuuu],,,[21U机构广义输出运动，可以是直线运动，也可以是旋转运动。由式（1）总可以解出输入、输出运动关系),(LVUU（2）Tnfff],,,[21F为个独立运动方程，正好解出个输出运动。n将式（1）对时间连续微分即可得到输出速度和加速度nnnnnnufufufufufufufufuf212221212111UFvfvfvfvfvfvfvfvfvfnnn212221212111VFVVFUFU1（3）VVFVVFUUFUFU)(dd)(dd1tt（4）L1L2L3L432Bxy111ACD342为方便起见，取以为A原点，x轴与机架AD共线的直角坐标系。各杆规定一个矢量指向，且以轴正向为基准，按逆时针方向为正取各杆的角位移。在规定各杆矢量指向时，建议与固定铰链相联结的连架杆矢量由固定铰链向外，其余杆件矢量指向任取。则四杆机构构成一个封闭的矢量多边形，其封闭矢量方程为铰链四杆机构已知：L1，L2，L3，L4，11，求：2，32323，，，，432LLLL1分别向x和y轴投影，得代数方程：0sinsinsin0coscoscos3322114332211LLLLLLL(5)4.3.2平面连杆机构运动分析的整体分析法1133221143322sinsinsincoscoscosLLLLLLL位置分析:3为求,将式（3）改写为:两边平方后相加并整理，得：0cossin33CBA131sin2LLA)cos(24113LLLB14124232122cos2LLLLLLC再做进一步变换并求解，得：CBCBAA2223arctan2（6）L1L2L3L432Bxy111ACD342121sin2LLD)cos(24112LLLE14124232221cos2LLLLLLF其中：为了将上述公式统一起见，将式(6),(7)改写成:CBCBAMA2223arctan2FEFEDMD2222arctan2当B、C、D为顺时针（实线）排列时，取M=-1；当B、C、D为逆时针（虚线）排列时，取M=+1。FEFEDD2222arctan2同理求得：（7）速度分析：0coscoscos43322111LLLLf