铰链四杆机构基本形式和特性

CopyRightZDJ案例导入案例分析：如图所示为缝纫机踏板机构，为其机构运动简图和结构示意图。缝纫机传动路线为:操作者踩踏踏板使摇杆1（原动件）往复摆动→连杆2驱→曲柄3（从动件）→带动带轮使机头主轴连续转动。缝纫机踏板机构问题：（1）各构件的长度如何才能保证实现相关的运动？（2）该机构在工作时，出现卡死现象如何处理？CopyRightZDJ平面连杆机构铰链四杆机构形式及应用1铰链四杆机构的特性2四杆机构的曲柄存在条件3CopyRightZDJØ教学目标u了解平面四杆机构的基本类型、应用。u熟练掌握铰链四杆的类型的判断。u理解平面四杆的工作特性。Ø教学重点和难点u铰链四杆机构类型的判断。u平面四杆机构的基本特性。教学目标、重难点CopyRightZDJ平面连杆机构特点一、平面连杆机构特点定义:全由低副（转动副、移动副）构成的平面机构特点：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。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。CopyRightZDJ3.1铰链四杆机构的类型平面铰链四杆机构：构件间均用用转动副相连的平面四杆机构。如：脚踏式脱粒机脚踏式脱粒机CopyRightZDJ二、铰链四杆机构组成（1）机架：机构中固定不动的构件。（2）连架杆：与机架连接的构架。曲柄：若能绕机架作整周转动的连架杆则称为曲柄。摇杆：只能绕着机架在一定范围内摆动的连架杆。（3）连杆：不直接与机架相连的构件。3.1铰链四杆机构的类型CopyRightZDJ三、基本形式及其应用在铰链四杆机构中，按连架杆能否作整周转动，可将铰链四杆机构分为：铰链四杆机构双曲柄机构曲柄摇杆机构双摇杆机构3.1铰链四杆机构的类型CopyRightZDJ1、曲柄摇杆机构（1）概念：铰链四杆机构的两个连架杆中，若一个是曲柄，另一个是摇杆，则称为曲柄摇杆机构。（2）作用：回转运动与往复摆动转换。①雷达天线俯仰机构②汽车雨刮机构③搅拌器中搅拌机构应用举例3.1铰链四杆机构的类型CopyRightZDJ搅拌机构雨刮机构雷达天线俯仰机构3.1铰链四杆机构的类型CopyRightZDJ2、双曲柄机构（1）概念：具有两个曲柄的铰链四杆机构。（2）作用：转动-转动，通常二转速不相等①惯性筛机构②平行双曲柄机构③反平行双曲柄机构应用举例3.1铰链四杆机构的类型CopyRightZDJ惯性筛3.1铰链四杆机构的类型CopyRightZDJ平行双曲柄机构（运动不确定性）3.1铰链四杆机构的类型CopyRightZDJ图3-11车门启闭机构（反向双曲柄机构）a)1、3—曲柄2—连杆4—机架b)1、3—车门2—连杆3.1铰链四杆机构的类型CopyRightZDJ3、双摇杆机构（1）概念：铰链四杆机构的两个连架杆若都是摇杆。（2）作用：将一种摆动转换为另一种摆动。①飞机起落架②港口起重机变幅机构③反前轮转向机构应用举例3.1铰链四杆机构的类型CopyRightZDJ飞机起落架起重机变幅机构3.1铰链四杆机构的类型CopyRightZDJ汽车前轮转向机构3.1铰链四杆机构的类型CopyRightZDJ3.2平面四杆机构的特性-急回特性一、相关名词极位夹角—机构从动件处于两极限位置时，主动件在对应位置所夹的锐角。极限位置1连杆与曲柄拉伸共线极限位置2连杆与曲柄重叠共线最大摆角：摇杆在两个极限位置间的夹角B2C2B1C1AD180º-180º+CopyRightZDJB2C2B1C1AD180º-180º+急回特性：当主动件等速转动，作往复运动的从动件在空回行程的平均速度大于工作行程平均速度的特性。曲柄转角曲柄转速所需时间摇杆摆角摇杆平均角速度工作行程(慢行程)1=180ºt1m1t1返回行程(快行程)2=180ºt2m2t2结果比较12相等t1t2相等m1m23.2平面四杆机构的特性-急回特性CopyRightZDJ常用行程速度变化系数K来衡量急回运动的相对程度。180180180180//121m2mttKB2C2B1C1AD180º-180º+讨论：①θ0º→K1→有急回特性，θ↑→K↑→急回特性越显著。②θ=0º→K=1，无急回特性。18011KK3.2平面四杆机构的特性-急回特性CopyRightZDJ1、压力角从动件上的作用力F与该点速度vc所夹锐角α称为机构的压力角。F的两个分力：—有害分力—有效分力压力角越小，有效分力越大。cosFFt3.2平面四杆机构的特性-传动特性sinFFnCopyRightZDJ2、传动角（1）定义：压力角α的余角即α+γ=90º称为传动角。讨论:①α↑（γ↓）→Fn↑→传力性能差。②α↓（γ↑）→Fn↓→传力性能好。（2）设计要求传动角愈大，机构的传力性能愈好，反之则不利于机构中力的传递。机构运转过程中，传动角是变化的，机构出现最小传动角的位置正好是传力效果最差的位置。3.2平面四杆机构的特性-传动特性minCopyRightZDJ在△ABD和△BCD中，分别有cos2cos2222222bccbladdalBDBD联立求解得bcaddacb2cos2cos2222有最小值（或最大值。），（或－）时，（或11cos1800oo（3）最小传动角确定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min3.2平面四杆机构的特性-传动特性CopyRightZDJ(1)死点的概念曲柄摇杆机构中，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γ＝0°，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，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。3.2平面四杆机构的特性-死点特性CopyRightZDJ(2)死点位置的利弊利：在工程中也常常应用死点位置实现工作要求。如快速夹具、折叠椅机构、飞机起落架等。夹具机构3.2平面四杆机构的特性-死点特性CopyRightZDJ弊：机构有死点，从动件出现卡死或运动方向不确定现象，对传动不利，如缝纫机的脚踏机构。缝纫机的脚踏机构3.2平面四杆机构的特性-死点特性CopyRightZDJ(3)克服死点的方法（1）增大从动件的质量，利用惯性度过死点位置。（2）在从动曲柄上施加外力或安装飞轮以增加惯性。（3）采用相同的机构错位排列。火车车轮联动装置缝纫机的脚踏机构3.2平面四杆机构的特性-死点特性CopyRightZDJ3.3铰链四杆机构曲柄存在条件在中①②在中整理得③dacaba将式①、②、③中的三个不等式两两相加，化简后得④④DCB11DCB22bdcadcbabadccadbcbda)()(１、曲柄存在条件①最短杆与最长杆长之和小于或等于其余两杆长之和；②连架杆与机架中必有一杆为最短杆。CopyRightZDJ2、铰链四杆机构基本类型的判别方法（1）满足杆长和条件，即若以最短构件相邻边为机架时，机构为曲柄摇杆机构；若以最短构件为机架，则机构为双曲柄机构；若以最短构件对边为机架，则机构为双摇杆机构。（2）不满足杆长和条件，则无论取哪个构件为机架均为双摇杆机构。llllminmax3.４铰链四杆机构类型判别CopyRightZDJ３、案例分析如图所示的铰链四杆机构ABCD中，已知各杆的长度分别为：a=30，b=50，c=40，d=45。试确定该机构分别以AD、AB、CD和BC为机架时，属于何种机构？（板书）3.４铰链四杆机构类型判别CopyRightZDJ案例分析如图所示缝纫机踏板机构，已知AB=4cm、AD=11cm、BC=16cm，若BC为机构的最长构件，请问缝纫机踏板机构中CD、构件应满足什么条件，缝纫机踏板机构才能为曲柄摇杆机构？3.４铰链四杆机构类型判别CopyRightZDJ想一想练一练请判断图所示各机构属于何类铰链四杆机构？课堂练习CopyRightZDJ１、四杆机构基本类型判断及应用三种基本类型应用曲柄存在条件四杆机构基本类型判断2、铰链四杆机构三种特性急回传动特性死点特性总结