机械设计基础

第二节铰链四杆机构的演化及应用(1)曲柄滑块机构曲柄滑块机构只是曲柄摇杆机构的演变。p23,40曲柄摇杆机构对心曲柄滑块机构.swf●机构演化将摇杆CD的长度增至无穷大，C点的运动轨迹将由圆弧变成直线，摇杆上的各点的摆动即变成相同的直线往复运动，则摇杆CD与机架AD组成的转动副D也演变成移动副，而摇杆CD则演变成滑块C。曲柄滑块机构中，曲柄一般用做主动件，通过这个机构将曲柄的回转运动变为滑块的直线往复运动。●特点主动件曲柄滑块机构●应用实例广泛应用于内燃机、压力机等机构之中。根据滑块导路中心线是否通过曲柄回转中心,曲柄滑块机构又分为对心曲柄滑块机构和偏置曲柄滑块机构。●类型对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构(2)偏心轮机构偏心轮机构由偏心轮、连杆、滑块和机架组成。偏心轮的几何中心在B点,而其转动中心却在A点,距离AB=r为偏心距,即等同于曲柄滑块机构中的曲柄长度,所以滑块c的移动距离等于2r。偏心轮连杆滑块机架偏心距●机构演化当曲柄摇杆机构或曲柄滑块机构的曲柄长度较短时，为了便于结构处理，常将曲柄制成轮子（或轴）形状，并用回转副偏心地与机架相联，而用连杆的一部分将轮子包住，形成连杆与曲柄之间的回转副，这种机构称为偏心轮机构。偏心轮的几何中心B与回转中心A之间的距离称为偏心距，它等于曲柄的长度。偏心轮机构●应用实例与曲柄摇杆机构相比，偏心轮机构强度好，偏心距r较小。这种机构在各种机床和夹具中广泛应用。碎石机(3)导杆机构曲柄滑块机构中，若取构件2为机架，可得如图所示的导杆机构。运动情况为：一方面滑块4相对连架杆1滑动，故构件1称为导杆；另一方面滑块还随构件3一起转动。曲柄滑块机构在导杆机构中，若导杆能作整周转动，称为转动导杆机构；若导杆只能作往复摆动，称为摆动导杆机构。●类型转动导杆机构摆动导杆机构转动导杆机构●摆动导杆机构导杆滑块导杆机构,当AC杆长度小于机架AD长度时,导杆DC在小于3600范围内摆动,机构为摆动导杆机构。●摆动导杆机构ACAD●摆动导杆机构导杆滑块●应用实例牛头刨的主体机构牛头刨床牛头刨简图导杆机构,若AC杆长度大于机架AD长度时,导杆DC可作3600回转,滑块在导杆DC上移动,并随导杆一起转动,机构为转动导杆机构。●转动导杆机构ACAD转动导杆机构（4）摇块机构●机构演化曲柄滑块机构中，若取构件3为机架，则得到如图所示摇块机构。滑块4只能绕C点作往复摆动，而不能相对机架移动了。曲柄滑块机构摇块机构这种机构广泛应用于摆缸式内燃机和液压驱动装置中。●应用实例自卸汽车的车厢自动卸料机构，它是一个摇块机构。摇块机构●应用实例自卸车（5）定块机构在曲柄滑块机构中，若取构件4为机架，则得到如图(d)所示的定块机构（也叫移动导杆机构）。●机构演化曲柄滑块机构定块机构(移动导杆)手摇卿筒是一个定块机构●应用实例手摇卿筒第三节铰链四杆机构的运动特性1.铰链四杆机构曲柄存在的条件在铰链四杆机构中，有的连架杆能做整周回转而成为曲柄，有的则不能。那在什么条件下，四杆机构中才有曲柄存在呢?p45铰链四杆机构存在一个曲柄的条件(1)曲柄为最短杆。(2)最短杆与最长杆长度之和必小于或等于其余两杆长度之和。上述两个条件必须同时满足、否则机构中无曲柄存在。曲柄摇杆1.exe（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。铰链四杆机构存在曲柄的条件（2）机架或连架杆为最短杆。当主动曲柄等速转动时，作往复运动的从动件，在工作行程有较慢的平均速度，而在回程有较快的平均速度。2．急回运动特性牛头刨床.avi●摇杆的急回特性在曲柄摇杆机构中，摇杆回程的速度比工作行程的速度快，这种特性称为摇杆的急回特性。机械中常利用这种特性来缩短非生产时间以提高生产效率。回程的速度比工作行程的速度快牛头刨.AVI摇杆回程的速度比工作行程的速度快2．急回运动特性曲柄摇杆机构,设曲柄AB为原动件,在其转动一周的过程中,有两次与连杆共线。这时摇杆CD分别位于两极限位置C1D和C2D。其夹角φ称为摇杆摆角,它是从动件摆动范围,又称为行程。曲柄的两个对应位置AB1和AB2所夹的锐角θ称为曲柄的极位夹角。极位夹角θ摇杆摆角φ曲柄摇杆1.exe●工作行程此行程若做功，则称为工作行程，此时C点走过弧长C1C2，经历时间为t1工作行程的平均速度为v工＝C1C2／t1此行程若不做功，则称为空回行程，此时C点走过弧长C1C2，经历时间为t2●空回行程空回行程的平均速度为v回=C1C2／t2空回行程的平均速度为v回=C1C2／t2工作行程的平均速度为v工＝C1C2／t1●分析工作行程:180+θ空回行程:180-θV工V回v回与v工之比21211212vCCttKvCCtt回工●行程速度变化系数K工作行程的平均速度为v工＝C1C2／t1空回行程的平均速度为v回=C1C2／t2若K1，表示机构空回行程的速度v回大于工作行程的速度v工，机构具有急回特性，减少空回时间，提高了生产率。●极位夹角θ21211212vCCttKvCCtt回工K称为行程速度变化系数。(180)(180)vKv回工θ愈大，急回特性愈显著。极位夹角θ是设计机构的重要参数之一。(1)180(1)KK●急回运动特性行程速比系数K与极位夹角θ有关。θ0时，K1，即从动件往返行程速度不等。这种性质称为机构的急回特性。θ=0时，K=1，则机构无急回特性。θ0时，K1,则机构有急回特性。K值越大，机构的急回特性越明显。曲柄摇杆机构摇杆的急回运动特性有利于提高某些机械的工作效率。机械在工作中往往具有工作行程和空回行程两个行程,为了提高效率，可以利用急回运动特性来缩短机械空回行程的时间。例如，牛头刨床、插床或惯性筛等。●结语问题下图各为何机构？有无急回特性？为什么？对心曲柄滑块机构无急回运动特性θ=0有急回运动特性偏置曲柄滑块机构θ0图1图2第三次课3．死点曲柄摇杆机构中，若取摇杆为主动件，则摇杆处于两极限位置时，连杆与从动件两次共线，那么通过连杆加于从动件的驱动力通过从动件的铰链中心，有效回转力矩为零，它不能推动从动件回转，而整个机构处于静止状态。这种位置称为死点位置。四杆机构中是否存在死点位置，决定于从动件是否与连杆共线。为了使机构能够顺利地通过死点，继续正常运转，可以采用机构错位排列的办法，即将两组以上的机构组合起来，而使各组机构的死点相互错开。如蒸汽机车车轮联动机构，就是由两组曲柄滑块机构组成的，而两者的曲柄位置相互错开90°。蒸汽机车车轮联动机构●机构的死点相互错开常采用加大惯性作用的办法，借惯性作用使机构闯过死点。●借惯性作用使机构闯过死点缝纫机踏板机构●利用“死点”1.飞机起落架机构飞机起落架机构，在机轮放下时，杆AB与杆BC成一条直线。此时虽然机轮上可能受到很大的力，但由于机构处于死点，经杆BC传给杆AB的力通过其回转中心，所以起落架不会反转(折回)，这样可使降落更加可靠。飞机起落架夹具死点的防止和应用防止：1利用从动件的惯性，通过死点；2采用多组机构，使机构的死点位置错开。应用：1飞机起落架；2夹具。作业1.p56,3-12.什么是曲柄摇杆机构的急回特性和死点位置?举例说明。