河南科技大学精品课程机械设计基础02

§2－2铰链四杆机构有整转副的条件§2－3平面四杆机构的演化§2－4平面四杆机构的设计第2章平面连杆机构§2－1铰链四杆机构的基本型式和特性飞剪二、应用实例：平面连杆机构一、连杆机构由若干构件用低副（转动副、移动副）联接而成的机构，也称为低副机构。契贝谢夫四足步行机利用连杆曲线特性，当一对角足处在曲线的直线段时则着地并静止不动，而另一对角足则处在曲线段作迈足运动。平面连杆机构三、平面连杆机构的特点：运动副为面接触、承载大、不易磨损，寿命长；接触面为圆柱面或平面，易加工，容易获得较高的制造精度，加工成本低；能实现较复杂的运动及较大的行程；构件间的接触靠几何封闭，不需弹簧等附件。较难准确实现预定的连续的运动规律，设计方法复杂；惯性力难以平衡；运动副有间隙，磨损后间隙难以补偿。平面连杆机构机架-----作为参考坐标系的构件；机架连架杆-----与机架相连的杆；连架杆曲柄：能作360°转动摇杆：在360°范围内摆动。§2－1铰链四杆机构的基本型式和特性一、铰链四杆机构的基本型式机架-----作为参考坐标系的构件；机架连架杆-----与机架相连的杆；连架杆连杆曲柄：能作360°转动摇杆：在360°范围内摆动。连杆-----作平面运动的构件。（连接两个连架杆）铰链四杆机构的三种型式：曲柄摇杆机构曲柄摇杆一、铰链四杆机构的基本型式§2－1铰链四杆机构的基本型式和特性机架-----作为参考坐标系的构件；机架连架杆-----与机架相连的杆；连架杆连杆曲柄：能作360°转动摇杆：在360°范围内摆动。连杆-----作平面运动的构件。（连接两个连架杆）双曲柄机构双摇杆机构曲柄摇杆一、铰链四杆机构的基本型式铰链四杆机构的三种型式：曲柄摇杆机构§2－1铰链四杆机构的基本型式和特性ABC1243D曲柄摇杆机构的应用雷达天线俯仰机构§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化二、铰链四杆机构的应用缝纫机踏板机构2143摇杆主动3124曲柄摇杆机构的应用§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化2143摇杆主动缝纫机踏板机构3124曲柄摇杆机构的应用§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化抓片机构曲柄摇杆机构的应用§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化旋转式叶片泵双曲柄机构的应用§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化ABDC1234E6惯性筛机构31惯性筛双曲柄机构的应用§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化ABCD火车轮双曲柄机构特例1：平行四边形机构AB=CD特征：两曲柄同向同速转动BC=ADABDC升降平台ADBCB’C’天平两连架杆等长且平行，连杆作平动§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化耕地料斗DCAB耕地料斗DCAB播种机料斗机构双曲柄机构特例1：平行四边形机构§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化绘图仪双曲柄机构特例1：平行四边形机构§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化F’A’E’D’G’B’C’平行四边形机构在共线位置出现运动不确定。ABEFDCG动画演示§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化双曲柄机构特例2：反向平行四边形机构车门开闭机构反向§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化鹤式起重机QABCDE§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化双摇杆机构的应用BCAD蜗轮蜗杆电机电机BCAD蜗轮蜗杆电机BCAD蜗轮蜗杆电扇摇头机构双摇杆机构的应用§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化ABDCE汽车转向机构ABDCEABDCE双摇杆机构特例：等腰梯形机构-----两摇杆长度相等。§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化1、改变构件的形状和相对尺寸----转动副变为移动副偏心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构曲柄摇杆机构曲柄弧形滑块机构双滑块机构s=lsinl三、平面四杆机构的演化型式→∞C动画演示§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化2、机架置换（选取不同的构件为机架）AB为曲柄，CD为摇杆1234曲柄摇杆机构§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化2、机架置换（选取不同的构件为机架）AB为曲柄，CD为摇杆A、B-----周转副（整转副）C、D-----摆转副1234曲柄摇杆机构§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化2、机架置换（选取不同的构件为机架）AB为曲柄，CD为摇杆A、B-----周转副（整转副）C、D-----摆转副1234双曲柄机构曲柄摇杆机构双摇杆机构曲柄摇杆机构§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化曲柄滑块机构314A2BC曲柄滑块机构314A2BC导杆机构转动导杆机构摆动导杆机构定块机构314A2BC摇块机构314A2BC§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化摆动导杆机构转动导杆机构§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化牛头刨床ABDC1243C2C1ABDCE123456小型刨床导杆机构的应用§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化B234C1A自卸卡车举升机构ACB1234314A2BC摇块机构的应用§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化314A2BC定块机构手摇唧筒BC3214AABC3214定块机构的应用§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化双移动副四杆机构1234双转块机构12341234双滑块机构1234正弦机构§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化1234双转块机构的应用§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化1234双转块机构的应用§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化1234双滑块机构的应用§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化偏心轮机构三、转动副扩大§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化偏心轮机构三、转动副扩大§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化§2－2铰链四杆机构有整转副的条件运动副A成为周转副的条件：ABCDABDC若A为周转副，则B绕A可到达任意位置，不应出现B、C、D三点共线的情况，此时，机构不能转动。一、铰链四杆机构由△BCD可得：3241llll由△BCD可得：3142)(llll2143)(llll2431llll+3241llll3421llll31ll同理，可得：41llCl1l2l4l3ABDCl1l2l4l3BDAABCDl1l2l4l33421llll运动副A成为周转副的条件：§2－2铰链四杆机构有整转副的条件一、铰链四杆机构运动副A成为周转副的条件为：最短杆与最长杆的长度和小于等于其余两杆长度和——杆长条件；组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆。同理，运动副B所铰接的两个构件有一个为最短构件，且满足杆长条件，B也为周转副。推论：四杆机构满足杆长条件时，其最短杆两端均为周转副。Cl1l2l4l3ABD§2－2铰链四杆机构有整转副的条件链铰四杆机构曲柄存在条件为：lmin+lmax≤l余1+l余2；最短杆为机架或连架杆。Cl1l2l4l3ABD若lmin+lmax≤其余两杆长度和最短杆为机架双曲柄机构最短杆的邻杆为机架曲柄摇杆机构最短杆的对边为机架双摇杆机构N，无整转副Y，存在整转副§2－2铰链四杆机构有整转副的条件若为平行四边形机构，则不论取哪个构件为机架，均为双曲柄机构。§2－2铰链四杆机构有整转副的条件14lel二、导杆机构若A、D整周转动，应满足：BClDCl14为最短杆4l14lBCDCl§2－2铰链四杆机构有整转副的条件CBA4lDe1l一、急回特性和行程速比系数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。§2－3平面四杆机构的特性C1且21tt2112vvABCDA2B2CD123421B1C1曲柄摇杆机构1=C，当曲柄转动一周，曲柄与连杆共线两次，摇杆处于两极限位置。曲柄摇杆工作行程回程1B12B2B1B21t2t21CC21CC1一、急回特性和行程速比系数§2－3平面四杆机构的特性1211tCCv2212tCCv摇杆处于极限位置时曲柄之间所夹锐角。曲柄摇杆机构1=C，当曲柄转动一周，曲柄与连杆共线两次，摇杆处于两极限位置。C1且21ttABCDA2B2CD2θ1B1C1定义：（角）速度输出构件工作行程平均）速度输出构件回程平均（角K12vv21tt21180180K行程速比系数K——11180KK18018011234§2－3平面四杆机构的特性2112vv121221//tCCtCC极位夹角θ——31Kθ一般为锐角，原动件等速整周转动；输出构件往复运动；0。K2v100K，10K，急回θ=0º180180KA2B2CD12342θ1B1C11机构输出构件具有急回特性的条件：A2B2CD123411B1C21§2－3平面四杆机构的特性e1l2lABC1l2lABC偏置曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构10K，abABC1l2lA1B1C2B2CeabABCeA1B1C1l2l2B2CθH曲柄滑块机构工作行程§2－3平面四杆机构的特性摆动导杆机构AB1l4lD0K1§2－3平面四杆机构的特性FnFtF1)压力角：不计摩擦时，从动件受力方向与受力点绝对速度方向之间所夹锐角。-----径向分力，Fn，运动副摩擦-----切向分力，有效分力，推动CD杆转动。在机构运动过程中是变化的。2)传动角：受力与受力点绝对速度垂直之间所夹锐角。设计时应满足：minv三、四杆机构的压力角和传动角§2－3平面四杆机构的特性Fvvmin的位置：令连杆与摇杆的夹角为β，如图：若若minmax共线位置之一。出现在曲柄与机架两次结论：min§2－3平面四杆机构的特性摇杆为主动件，且连杆与曲柄两次共线时，有：此时机构不能运动，称此位置为：⑴定义：FF“死点”⑵克服的方法：安装飞轮，利用惯性克服死点（例如：内燃机、缝纫机）多个机构错位排列（例如：火车车轮）12四、死点位置§2－3平面四杆机构的特性F’A’E’D’G’B’C’ABEFDCG动画演示火车§2－3平面四杆机构的特性ABDC飞机起落架ABCD=0F(3)死点的利用：例如：飞机起落架、夹具等。§2－3平面四杆机构的特性工件ABCD1234P夹具ABCD1234工件PQ=0§2－3平面四杆机构的特性一、连杆机构设计的基本问题机构选型－根据给定的运动要求选择机构的类型；尺度综合－确定各构件的尺度参数(长度尺寸)。同时要满足其他辅助条件：a)结构条件（如要求有曲柄、杆长比恰当、运动副结构合理等）;b)动力条件（如γmin）;c)运动连续性条件等。§2－4平面四杆机构的设计1、设计的内容：§2－4平面四杆机构的设计2、设计问题的类型：实现预定的运动规律要求两连架杆的转角满足函数y=logxABCDxy=logx§2－4平面四杆机构的设计要求满足连杆的预定位置如：造型机翻转机构§2－4平面四杆机构的设计搅拌机CBADE要求连杆上E点的轨迹为一条卵形曲线实现预定的运动轨迹§2－4平面四杆机构的设计钢材输送机ABCDE143256E二、按给定的行程速比系数K设计1、曲柄摇杆机构①计算已知：摇杆CD长，摆角及K②任取一点D，作摇杆CD的两极限位置，夹角为；③作C2P⊥C1C2，④作△PC1C2的外接圆，AC1C2D步骤：90P§2－4平面四杆机构的设计C2C1DA分析：K→，关键是求满足角的A点作C1P使则A点必在此圆上。┏13有无穷多解FG注意:A点不能选在FG劣弧段上,否则机构将不满足运动连续性条件。E⑤选定A，设曲柄为l1，连杆为l2，则:或作图：⑥以A为圆心，AC2为半径作弧交AC1于E，得：C1C2D90P§2－4平面四杆机构的设计B1C2C1DAB2┏13l1=EC1/2l2=AC1－EC1/2A一、按给定的行程速比系数K设计1、曲柄摇杆机构已知：摇杆CD长，摆角及K步骤：分析：K→，关键是求满足角的A点C1C2D9