第五章平面连杆机构.

第一节概述第二节铰链四杆机构的基本类型及其演化第三节平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念第四节平面四杆机构的设计第五章平面连杆机构第一节概述一、连杆机构的意义二、平面连杆机构的优点三、平面连杆机构的缺点一、连杆机构的意义由若干个构件通过低副(Lower-pair)连接而组成的机构称为连杆机构，又称为低副机构。抽油机中的连杆机构内燃机中的连杆机构缝纫机中的连杆机构活塞销尺寸自动分选机上的连杆机构飞机起落架机构车门开闭机构连杆机构是一种应用十分广泛的机构，人造卫星太阳能板的展开机构，机械手的传动机构，折叠伞的收放机构以及人体假肢等等，都是连杆机构。曲柄滑块机构、铰链四杆机构、导杆机构是最常见的连杆机构型式。这些机构的共同特点是其原动件1的运动都要经过一个不直接与机架相联的中间构件2才能传动从动件3，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。二、连杆机构的分类所有构件均在相互平行的平面内运动的连杆机构，称为平面连杆机构。1、平面连杆机构(planarlinkage)所有构件不全在相互平行的平面内运动的连杆机构，称为空间连杆机构。2、空间连杆机构(speciallinkage)二、平面连杆机构的优点1、平面连杆机构属于低副机构，运动副为面接触，压强小，承载能力大，耐冲击，并且便于润滑，磨损小。2、其运动副元素多为平面或圆柱面，制造比较容易，而且靠其本身的几何封闭来保证构件运动，结构简单，工作可靠。3、可以实现不同的运动规律和特点轨迹要求。1）用于受力较大的挖掘机，破碎机2）用于实现各种不同的运动规律要求三、平面连杆机构的缺点1、因各构件间是低副联接，存在间隙，传动中将产生位置误差，机构越复杂累计误差越大，影响其传动精度。2、惯性力不容易平衡，不适合于高速传动。3、不易精确地满足各种运动规律和运动轨迹的要求。平面连杆机构中，其构件多呈杆状，故常简称为“杆”。连杆机构又可根据机构中所含杆数而命名，如：四杆机构、五杆机构、六杆机构、多杆机构等。近年来国内外在连杆机构的研究方面都有长足的发展，不再限于单自由度四杆机构的研究，也注重多自由度、多杆机构的分析和综合。例如：多自由的的机械手；四足、六足步行机等，已经不限于运动学的范围，还注重动力学方面的研究。由于计算机的普及，很多智能化软件为平面连杆机构的设计和研究奠定了基础，连杆机构的应用前景也很广泛。平面连杆机构中最简单、应用最广的是四杆机构，其他多杆机构都是在它的基础上扩充而成的，本章重点讨论四杆机构及其设计。第二节铰链四杆机构的基本类型及其演化一、铰链四杆机构的基本型式二、铰链四杆机构的演化铰链四杆机构铰链四杆机构就是当平面四杆机构中的全部运动副均为转动副时的四杆机构为铰链四杆机构。构件名称连架杆：与机架相连的构件称为连架杆。连架杆机架连架杆连杆能绕其轴线转360º的连架杆。仅能绕其轴线作往复摆动的连架杆。曲柄摇杆连架杆机架：固定不动的构件称为机架。连杆：不直接与机架相连的构件称为连杆。一、铰链四杆机构的基本型式1、曲柄摇杆机构2、双曲柄机构3、双摇杆机构1、曲柄摇杆机构若在铰链四杆机构的两连架杆中一为曲柄，另一为摇杆，则此四杆机构称为曲柄摇杆机构。应用举例：颚式破碎机机构、搅面机、卫星天置、飞剪等。一般曲柄主动，将连续转动转换为摇杆的摆动，也可摇杆主动，曲柄从动。运动特点：曲柄摇杆机构的应用颚式破碎机机构雷达天线机构搅拌机机机构2、双曲柄机构在铰链四杆机构中若两连架杆均为曲柄，则此四杆机构称为双曲柄机构。应用举例：惯性筛、插床机构运动特点：从动曲柄变速回转双曲柄机构的应用惯性筛机构插床机构在双曲柄机构中，若相对两杆的长度相等且平行，两曲柄的转向相同，称为平行四边形机构。（1）平行四边形机构：平行四边形机构的应用蒸汽机车驱动装置摄影升降机构在双曲柄机构中，若相对两杆的长度相等，但不平行(BC与AD)，两曲柄转向相反（AB与CD），称为反平行四边形机构。（2）反平行四边形机构：车门开闭机构3、双摇杆机构若铰链四杆机构的两连架杆均为摇杆，则此四杆机构称为双摇杆机构。港口起重机、车辆的前轮转向机构等应用举例：双摇杆机构的应用鹤式起重机机机构电力机车受电弓炉门开闭机构汽车前轮转向机构等腰梯形机构：在双摇杆机构中若两摇杆长度相等，则称为等腰梯形机构。汽车前轮转向机构二、平面四杆机构的演化1、改变相对杆长、转动副演化为移动副曲柄滑块机构C3AB124曲柄摇杆机构的演化改变运动副类型转动副变成移动副e∞改变构件相对尺寸改变构件相对尺寸e＝0偏置曲柄滑块机构（e0)对心曲柄滑块机构(e=0)对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构曲柄压力机及压缩机的工作机构（曲柄的回转运动转变为滑块往复直线运动）；活塞式内燃机、弹簧管压力表及高度表的工作机构（滑块往复直线运动转变为曲柄的回转运动）。曲柄滑块机构的应用：偏心轮机构2、选用不同构件为机架（1）变化铰链四杆机构的机架(0~360°)(0~360°)(360°)(360°)1234ABCD周转副曲柄摇杆机构摆转副摆转副双曲柄机构(0~360°)(0~360°)(360°)(360°)1234ABDC双摇杆机构(0~360°)(0~360°)(360°)1234ABCD(360°)周转副摆转副摆转副曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构（2）变化单移动副机构的机架曲柄滑块机构BA1234C曲柄摇块机构导杆机构定块机构转动导杆机构BA1234C摆动导杆机构3A124CB导杆机构小型刨床—构件2和构件4均能作整周转动转动导杆机构牛头刨中的主运动机构—曲柄的长度小于机架长度时，导杆只能作来回摆动，为摆动导秆机构。摆动导杆机构转动导杆机构(ABBC)摆动导杆机构(ABBC)曲柄摇块机构移动导杆机构（定块机构）（3）变化双移动副机构的机架（带二个滑块）双滑块机构正弦机构sinas曲柄滑块机构的演化改变运动副类型转动副变成移动副改变构件相对尺寸∞正弦机构改变机架定为机架双滑块机构双滑块机构双转块机构双滑块机构应用缝纫机挑线机构椭圆仪机构双转块机构仪器仪表中，为了简化机构，改善工艺性，用高副代替低副。sinas正弦机构tanas正切机构用高副代替低副tanas小结一、平面四杆机构的基本形式及其演化平面四杆机构的基本形式是平面铰链四杆机构。在此机构中，与机架相连的构件称为连架杆，能够绕固定铰链作整周运动的连架杆称为曲柄；不能做整周回转，只在某一角度内摆动的连架杆称为摇杆；不直接与机架相连的中间构件称为连杆。平面铰链四杆机构根据两连架杆运动形式不同分为曲柄摇杆机构，双曲柄机构，双摇杆机构。平面四杆机构的演化形式是在平面铰链四杆机构的基础上，通过一些方法演化而成其他形式的四杆机构。二、平面四杆机构的演化方法有：1、改变相对杆长、转动副演化为移动副2、选用不同构件为机架1）变化铰链四杆机构的机架；2）变化单移动副机构的机架；3）变化双移动副机构的机架。第三节平面四杆机构曲柄存在的条件及几个基本概念一、曲柄存在的的条件二、压力角与传动角三、行程速度变化系数四、死点位置一、铰链四杆机构有曲柄的条件由△B2C2Da+d≤b+c(1)由△B1C1Db≤(d-a)+c或c≤(d-a)+b即a+b≤d+c(2)a+c≤b+d(3)a≤dC2A1a4b3cdBDa≤ca≤ba为最短杆铰链四杆机构有曲柄的条件1、杆长条件：最短杆和最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和。2、最短杆是连架杆或机架。（组成周转副的两杆中必一个是最短杆）满足杆长条件即：最短杆+最长杆小于或等于其余两杆长度之和。若取最短杆为连架杆时：曲柄摇杆机构。若取最短杆为机架时：双曲柄机构。若取最短杆为连杆时，即最短杆相对的杆为机架：双摇杆机构。不满足杆长条件即：最短杆加最长杆大于其余两杆长度之和，则铰链四杆机构无论取哪杆为机架均无曲柄存在，只能得到双摇杆机构。在铰链四杆机构中：铰链四杆机构的类型与尺寸之间的关系：2以最短杆为机架，则此机构为双曲柄机构；以最短杆的相邻构件为机架，则此机构为以最短杆为曲柄的曲柄摇杆机构；且：13以最短杆的对边构件为机架，则此机构为双摇杆机构。（1）如果最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其它两杆长度之和——满足杆长和条件（2）如果最短杆与最长杆的长度之和大于其它两杆长度之和（不满足杆长和条件），则不论选哪个构件为机架，都为双摇杆机构。如图所示，设已知四杆机构各构件的长度a=240mm，b=600mm，c=400mm，d=500mm，试回答下列问题：1）当取杆4为机架时，是否有曲柄存在？若有曲柄，则杆为曲柄，此时该机构为机构。abcd12）要使此机构成为双曲柄机构，则应取----杆为机架。3）要使此机构成为双摇杆机构，则应取----为机架。4）如将杆4的长度改为d=400mm，而其它各杆的长度不变，则应分别以1、2、3杆为机架时，所获得的机构为机构。abcd1例：图示铰链四杆机构ABCD，已知lAB=100mm，lBC=250mm，lAD=300mm；求：此机构为双摇杆机构时，CD杆的长度范围。解：1）满足杆长条件：BC杆为最短杆时，此机构才可能是双摇杆机构；得：CD杆的范围：50mmlCD150mm或450mmlCD650mm2）不满足杆长条件：设CD杆为最短杆，lCD+lADlAB+lBClCD50mm设CD杆为最长杆，lCD+lABlBC+lADlCD450mm且lCDlAB+lBC+lADlCD650mm设CD杆为中间长，lAB+lADlBC+lCDlCD150mm曲柄滑块机构有曲柄的条件？ADbADea)(AB1234CabDbea曲柄滑块机构有曲柄的条件ababemn构件a能通过m点的条件是：bea构件a能通过n点的条件是：bea曲柄滑块机构有曲柄的条件bea转动（摆动）导杆机构有曲柄的条件？导杆机构有曲柄的条件dadadada有曲柄，该机构是摆动导杆机构。da有曲柄，该机构是转动导杆机构。da有曲柄，该机构是转导杆机构。结论导杆机构总是有曲柄的二、压力角和传动角1、压力角(pressureangle)从动件CD受的力F的作用线与力作用点C的绝对速度vc所夹锐角，称为此位置的压力角。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。vcF1ABCD1234vcFF1F21ABCD1234cos1FF由力的分解：沿着速度方向的有效分力sin2FF垂直于F2的分力vcFF1F21ABCD1234力F2只能使铰链C、D产生压轴力，希望它越小越好；力F1越大，推动机构的有效分力就越大，传力效果就越好，即越小越好。因此，对连杆机构中的压力角提出了限制，最大不能超过40°～50°，即：[]=40°～50°vcFF1F21ABCD1234越小，受力越好。越大，受力越好。2、传动角(transmissionangle）压力角的余角称为机构在此位置的传动角。=90º-ACBDvBFFvcaAB134Cb12vcABC121FF0vB3B1231AC机构在运转过程中，传动角随机构的位置不同而变化，为保证机构的传力效果，40min机构在运转过程中，传动角随机构的位置不同而变化，为保证机构的传力效果，40min平面四杆机构的最小传动角位置原动件为AB当为锐角时，传动角4vcABCD1F123当为钝角时，传动角180fF1vcDF1CABF21234abcd在三角形ABD中：BD²=a²+d²-2adcos(1)在三角形BCD中：BD²=