第13单元学时数2学时

广西水电职院教案用纸章节名称：第二章平面连杆机构第一节铰链四杆机构第二节铰链四杆机构的其它形式第三节平面四杆机构的工作特性第四节平面四杆机构运动设计简介目的要求：了解铰链四杆机构及其演化；掌握平面四杆机构的基本特性。。教学重点：重点：平面四杆机构的基本特性难点：平面四杆机构的基本特性教学难点及突破难点的办法：课堂讲授，实物模型演示，多媒体课件讲授法课外作业：2-2，2-4，2-7教学过程时间分配第二章平面连杆机构第一节铰链四杆机构第二节铰链四杆机构的其它形式第三节平面四杆机构的工作特性第四节平面四杆机构运动设计简介6学时第二章平面连杆机构第一节铰链四杆机构一、铰链四杆机构的组成和基本形式1.铰链四杆机构的组成如图1-14所示，铰链四杆机构是由转动副将各构件的头尾联接起的封闭四杆系统，并使其中一个构件固定而组成。被固定件4称为机架，与机架直接铰接的两个构件1和3称为连架杆，不直接与机架铰接的构件2称为连杆。连架杆如果能作整圈运动就称为曲柄，否则就称为摇杆。2.铰链四杆机构的类型铰链四杆机构根据其两个连架杆的运动形式的不同，可以分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本形式。只含低副的平面机构称为平面连杆机构（也称为低副机构）四个构件以上的平面连杆机构称为多杆机构，在结构上多数可视为两个以上四杆机构共构件的组合。故作为连杆机构的基础，本章主要研究平面四杆机构。特点：1．是属于低副机构。两元素为面接触，因此在传递同样载荷的条件下，两元素间的压强较小，可承受较大的载荷。2．可进行多种形式的运动变换。3．可实现不同形状的运动轨迹。4．运动链较长，各构件尺寸误差和运动副中的间歇将使连杆机构产生较大的积累误差。一、铰链四杆机构及其演化1．铰链四杆机构连架杆：与机架相联的构件；曲柄：相对机架可作360°转动的连架杆；摇杆：相对机架作摆动的连架杆；按两连架杆是曲柄还是摇杆的不同组合，可将铰链四杆机构分为三种型式：（1）曲柄摇杆机构（动画见课件）特征：两连架杆，一个是曲柄，另一个是摇杆。作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。如雷达天线、缝纫机脚踏驱动机构。（2）双曲柄机构*特征：两连架杆均为曲柄作用：将一曲柄的等速回转转变为另一曲柄等速或变速回转。双曲柄机构的特例：平行四边形机构如：机车车轮机构*。（动画见课件）特点：两连架杆等长且平行，连杆作平动。平行四边形机构有以下三个运动特性：①两曲柄转速相等。机车车轮联动机构正是利用该机构的这一特性。②杆始终与机架平行。如摄影平台*，天平*。（图形见课件）图2-3搅拌机AB=CDBC=ADABCDB’C’③运动不确定性。（3）双摇杆机构*特征：两个连架杆都为摇杆例：铸造翻箱机构、风扇摇头机构、鹤式起重机*（图形见课件）特例：等腰梯形机构－汽车转向机构（图形见课件）2．铰链四杆机构的演化（1）改变运动副的尺寸偏心轮机构（2）改变构件的形状和运动尺寸曲柄摇杆机构曲柄滑块机构偏心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构（3）选不同的构件为机架由理论力学可知，在同一低副机构中，不论取哪一个构件为机架，机构中各构件间的相对运动不变。此特性称为运动可逆性。选取不同构件作机架，可得不同型式的机构，这种演化方式称为倒置。314A2BC314A2BC曲柄滑块机构导杆机构（摆动导杆机构，转动导杆机构）应用实例：小型刨床，牛头刨床（图形见课件）摇块机构直动滑杆机构应用实例：自卸卡车举升机构，手摇唧筒（图形见课件）这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法称为机构的倒置。表2-1机构的倒置Ⅰ、铰链四杆机构Ⅱ、含有一个移动副的四杆机构Ⅲ、含有两个移动副的四杆机构机架a）对心曲柄滑块机构a）双滑块机构4b）转动导杆机构b）移动导杆机构1c）摇块机构c）双转块机构2d）定块机构d）移动导杆机构33．平面四杆机构曲柄存在条件（铰链四杆机构类型的判别）设ad，连架杆若能整周回转，必有两次与机架共线则由△B’C’D可得：a+d≤b+c则由△B”C”D可得：314A2BCBA42C3abdcC’B’ADB”C”cbd-ab≤(d-a)+c即：a+b≤d+cc≤(d-a)+b即：a+c≤d+b可得：AB为最短杆若设ad，同理有：d≤a,d≤b,d≤c可得：AD为最短杆曲柄存在的条件：（1）最长杆与最短杆的长度之和应≤其他两杆长度之和称为杆长条件。（2）连架杆或机架之一为最短杆。此时，铰链A为周转副。若取BC为机架，则结论相同，可知铰链B也是周转副。可知：当满足杆长条件时，其最短杆参与构成的转动副都是周转副。当满足杆长条件时，说明存在周转副，当选择不同的构件作为机架时，可得不同的机构。如：曲柄摇杆、双曲柄、双摇杆机构。（图形见课件）二、平面四杆机构的基本特性1．平面四杆机构的急回特性机构中作往复摆动（或移动）的构件，其往复行程的平均角速度（或平均速度）不相等，工程上常将平均角速度（或平均速度）较慢的行程作为工作行程，而将平均角速度（或平均速度）较快的行程作为空回行程，以缩短非生产时间，减小原动机功率，提高生产率。这种运动特性称为急回特性。急回程度用行程速度变化系数K度量。K定义为：（1）曲柄摇杆机构的急回特性或平均速度平均角速度往复运动构件工作行程或平均速度平均角速度往复运动构件空回行程KABCDabcd在曲柄摇杆机构中，当曲柄与连杆两次共线时，摇杆位于两个极限位置，简称极位。此两处曲柄之间的夹角θ称为极位夹角。所花时间为t1，平均速度为V1，那么有：当曲柄以ω继续转过180°－θ时，摇杆从C2D，置摆到C1D，所花时间为t2，平均速度为V2，那么有：因曲柄转角不同，故摇杆来回摆动的时间不一样，平均速度也不等。并且：t1t2V2V1摇杆的这种特性称为急回运动。用以下比值表示急回程度：称K为行程速比系数。只要θ≠0，就有K1，且θ越大，K值越大，急回性质越明显。（2）曲柄滑块机构的急回特性思考题：对心曲柄滑块机构的急回特性如何？（3）导杆机构的急回特性/)180(1t1211tCCV)180/(21CC/)180(2t:180180可得由K11180KK2212tCCV)180/(21CC12VVK21tt180180122121tCCtCC180°-θB1C1ADC2B2θ180°＋θωPtPnαPγABDCαγCDBAPγ应用：空行程节省运动时间，如牛头刨、往复式输送机等。2．四杆机构的压力角与传动角切向分力：Pt=Pcosα=Psinγ法向分力：Pn=Pcosγγ↑→Pt↑→对传动有利。可用γ的大小来表示机构传动力性能的好坏,称γ为传动角。为了保证机构良好的传力性能，设计时要求：γmin≥50°γmin出现的位置：当∠BCD≤90°时，γ＝∠BCD当∠BCD90°时，γ＝180°－∠BCD当∠BCD最小或最大时，都有可能出现γmin。可以证明，曲柄摇杆机构的最小传动角γmin出现在曲柄与机架两次共线位置AB′、AB″之一，曲柄滑块机构的最小传动角出现在曲柄与导路垂直的位置AB′，如图3-19b*？所示（由演化可知，该位置也是曲柄与机架共线位置之一）。3．四杆机构的死点θ180°＋θ180°-θ摇杆为主动件，且连杆与曲柄两次共线时，有：γ＝0，此时摇杆上无论加多大驱动力，机构不能运动，称此位置为：“死点”。避免措施：两组机构错开排列，如火车轮机构；（图形见课件）靠飞轮的惯性（如内然机、缝纫机等）。可以利用死点进行工作：如起落架、钻夹具等。（图形见课件）第四节平面四杆机构运动设计简介四杆机构的设计方法有图解法、试验法、解析法三种。本节仅介绍前两种方法。一、用图解法设计四杆机构1.按连杆的预定位置设计四杆机构例2-1已知连杆BC的长度和依次占据的三个位置B1C1、B2C2、B3C3，如图2-22所示。求确定满足上述条件的铰链四杆机构的其它各杆件的长度和位置。例2-2如图2-23所示的加热炉门启闭机构，图中Ⅰ为炉门关闭位置，使用要求在完全开启后门背朝上水平放置并略低于炉口下沿，见图中Ⅱ位置。例2-3已知行程速比系数K，摇杆长度lCD，最大摆角，请用图解法设计此曲柄摇杆机构。解：设计过程如图2-24所示，具体步骤：(1)由速比系数K计算极位角θ。由式（2-2）知11180KK(2)选择合适的比例尺，作图求摇杆的极限位置。取摇杆长度CD乘以比例尺l得图中摇杆长CD，以CD为半径、任定点D为圆心、任定点C1为起点做弧C，使弧C所对应的圆心角等于或大于最大摆角，连接D点和C1点的线段C1D为摇杆的一个极限位置，过D点作与C1D夹角等于最大摆角的射线交圆弧于C2点得摇杆的另一个极限位置C2D。PP图2-22按连杆的三个预定位置设计四杆机构(3)求曲柄铰链中心。过C1点在D点同侧作C1C2的垂线H，过C2点作与D点同侧与直线段C1C2夹角为（900－θ）的直线J交直线H于点P，连接C2P，在直线段C2P上截取C2P/2得点O，以O点为圆点、OP为半径，画圆K，在C1C2弧段以外在K上任取一点A为铰链中心。(4)求曲柄和连杆的铰链中心。连接A、C2点得直线段AC2为曲柄与连杆长度之和，以A点为圆心、AC1为半径作弧交AC2于点E，可以证明曲柄长度AB=C2E/2，于是以A点为圆心、C2E/2为半径画弧交AC2于点B2为曲柄与连杆的铰接中心。(5)计算各杆的实际长度。分别量取图中AB2、AD、B2C2的长度，计算得：曲柄长lAB=lAB2，连杆长lBC=lB2C2，机架长lAD=lAD。图2-24按行程速比系数设计四杆机构