机械基础第4章平面连杆机构

南京农业大学食品科技学院刘登勇1南京农业大学食品科技学院刘登勇2第一节铰链四杆机构的基本类型及应用平面连杆机构的基本型式铰链四杆机构的基本类型与应用铰链四杆机构的特点南京农业大学食品科技学院刘登勇3一、平面连杆机构的基本型式平面连杆机构的基本型式是铰链四杆机构其余连杆机构均是由铰链四杆机构演化而成的二杆三杆,不可能！铰链四杆机构南京农业大学食品科技学院刘登勇4结构特点：四个运动副均为转动副组成：机架、连架杆、连杆机架：固定不动的构件——AD连架杆：直接与机架相连的构件——AB、CD连杆：不与机架相连的构件—BC曲柄：能作整周转动的连架杆摇杆：不能作整周转动的连架杆1B2C31B2C34AD连杆连架杆连架杆机架1234ABCD曲柄摇杆(摆杆)(周转副)(摆动副)铰链四杆机构南京农业大学食品科技学院刘登勇5二、铰链四杆机构的基本类型与应用按连架杆运动形式不同分为：1、曲柄摇杆机构2、双曲柄机构3、双摇杆机构南京农业大学食品科技学院刘登勇61、曲柄摇杆机构结构特点：连架杆1为曲柄，3为摇杆运动变换：转动摇动应用举例：搅拌器机构、雷达天线机构1234南京农业大学食品科技学院刘登勇7飞件机构南京农业大学食品科技学院刘登勇8抓片机机构南京农业大学食品科技学院刘登勇9抽油机机构南京农业大学食品科技学院刘登勇102、双曲柄机构结构特点：二连架杆均为曲柄运动变换：转动转动作用：将等速回转转变为等速或变速回转应用举例：振动筛机构南京农业大学食品科技学院刘登勇11惯性筛南京农业大学食品科技学院刘登勇12结构特点：两连架杆等长且平行连杆作平动二曲柄等速运动不确定问题平行四边形机构南京农业大学食品科技学院刘登勇13火车轮摄影平台播种机料斗机构天平ADBC南京农业大学食品科技学院刘登勇14南京农业大学食品科技学院刘登勇15反平行四边形机构结构特点：二曲柄转向相反克服了平行四边形的运动不确定性南京农业大学食品科技学院刘登勇163、双摇杆机构结构特点：二连架杆均为摇杆运动变换：摆动摆动应用举例：鹤式起重机南京农业大学食品科技学院刘登勇17风扇摇头机构飞机起落架机构南京农业大学食品科技学院刘登勇18移动摄影吊车机构南京农业大学食品科技学院刘登勇19南京农业大学食品科技学院刘登勇20等腰梯形机构实例:汽车前轮转向机构南京农业大学食品科技学院刘登勇21特点：两摇杆的摆角不相等。当车辆转向时，就有可能实现在任意位置都能使两前轮轴线的交点O落在后轮轴线的延长线上，从而使车辆转弯时，4个车轮都在地面上作纯滚动，避免轮胎因滑动而引起磨损。南京农业大学食品科技学院刘登勇22三、铰链面四杆机构的特点全低副（面接触），承受冲击力，易润滑，不易磨损运动副结构简单，易加工改变杆的相对长度，从动件运动规律不同运动规律多样化、点的运动轨迹多样化惯性力难以平衡，不宜用于高速不能精确实现复杂的运动规律123ABC4机架连杆连架杆A1B2C3D44A12B3C56DE南京农业大学食品科技学院刘登勇23第二节铰链四杆机构的传动特性急回运动压力角与传动角死点位置南京农业大学食品科技学院刘登勇24——回程所用时间小于工作行程所用时间急回特性分析：1=C（常数）1=1t1=1800+2=1t2=1800-t1t2,v2v1行程速比系数K一、急回运动K=1,无急回特性↑K↑急回特征越显著1jB2C212v2v100212112122112180180tttCCtCCvvK//11180KKB1C14ABCD231极限位置摆角极位夹角南京农业大学食品科技学院刘登勇25急回运动→工作行程时间＞空回行程时间运动特征：曲柄(主)匀速转动(顺)摇杆(从)变速往复摆动→缩短非生产时间，提高生产率南京农业大学食品科技学院刘登勇26连杆机构输出件具有急回特性的条件：原动件等角速整周转动输出件具有正、反行程的往复运动极位夹角θ0南京农业大学食品科技学院刘登勇27二、压力角和传动角若忽略各杆的质量和运动副中的摩擦，原动件曲柄1通过连杆2作用在从动摇杆3上的力F沿BC方向。从动件所受压力F与受力点速度vc之间所夹的锐角称为压力角，它是反映机构传力性能好坏的重要标志。南京农业大学食品科技学院刘登勇28在实际应用中，为度量方便，常以压力角的余角（即连杆和从动摇杆之间所夹的锐角）来判断连杆机构的传力性能，角称为传动角。越小，越大，机构的传力性能越好。当机构处于连杆与从动摇杆垂直状态时，即=90°，对传动最有利。南京农业大学食品科技学院刘登勇29在机构运转过程中，传动角（或压力角）是变化的，为了保证机构能正常工作，常取最小传动角min大于或等于许用传动角[]。对于一般传动[]=40°；高速和大功率传动[]=50°。曲柄摇杆机构的最小传动角min出现在图中的曲柄与机架共线的位置即AB或AB处。南京农业大学食品科技学院刘登勇30——连杆与从动件共线，机构顶死三、死点位置B1C1B2C24ABCD231FvFvC2B2BACB1C１运动特征：机构运动卡死（传动角=0，机构发生自锁）机构运动不确定存在死点条件：有极限位置（从动件与连杆共线）南京农业大学食品科技学院刘登勇31对传动机构来说，有死点是不利的，应采取措施使其顺利通过。若以夹紧、增力等为目的，则机构的死点位置可以加以利用。克服死点的方法：措施：加装飞轮，增大惯性，使之闯过死点安装辅助连杆采用多套机构错位排列南京农业大学食品科技学院刘登勇32克服死点的措施南京农业大学食品科技学院刘登勇33克服死点的措施南京农业大学食品科技学院刘登勇34蒸汽机车两侧利用错位排列的两套曲柄滑块机构使车轮联动机构通过死点。GG’EFE’F’克服死点的措施南京农业大学食品科技学院刘登勇35飞机起落架机构折叠家具机构死点的利用南京农业大学食品科技学院刘登勇36机床夹具的夹紧机构：机构静止于死点位置时，若不改变原动件，机构具有保持原位置永远不变的特性。南京农业大学食品科技学院刘登勇37图7-3缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构南京农业大学食品科技学院刘登勇38南京农业大学食品科技学院刘登勇39第三节铰链四杆机构的曲柄存在条件——取决于机构各杆的相对长度和机架的选择曲柄AB、连杆BC、摇杆CD、机架AD：当AB能摆至与连杆共线的极位AB’及AB”时，→能顺利通过→周转副南京农业大学食品科技学院刘登勇40ABCDabcdf设AB为曲柄，且ad由△BCD：b+cf、b+fc、c+fb以fmax=a+d，fmin=d-a代入并整理得：b+ca+d、b+da+c、c+da+b化简后得:ab、ac、ad若dada、db、dc曲柄存在的条件：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度和最短杆是连架杆或机架南京农业大学食品科技学院刘登勇41推论1：最短杆参与构成的转动副都是周转副其余均为摆动副推论2：当Lmax+LminL（其余两杆长度之和）时最短杆是连架杆之一——曲柄摇杆机构最短杆是机架——双曲柄机构最短杆是连杆——双摇杆机构推论3：当Lmax+LminL（其余两杆长度之和）时——双摇杆机构杆长条件南京农业大学食品科技学院刘登勇424AD23２作机架曲柄摇杆机构14AD23３作机架双摇杆机构4AD1231作机架双曲柄机构曲柄摇杆机构4AD123周转副摆动副周转副摆动副南京农业大学食品科技学院刘登勇43注意！在曲柄摇杆机构中最短杆是曲柄，而不能误认为铰链四杆机构中最短杆是曲柄。铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭多边形条件：最长杆的杆长其余三杆长度之和。南京农业大学食品科技学院刘登勇44第四节铰链四杆机构的演化变更机架转动副转化为移动副扩大转动副尺寸变换构件形态连杆连架杆连架杆1234ABCD南京农业大学食品科技学院刘登勇45一、曲柄滑块机构铰链四杆机构1B2C34AD曲线导轨曲柄滑块机构lCDe01B24AC3偏置式曲柄滑块机构对心式曲柄滑块机构1B24AC3e3D1B2C4A对CD杆等效转化转动副变成移动副e：偏距南京农业大学食品科技学院刘登勇46汽车自动门南京农业大学食品科技学院刘登勇47南京农业大学食品科技学院刘登勇48BAC321滑块铰链点的运动方位线通过曲柄转动中心滑块动程等于两倍曲柄长度，无急回运动特性主动件可以为曲柄，也可以为滑块对心式曲柄滑块机构南京农业大学食品科技学院刘登勇49ABC321偏距偏置式曲柄滑块机构滑块铰链点的运动方位线不通过曲柄转动中心偏距为e滑块动程大于两倍曲柄长度有急回运动特性南京农业大学食品科技学院刘登勇50曲柄滑块机构有曲柄的条件：AC1E：b-aeAC2E：a+be即：ba+ee=0，ba2BeC1C2B1AabE南京农业大学食品科技学院刘登勇51二、导杆机构选不同构件作机架——机构倒置摇块机构→滑块摆动→滑块为固定件→滑块移动＋摆动→滑块移动曲柄滑块机构CABCABCABCAB曲柄滑块机构导杆机构摇块机构摆动滑块机构定块机构移动导杆机构导杆机构定块机构导杆南京农业大学食品科技学院刘登勇52摇块机构南京农业大学食品科技学院刘登勇53定块机构南京农业大学食品科技学院刘登勇54当：机架＜曲柄机架＞曲柄转动导杆机构摆动导杆机构机架邻边机架最短杆在→双曲柄→转动导杆机构→一个曲柄→摆动导杆机构南京农业大学食品科技学院刘登勇55曲柄1作周转运动，摆动导杆3作往复摆动有较大的急回运动特性摆动导杆机构AB1DB2j13南京农业大学食品科技学院刘登勇56三、双滑块机构——具有两个移动副的四杆机构，可以认为是由铰链四杆机构中的两杆长度趋于无穷大演化而成。南京农业大学食品科技学院刘登勇57按照两个移动副所处位置不同可分为四种型式：1、两个移动副不相邻，从动件3的位移与原动件转角的正切成正比，故称为正切机构。4HACD321Hф正切机构南京农业大学食品科技学院刘登勇582、两个移动副相邻，且其中一个移动副与机架相关联，从动件3的位移与原动件转角的正弦成正比，故称为正弦机构。4l1ABD321ф正弦机构南京农业大学食品科技学院刘登勇593、两个移动副相邻，且均不与机架相关联，这种机构的主动件1与从动件3具有相等的角速度。图b所示滑块联轴器就是这种机构的应用实例，它可用来连接中心线不重合的两根轴。南京农业大学食品科技学院刘登勇604、两个移动副都与机架相关联，椭圆仪就用到这种机构。当沿块1和3沿机架的十字槽滑动时，连杆2上的各点便描绘出长、短径不同的椭圆。南京农业大学食品科技学院刘登勇61杆1变为圆盘，其几何中心为B运动时，圆盘绕偏心A转动，故称为偏心轮A、B之间的距离称为偏心距e，即为曲柄的长度——扩大转动副B的半径，使之超过曲柄的长度ABC铰链四杆、曲柄滑块机构→（扩大转动副）偏心轮机构四、偏心轮机构南京农业大学食品科技学院刘登勇62当曲柄长度很小时，通常都把曲柄做成偏心轮，这样不仅增大了轴颈的尺寸，提高偏心轴的强度和刚度，而且当轴颈位于中部时，还可安装整体式连杆，使结构简化。南京农业大学食品科技学院刘登勇63南京农业大学食品科技学院刘登勇64五、多杆机构冲床由两个四杆机构组成六杆机构，第一个是双摇杆机构，第二个是摇杆滑块机构筛料机由两个四杆机构组成六杆机构，第一个是双曲柄机构，第二个是曲柄滑块机构有些多杆机构不是由四杆机构组成的南京农业大学食品科技学院刘登勇65南京农业大学食品科技学院刘登勇66南京农业大学食品科技学院刘登勇67