5-1连杆机构.

平面连杆机构5-1连杆传动第五章变换运动形式的传动平面连杆机构1、平面连杆机构是由若干个构件通过低副联接而成的机构，又称平面低副机构2、由四个构件通过低副联接而成的平面连杆机构，则称为平面四杆机构。它是平面连杆机构中最常见的形式，也是组成多杆机构的基础3、如果所有低副均为转动副，这种四杆机构就称为铰链四杆机构。它是平面四杆机构最基本的形式，其他形式的四杆机构都可看作是在它的基础上演化而成的一、概念平面连杆机构平面连杆机构二、平面连杆机构的主要优点1、低副不易磨损而又易于加工以及能由本身几何形状保持接触等2、形状简单、加工方便、工作可靠3、在原动件等速连续运动的条件下，当各构件的相对长度不同时，可使从动件实现多种形式的运动，满足多种运动规律的要求平面连杆机构图解法又可分为速度瞬心法、相对运动法和线图法三种，我们主要介绍相对运动图解法，即按照相对运动的矢量方程式，用一定的比例尺画矢量多边形来求机构的运动参数，这是工程实际中常用的一种方法1、根据原动件的已知运动规律求出机构中其他构件上一些点的位移、速度和加速度以及这些构件的角位移、角速度和角加速度，称为机构的运动分析（略）2、根据机构受到的主动力确定运动副中的反力以及机构的平衡力，称为机构的力分析三、运动分析及力分析四、方法平面连杆机构连架杆机架连架杆连杆连杆机构的基本型式曲柄摇杆连架杆能绕其轴线转360º的连架杆仅能绕其轴线作往复摆动的连架杆一、平面四杆机构的基本形式铰链四杆机构二、平面四杆机构的名词解释平面连杆机构1、曲柄摇杆机构曲柄为主动件时，转动—摆动摇杆为原动件时，摆动—转动两连架杆中一个为曲柄，另一个为摇杆的四杆机构，称为曲柄摇杆机构三、平面四杆机构的分类按照两连架杆的运动形式的不同（即有无曲柄），可将铰链四杆机构分为：1A423CBD平面连杆机构平面连杆机构平面连杆机构平面连杆机构缝纫机雷达天线电风扇摇头机构平面连杆机构平面连杆机构平面连杆机构两连架杆均为曲柄的四杆机构称为双曲柄机构2、双曲柄机构主动曲柄等速转动—从动曲柄也同速同向转动平面连杆机构主动曲柄等速转动—从动曲柄变速转动平面连杆机构两连架杆均为摇杆的四杆机构称为双摇杆机构3、双摇杆机构平面连杆机构演化的途径：1、转动副变为移动副2、变更机架、杆长3、扩大转动副改变从动件运动方式或运动规律，改善构件受力演化的目的：一、转动副变成移动副曲柄摇杆机构—若D处的转动副变成移动副(D的中心移到无穷远处)—转化成曲柄滑块机构曲柄滑块机构中滑块C点的运动轨迹称为导路，C点在两个极限位置之间的距离称为行程，用H表示，如果导路通过曲柄的回转中心称为对心曲柄滑块机构。对心曲柄滑块机构行程H=2LAB，如果导路不通过曲柄的回转中心称为偏置曲柄滑块机构平面四杆机构的演化平面连杆机构平面连杆机构1、转动副变成移动副平面连杆机构对心曲柄滑块机构偏心曲柄滑块机构平面连杆机构曲柄滑块机构—若C处转动副演化为移动副—变成双滑块机构(杆2演化为滑块2)，即移动导杆机构平面连杆机构二、扩大转动副曲柄滑块机构—B处转动副扩大，包括了A转动副—转化成偏心轮机构经过这样的转化提高了偏心轴的强度和刚度，结构简化。常应用于传力较大的碎矿机和冲床等机械中平面连杆机构平面连杆机构(0~360°)(0~360°)(360°)(360°)1234ABCD曲柄摇杆机构双曲柄机构(0~360°)(0~360°)(360°)(360°)1234ABDC双摇杆机构(0~360°)(0~360°)(360°)1234ABCD(360°)取不同构件为机架各构件间的相对运动关系不变整周转动副三、取不同的构件为机架曲柄摇杆机构若取不同的构件为机架，可得到不同的机构平面连杆机构取不同的构件为机架取不同构件为机架各构件间的相对运动关系不变平面连杆机构同样，对于曲柄滑块机构（a），选取不同构件为机架也可以得到不同型式的机构如杆1为机架，得到导杆机构(图b)注：当L1L2，杆2、杆4都可转动，为转动导杆机构，转动导杆机构应用在小型刨床上平面连杆机构平面连杆机构若L1L2，杆2转动、杆4只能摆动，为摆动导杆机构摆动导杆机构应用在回转式油泵、牛头刨床等装置上摆动导杆机构转动导杆机构平面连杆机构如滑块3为机架，得到定块机构（即移动导杆机构）平面连杆机构转动导杆刨床平面连杆机构还有一些其他形式的四杆机构，如下图所示曲柄移动导杆机构（正弦机构）双转块机构双滑块机构平面连杆机构铰链四杆机构有曲柄的条件设：一曲柄摇杆机构ABCD，各杆长为a、b、c、d，AB为曲柄则在曲柄整周回转的过程中必会通过与机架AD平行的两位置，即杆1和杆4拉直共线和重叠共线，如下图所示由三角形的边长关系可得a+db+cd-a+bc→a+cb+dd-a+cb→a+bc+d当运动过程中出现左图所示的共线情况时，上式中不等式变成了等式，可以改写为：a+d≤b+ca+c≤b+da+b≤d+c从中我们可以推导出a≤ba≤ca≤d通过上面的分析，可以说明两个问题：（1）在曲柄摇杆机构中，曲柄为最短杆；（2）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆长度之和平面连杆机构结论最短杆和最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和是铰链四杆机构有曲柄的必要条件(不满足这一条件的，必为双摇杆机构)但满足这一条件的铰链四杆机构究竟有一个曲柄、两个曲柄还是没有曲柄，还需根据取何杆为机架来判断以最短杆为机架时得到双曲柄机构以最短杆的相邻杆为机架时得到曲柄摇杆机构以最短杆的对面杆为机架时得到双摇杆机构平面连杆机构如图所示，设已知四杆机构各构件的长度为：a=240mm,b=600mm,c=400mm,d=500mm,试问：（1）当取构件4为机架时，是否存在曲柄？如果存在，哪个构件为曲柄？（2）如选取别的构件为机架时，能否获得双曲柄或双摇杆机构？如果可以，应如何得到？平面连杆机构例1图所示的铰链四杆机构ABCD，已知杆长LAB＝100mm，LBC＝250mm，LAD＝300mm，试求此机构为双摇杆机构时摇杆CD的长度变化范围平面连杆机构右图所示为一曲柄摇杆机构，其中曲柄为原动件作等速回转时，摇杆为从动杆，作往复变速摆动摆角ψ：摇杆在两极限位置间的夹角。极位夹角θ：摇杆处于两极限位置时，曲柄所夹的锐角一、急回特性连杆机构的特性平面连杆机构曲柄摇杆机构中，原动件AB以等速转动1B2C2B1C1曲柄转角1801对应的时间111/t摇杆点C的平均速度1A211C34BDabcd21802122/t摆角极位夹角v1v21211/tCCv2122/tCCv摆角ψ：摇杆在两极限位置间的夹角极位夹角θ：摇杆处于两极限位置时，曲柄所夹的锐角平面连杆机构原动件作匀速转动，从动件作往复运动的机构，从动件正行程和反行程的平均速度不相等，返回行程速度大于工作行程速度的特性，叫做急回特性，通常用行程速度变化系数K来表示002121121221180180tttCCtCCK从动件工作平均速度从动件回程平均速度（1）机构有极位夹角，就有急回特性（2）θ越大，K值越大，急回特性就越显著111800KK设计时一般都先给出K值平面连杆机构平面四杆机构具有急回特性的条件（1）原动件作等速整周转动（2）输出件作往复运动（3）02.曲柄滑块机构中，原动件AB以等速转动1C1B1B2HC2偏置曲柄滑块机构2AB134Cab12222)()(eabebaH0,有急回特性。21B2B1有急回特性。B1B2HH=2a,0,无急回特性。314A对心曲柄滑块机构B2Cab1C1C21AB平面连杆机构二、压力角与传动角在不计摩擦力、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压力角：传动角：压力角的余角vcFF1F21ABCD1234越小，受力越好越大，受力越好min压力角与传动角costFFsinnFF压力角愈小，机构的传力效果愈好。所以，衡量机构传力性能，可用压力角作为标志。CvtFnFF压力角：从动件受力方向与受力点线速度方向之间所夹的锐角。传动角:压力角的余角即连杆与从动件间所夹的锐角。在连杆机构中，为度量方便，常用压力角的余角即连杆与从动件间所夹的锐角(传动角)检验机构的传力性能。min传动角愈大，机构的传力性能愈好，反之则不利于机构中力的传递。机构运转过程中，传动角是变化的，机构出现最小传动角的位置正好是传力效果最差的位置，也是检验其传力性能的关键位置。CvtFnFF设计要求：压力角与传动角ACBDvBFvcFF1F21ABCD1234FvcaAB134Cb12cos1FFsin2FF越小，受力越好。越大，受力越好。minvcABC121FF0vB3B1231AC0??F3B132C2aAB134Cbvc画出压力角v2、传动角传动角：连杆与从动杆所夹的锐角γ。传动角与压力角的关系为：γ=90-αγ越大，机构的传动性能越好，设计时一般应使γmin≥40,对于高速大功率机械应使γmin≥503、最小传动角的位置从图中可以看出：当连杆与从动件的夹角δ为锐角时，γ=δ；当为钝角时，γ=180-δ因此在这两种情况下当δ分别为最小和最大时的位置，为有可能出现最小传动角的位置在曲柄与机架共线的两位置处出现最小传动角平面四杆机构的最小传动角位置1.铰链四杆机构中，原动件为AB。当为锐角时，传动角4vcABCD1F123当为钝角时，传动角180以AB为原动件的曲柄摇杆机构，minmaxminmin)180(,fmaxmin,当曲柄和机架处于两共线位置时，连杆和输出件的夹角最小和最大（）。F1vcDF1CABF21234abcdB2DAmaxC2B1minC1对曲柄滑块机构，当主动件为曲柄时，最小传动角出现在曲柄与机架垂直的位置。(此位置传动性能最差)对摆动导杆机构由于在任何位置时主动曲柄通过滑块传给从动杆的力的方向，与从动杆上受力点的速度方向始终一致，所以传动角等于90度。(摆动导杆机构的传动性能最好)平面连杆机构三、死点存在死点位置的标志是：连杆与从动件共线机构传动角γ=0（即α=90º）的位置称为死点位置。机构处于死点位置，从动件会出现卡死（机构自锁）或运动方向不确定的现象一、出现死点的位置在曲柄摇杆机构中若以摇杆为原动件，当连杆与从动件（曲柄）共线时的位置称死点位置。这时机构的传动角γ=0，压力角α=90，即连杆对从动曲柄的作用力恰好通过其回转中心A，不能推动曲柄转动存在死点位置的标志是：连杆与从动件共线摇杆为原动件，有2个死点位置；曲柄为原动件，没有死点位置。（因连杆与从动杆不会共线）在曲柄滑块机构中曲柄为原动件时，没有死点位置；反之，则有2个二、出现死点的利弊弊：机构有死点，从动件将出现卡死或运动方向不确定现象，对机构传动不利利：工程上利用死点进行工作平面连杆机构三、渡过死点位置的方法（1）在从动件上安装飞轮，借飞轮惯性，使机构顺利通过死点。（2）采用机构错位排列的方法。如：机车车轮联动机构设计类型：1.实现给定的运动规律：给定行程速比系数以实现预期的急回特性、实现连杆的几组给定位置等。2.实现给定的运动轨迹：要求连杆上某点沿着给定轨迹运动等。设计目标：根据给定的运动条件，选定机构的类型，确定机构中各构件的尺寸参数。设计方法：图解法、实验法和解析法等。平面四杆机构的设计平面连杆机构图解法：利用几何作图原理求解；图解法比较简明易懂，求解快，手工绘图精度稍差；但计算机绘图已完全解决这一问题，其精度远远满足工程需要三种设计方法：解析法：利用和构建设计参数间的函数关系求解；可以使设计呈参数化，精度高，但比较繁杂，如今利用计算机（CAD）也使得解析法变得轻松和容易实验法：利用试凑和连杆曲