第三章-平面连杆机构讲解

第三章平面连杆机构第一节铰链四杆机构及其演化第二节平面四杆机构的基本特性第三节实现运动要求的机构参数图解法实例第四节构件和运动副的结构概念缺点：效率低；累计运动误差较大；高速运转时不平衡动载荷较大，且难于消除。运动副全是转动副机架连架杆连架杆连杆4123定义:全由低副（转动副、移动副）构成的平面机构称为平面连杆机构特点：面接触，承载能力强，耐磨损；易于制造和获得较高的制造精度；能实现多种运动规律。内容：类型、应用及其特性，平面四杆机构的设计在此机构中，AD固定不动，称为机架；AB、CD两构件与机架组成转动副，称为连架杆；BC称为连杆。在连架杆中，能作整周回转的构件称为曲柄，而只能在一定角度范围内摆动的构件称为摇杆。是平面四杆机构的基本型式，其它四杆机构都是由它演变得到的。构件之间都是转动副连接的平面四杆结构称为铰链四杆机构第一节铰链四杆机构及其演化一、平面四杆机构的基本型式—铰链四杆机构1．曲柄摇杆机构2．双曲柄机构3．双摇杆机构二、平面四杆机构的演化型式1．曲柄滑块机构2．导杆机构3．偏心轮机构运动副全是转动副1.曲柄摇杆机构☆两连架杆中一个为曲柄，另一个为摇杆。摇杆为主动件时，则可以将摇杆的摆动转换为曲柄的整周回转运动。应用举例：①牛头刨床工作台横向进给机构②缝纫机的踏板机构一、平面四杆机构的基本型式曲柄为主动件时，可以实现由曲柄的整周回转运动到摇杆往复摆动的运动转换。图7-3缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构牛头刨床进给机构(a)局部结构图;(b)曲柄摇杆机构运动简图1—主动齿轮;2—从动齿轮;3—连杆;4—摇杆（棘爪）;5—棘轮;6—丝杠;7—机架正平行四边形机构蒸汽机车的车轮联动机构2.双曲柄机构☆两个连架杆都能作整周回转运动振动筛（也称为惯性筛）在双曲柄机构中，如果组成四边形的对边长度分别相等，即，则根据曲柄相对位置的不同，可得到正平行四边形机构和反平行四边形机构。反平行四边形机构车门启闭机构ADBCCDAB,3.双摇杆机构☆两连架杆均为摇杆飞机起落架机构起重机中重物平移机构汽车前轮转向机构(等腰梯形机构)1.曲柄滑块机构☆一连架杆为曲柄，另一连架杆相对机架作往复移动而称为滑块应用举例：内燃机、空气压缩机、冲床和缝纫机等。对心式曲柄滑块机构偏置式曲柄滑块机构曲柄滑块机构二、平面四杆机构的演化型式（改变构件的形状和长度）取曲柄滑块机构中的不同构件作为机架，可以得到以下四种不同的机构。2.导杆机构曲柄滑块机构转动导杆机构摇块导杆机构定块机构应用曲柄摆动导杆机构(a)曲柄摆动导杆机构;(b)电气开关小型刨床机构卡车车厢自动翻转卸料机构手动抽水机3.偏心轮机构特点：容易加工；工作时润滑条件和受力情况好；可用于较重载荷的传动中。应用举例：蒸汽机换气阀传动机构、冲压机传动机构等。（a）等效曲柄滑块机构（b）曲柄滑块机构（c）等效曲柄摇杆机构（d)曲柄摇杆机构扩大转动副一、曲柄存在条件二、急回特性和行程速比系数三、压力角和传动角四、死点位置第二节平面四杆机构的基本特性①②整理得③dacaba将式①、②、③中的三个不等式两两相加，化简后得④④曲柄存在条件：1）连架杆与机架中必有一杆为四杆机构中的最短杆；2）最短杆与最长杆之和应小于或等于其余两杆的杆长之和。（杆长和条件）你会判断由不同杆作机架时四杆机构属于哪种机构么？一、曲柄存在条件在中DCB11在中DCB22双摇杆机构曲柄摇杆机构双摇杆机构双曲柄机构cbda以最短杆相邻杆为机架以与最短杆相对的杆为机架以最短杆为机架NYdcba、、、判断由不同杆作机架时四杆机构属于哪种机构注意：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。取不同构件为机架时的铰链四杆机构型式(a)构件4为机架;(b)构件2为机架;(c)构件1为机架;(d)构件3为机架取不同构件为机架时的铰链四杆机构型式课堂练习1.试判别下面二个图分别属于什么类型并说明连架杆的名称？ABCD15201830BCAD10281722∴此机构属于双摇杆机构∴此机构属于双曲柄机构∵15+3020+18∵10+2817+22又∵最短杆AB固定作为机架其中AB、CD都为摇杆其中AB、CD都为曲柄2.试判别下面二个图分别属于什么类型并说明连架杆的名称？∴此机构属于曲柄摇杆机构∴此机构属于双摇杆机构BACD13201924BADC25112615∵13+2420+19又∵杆AD是最短杆相邻的杆件其中AB为曲柄、CD为摇杆∵11+2615+25又∵杆CD是最短杆相对的杆件其中AD、BC均为摇杆3.已知在四杆机构中，机架长40mm，两连架杆长度分别为18mm和45mm，则当连杆的长度在什么范围内，该机构为曲柄摇杆机构？分析：1.连杆的长度不可能是最短杆，否则的话为双摇杆机构；2.根据分析确定18mm为最短杆；解：设连杆的长度为Xmm（属于“a+d≤c+b”的形式）3.说明连杆要么是最长杆，要么45mm的杆为最长杆；①当Ｘmm为最长杆时：即18+X≤40+45∴X≤67②当45mm为最长杆时：即18+45≤40+x∴X≥23∴当23≤X≤67时，该机构为曲柄摇杆机构二、急回特性和行程速比系数摇杆的摆角ψ＝∠C1DC2；极位夹角θoo180180K11180oKK曲柄等速转动时，摇杆往复摆动的平均速度不相同，这种运动称为曲柄摇杆机构的急回运动。曲柄摇杆机构的急回运动程度可以用2和的比值来衡量，称为行程速比系数。Kθ↗，↗，急回程度↗。θ=0时，=1时，机构无急回运动。KK三、压力角和传动角在△ABD和△BCD中，分别有cos2cos2222222bccbladdalBDBD式中，。BCD联立求解得bcaddacb2cos2cos2222。有最小值（或最大值）），（或－）时，（或11cos1800oo传动角压力角的余角。压力角从动件受力点（C点）的受力方向与受力点的速度方向之间所夹的锐角。压力角越小，传动角越大，机构传力性能越好。设计时应使≥min如何确定铰链四杆机构的最小传动角？当∠BCD≤90°时，γ＝∠BCD当∠BCD90°时，γ＝180°-∠BCDC1B1DAγ1γ2C2B2FCDBAγF”F’αFγF’F”ABCDδ最小传动角出现的位置①当δ≤时，=δ（对顶角关系）；②当δ＞时，=-δ（互为补角关系）。由此可见，要判断min位置前，首先应判断δmin、δmax位置。可分以下三种情况讨论：①δ≤时，min=δmin；②δ＞时，min=-δmax；③机构中①和②两种情况共存时，可先计算当δ≤时的1min=δmin，然后再计算当δ＞时的=-δmax。则min＝min{1min,2min}。结论：min可能发生在主动曲柄与机架两次共线（AB′AB″）的位置之一处，即处。）（或oo1800进一步分析δ与的关系min2o90o90o180o90o90o180o90o90o180四、死点位置1．死点的概念在曲柄摇杆机构中，当摇杆为主动件时，当连杆与从动曲柄共线时，机构的传动角＝，此时主动件CD通过连杆作用于从动曲柄AB上的力恰好通过其回转中心，所以出现了不能使构件AB转动的顶死现象，机构的这种位置称为死点位置或死点。o0F1=FcosαF2=FsinαDABCFαvBFDACvα具夹速快2．死点的利用在工程中也常常应用死点位置实现工作要求。如快速夹具、飞机起落架等。3．死点的缺陷对于传动机构，存在死点位置是一个缺陷，常采用下列措施使机构顺利通过死点位置：①利用系统的惯性；②利用特殊机构。利用机构错位排列利用惯性第三节实现运动要求的机构参数图解法实例主要任务根据给定的运动条件，用图解法确定机构的运动尺寸。一、按给定的行程速比系数设计四杆机构二、按给定的连杆位置设计四杆机构一、按给定的行程速比系数设计四杆机构1．曲柄摇杆机构2．曲柄滑块机构3．导杆机构步骤如下：①计算θ＝180°(K-1)/(K+1);②任取一点D，作等腰三角形腰长为CD，夹角为φ;③作C2P⊥C1C2，作C1P使∠C2C1P=90°－θ,交于P;④作△PC1C2的外接圆，则A点必在此圆上。⑤选定A，设曲柄为l1，连杆为l2，则:AC1=l1+l2AC2=l2-l1=l1=(AC1－AC2)/2⑥以A为圆心，AC2为半径作弧交于E,得：l1=EC1/2l2=AC1－EC1/21．曲柄摇杆机构Eφθθ90°-θPDAC1C2已知：CD杆长，摆角φ及K，设计此机构。（7）讨论：由于A点可在△C1PC2的外接圆周的弧C1PC2上任意选取，所以，若仅按行程速比系数K来设计，可以得到无穷多组解。因此，在未给出其它附加条件的情况下，如欲获得良好的传动质量，可按照传动角最优或其它辅助条件来确定A点的位置。2．曲柄滑块机构已知条件：行程速比系数K、滑块行程H偏心距e①计算极位夹角;②作直线C1C2＝H/μl，且C1、C2作为滑块的两极限位置;③根据C1、C2点求满足极位夹角为θ的A点（结果为一圆弧C1PC2）;④作一直线与平行，并使其间的距离等于偏心距e，则此直线与上述圆弧的交点即为曲柄的轴心A的位置;⑤连接AC1、AC2，并按上述作图方法，即可得到曲柄的长度lAB和连杆的长度lBC。11180oKKE2θe方法2H已知K，滑块行程H，偏距e，设计此机构。①计算:θ＝180°(K-1)/(K+1);②作C1C2＝H③作射线C1O使∠C2C1O=90°－θ,④以O为圆心，C1O为半径作圆。⑥以A为圆心，AC1为半径作弧交于E,得：作射线C2O使∠C1C2O=90°－θ。⑤作偏距线e，交圆弧于A，即为所求。C1C290°-θo90°-θAl1=EC2/2l2=AC2－EC2/23．导杆机构分析（机构简图演示）：对于摆动导杆机构，其极位夹角θ等于导杆的摆角Ψ，而所需要确定的尺寸是曲柄长度lAC。已知条件：行程速比系数K、机架长度lAD①计算极位夹角；②选择适当的比例尺作直线μl，任选固定铰链点D；③按夹角Ψ（＝θ）作出导杆的两极限位置Dm和Dn；④作摆角Ψ的角平分线AD，并在AD上截取AD=lAD/μl，即可得到曲柄轴心A点的位置；⑤过A点作导杆极限位置的垂线AC1（或AC2），即得曲柄长度lAC=μlAC。11180oKK二、按给定的连杆位置设计四杆机构B1B2B3C2C3C1ADc23c12b23b12已知LBC=0.5m，两位置B1C1、B2C2，固定铰链中心A、D在同一水平线上，LAD=LBC求摇杆AB、CD的长度１．具有转动副的构件结构第四节构件和运动副的结构一、构件的结构2.具有转动副和移动副的构件结构整体式附加轴套式剖分式滚动轴承式转动副结构滑动轴承式转动副结构二、运动副的结构分离式导轨可调间隙式移动副结构矩形V形燕尾形组合形几种平面接触式移动副结构平面防转销轴防转圆柱面接触式移动副相对转动的限制滚轮式导轨滚珠式导轨滚动导轨式移动副结构三、平面连杆机构的调节在某些情况下，连杆机构的结构要求具备一定的调节能力，以满足实际应用中的一些特殊要求。如图所示为采用螺旋机构来调整构件长度的方法。此外，还可以通过偏心轮来调节构件的长度。调节支座的位置可以采用蜗轮蜗杆机构、螺旋机构等机构来实现，当然，也可通过调节滑块在导槽中的位置来调整。调节连杆长度调节曲柄长度学习重点1.熟练掌握并能应用四杆机构曲柄存在条件判断是否存在曲柄及机构类型；2.理解四杆机构的行程速比系数K、急回特性、极位夹角、传动角、压力角、死点位置等概念，并能熟练通过作图确定和求出四杆机构的极限位置、极位夹角、最小传动角（或最大压力角）和死点位置。3.能综合运用按给定的行程速比系数K和连杆的位置等运动条件来熟练设计四杆机构。