chap2平面连杆机构

第2章平面连杆机构主要内容一、概述二、铰链四杆机构的主要特性三、铰链四杆机构的设计四、铰链四杆机构的演化形式教学重点铰链四杆机构的主要特性铰链四杆机构的设计一、概述四个构件全部通过转动副连接的平面四杆机构称为平面铰链四杆机构，简称铰链四杆机构，如图所示。1铰链四杆机构4ADCB1423构件1、3——连架杆；可以作整周回转时为曲柄，只能在小于360度的某一范围内摆动为摇杆。固定构件4——机架；构件2——连杆。2铰链四杆机构的基本型式曲柄摇杆机构，双曲柄机构，双摇杆机构1曲柄摇杆机构的急回运动特性(1)从动件极限位置铰链四杆机构中，若AB为曲柄，CD为摇杆，形成曲柄摇杆机构。如果曲柄为原动件，并以角速度ω作匀速转动，摇杆为从动件。当曲柄AB匀速转动时，摇杆往复摆动的速度是否一致？(2)急回运动特性分析曲柄摇杆行程1：AB1→AB2C1D→C2D行程2：AB2→AB1C2D→C1D空回行程工作行程Φ1Φ2，V2V1总结：①摇杆往复摆动的摆角相同，但曲柄转角不同(φ1φ2)；②曲柄匀速转动,摇杆往复摆动的速度是不同(V2V1)。急回运动特性(3)行程速度变化系数K：衡量急回运动的相对程度。180180/tCC/tCC212112122112ttVVK11180KK整理可得(4)举例牛头刨床为什么存在急回运动特性？思考题导杆机构2压力角与传动角(1)压力角α：F与Vc所夹的锐角α称为压力角。由图知，F’=Fcosα,F’’=Fsinα分析：F一定时，压力角α越小，有效力F’越大，传动性能好。α=0°最好。压力角的余角γ（连杆与从动摇杆之间所夹锐角）为传动角。γ=90°－α分析：γ越大，传力性能越好，γ=90°最好。(2)传动角γ：ADωBF′CvcFF目的：定量衡量机构的传动性能假设不计各构件质量和运动副中的摩擦。2压力角与传动角(3)最小传动角γmin：机构运转时γ是变化的，为了保证机构正常工作，必须规定γmin的下限。设计四杆机构时，最小传动角γmin应满足：①一般机构：γmin≥40°；②大功率机械：γmin≥50°（鄂式破碎机，冲床）；③小功率机械：γmin可略小于40°（控制机构、仪表）。3死点位置①摇杆3为原动件；②曲柄1为从动件；③不计各构件的质量、惯性。※死点的存在取决于从动件是否与连杆共线。※死点表现形式：从动件卡死或运动不确定现象。当摇杆摆到C1D和C2D位置时，连杆2与曲柄1共线，传动角γ=0°，则此时连杆加给曲柄的力将通过铰链中心A，对A点不产生力矩。因此，不能使曲柄转动这种位置称为死点。目的：解决工程应用中机构出现动不了的情况。(1)死点：3死点位置(2)死点的消除：对从动曲柄施加外力；利用飞轮或自身惯性作用。1234(3)死点的利用工程实际中，如夹紧装置的防松、飞机起落架机构等。工件ABCD1234F夹紧状态飞机着陆状态ABCD曲柄的有无与机构中各构件相对尺寸的大小和哪个构件为机架有关。41B243DbaAcdC如果AB为曲柄，则构件1和4必须能够实现拉直和重叠共线两个特殊位置，此时各构件长度的关系应满足图(b)中,a+d≤b+c(1)图(c)中，b≤d-a+c即a+b≤d+c(2)c≤d-a+ba+c≤b+d(3)将式（1）（2）（3）每两式相加，化简得：a≤ba≤ca≤d等号是极限情况，此时ABCD变成一条直线。1铰链四杆机构的曲柄存在条件2-2铰链四杆机构具有整转副的条件分析上式，即可得到铰链四杆机构的曲柄存在条件：(1)连架杆和机架中必有一杆为最短杆；(2)最短杆和最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。上述两个条件必须同时满足才存在曲柄。1铰链四杆机构的曲柄存在条件一、曲柄滑块机构演化方式：移动副代替回转副，改变固定件，改变杆件长度，扩大回转副2-3铰链四杆机构的演化二、导杆机构三、摇块机构和定块机构四、双滑块机构五、偏心轮机构六、组合机构1设计问题：选型设计、运动设计、强度设计、结构设计2运动设计（1）位置设计：按从动件的位置设计（2）轨迹设计：按给定运动轨迹设计2-4平面四杆机构的设计已知条件:(1)行程速比系数K(或极位夹角θ)(2)摇杆长度l3(3)摇杆摆角ψ设计铰链四杆机构一、按给定行程速比系数K设计1曲柄摇杆机构的急回运动设计分析思路:求解的参数：A，l1,l2,l4设计步骤：（1）计算极位夹角θ（2）选择比例u（3）任选D,作C1D,C2D（4）C1M⊥C1C2（5）∠C1C2N=90°-θ（6）作PC1C2作外接圆，取点A（弧C1C2，EF外）（7）计算长度：l1=(AC2-AC1)/2，l2=(AC2+AC1)/211180KK已知：机架长度l4,K分析：θ=ψ设计步骤：（略）2导杆机构已知：B1C1,B2C2,B3C3二、按给定连杆位置设计四杆机构解：各杆件构成矢量封闭形：a+b+c+d=0设l1=1X:cosφ+l2cosδ=l4+l3cosψY：sinφ+l2sinδ=l3sinψ消去δ：)cos(cos21cos4334222324lllllll三、按给定两连架杆对应位置设计四杆机构已知：φ1，ψ1,φ2，ψ2,φ3，ψ3设计四杆机构。4222324221llllP30lP431llP210)cos(coscosPPP2111101)cos(coscosPPP2221202)cos(coscosPPP2331303)cos(coscosPPP令：代入已知条件：求出P0，P1，P2，即可得到l1,l2,l3,再乘以相应的比例系数即得到各杆件长度。本章小结1掌握铰链四杆机构的基本型式2熟练掌握铰链四杆机构的主要特性：3曲柄存在的条件（两条规则）4铰链四杆机构的设计：