机械设计基础 平面连杆机构

1工业设计机械基础平面连杆机构平面连杆机构§1概述§2铰链四杆机构的基本型式及其演化§3平面四杆机构的基本特性§4平面四杆机构的设计简介2工业设计机械基础平面连杆机构缝纫机§1概述一、组成连杆机构：由若干刚性构件通过低副连接而成的一种机构。由于组成连杆传动的构件大多呈杆状，在研究运动时—→连杆机构。平面连杆机构：在同一平面或平行平面内运动的连杆机构。最常见的平面连杆机构是由四个构件组成的平面四杆机构或简称四杆机构。本章将着重讨论平面四杆机构。3工业设计机械基础平面连杆机构二、特点1、可实现多种运动形式的转换和得到各种复杂的运动轨迹—→容易满足生产工艺提出的各种动作要求；2、组成机构的运动副都是低副—→面接触，故接触处压强和磨损较小，构件的使用寿命较长；3、构件间接触面的几何形状简单（圆柱面或平面）—→容易加工，可以获得较高的精度，制造成本较低；4、因低副中存在间隙，会引起运动误差，影响运动的精确性；由于运动速度的变化—→惯性动负荷—→冲击或振动；5、设计比较复杂，难以精确实现较复杂的运动规律。4工业设计机械基础平面连杆机构三、应用连杆传动广泛应用于各种机械和仪器中。如：压水泵、输送机、飞机起落架、缝纫机针传动机构、鹤式起重机机构、自卸车机构、机车车轮联动机构等。5工业设计机械基础平面连杆机构§2铰链四杆机构的基本型式及其演化一、组成、分类与基本形式铰链四杆机构：运动副均为回转副的平面四杆机构。1、组成：机架：连架杆：连杆：固定不动的杆与机架相铰链的杆不与机架直接连接的杆曲柄：摇杆：能整周转动的连架杆仅能在＜360°的某一角度内作摆动的连架杆2、分类：按两连架杆的运动形式（曲柄或摇杆）可分为三种基本形式：曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构四杆机构中最基本的型式6工业设计机械基础平面连杆机构1）曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构：两连架杆中一为曲柄，一为摇杆的铰链四杆机构。2）双曲柄机构双曲柄机构：两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构。若把曲柄摇杆机构中的最短杆固定—→双曲柄机构。特点：一个曲柄作等速运动时，另一个曲柄作周期性变速运动。7工业设计机械基础平面连杆机构若两相对构件长度相等，则机构—→平行四边形机构。反平行四边形机构：平行四边形机构：8工业设计机械基础平面连杆机构3）双摇杆机构双摇杆机构：两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构。若把曲柄摇杆机构中最短杆的对面的摇杆固定—→双摇杆机构。若双摇杆机构中，两摇杆长度相等—→等腰梯形机构。特点：两摇杆的摆角不相等。9工业设计机械基础平面连杆机构当车辆转弯时，由于β和δ不相等，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，从而使车辆绕O点转动时，四个车论都在地面上作纯滚动，避免轮胎因滑动而引起磨损。10工业设计机械基础平面连杆机构二、平面四杆机构的演化杆长变化—→相对运动变化运动副变化—→新的机构通过改变铰链四杆机构中各杆的长度以及改换固定件等，可得四杆机构的其它演化型式。1、回转副转化成移动副摇杆—→滑块如图示：曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构K=1偏置曲柄滑块机构K111工业设计机械基础平面连杆机构2、取不同构件为固定件图a）曲柄滑块机构、图b）转动导杆机构、图c）摇块机构、图d）定块机构12工业设计机械基础平面连杆机构3、扩大回转副曲柄滑块机构，通过扩大回转副—→偏心轮机构曲柄—→圆盘（偏心轮，e——偏心距）此外，还可以演化为双滑块机构等13工业设计机械基础平面连杆机构§3平面四杆机构的基本特性一、铰链四杆机构中曲柄存在的条件铰链四杆机构的三种基本型式之间的区别在于是否存在曲柄及存在几个曲柄，有无曲柄取决于机构中各杆的相对长度。研究机构有无曲柄存在，对认识和设计平面四杆机构是非常重要的。如图所示：AB杆的B点若能通过B’、B’’两点，.AB杆就能作整周转动。AB杆—→曲柄。AB杆上的B点若能通过B’点，应满足条件：△B’C’D中：l2≤(l4-l1)+l3.......①或：(l4-l1）≤l2+l3......②14工业设计机械基础平面连杆机构由上①、②可得：l1≤l2l1≤l3l1≤l4且有：曲柄与其它任一杆长之和≤其余两杆长之和。∴曲柄存在的条件（必要条件）为：①曲柄为最短杆；②最短杆与最长杆长度之和应小于或等于其余两杆长度之和。二、运动的急回特性如图所示，曲柄AB在转动一周的过程中，与连杆BC两次共线，此时，摇杆处于极限位置C1D和C2D。摇杆摆角ψ——摇杆两极限位置的夹角。极位夹角θ——对应于摇杆处于两极限位置时，曲柄所夹的锐角。15工业设计机械基础平面连杆机构当原动件曲柄AB作等速转动时，从动件摇杆CD作变速往复运动且其往返行程快慢不同，这种快速返回的运动特征称为急回特性。工程上常用行程速度变化系数（行程速比系数）K来表示急回的程度：运动分析：曲柄为主动件，作顺时针等速转动。转角时间角速度进程：回程：曲柄：摇杆：曲柄：摇杆：∵ω等速，φ1φ2ω进ω回φ1=180°+θt1ωψt1ω进=ψ/t1φ2=180°-θt2ωψt2ω回=ψ/t2∴t1t2反映机构从动件运动的急回特性，一般用行程速比系数K来表示：1θ↑—→K↑1801802121进回ttK16工业设计机械基础平面连杆机构由上式知：机构急回特性的大小，取决于极位夹角θ；当θ=0时，K=1—→机构无急回特性。机构具有急回特性，可使机械工作行程速度小些，所需功率小；回程时速度大些，缩短非工作时间，提高机械的生产力。此外，急回特性还能满足某些工艺动作要求。11180KK三、压力角和传动角如图示：C点受力FFt＝FcosαFn＝FsinαF：Ft与vC方向一致，它对摇杆作有效功。Ft越大而Fn越小，则效率越高。17工业设计机械基础平面连杆机构四、死点位置如取图示摇杆CD为主动件，曲柄AB为从动件，当摇杆CD摆到极限位置C1D和C2D时，连杆BC和曲柄AB公线，摇杆通过连杆加于曲柄上的力F必通过曲柄回转中心A点。压力角α：C点受力方向与运动方向所夹锐角传动角γ：压力角的余角（连杆与摇杆间所夹的锐角）压力角α的大小可作为判断连杆机构传力性能好坏的标志。α愈小，γ愈大，机构的传力性能愈好。当α过大即γ过小时，机构就不能运动。α＋γ＝90°通常设计时应保证：αmax≤40°~50°(γmin≥40°）思考：机构最大压力角αmax在哪个位置呢？18工业设计机械基础平面连杆机构这时，无论力F多大，也不能使曲柄转动。机构的这种位置称为死点位置。机构存在死点位置，对于传动来说是有害的。F机构处于死点位置时：机构自锁（卡死）运动不确定如：缝纫机踏板机构处于死点位置时：卡死、反转。渡过死点位置：利用惯性：如飞轮辅助机构、施加外力19工业设计机械基础平面连杆机构但：在工程上有时也利用死点位置的性质来实现某些要求。如图示夹紧机构：当需要取出工件时，必须向上扳动手柄。20工业设计机械基础平面连杆机构§4平面四杆机构的设计简介平面四杆机构的设计，主要内容和步骤为：根据给定的运动条件强度计算和结构设计设计类型位置设计：轨迹设计：设计方法精确直观、简便需试凑按照给定从动件的位置（或K）设计四杆机构按照给定点的轨迹设计四杆机构考虑几何条件和动力条件等其他附加要求确定机构运动简图的几何参数解析法：几何（图解）法：实验法：作业：5-1，5-2，5-4，5-5