第五章 平面连杆机构讲解

2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)1第五章平面连杆机构主要内容概述平面四杆机构的分类平面四杆机构曲柄存在的条件和几个基本概念平面四杆机构的设计重点:平面四杆机构的三种基本型式及运动特性，着重掌握曲柄摇杆机构；平面四杆机构存在曲柄的两个条件；掌握铰链平面四杆机构的演化途径。2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)2一、定义许多构件用低副（转动副和移动副）连接组成的平面机构。主要用来传递运动、放大位移或改变位移。二、特点优点：全低副（面接触），利于润滑，故磨损小、传载大、寿命长；易加工，精度高，制造成本低等。缺点：不能精确实现复杂的运动规律，设计计算较复杂，惯性力不易平衡等。§5-1概述2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)3最简单的平面连杆机构：二杆最简单三杆不可能×平面四杆机构平面四杆机构平面四杆机构是能实现各种运动形式转换的最简单的连杆机构。由N个构件用低副连接而成的机构称为平面N杆机构2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)4第2章平面连杆机构主要内容概述平面四杆机构的分类平面四杆机构曲柄存在的条件和几个基本概念平面四杆机构的设计2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)5§5-2平面四杆机构的分类平面铰链四杆机构——全部用转动副连接一、铰链四杆机构1234ABCD连杆连架杆连架杆机架连杆——不与机架直接相连的构件。连架杆曲柄——能绕与机架构成的转动副中心整周转动。摇杆(摆杆)——仅能在小于360°的某一角度内摆动。机架——机构的固定构件。各杆名称整转副——组成转动副的两构件能作整周相对转动。摆动副——组成转动副的两构件只能在小于360°内相对转动。2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)61234ABCD摇杆？（连架杆）曲柄？（连架杆）平面连杆机构中的连架杆常作为运动和动力的输入构件(主动件)与输出构件(从动件)。机构主动件与从动件的运动学性质在很大程度上决定了机构的性质与用途。平面连杆机构常以连架杆尤其是从动件的运动特征来定义机构的名称。§5-2平面四杆机构的分类2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)7曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构铰链四杆机构铰链四杆机构的基本型式整转副摆动副DABCABCDABCD§5-2平面四杆机构的分类2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)81234ABCD颚式破碎机整转副摆动副1、曲柄摇杆机构§5-2平面四杆机构的分类2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)9牛头刨床横向自动进给机构1234ABCD整转副摆动副§5-2平面四杆机构的分类2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)10ABCD活塞泵§5-2平面四杆机构的分类2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)11雷达天线§5-2平面四杆机构的分类2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)12缝纫机踏板机构2143摇杆主动31242020/3/29精密机械设计基础(NEPU)13整转副整转副曲柄曲柄ABCD旋转式水泵ABCD2、双曲柄机构§5-2平面四杆机构的分类2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)14ABDC1234E631惯性筛机构§5-2平面四杆机构的分类2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)15平行四边形机构§5-2平面四杆机构的分类2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)16平行四边形机构§5-2平面四杆机构的分类2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)17车门启闭机构反平行四边形机构§5-2平面四杆机构的分类2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)18平行四边形机构的运动不确定状态平行四边形机构AB3C31D和AB3C3D§5-2平面四杆机构的分类2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)19平行四边形机构解决方法：1.在主、从动曲柄上错开一定的角度再安装一组平行四边形机构;§5-2平面四杆机构的分类2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)20解决方法：2.利用第三个平行曲柄来消除运动不确定状态。平行四边形机构§5-2平面四杆机构的分类2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)21摆动副摆动副摇杆摇杆ABCD3、双摇杆机构§5-2平面四杆机构的分类2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)22§5-2平面四杆机构的分类2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)23鹤式起重机搬运机构§5-2平面四杆机构的分类2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)24等腰梯形机构§5-2平面四杆机构的分类2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)25改变杆的长度∞转动副变成移动副改变构件相对尺寸令e=0对心曲柄滑块机构e=0偏置曲柄滑块机构e0ABCDABCeABC二、含有一个移动副的四杆机构1、曲柄滑块机构§5-2平面四杆机构的分类2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)26偏置曲柄滑块机构e0对心曲柄滑块机构e=01、曲柄滑块机构§5-2平面四杆机构的分类2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)27内燃机压力机1、曲柄滑块机构§5-2平面四杆机构的分类2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)28改变画法改变放置方向BAC1234ABC1234BAC1234§5-2平面四杆机构的分类2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)29改变机架转动导杆机构(l1l2)摆动导杆机构(l1l2)l2l1原动件ABC1234ABC1234ABC12342、导杆机构§5-2平面四杆机构的分类2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)30B234C1AB34C1A24A1B23C13C4AB2A1C234Bφ手摇唧筒BC3214AABC32143、摇块机构和定块机构自卸卡车举升机构这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法称为：机构的倒置§5-2平面四杆机构的分类2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)31正切机构ψHHtanψ两个移动副不相邻ψl1sinψl1正弦机构两个移动副相邻且其中之一与机架关联12344123三、含有两个移动副的四杆机构§5-2平面四杆机构的分类2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)32双转块机构两个移动副相邻且均不与机架关联双移块机构两个移动副相邻且均与机架关联§5-2平面四杆机构的分类2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)33扩大运动副的尺寸BACDBACD优点：可增大轴颈的尺寸、提高构件的强度和刚度，结构简化。四、具有偏心轮的四杆机构§5-2平面四杆机构的分类2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)34筛料机构手动冲床五、四杆机构的扩展§5-2平面四杆机构的分类2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)35小型刨床§5-2平面四杆机构的分类2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)36不能拆成多个四杆机构§5-2平面四杆机构的分类2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)37曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构铰链四杆机构的三种基本型式改变杆件长度用移动副取代回转副变更机架扩大回转副铰链四杆机构的演化形式（一）含一个移动副（二）含两个移动副四杆机构的扩展——多杆机构§5-2平面四杆机构的分类2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)38§5-3平面四杆机构曲柄存在的条件和几个基本概念•运动特性——传递和变换运动铰链四杆机构有整转副的条件急回特性压力角和传动角死点位置•传力特性——实现力的传递和变换2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)39铰链四杆机构是否存在整转副取决于各杆的长度一、铰链四杆机构有整转副的条件以曲柄摇杆机构为例讨论整转副存在条件整转副存在条件：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度和。整转副的位置：整转副是由最短杆与其邻边组成的。DABCl1l2l3l4l1+l2≤l3+l4l1+l3≤l2+l4l1+l4≤l2+l3l1≤l2l1≤l3l1≤l4§5-3平面四杆机构曲柄存在的条件和几个基本概念2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)40铰链四杆机构的曲柄存在条件曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构DABCABCDABCD整转副摆转副(1)最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度和。(2)最短杆是连架杆或机架。§5-3平面四杆机构曲柄存在的条件和几个基本概念2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)41推论1：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2：当Lmax+LminL(其余两杆长度之和)时——双摇杆机构铰链四杆机构的曲柄存在条件(1)最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度和。(2)最短杆是连架杆或机架。§5-3平面四杆机构曲柄存在的条件和几个基本概念2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)42二、压力角和传动角有效分力FFcosFsin径向压力FFsin=Fcos角越大，F越大，F越小，对机构的传动越有利。连杆机构中，常用传动角的大小及变化情况来衡量机构传力性能的优劣。通常，机构在运动过程中传动角是变化的，如何确定最小值？FFF压力角—作用在从动件上的驱动力的方向与该力作用点绝对速度之间所夹的锐角。传动角—压力角的余角。ABDC§5-3平面四杆机构曲柄存在的条件和几个基本概念2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)43C1B1abcdDA12bcadcb2)(arccos2221bcadcb2)(arccos1802222min为1和2中的较小值者。为保证机构具有良好的传力性能，设计时通常min≥40º50；高速和大功率传动机械，min≥50º。传动角总取锐角B2C2§5-3平面四杆机构曲柄存在的条件和几个基本概念2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)44Fγ=0连杆与曲柄在两个共线位置时，主动件摇杆通过连杆作用于从动件曲柄上的力F通过其回转中心，0，曲柄不能转动。F=0不管在主动件上作用多大的驱动力，都不能在从动件上产生有效分力的机构位置，称为机构的死点位置。三、死点位置§5-3平面四杆机构曲柄存在的条件和几个基本概念2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)45为了使机器能够连续的工作必须要使机构能够顺利通过死点位置利用飞轮惯性机构错位排列§5-3平面四杆机构曲柄存在的条件和几个基本概念2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)46ABDC利用死点位置工作飞机起落架0F钻孔夹具ABCDFABCD1234工件P0ABCD1234工件思考：双曲柄机构和双摇杆机构是否存在死点位置？§5-3平面四杆机构曲柄存在的条件和几个基本概念2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)47四、行程速度变化系数（急回特性）急回是指机构可以使机器的工作行程耗时较长，而返回程耗时较短。以曲柄摇杆机构为例讨论其急回特性ABCDB2C2B1C1AD极限位置1连杆与曲柄拉伸共线极限位置2连杆与曲柄重叠共线极位夹角—机构从动件处于两极限位置时，主动件在对应位置所夹的锐角。§5-3平面四杆机构曲柄存在的条件和几个基本概念2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)48B2C2B1C1AD180º180º工作行程(慢行程)曲柄转过180°+，摇杆摆角，耗时t1，平均角速度m1t1返回行程(快行程)曲柄转过180°，摇杆摆角，耗时t2，平均角速度m2t2§5-3平面四杆机构曲柄存在的条件和几个基本概念2020/3/29精密机械设计基础(NEPU)49常用行程速度变化系数K来衡量急回运动的相对程度。180180180180//121m2mttK设计具有急回要求的机构时，应先确定K值，再计算。B2C2B