15机械原理

6.1概述6.2平面四杆机构的基本类型及其演化6.3平面四杆机构的基本工作特性6.4平面连杆机构的设计第6章平面连杆机构机械原理第6章平面连杆机构平面连杆机构：用低副连接而成的平面机构。平面机构：各运动构件都在同一平面或相互平行的平面内运动的机构。机械原理第6章平面连杆机构③只用于速度较低的场合。平面连杆机构的特点：1、能实现多种运动形式。如：转动，摆动，移动，平面运动2、运动副为低副：面接触：①承载能力大；②便于润滑。耐磨损，寿命长几何形状简单——便于加工，成本低。3、缺点：①只能近似实现给定的运动规律；②设计复杂；机械原理第6章平面连杆机构空间四杆机构机械原理第6章平面连杆机构6.2平面四杆机构的基本类型及其演化机械原理第6章平面连杆机构ABCD23CouplerFrame41SidelinklinkSide所有运动副均为转动副的平面四杆机构。铰链四杆机构：4—机架1，3—连架杆→定轴转动2—连杆→平面运动一、铰链四杆机构的基本类型机械原理第6章平面连杆机构整转副：二构件相对运动为整周转动。摆动副：二构件相对运动不为整周转动。曲柄：作整周转动的连架杆。摇杆：作非整周转动的连架杆。ABCD123CouplerFrame4CrankRocker机械原理第6章平面连杆机构构件4为机架——曲柄摇杆机构构件1为机架——双曲柄机构构件2为机架——曲柄摇杆机构构件3为机架——双摇杆机构若A、D分别为整转副和摆动副，则,的变化范围是[00，3600]，而其余两角,则小于3600。变换机架：机械原理第6章平面连杆机构1曲柄摇杆机构2双曲柄机构3双摇杆机构铰链四杆机构的基本形式：机械原理第6章平面连杆机构1、曲柄摇杆机构在两个连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆。牛头刨床横向自动进给机构机械原理第6章平面连杆机构机械原理第6章平面连杆机构拉胶片机构机械原理第6章平面连杆机构雷达调整机构机械原理第6章平面连杆机构机械原理第6章平面连杆机构缝纫机踏板机构机械原理第6章平面连杆机构机械原理第6章平面连杆机构输送机机械原理第6章平面连杆机构炉门机械原理第6章平面连杆机构两个连架杆均为曲柄的铰链四杆机构。2、双曲柄机构惯性筛机械原理第6章平面连杆机构机械原理第6章平面连杆机构特例：平行四边形机构特征：两连架杆等长且平行，连杆作平动。AB=CDBC=AD反平行四边形机构机械原理第6章平面连杆机构机车车轮联动机构机械原理第6章平面连杆机构平行四边形机构存在运动不确定位置。可采用两组机构错开排列的方法予以克服。机械原理第6章平面连杆机构平行四边形机构a运动不确定性；b用辅助构件克服运动不确定性机械原理第6章平面连杆机构CAFBB1E1EDC1F1机械原理第6章平面连杆机构两个连架杆均为摇杆。3、双摇杆机构飞机起落架机构机械原理第6章平面连杆机构特例：等腰梯形机构——汽车转向机构汽车前轮转向机构机械原理第6章平面连杆机构DQAECB''QBC'E鹤式起重机机械原理第6章平面连杆机构机械原理第6章平面连杆机构二、平面四杆机构的演化型式１、改变构件的形状及相对尺寸的演化曲柄摇杆机构（改变构件形状）曲线导轨的曲柄滑块机构摇杆3的长度增至无穷大摇杆3→滑块铰链c的运动轨迹由圆弧β-β变为直线机械原理第6章平面连杆机构曲柄滑块机构（偏置曲柄滑块机构）机械原理第6章平面连杆机构曲柄滑块机构的演化机械原理第6章平面连杆机构in-lineoffset机械原理第6章平面连杆机构曲柄滑块机构（对心曲柄滑块机构）曲柄滑块机构的连杆ＢＣ长度增至无穷大时，演化成双滑块机构。机械原理第6章平面连杆机构机械原理第6章平面连杆机构机械原理第6章平面连杆机构滑块联轴器机械原理第6章平面连杆机构机械原理第6章平面连杆机构机械原理第6章平面连杆机构椭圆仪机械原理第6章平面连杆机构机械原理第6章平面连杆机构曲柄滑块机构，使B处的转动副半径扩大，以至包含A，得一偏心圆盘，机构成为偏心轮机构。2、扩大转动副尺寸机械原理第6章平面连杆机构偏心轮机构的演化机械原理第6章平面连杆机构3、选用不同构件为机架的演化铰链四杆机构：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构机械原理第6章平面连杆机构曲柄滑块机构演化成导杆机构21ll机械原理第6章平面连杆机构用途：牛头刨床，差床或回传式油泵。特征：传动角始终是90˚，具有较好的传动能力机械原理第6章平面连杆机构转动导杆机构：机械原理第6章平面连杆机构摆动导杆机构：机械原理第6章平面连杆机构曲柄滑块机构演化成摇块机构曲柄滑块机构演化成定块机构机械原理第6章平面连杆机构摇块机构和定块机构机械原理第6章平面连杆机构机械原理第6章平面连杆机构机械原理第6章平面连杆机构综上所述，虽然四杆机构型式多种多样，但其本质可认为是由最基本的铰链四杆机构演化而成，从而为认识和研究这些机构提供了方便。机械原理第6章平面连杆机构6.3平面四杆机构的工作特性机械原理第6章平面连杆机构一、急回特性和行程速比系数C1B1C22BBDACwqψ12θ：极位夹角机械原理第6章平面连杆机构11t22t2121tt工作行程：121vCC：平均速度原动件作匀速转动，从动件作往复运动的机构，从动件工作行程和空回行程的平均速度不相等。急回特性：空回行程：212vCC平均速度：慢行程快行程21vv机械原理第6章平面连杆机构急回特性机械原理第6章平面连杆机构1慢行程平均速度从动件快行程平均速度从动件K行程速度变化系数:qq18018021211212tttCDtCDvvK11180KKq∴机械原理第6章平面连杆机构CqAB121wB2摆动导杆机构的急回特性：q快行程：B2→B1慢行程：B1→B2机械原理第6章平面连杆机构曲柄滑块机构的急回特性：AeB2B1C12C慢行程12qw1偏置曲柄滑块机构有急回特性；对心曲柄滑块机构无急回特性。快行程：C2→C1，B2→B1慢行程：C1→C2，B1→B2机械原理第6章平面连杆机构AB2BDCC2C11BnPPPtcvminmaxcosPPtsinPPn90从动件上某点的受力方向与从动件上该点速度方向的所夹的锐角。2、传动角γ：P与Pn夹角，（经常用γ衡量机构的传动性能）1、压力角二、压力角和传动角机械原理第6章平面连杆机构4、最小传动角的计算,90180,903、机构运转时，压力角是变化的，为了保证机构的正常工作，必须规定最小传动角γmin的下限。通常取γmin≥40˚。AB2BDCC2C11BnPPPtcvminmax将δ的最值分别代入，通过比较得到γmin。机械原理第6章平面连杆机构ABCmin'γDAγ'CB'minDmin=min{min,min}机械原理第6章平面连杆机构90,02C1CDP2BAB11、以摇杆作原动件时，当曲柄和连杆处于同一直线位置时，即在极限位置时，连杆对曲柄没有力矩作用，因此不能使曲柄转动，会出现卡死或者运动不确定现象。三、死点位置通过对从动曲柄加载，或利用飞轮及从动曲柄自身的惯性克服。机械原理第6章平面连杆机构2、实例机械原理第6章平面连杆机构夹紧机构利用死点缝纫机踏板机构克服死点1-摇杆；3-曲柄机械原理第6章平面连杆机构若1和4能绕A整周相对转动，则存在两个特殊位置：a+d≤b+c(1)b≤c+d-a即：a+b≤c+d(2)c≤b+d-a即：a+c≤b+d(3)四、铰链四杆机构存在曲柄的条件机械原理第6章平面连杆机构a+d≤b+c(1)a+b≤c+d(2)a+c≤b+d(3)(1)+(2)得：2a+b+d≤2c+b+d，即a≤c(1)+(3)得：a≤b(2)+(3)得：a≤d铰链四杆机构存在整转副的条件（杆长之和条件）：最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其它两杆长度之和。由最短杆与其邻边组成；整转副的位置：1为最短杆机械原理第6章平面连杆机构铰链四杆机构分为两大类：（1）最短构件与最长构件的长度之和大于其他两构件长度之和，所有运动副均为摆动副，均为双摇杆机构。（2）最短构件与最长构件的长度之和小于或等于其他两构件长度之和，最短构件上两个转动副均为整转副。机械原理第6章平面连杆机构取最短构件为机架——双曲柄机构取最短构件任一相邻构件为机架——曲柄摇杆机构取最短构件对面的构件为机架——双摇杆机构具有整转副的铰链四杆机构是否存在曲柄，存在几个曲柄，还要根据选哪个杆作为机架来确定。讨论：机械原理第6章平面连杆机构取最短构件为机架取最短构件任一相邻构件为机架取最短构件对面的构件为机架取最短构件任一相邻构件为机架机械原理第6章平面连杆机构2BCe1C2B1AabE曲柄滑块机构有曲柄的条件：△AC1E：b-ae△AC2E：a+be存在曲柄的条件:ba+e或e=0,ba机械原理第6章平面连杆机构6.4平面连杆机构的设计机械原理第6章平面连杆机构方法：（2）点的运动轨迹。根据给定的运动条件，确定机构运动简图的尺寸参数。目的：条件：（1）从动件的运动规律（位置、速度、加速度）。解析法、图解法、实验法。机械原理第6章平面连杆机构1.按给定的行程速度变化系数设计四杆机构已知条件：摇杆长度l3,摆角和行程速度变化系数K。一、图解法设计四杆机构11180KK＝q（1）由给定的行称速比系数K，求极位夹角θ；A曲柄摇杆机构机械原理第6章平面连杆机构（2）任选固定铰链中心D的位置，根据摇杆长度l3和摆角，作出摇杆的两个极限位置C1D和C2D；CDc21机械原理第6章平面连杆机构（3）过C1作垂线C1M垂直于C1C2；MCDc21机械原理第6章平面连杆机构（4）作直线C2N与C1Ｍ相交于P点，且∠C1C2N＝90˚－θ；CDcθ21PMN机械原理第6章平面连杆机构CDcθ21P（5）作△PC1C2的外接圆，以此圆周上任一点A作为曲柄的固定铰链中心。机械原理第6章平面连杆机构l1=(AC2-AC1)/2l2=(AC2+AC1)/2（6）量取AC1和AC2的长度假设曲柄长度为l1，连杆长度为l2ACDcθ21Pθ机械原理第6章平面连杆机构机械原理第6章平面连杆机构（1）由已知的行程速度变化系数K，求极位夹角；q（2）任选一点作铰链中心C，以角作边Cn,Cm；（3）作摆角的平分线AC，并在线上取AC＝l4，确定固定铰链中心A的位置；（4）过A点作导杆极限位置的垂线AB1，即得曲柄长度。B导杆机构已知条件：机架长度l4、行程速度变化系数K。按K值设计导杆机构机械原理第6章平面连杆机构AOabeMH90°-θθBC11BC22C偏置曲柄滑块机构已知条件：滑块行程H，偏距e、行程速度变化系数K。机械原理第6章平面连杆机构(b-a)/sin(AC2C1)=H/sinqC1AC2H2=(b-a)2+(b+a)2-2*(b-a)*(b+a)*cosq=2*b2*(1-cosq)+2*a2*(1+cosq)e=(b+a)*sin(AC2C1)=(b2-a2)sinq/Hsin(AC2C1)=e/(b+a)MAC2机械原理第6章平面连杆机构2.按给定连杆位置设计四杆机构(i)给定连杆的两个位置及连杆的长度已知：连杆长度l3=BC,连杆的两个位置B1C1和B2C2,要求确定连架杆与机架组成的固定铰链中心A和D位置，并求出其余三杆的长度l1,l2和l4。造型机翻转机构机械原理第6章平面连杆机构（1）根据给定条件，确定连杆的两个位置B1C1和B2C2。造型机翻转机构（2）连接B1B2，C1C2并作B1B2和C1C2的垂直平分线b12，c12。（3）A，D在直线b12和c12上。机械原理第6章平面连杆机构（ⅱ）按两连架杆给定的对应位置设计四杆机构设计原理？机械原理第6章平面连杆机构设计过程机械原理第6章平面连杆机构二、解析法设计四杆机构用解析法设计四杆机构，首先要建立机构的各待定尺寸参数和已知的运动参数的解析方程，通过求解方程得出需求的机构尺寸参数。１)按给定两连