平面连杆机构演化

3.2铰链四杆机构的演化在实际工作机械中，铰链四杆机构还远远不能满足需要，生产实践中，常常采用多种不同外形、结构和特性的四杆机构，都可以认为是铰链四杆机构的演化形式。常用的的演化方法：（1）变转动副为移动副；（2）取不同的构件作机架；（3）扩大转动副和移动副的尺寸。3.2铰链四杆机构的演化3.2.1曲柄滑块机构（1）由曲柄摇杆机构，将CD→无穷大，C点轨迹变成直线；（2）演化方法：将转动副→移动副；（3）类型：a.偏心曲柄滑块机构，e≠0偏距：曲柄转动中心距导路的距离。b.对心曲柄滑块机构，e=0转动副转化为移动副3.2铰链四杆机构的演化（4）应用案例：内燃机、空气压缩机、冲床和送料机构等。对心曲柄滑块机构3.2铰链四杆机构的演化锯管机构测量仪表机构自动送料机构（5）功能：将转动转换为滑块的往复移动3.2铰链四杆机构的演化3.2.2导杆机构（1）演化过程：改变对心曲柄滑块中的机架而演化来的；（2）演化方法：改变曲柄滑块机构的机架,以构件1为机架。导杆机构的演化3.2铰链四杆机构的演化（3）导杆机构类型：a、若l1l2为转动导杆机构b、若l1l2为摆动导杆机构转动导杆机构摆动导杆机构L1L2L1L23.2铰链四杆机构的演化（3）应用案例：常用于牛头刨床、插床和回转油泵中。牛头刨床主体机构1234摆动导杆机构当杆2的长度小于机架长度时，导秆4只能作来回摆动，又称为摆动导秆机构，牛头刨中的主运动机构是他的应用实例当构件2和构件4均能作整周转动，小型刨床就是应用实例转动导杆机构(4)功能:将曲柄的连续转动转化为导杆的转动或摆动。3.2铰链四杆机构的演化3.2.3摇块机构和定块机构1、摇块机构（摆动导杆滑块机构）（1）演化方法：以构件2为机架，可得摇块机构。（2）应用实例：卡车车厢自动卸料机构、玩具步行机构卡车车厢自动卸料机构摇块机构的演化3.2铰链四杆机构的演化2、定块机构（移动导杆机构）：（1）演化方法：以构件3为机架，得到定块机构。（2）应用实例：手动抽水机移动导杆机构的演化手动抽水机曲柄滑块机构导杆机构摇块机构定块机构(直动滑杆机构)ABCABCABAC转动导杆机构ABAC摆动导杆机构如果两个移动副代替铰链四杆机构中的两个转动副，便可得到三种不同形式的四杆机构①曲柄移动导杆机构正弦机构应用实例缝纫机针运动机构4l1ABD321ф正弦机构②双转块机构③双滑块机构3.2铰链四杆机构的演化3.3.4偏心轮机构（1）在曲柄滑块机构或其他含有曲柄的四杆机构中，当曲柄长度很短时，由于存在结构设计困难，工程中常将曲柄设计成偏心轮或偏心轴的形式。（2）目的：不仅克服了结构设计问题，而且还提高了偏心轴的强度和刚度。曲柄为偏心轮结构的连杆机构称为偏心轮机构。1-偏心轮2-连杆3-滑块4-机架3.2铰链四杆机构的演化（3）应用范围：偏心轮广泛应用在传力较大的剪床、冲床、颚式破碎机、内燃机等机械中。剪床机构偏心轮机构3.2铰链四杆机构的演化-课堂练习想一想练一练请根据下列机构的运动情况，判断它们属于哪类机构？小鸡跳机构飞剪机构3.2铰链四杆机构的演化-课堂练习请根据设计要求试画出下列机构的示意图1.根据木锯锯木料的动作，拟设计一台金属棒料的锯床机构？2.试设计一个机构，模拟小孩坐在公共汽车的座椅上，出现颠簸的动作？3.请将手压式抽水机改为电动机驱动的自动抽水机?手压式抽水机3.2铰链四杆机构的演化-课堂练习请画出下列机构运动示意图，并判断由几种机构组合而成?冲床机构插齿机3.3铰链四杆机构的基本特性3.3.1急回特性和行程数比系数1、基本概念：（以曲柄摇杆机构为例，曲柄为原动件）（1）四杆机构的极限位置：当曲柄与连杆二次共线时，摇杆位于机构的最左或最右的位置。（2）极位夹角（θ）：从动件处于二个极限位置时，相对应的原动件曲柄所夹的锐角。3.3铰链四杆机构的基本特性（3）摆角（ψ）：摇杆（从动件）在两个极限位置时的夹角称为摇杆的摆角。3.3铰链四杆机构的基本特性2、急回特性：原动件曲柄作连续转动时，作往复运动的摇杆在空回行程的平均速度大于工作行程的特性称为急回特性。３、行程速比系数（K）：从动件空回行程与工作行程的平均速度之比。急回特性:摆角θψC1C2DAB1B2B1C2∵12,∴t1t2,⌒v2=C1C2/t21=180°+θ,⌒v1=C1C2/t1曲柄转角2=180°-θC1C2C2C1铰链C的平均速度：v1v2它表明摇杆具有急回运动特性。慢行程快行程行程速度变化系数：（或行程速比系数）K表示：=K=v2/v1（C2C1/t2）/（C1C2/t1）t1/t21/2（180°+θ）/（180°-θ）===式中θ为摇杆处于两极限位置时，对应的曲柄所夹的锐角，称为极限夹角（C2AC1）。极位夹角为：讨论：a、θ0º→K1→此时机构具有急回特性，θ↑→K↑→急回特性越显著。b、θ=0º→K=1，此时机构无急回特性。11180KK二、压力角和传动角ABCDαFvc（1）机构压力角:在不计摩擦力、惯性力和重力的条件下，机构中驱使输出件运动的力与输出件上受力点的速度方向间所夹的锐角，称为机构压力角，通常用α表示。传动角：压力角α的余角。ABCDγδvcαFF1F2通常用γ表示.F1为有效分力F1=Fcosα,F1在连杆设计中，为度量方便，习惯用传动角γ来判断机构传力性能。γF1，机构传力性能越好，反之，机构传力越费劲，传动效率越低。γ＝90－αγ＝δ，连杆和从动摇杆之间所夹的锐角3.3铰链四杆机构的基本特性为保证机构的传力性能良好，必须限定机构的最小传动角，通常γmin≥[γ]。对于一般机械，通常[γ]=40º~50º,对于传递功率大的机械[γ]≥50º，对于一些非传力机构，也可取[γ]40º,但不能过小。想一想练一练试确定下列不同机构以曲柄为原动件时的极限位置？3.3铰链四杆机构的基本特性想一想练一练试确定摆动导杆机构和曲柄滑块机构以曲柄为原动件时是否存在急回特性？3.3铰链四杆机构的基本特性3、γmin的确定（1）曲柄摇杆机构的γmin位置摇杆CD为从动件，曲柄AB为原动时，当原动件AB与机架AD共线时，传动角最小。比较两者两次共线的γmin，并取小值为该机构的最小传动角γmin。3.3铰链四杆机构的基本特性（2）曲柄滑块机构γmin位置对于曲柄滑块机构，当主动件为曲柄时，最小传动角出现在曲柄与机架垂直的位置。3.3铰链四杆机构的基本特性（3）摆动导杆机构1）以曲柄为原动件，传动角γ恒等于90º。2）以导杆为原动件，传动角γmin=0º，位置出现在导杆与曲柄垂直处。3.3铰链四杆机构的基本特性3.3.3死点位置（主动件条件）1、概念：平面连杆机构的传动角γ=0º，压力角α=90º的位置称为死点位置。在不计构件的重力、惯性力和运动副中的摩擦阻力的条件下:当摇杆为主动件，连杆和曲柄共线时，过铰链中心A的力，对A点不产生力矩，不能使曲柄转动，机构的这种位置称为死点位置。BDACFDABCF3.3铰链四杆机构的基本特性2、死点位置的利弊利：工程上利用死点位置进行工作。夹具机构飞机起落架机构3.3铰链四杆机构的基本特性弊：机构有死点，从动件出现卡死或运动方向不确定现象，对传动不利，如缝纫机的脚踏机构。缝纫机的脚踏机构3.3铰链四杆机构的基本特性3、克服死点的方法（1）增大从动件的质量，利用惯性度过死点位置。（2）在从动曲柄上施加外力或安装飞轮以增加惯性。（3）采用相同的机构错位排列。火车车轮联动装置缝纫机的脚踏机构3.3铰链四杆机构的基本特性想一想练一练请问摆动导杆机构、对心曲柄滑块机构以哪个构件为原动件时，机构存在死点位置？3.4平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计，主要考虑给定的运动条件，确定机构运动简图。有时为了使设计可靠、合理，还应考虑几何条件和动力条件。生产实践中的四杆机构设计问题可归纳为两类：（1）实现给定的从动件运动规律,或使从动件具有急回特性。（2）实现给定的运动规律。平面四杆机构运动设计的方法有图解法、实验法和解析法。本节主要介绍图解法3.4平面四杆机构的设计3.4.1按给定的行程速比系数设计四杆机构已知条件：（1）行程速比系数K（2）机构的极限位置处的几何关系（3）其他辅助条件1、曲柄摇杆机构已知条件：摇杆的长度lCD、摆角ψ和行程速比系数K设计：1）确定铰链A的位置；2）确定其他三个构件的长度3.4平面四杆机构的设计曲柄摇杆机构的设计步骤：（1）按给定行程速比系数K，求出极位夹角θ，11180KK3.4平面四杆机构的设计曲柄摇杆机构的设计步骤：（2）任选确定适当的长度比例尺μl，任选固定铰链中心D的位置，按摇杆长度lCD和摆角ψ，作出摇杆的两个极限位置C1D和C2D。3.4平面四杆机构的设计（3）连接C1和C2，并作C1C2的垂线C1M。（4）作∠C1C2N=90º-θ，则C1M与C2N相交于P点，由图知：∠C1PC2=θ。（5）作△C1PC2的外接圆，在此圆周上（弧C1C2和弧EF除外）任意一点都可以作为曲柄的固定铰链中心A，现任取一点。连接AC1和AC2，因同弧上的圆周角相等，故∠C1AC2=∠C1PC2=θ。3.4平面四杆机构的设计（6）确定AC1、AC2的长度，可得AB=（AC2-AC1）/2，BC=（AC2-AC1）实际构件长度lAB=μlAB，lBC=μlBC，lCD=μlCD3.4平面四杆机构的设计2、导杆机构已知条件：机架长度l4、行程速比系数K，设计导杆机构解题的关键：分析极位夹角θ与摆角ψ的关系3.4平面四杆机构的设计设计步骤：（1）由已知的行程速比系数K，求得θ（也即摆角ψ）即（2）任选固定铰链中心C，以夹角ψ作出导杆的两个极限位置。（3）作摆角的平分线AC，并在线上取AC=l4/μl得固定铰链中心A的位置。（4）过A点作导杆极限位置的垂直AB1（或AB2）得曲柄的长度l1=AB1×μl11180KK3.4平面四杆机构的设计3.4.1按给定连杆位置设计四杆机构案例分析：如图所示为一加热炉炉门开启机构，其为铰链四杆机构，已知炉门的两个位置及两个活动铰链的中心矩，试设计加热炉炉门开启机构。加热炉炉门开启机构3.4平面四杆机构的设计1、按给定连杆的两个位置设计四杆机构已知铰链四杆机构连杆B1C1、B2C2的两个位置，试设计铰链四杆机构。3.4平面四杆机构的设计案例分析：已知加热炉炉门上两个活动铰链的中心矩为50mm，炉门打开成水平位置时，要求炉门温度较低的一面朝上（如虚线所示），设固定铰链安装在YY轴线上，其相关尺寸如图所示，求此铰链四杆机构其余三杆的长度。3.4平面四杆机构的设计2、按给定连杆的两个位置设计四杆机构已知铰链四杆机构连杆B1C1、B2C2、B3C3的三个位置，试设计铰链四杆机构。3.4平面四杆机构的设计-课堂练习设计一偏置曲柄滑块机构，如图所示已知滑块行程h=60mm,偏距e=20mm,行程速比系数K=1.5，求曲柄长度lAB和连杆的长度lBC3.4平面四杆机构的设计拟设计一脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构，如图所示。要求CD在水平位置上下各摆10º，CD=500mm,AD=1000mm。试用图解法求曲柄的长度和连杆的长度距BC。