1、机械设计基础 II 第三讲平面连杆机构 机电工程学院况雨春swpikyc 2 1平面四杆机构的基本类型和应用 第二章平面连杆机构 2 2平面四杆机构的基本特性 本章要点 1 铰链四杆机构的基本形式及铰链四杆机构曲柄运动特性 2 平面连杆机构 平面四杆机构概念3 整转副存在的条件 4 铰链四杆机构的演化 本章要点 若干刚性构件通过低副联接而成的机构 称为连杆机构 由四个构件通过低副联接而成的平面连杆机构 称为四杆机构 如果所有低副均为转动副 这种四杆机构就称为铰链四杆机构 平面连杆机构的用途 3 实现运动形式的转换 2 实现一定的动作 1 实现一定的轨迹 曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构 平面连
2、杆机构 铰链四杆机构 四杆机构 2 1平面四杆机构的基本类型和应用 基本概念 P21 1 铰链四杆机构 全部用转动副相连的平面四杆机构 它是平面四杆机构的基本型式 其它型式的四杆机构可看作是在它的基础上通过演化而成的 2 机架 机构的固定构件 如杆4 3 连杆 不直接与机架连接的构件 如杆2 4 连架杆 与机架用转动副相连接的构件 如杆1 3 连架杆可分为 5 曲柄 能绕机架作整周转动的连架杆 如杆1 6 摇杆 只能绕机架作小于360 的某一角度摆动的连架杆 如3 A B 整转副C D 摆动副 在铰链四杆机构中 按连架杆能否作整周转动 可将铰链四杆机构分为 一 曲柄摇杆机构二 双曲柄机构三 双
3、摇杆机构 一 曲柄摇杆机构 两个连架杆中 一个为曲柄 另一个为摇杆 则此铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构 曲柄1为原动件 作匀速转动 摇杆3为从动件 作变速往复摆动 雷达天线俯仰机构 机构特性 雷达天线俯仰机构 铰链四杆机构有整转副的条件 一 整转副 二 整转副存在的条件 两构件能相对转动360 的转动副 取决于各杆的长度 l1 A l4 l2 l3 C B D B C B C 曲柄摇杆机构 分析 若l1能绕A整周相对转动 则存在两个特殊位置在 AC D中有 在 AC D中有 l4 l2 l1 l3l3 l2 l1 l4 l1 l4 l2 l3l1 l3 l2 l4 l1 l2 l4 l3 3 2
4、 1 将 1 2 3 式两两相加 得到以下关系式 l1 l2 l1 l3 l1 l4 以上关系表明l1为最短杆 结论 1 整转副存在的条件 最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和 杆长和条件 2 整转副是由最短杆与其邻边组成 由于曲柄是连架杆 整转副处于机架上 才能形成曲柄 所以 具有整转副的铰链四杆机构是否存在曲柄 还应根据选择何杆为机架来判断 铰链四杆机构类型的判断条件 1在满足杆长和的条件下 1 取最短杆为机架时 机架上有两个整转副 该机构为双曲柄机构 2 取最短杆的邻边为机架时 机架上只有一个整转副 该机构为曲柄摇杆机构 3 取最短杆的对边为机架时 机架上没有整转副 该机构为
5、双摇杆机构 2 若不满足杆长和条件 该机构只能是双摇杆机构 注意 铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭多边形条件 最长杆的杆长 其余三杆长度之和 双摇杆机构 曲柄摇杆机构 取不同构件作机架 低副可逆性 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构 曲柄摇杆机构 二 双曲柄机构 两个连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构 运动特性 惯性筛 1 曲柄1为原动件 作等角速转动 从动件曲柄3也以相同角速度转动 平行双曲柄机构 其相对两杆平行且相等 2 当四个铰链中心处于同一直线上时 将出现运动不确定状态 为了消除这种运动不确定状态 可在主 从动曲柄上错开一定角度再安装一组平行四边形机构 机车驱动轮连动机构
6、 反平行四边形机构 三 双摇杆机构 两个连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构 车辆的前轮转向机构 风扇摇头机构 铰链四杆机构的演化 一 曲柄滑块机构 改变构件的形状和运动副 通过用移动副取代转动副 变更杆件长度 变更机架和扩大转动副等途径 可得到铰链四杆机构的其它演化形式 二 导杆机构 选用不同的构件为机架 三 摇块机构和定块机构 选用不同的构件为机架 四 双滑块机构 改变构件的形状和运动副 五 偏心轮机构 扩大转动副 偏置曲柄滑块机构 转动副转化为移动副 转动副转化为移动副取不同构件作机架 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 曲柄摇块机构 摆动导杆机构 曲柄摇杆机构
7、曲柄滑块机构 改变构件的形状和运动尺寸 摇杆长 转动副D 直线 滑块 摇杆3 移动副 曲柄滑块机构 对心曲柄滑块机构 e 称为偏距 e 0 偏置曲柄滑块机构e 0 对心曲柄滑块机构 偏置曲柄滑块机构 运动特性 杆4称为导杆 4 滑块3沿导杆移动并绕C点转动 当l1 l2 杆2 杆4能作整周转动 称为转动导杆机构 二 导杆机构 选用不同的构件为机架 当l1 l2 杆2能作整周转动 杆4只能往复摆动 称为摆动导杆机构 三 摇块机构和定块机构 选用不同的构件为机架 摆动滑块机构 自卸卡车车箱的举升机构 运动特性 固定滑块机构或定块机构 移动导杆机构 手摇唧筒 曲柄滑块机构 导杆机构 摇块机构 定块机
8、构 直动滑杆机构 AB AC回转导杆机构 AB AC摆动导杆机构 四 双滑块机构 改变构件的形状和运动副 双滑块机构是具有两个移动副的四杆机构 正切机构 正弦机构 转动副转化为移动副取不同构件作机架变换构件的形态 扩大运动副尺寸 偏心轮机构 扩大转动副 杆1变为圆盘 其几何中心为B 运动时 圆盘绕偏心A转动 故称为偏心轮 A B之间的距离称为偏心距e 即为曲柄的长度 1 2 3 4 转动副转化为移动副取不同构件作机架变换构件的形态扩大运动副尺寸 曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构曲柄滑块机构摆动导杆机构 1 机构的急回运动特性 曲柄摇杆机构的一些主要特性 摆角 1 2 t1 t2 v2 C1C2
9、 t2 1 180 v1 C1C2 t1 曲柄转角 2 180 铰链C的平均速度 v1 v2 它表明摇杆具有急回运动特性 慢行程 快行程 急回运动特性可用行程速度变化系数 或行程速比系数 K表示 K 180 K 1 K 1 v2 v1 C2C1 t2 C1C2 t1 t1 t2 1 2 180 180 极位夹角 越大 K值越大 急回运动的性质越显著 极限夹角计算公式 连杆机构输出件具有急回特性的条件 1 原动件等角速整周转动 2 输出件具有正 反行程的往复运动 3 极位夹角 0 2 压力角和传动角 F vc 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
10、受力点的速度方向间所夹的锐角 称为机构压力角 通常用 表示 传动角 压力角 的余角 A B C D F1 F2 通常用 表示 F1 Fcos F1 在连杆设计中 为度量方便 习惯用传动角 来判断机构传力性能 F1 机构传力性能越好 反之 机构传力越费劲 传动效率越低 90 连杆和从动摇杆之间所夹的锐角 min 30 60 为许用传动角 曲柄摇杆机构的最小传动角出现在曲柄与机架共线 0 或 180 的位置 常用传动角的大小和变化来衡量机构传力性能的好坏 设计时通常要求 min 40 对于高速和大功率的传动机械 min 50 机构运转时 传动角 是变化的 为了保证机构的正常工作 机构的传动角作出如
11、下规定 P30 BD2 l12 l42 2l1l4cos 最小传动角的确定 F2 F2 3 死点位置 主动件条件 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 B F D A B C F 3 机构的死点位置 摇杆为主动件 且连杆与曲柄两次共线时 有 此时机构不能运动 避免措施 两组机构错开排列 如火车轮机构 称此位置为 死点 0 靠飞轮的惯性 如内燃机 缝纫机等 0 0 设计 潘存云 设计 潘存云 钻孔夹具 飞机起落架 也可以利用死点进行工作 飞机起落架 钻夹具等 工件夹紧机构 1 机构停在死点位置 不能起动 运转时 靠惯性冲过死点 2 利用死点实例 缝纫机踏板机构 实验安排 9月16日 周三 4 5节10班实验1看录像 模型 地点D203 11班实验2绘制机构运动简图 地点D206 第5节课互换9月21日 周一 3 4节12班实验1看录像 模型 地点D203 16班实验2绘制机构运动简图 地点D206 第4节课互换
