1、第十章平面连杆机构及其设计 10 1连杆机构及其传动特点 10 2平面四杆机构的类型和应用 10 3有关平面四杆机构的一些基本知识 10 4平面四杆机构的设计 10 1连杆机构及其传动特点 应用实例 内燃机 鹤式吊 火车轮 急回冲床 牛头刨床 翻箱机 椭圆仪 机械手爪 开窗 车门 折叠伞 床 牙膏筒拔管机 单车等 特征 有一作平面运动的构件 称为连杆 特点 采用低副 面接触 承载大 便于润滑 不易磨损形状简单 易加工 改变杆的相对长度 从动件运动规律不同 连杆曲线丰富 可满足不同要求 构件呈 杆 状 传递路线长 缺点 构件和运动副多 累积误差大 运动精度低 效率低 产生动载荷 惯性力 不适合高
2、速 难以实现精确的轨迹 分类 平面连杆机构 空间连杆机构 常以构件数命名 四杆机构 多杆机构 本章重点内容是介绍四杆机构 10 2平面四杆机构的类型和应用 1 平面四杆机构的基本型式 基本型式 铰链四杆机构 其它四杆机构都是由它演变得到的 名词解释 曲柄 作整周定轴回转的构件 三种基本型式 1 曲柄摇杆机构 特征 曲柄 摇杆 作用 将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动 如雷达天线 连杆 作平面运动的构件 连架杆 与机架相联的构件 摇杆 作定轴摆动的构件 周转副 能作360 相对回转的运动副 摆转副 只能作有限角度摆动的运动副 曲柄 连杆 摇杆 2 双曲柄机构 特征 两个曲柄 作用 将等速回转转
3、变为等速或变速回转 如惯性筛等 雷达天线俯仰机构曲柄主动 缝纫机踏板机构 实例 火车轮 惯性筛机构 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 香皂成型机 摄影平台 天平 播种机料斗机构 为避免在共线位置出现运动不确定 采用两组机构错开排列 反平行四边形机构 车门开闭机构 3 双摇杆机构 特征 两个摇杆 应用举例 铸造翻箱机构 特例 等腰梯形机构 汽车转向机构 风扇摇头机构 2 平面四杆机构的演化型式 1 改变构件的形状和运动尺寸 偏心曲柄滑块机构 对心曲柄滑块机构 曲柄摇杆机构 曲柄滑块机构 双滑块机构 正弦机构 s lsin 2 改变运动副的尺寸 3 选不同的构件为机架 偏
4、心轮机构 导杆机构 摆动导杆机构 转动导杆机构 小型刨床 牛头刨床 应用实例 3 选不同的构件为机架 3 选不同的构件为机架 直动滑杆机构 手摇唧筒 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 4 运动副元素的逆换 将低副两运动副元素的包容关系进行逆换 不影响两构件之间的相对运动 椭圆仪机构 例 选择双滑块机构中的不同构件作为机架可得不同的机构 导杆机构 摇块机构 10 3有关平面四杆机构的一些基本知识 1 平面四杆机构有曲柄的条件 设a d 连架杆若能整周回转 必有两次与机架共线 b d a c 将以上三式两两相加得 a b a c a d 若设a d 同理有 d a
5、d b d c 则由 B C D可得 三角形任意两边之和大于第三边 则由 B C D可得 a d b c c d a b 即 a b d c 即 a c d b AB为最短杆 AD为最短杆ad中必有一个是机架 最长杆与最短杆的长度之和 其他两杆长度之和 2 连架杆或机架之一为最短杆 可知 当满足杆长条件时 其最短杆参与构成的转动副都是周转副 曲柄存在的条件 1 最长杆与最短杆的长度之和应 其他两杆长度之和 此时 铰链A为周转副 若取BC为机架 则结论相同 可知铰链B也是周转副 称为杆长条件 当满足杆长条件时 说明存在周转副 当选择不同的构件作为机架时 可得不同的机构 如 曲柄摇杆 双曲柄 双摇
6、杆机构 2 急回运动和行程速比系数 在曲柄摇杆机构中 当曲柄与连杆两次共线时 摇杆位于两个极限位置 简称极位 当曲柄以 逆时针转过180 时 摇杆从C1D位置摆到C2D 所花时间为t1 平均速度为V1 那么有 曲柄摇杆机构3D 此两处曲柄之间的夹角 称为极位夹角 180 当曲柄以 继续转过180 时 摇杆从C2D 置摆到C1D 180 所花时间为t2 平均速度为V2 那么有 因曲柄转角不同 故摇杆来回摆动的时间不一样 平均速度也不等 并且 t1 t2V2 V1 摇杆的这种特性称为急回运动 用以下比值表示急回程度 称K为行程速比系数 且 越大 K值越大 急回性质越明显 只要 0 就有K 1 所以
7、可通过分析机构中是否存在 以及 的大小来判断机构是否有急回运动或运动的程度 曲柄滑块机构的急回特性 应用 空行程节省运动时间 如牛头刨 往复式输送机等 180 180 导杆机构的急回特性 180 180 思考题 对心曲柄滑块机构的急回特性如何 对于需要有急回运动的机构 常常是根据需要的行程速比系数K 先求出 然后在设计各构件的尺寸 min出现的位置 3 四杆机构的压力角与传动角 切向分力 Pt Pcos 法向分力 Pn Pcos Pt 可用 的大小来表示机构传动力性能的好坏 对传动有利 为了保证机构良好的传力性能 设计时要求 当 BCD 90 时 BCD 当 BCD 90 时 当 BCD最小或
8、最大时 都有可能出现 min 此位置一定是 Psin 称 为传动角 min 50 180 BCD 主动件与机架共线两处之一 由余弦定律有 B1C1D arccos b2 c2 d a 2 2bc B2C2D arccos b2 c2 d a 2 2bc 若 B1C1D 90 则 若 B2C2D 90 则 1 B1C1D 2 180 B2C2D 机构的传动角一般在运动链最终一个从动件上度量 min B1C1D 180 B2C2D min 4 四杆机构的死点 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
9、内然机 缝纫机等 钻孔夹具 也可以利用死点进行工作 起落架 钻夹具等 飞机起落架 5 铰链四杆机构的运动连续性 指连杆机构能否连续实现给定的各个位置 可行域 摇杆的运动范围 不可行域 摇杆不能达到的区域 设计时不能要求从一个可行域跳过不可行域进入另一个可行域 称此为错位不连续 错序不连续 设计连杆机构时 应满足运动连续性条件 10 4平面四杆机构的设计 10 4平面四杆机构的设计 1 连杆机构设计的基本问题 机构选型 根据给定的运动要求选择机构的类型 尺度综合 确定各构件的尺度参数 长度尺寸 同时要满足其他辅助条件 a 结构条件 如要求有曲柄 杆长比恰当 运动副结构合理等 b 动力条件 如 m
10、in c 运动连续性条件等 三类设计要求 1 满足预定的运动规律 两连架杆转角对应 如牛头刨 2 满足预定的连杆位置要求 如铸造翻箱机构 3 满足预定的轨迹要求 如鹤式起重机 搅拌机等 2 用作图法设计四杆机构 2 1按预定连杆位置设计四杆机构 a 给定连杆两组位置 有唯一解 c 给定连杆四组位置 将铰链A D分别选在B1B2 C1C2连线的垂直平分线上任意位置都能满足设计要求 b 给定连杆上铰链BC的三组位置 有唯一解 但设计复杂 不讨论 有无穷多组解 2 2按给定的行程速比系数K设计四杆机构 a 曲柄摇杆机构 计算 180 K 1 K 1 已知 CD杆长 摆角 及K 设计此机构 步骤如下
11、任取一点D 作等腰三角形腰长为CD 夹角为 作C2P C1C2 作C1P使 作 PC1C2的外接圆 则A点必在此圆上 选定A 设曲柄为a 连杆为b 则AC1 a b 以A为圆心 AC2为半径作弧交于E 得 a EC1 2b AC1 EC1 2 AC2 b a 故有 a AC1 AC2 2 C2C1P 90 交于P 3 按给定的行程速比系数K设计四杆机构 b 曲柄滑块机构 已知K 滑块行程H 偏距e 设计此机构 计算 180 K 1 K 1 作C1C2 H 作射线C1O使 C2C1O 90 以O为圆心 C1O为半径作圆 以A为圆心 AC1为半径作弧交于E 得 a EC2 2b AC2 EC2 2 作射线C2O使 C1C2O 90 作偏距线e 交圆弧于A 即为所求 本章重点 1 四杆机构的基本形式 演化及应用 2 曲柄存在条件 传动角 压力角 死点 急回特性 极位夹角和行程速比系数等物理含义 并熟练掌握其确定方法 3 掌握按连杆二组位置 三组位置 行程速比系数设计四杆机构的原理与方法
