1、第4章平面连杆机构 4 4 1四杆机构的基本型式 4 4 2平面四杆机构的演化 4 5 3急回特性 4 6平面四杆机构的设计 4 4四杆机构的基本型式及演化 4 5平面四杆机构的基本特性 4 5 1铰链四杆机构有曲柄的条件 4 5 2压力角和传动角 4 5 4死点 连杆机构常用其所含的杆数而命名 故此类机构统称为连杆机构 4 4 1 1连杆机构及其传动特点 1 连杆机构 曲柄滑块机构 摆动导杆机构 此类机构的共同特点 机构的原动件1和从动件3的运动都需要经过连杆2来传动 机构中的运动副一般均为低副 故此类机构也称低副机构 连杆机构中的构件多呈现杆的形状 故有四杆机构 六杆机构等 例铰链四杆机构
2、 故常称构件为杆 4 4 1四杆机构的基本型式 构件多呈现杆的形状 可实现多种运动变换和运动规律 连杆曲线形状丰富 可满足各种轨迹要求 缺点 运动链长 累积误差大 效率低 惯性力难以平衡 动载荷大 不宜用于高速运动 一般只能近似满足运动规律要求 2 传动特点 运动副一般为低副 优点 4 4 1 2四杆机构的基本型式 铰链四杆机构 等腰梯形机构 双摇杆机构 例 铰链四杆机构的倒置 曲柄滑块机构的倒置 双滑块机构的倒置 4 运动副元素的逆换 3 选用不同的构件为机架 即机构的倒置 4 4 2平面四杆机构的演化 其他型式的四杆机构可以认为是由基本型式的四杆机构演化而来的 其演化方法有 1 改变构件的
3、形状及运动尺寸 2 改变运动副的尺寸 4 4 2 1平面四杆机构的演化 扩大转动副 使转动副变成移动副 取不同的构件为机架 小型刨床 摆动导秆机构 4 4 2 2四杆机构的应用 1 基本型式四杆机构的应用 2 演化型式四杆机构的应用 4 5平面四杆机构的基本特性 4 5 1铰链四杆机构有曲柄的条件 最短杆长度 最长杆长度 其余两杆长度之和 组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆 2 铰链四杆机构有曲柄的条件 最短杆为连架杆或机架 1 周转副的条件 其中第一个条件称为杆长条件 各杆长度应满足杆长条件 则机构为双曲柄机构 当最短杆为连架杆时 则机构为曲柄摇杆机构 如果各杆长度不满足杆长条件 则机构无
4、周转副 此时不论以何杆为机架 机构均为双摇杆机构 当最短杆的相对杆为机架时 当最短杆为机架时 机构为双摇杆机构 结论 如果铰链四杆机构各杆长度满足杆长条件 例1铰链四杆机构 1 各杆长度满足杆长条件 2 各杆长度不满足杆长条件 例2偏置曲柄滑块机构 偏置曲柄滑块机构有曲柄的条件 最短杆长度 偏距 连杆的长度 连架杆为最短杆 对心曲柄滑块机构有曲柄的条件 最短杆长度 连杆的长度 连架杆为最短杆 2 急回运动和行程速比系数 1 急回运动 当主动件曲柄等速转动时 从动件摇杆摆回的平均速度大于摆出的平均速度 摇杆的这种运动特性称为急回运动 2 行程速比系数K 结论 且 角越大 K值越大 机构的急回性质
5、也越显著 例1牛头刨床机构 当机构存在极位夹角 时 机构便具有急回运动特性 例2对心曲柄滑块机构 例3偏置曲柄滑块机构 连杆BC与从动件CD之间所夹的锐角 称为四杆机构在此位置的传动角 且 90 90 最小传动角的确定 对于曲柄摇杆机构 min出现在主动件曲柄与机架共线的两位置之一 为了保证机构传力性能良好 3 四杆机构的传动角 对于曲柄摇杆机构 以摇杆CD为主动件 则当连杆与从动件曲柄共线时 机构的传动角 0 这时主动件CD通过连杆作用于从动件AB上的力恰好通过其回转中心 出现了不能使构件AB转动的 顶死 现象 机构的这种位置称为 死点 4 死点 例2曲柄滑块机构 例3摆动导杆机构 例1曲柄
6、摇杆机构 1 克服死点的方法 1 利用安装飞轮加大惯性的方法 借惯性作用使机构闯过死点 2 采用将两组以上的同样机构组合使用 且使各组机构的死点位置相互错开排列的方法 2 死点的应用 例1飞机起落架收放机构 例2折叠式桌的折叠机构 5 连杆机构的运动连续性 1 连杆机构设计的基本问题 例1流量指示机构 例2牛头刨床机构 2 满足预定的连杆位置要求 连杆机构设计的基本问题是根据给定的要求选定机构的型式 确定各构件的尺寸 同时还要满足结构条件 动力条件和运动连续条件等 1 满足预定的运动规律的要求 即满足两连架杆预定的对应位置要求 又称实现函数的问题 即要求连杆能占据一系列预定位置 例1小型电炉炉
7、门的开闭机构 满足给定行程速比系数K的要求等 又称刚体导引问题 4 6平面四杆机构的设计 3 满足预定的轨迹要求 图解法 解析法和实验法 即要求在机构的运动过程中 连杆上某些点的轨迹能满足预定的轨迹要求 例1鹤式起重机 例2搅拌机构 连杆机构的设计方法有 2 用解析法设计四杆机构 1 按预定的运动规律设计 1 按预定的两连架杆对应的位置设计 2 按期望函数设计四杆机构 2 按预定的连杆位置设计 3 按预定的运动轨迹设计 例1 例2 3 用作图法设计四杆机构 固定铰链A D 活动铰链B C 圆心 圆或圆弧 i 1 2 N 图解设计问题 作图求解各铰链中心的位置问题 各铰链间的运动关系 3 1图解
8、设计的基本原理 接下来 将原机构的各位置的构型均视为刚体 并向某一选定位置相对移动 使新机架的各杆位置重合 便可得新连杆相对于新机架的各个位置 即实现了机构的倒置 这样 就将求活动铰链的位置问题转化为求固定铰链的位置问题了 这种方法又称为反转法 为了求活动铰链的位置 可将待求活动铰链所在的杆视作新机架 而将其相对的杆视为新连杆 机构的倒置原理 3 2图解设计的具体方法 1 按连杆预定的位置设计 1 已知活动铰链中心的位置 2 已知固定铰链中心的位置 求解条件讨论 当N 3时 当N 2时 当N 4时 当N 5时 2 按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构 1 已知两连架杆三对对应位置 2 已知两连架杆四对对应位置 有唯一解 有无穷多解 可能有无穷多解 可能有解或无解 3 按给定的行程速比系数设计四杆机构 例1曲柄摇杆机构 例2曲柄滑块机构 例3摆动导杆机构 4 用实验法设计四杆机构 1 按两连架杆的多对对应位置设计 2 按预定的轨迹设计
