第三章平面连杆机构及其设计

第三章 平面连杆机构及其设计本章重点： 平面四杆机构的类型、基本知识和设计。本章难点： 平面四杆机构的设计。3-1 平面连杆机构的特点及设计的基本问题一、平面 连杆机构 ：由低副联接而成的机构。二、平面连杆机构的特点： 1、优点： 面接触 承载能力强，便于润滑寿命长；低副 形状简单，易加工，易于操纵机构。2、缺点：（ 1）只能近似实现给定的运动规律 ;（ 2）设计复杂；（ 3）只适合速度较低的场合。三、平面连杆机构设计的基本问题四、设计方法：选型设计尺寸设计 连杆机构的构件数目 运动副类型与数目 转动副中心之间的距离 移动副位置尺寸1、实现构件给定位置2、实现已知运动规律3、实现已知运动轨迹1、图解法 2、解析法 3、实验法 课外实践作品 仿生尺蠖机构所有运动副均为 转动副 的平面四杆机构。(含有 0个移动副 )3-2 平面四杆机构的基本型式与演化一、铰链四杆机构整转副： 二构件相对运动为整周转动 A摆动副： 二构件相对运动不为整周转动 D曲柄： 作整周转动的连架杆 1摇杆： 非整周转动的连架杆 34 机架1， 3 连架杆 定轴转动2 连杆 平面运动 固定不动铰链四杆机构 的基本形式 :（根据连架杆不同运动形式分）（ 1） 曲柄摇杆机构（ 2） 双曲柄机构（ 3） 双摇杆机构雷达天线俯仰机构 缝纫机机构正平行四边形机构鹤式起重机机构曲柄 偏心轮偏心轮机构 曲柄为偏心轮结构的连杆结构偏心距 曲柄长1、 扩大转动副偏心轮机构 应用 ：多用于曲柄销承受较大冲击、曲柄较短、需安装在直轴中部的机器。二、铰链四杆机构的演化 2、 转动副转化成移动副 曲柄滑块机构 （偏距 e）e0， 偏置曲柄滑块机构e=0， 对心曲柄滑块机构冲床、内燃机、空压机 、 曲柄压力机 等。(1)(2) 导杆机构导杆整周转动 转动导杆机构导杆只作摆动 摆动导杆机构导杆 3 作用：对滑块起导路作用牛头刨床 、插床等(3) 摇块机构自卸卡车车厢 的举升机构等摇块 3 绕 C点摇摆(4) 定块机构 （又名 移动导杆机构 ）手摇唧筒机构 等定块 3 固定不动四杆机构含有一个移动副曲柄滑块机构导杆机构摇块机构定块机构四杆机构含有二个移动副正弦机构正切机构双转块机构双滑块机构转动副移动副(1) 正弦机构 (曲柄移动导杆机构 )缝纫机的刺布机构 等移动构件 2 、 3 (3) 双转块机构 (十字滑块联轴节 )(2) 正切机构移动构件 2 、 3 (4) 双滑块机构 （ 椭圆仪 ）连杆 BC连线上的任一点轨迹为以 A为中心的椭圆。其中，中点 D的轨迹是以 A为圆心的圆。3、 更换机架 构件 3为机架 定块机构 (d)构件 4为机架 曲柄滑块机构 (a)构件 1为机架 转动导杆机构 (b)构件 2为机架 摇块机构 (c)教材中所示不同形式的四杆机构四杆机构含有 1个移动副 曲柄滑块、导杆摇块、定块四杆机构含有 2个移动副 正弦、正切双转块、双滑块四杆机构含有 0个移动副曲柄摇杆、双曲柄(曲柄主动 )曲柄摇杆、双摇杆(摇杆主动 )更换机架更换机架更换机架转动副变移动副3-3 平面四杆机构曲柄存在条件及特性一、平面四杆机构曲柄存在条件1、铰链四杆机构整转副存在条件（ 1）最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆的长度之和（称为杆长条件）；（ 2）组成该整转副的两构件之一为最短杆。证明：不失一般性，以图中的转动副 A为例，证明转动副 A成为整转副的条件。在机构运动的任一位置，若令 f = lBD，则由三角形的边角关系：b+cf， b+cfmax=a+d， (B在 B1处 )|b c|f， |b c|fmin=|d a| （ B在 B2处）若 ad，则 |d a|=a d d+bc+ad+cb+ad+ac+b且 d = min铰链四杆机构曲柄存在条件 (类型判定 )：双曲柄机构曲柄摇杆机构双摇杆机构杆长之和条件N 双摇杆机构Y最短杆为连架杆最短构件为机架最短杆对边的为机架YY2、曲柄滑块机构曲柄存在条件 直角 AC1E： AC1 AE b-ae ba+e曲柄存在的条件 : ba+e 偏置ba 对心 ( e=0)直角 AC2E： AC2 AE a+be ba-e二、平面四杆机构工作特性(1) 机构的 急回运动 特性原动件作匀速转动，从动件相对机架作往复运动的机构，从动件正行程和反行程的平均速度不相等的特性。曲柄摇杆机构曲柄 AB1AB 2， 摇杆 C1DC 2D，曲柄 AB2AB 1，摇杆 C2DC 1D，正行程 ：反行程 ：正行程慢，反行程快。1、行程速度变化系数(2) 行程速度变化系数可见： 越大，急回特性越显著 。(a) 偏置曲柄滑块机构 ： (3) 其它具有急回特性的机构(b) 摆动导杆机构 ： 往复式运动机械中，为提高劳动生产率，要求工作行程慢，非工作行程快。如： 牛头刨床机构 ，刨时的速度回刀的速度(4) 急回机构的应用2、 压力角和传动角(1) 压力角 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 压力角余角平面连杆机构经常用 衡量机构的传动质量 (易于测量 ) 有效分力 无效分力 ，对机构传动越有利 Pt 对机构传动越有利 反映力的有效利用程度(4) 传动角的计算 (3) 许用传动角一般：传动角是原动件位置的连续函数。因此在机构运动的一个周期中，一定存在 最小传动角 gmin。高速机构： 构件 2、 3的夹角3、死点位置 (1) 死点位置 :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 ”。例 2 曲柄滑块机构例 3 摆动导杆机构例 1 曲柄摇杆机构避免在死点位置起动。运转时，靠惯性冲过死点。(2) 死点的不利影响：运动不确定卡死(3) 克服死点的方法：(4) 死点的利