第3章-平面连杆机构.ppt

1 3 1概述 连杆机构被广泛地使用在各种机器 仪表 操纵装置和生活实践之中 例如内燃机 牛头刨 钢窗启闭机构 碎石机 折叠桌椅 缝纫机等等 这些机构都有一个共同的特点 其机构都是通过低副联接而成 故这些机构又称低副机构 根据这一特点 我们定义 若干构件通过低副 转动副或移动副 联接所组成的机构称作连杆机构 连杆机构中各构件的相对运动是平面运动还是空间运动 连杆机构又可以分为平面连杆机构和空间连杆机构 平面连杆机构的类型很多 单从组成机构的杆件数来看就有四杆 五杆和多杆机构 一般多杆机构可以看成是由几个四杆机构所组成 所以平面四杆机构不但结构最简单 应用也最广泛 高职高专 十一五 规划教材 2 平面连杆机构的优点 1 由于是低副 为面接触 所以承受压强小 便于润滑 磨损较轻 可承受较大载荷 2 结构简单 加工方便 构件之间的接触是由构件本身的几何约束来保持的 因此构件工作可靠 3 可使从动件实现多种形式的运动 满足多种运动规律的要求 4 利用平面连杆机构中的连杆可满足多种运动轨迹的要求 平面连杆机构的缺点 1 根据从动件所需要的运动规律或轨迹来设计连杆机构比较复杂 精度不高 2 运动时产生的惯性难以平衡 不适用于高速运动场合 高职高专 十一五 规划教材 3 3 2铰链四杆机构的基本类型 当平面四杆机构中的运动副都是转动副时 称为铰链四杆机构 如图所示的铰链四杆机构中 杆4是固定不动的 称为机架 与机架相连的杆1和杆3称为连架杆 不与机架直接相连的杆2 称为连杆 如果杆1 或杆3 能绕铰链A 或铰链D 作整周的连续旋转 则此杆称为曲柄 如果不能作整周的连续旋转 而只能来回摇摆一个角度 则此杆称为摇杆 高职高专 十一五 规划教材 铰链四杆机构中 机架和连杆总是存在的 因此可按曲柄存在情况 分为三种基本形式 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构 点击进入铰链四杆机构参数化模型 4 高职高专 十一五 规划教材 3 2 1曲柄摇杆机构 在铰链四杆机构中的两连架杆 如果一个为曲柄 另一个为摇杆 那么该机构就称为曲柄摇杆机构 取曲柄AB为主动件 当曲柄AB作连续等速整周转动时 从动摇杆CD将在一定角度内作往复摆动 由此可见 曲柄摇杆机构能将主动件的整周回转运动转换成从动件的往复摆动 如图所示的剪切机通过原动机驱动曲柄转动 再由连杆带动摇杆往复运动 实现剪切工作 点击观看曲柄摇杆机构实例 5 在曲柄摇杆机构中 当摇杆为主动件时 可将摇杆的往复摆动经连杆转换为曲柄的连续旋转运动 在生产中应用很广泛 如图所示缝纫机的踏板机构 当脚踏板 相当于摇杆 作往复摆动时 通过连杆带动曲轴 相当于曲柄 作旋转运动 为缝纫机实现缝纫提供原动力 再在缝纫机头内由另一个曲柄摇杆机构将旋转运动转化成缝纫机针的往复运动 实现缝纫工作 高职高专 十一五 规划教材 6 3 2 2双曲柄机构 高职高专 十一五 规划教材 铰链四杆机构中 若两个连架杆均为曲柄 则该机构称为双曲柄机构 两个曲柄可分别为主动件 图示惯性筛中 ABCD为双曲柄机构 工作时以曲柄AB为主动件 并作等速转动 通过连杆BC带动从动曲柄CD 作周期性的变速运动 再通过E点的联接 使筛子作变速往复运动 惯性筛利用从动曲柄的变速转动 使筛子具有一定的加速度 筛面上的物料由于惯性来回抖动 达到筛分物料的目的 7 双曲柄机构中 当两个曲柄长度不相等时 主动曲柄作等速转动 从动曲柄随之作变速转动 即从动曲柄在每一周中的角速度有时大于主动曲柄的角速度 有时小于主动曲柄的角速度 双曲柄机构中 常见的还有平行双曲柄机构和反向双曲柄机构 如图所示 高职高专 十一五 规划教材 1 当两曲柄的长度相等且平行时 称为平行双曲柄机构 平行双曲柄机构的两曲柄的旋转方向相同 角速度也相等 平行双曲柄机构应用很广 如图所示机车联动装置中 车轮相当于曲柄 保证了各车轮同速同向转动 此机车联动装置中还增设一个曲柄EF作辅助构件 以防止平行双曲柄机构ABCD变成为反向双曲柄机构 8 2 当双曲柄机构对边相等 但互不平行时 则称其为反向双曲柄机构 反向双曲柄的旋转方向相反 且角速度也不相等 如图 3 9 所示 车门启闭机构中 当主动曲柄AB转动时 通过连杆BC使从动曲柄CD朝反向转过 从而保证两扇车门能同时开启和关闭 高职高专 十一五 规划教材 3 2 3双摇杆机构 在铰链四杆机构中 若两个连架杆均为摇杆时 则该机构称为双摇杆机构 在双摇杆机构中 两杆均可作为主动件 主动摇杆往复摆动时 通过连杆带动从动摇杆往复摆动 点击观看翻台机构 9 高职高专 十一五 规划教材 双摇杆机构在机械工程上应用也很多 如图所示汽车离合器操纵机构中 当驾驶员踩下踏板时 主动摇杆AB往右摆动 由连杆BC带动从动杆CD也向右摆动 从而对离合器产生作用 如图所示载重车自卸翻斗装置中 当液压缸活塞杆向右伸出时 可带动双摇杆AB和CD向右摆动 从而使翻斗车内的货物滑下 如图所示起重机中 在双摇杆AB和CD的配合下 起重机能将起吊的重物几乎沿水平方向移动 以省时省功 10 3 3铰链四杆机构的演化 高职高专 十一五 规划教材 3 3 1移动副取代转动副的演化 11 高职高专 十一五 规划教材 3 3 2变更机架的演化 曲柄移动导杆机构 12 高职高专 十一五 规划教材 单移动滑块机构 13 高职高专 十一五 规划教材 曲柄滑块机构当以曲柄为机架时 可得导杆机构 若导杆不能整周转动则为摆动导杆 若能够整周转动则为转动导杆 应用实例如牛头刨床或下图所示小型刨床 点击观看转动导杆机构实例 点击观看曲柄滑块机构实例 14 高职高专 十一五 规划教材 曲柄滑块机构若选滑块为机架则可得移动滑杆机构 应用实例如图所示手摇唧筒 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 如选择双滑块机构中的不同构件作为机架可得不同的机构 3 3 3运动副元素逆换的演化 将两个低副的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 如图所示导杆机构若将构件2和3的包容关系进行逆换则可得摇块机构 但各构件间的相对运动关系不变 15 3 3 4扩大回转副的演化 高职高专 十一五 规划教材 曲柄滑块机构中 当曲柄与连杆间的转动副尺寸扩大到超过曲柄中心时 可得如图所示偏心轮机构 16 3 4铰链四杆机构的基本特性 高职高专 十一五 规划教材 17 3 4 2急回运动 高职高专 十一五 规划教材 当曲柄等速转动时 摇杆来回摆动的速度是不同的 其空回行程的平均速度大于工作行程的平均速度 这种性质为机构的急回特性 为了表达这个特征的相对程度 设 18 高职高专 十一五 规划教材 可得 由 偏置曲柄滑块机构和导杆机构由于存在急回特性 故可用在空行程节省运动时间中 例如牛头刨 往复式输送机等 设计机构时通常给定值算出角的值作为已知条件 一般 2 为锐角 称为从动件的行程速比系数 其大小表示急回的程度 只要 0 就有 1 且越大 值越大 急回性质越明显 19 3 5平面四杆机构的设计 高职高专 十一五 规划教材 3 5 1平面连杆机构设计的基本问题1 平面连杆机构的设计过程 已知条件 运动条件 几何条件 动力条件 构件尺寸 2 平面连杆机构设计的两类基本要求 1 实现给定运动规律 位置设计 2 实现给定运动轨迹 轨迹设计 3 三种设计方法 1 作图法 简明易懂 精确性差 2 解析法 精确度好 计算繁杂 3 实验法 形象直观 过程复杂 由于在教学中以作图法解决位置设计问题为主 故教材中只介绍平面连杆机构设计的作图法 20 高职高专 十一五 规划教材 3 5 2按照给定的行程速比系数设计四杆机构对于有急回运动的四杆机构 设计时应满足行程速比系数K的要求 在这种情况下 可以利用机构的极限位置的几何关系 再结合其他辅助条件进行设计 3 5 3按给定连杆位置设计四杆机构3 5 4按照给定两连架杆对应位置设计四杆3 5 5按给定点运动轨迹设计四杆机构 各种设计的具体举例参见教材 21 高职高专 十一五 规划教材 本章重点口诀曲柄摇杆最基型 机构条件细分清 曲柄主动有急回 曲柄从动死点停 急回特性有K值 极位夹角相对应 曲柄摇杆化滑块 曲柄滑块化导杆 22 思考题 3 1何谓平面连杆机构 它有哪些优缺点 3 2铰链四杆机构的基本形式有哪几种 各能进行哪些运动形式的转换 3 3试述铰链四杆机构的曲柄存在条件 3 4平面四杆机构的其他形式有哪几种 各能进行哪些运动形