机械原理第八章-平面连杆机构及其设计

1、精品文档 第八章平面连杆机构及其设计 题8-1试画出图示两种机构的机构运动简图，并说明他们各为何种机构。在图a中偏心盘1 绕固定轴0转动，迫使滑块 2在圆盘3的槽中来回滑动，而圆盘 3又相对于机架4转动； 在图b中偏心盘1绕固定轴0转动，通过构件 2，使滑块3相对于机架4往复移动。（图a 的机构运动简图可有两种表达方式，绘出其中之一即可） 昵公恪快現這或导杆机构 曲柄摇块机构 A 10 1 A JF S 23 2 B d 丿.丿. B 4 题8-1 题8-2如图所示，设已知四杆机构各构件的长度 a=240mm, b=600mm ,c=400mm ,d=500mm， 试回答下列问题： 1）当取杆

2、4为机架时，是否有曲柄存在？ 若有曲柄，则杆 a为曲柄，此时该机构为 机构。 2）要使机构成为双曲柄机构，则应取杆 机架。 3）要使此机构成为双摇杆机构，则应取杆 为机架，且其长度的允许变动范围为 4）如将杆4的长度改为d = 4 0 0 mm，而其他各杆的长度不变，则当分别以1、2、3 杆为机架时，所获得的机构为 机构。 解：1）因a b 240 600 c d 400 500 900且最短杆1为连架杆，故当取杆 4为机架时，有曲柄存在。此时该机构为曲柄摇杆机构。 2） 要使此机构成为双曲柄机构，则应取最短杆1为机架。 3） 要使此机构成为双摇杆机构，则取最杆3为机架，其长度的允许变动范围为

3、： （1 ）因最短杆1为连杆，即使满足杆长条件，此机构也不能成为双摇杆机构 （2）不满足杆长条件时， b为最长杆，c为最短杆，b c a d c 140 c为最长杆，但不可能大于三杆长度之和 c a b d 故c 1340 综合以上条件， 140 c 1340时，均可为双摇杆机构。 4）如将杆4的长度改为400，其它杆长度不变，则当分别以 1、2、3杆为机架时，因不 满足杆长条件，故所获机构均为双摇杆机构。 题8-3在图示的各四杆机构中，已知各构件的尺寸（由图上量取，图中比例尺卩1=2mm/mm ） 杆AB为主动件，转向如图所示。现要求：1 ）试给出这三种机构有曲柄的条件和各机构的 名称；2）

4、机构有无急回运动？若有，试以作图法确定其极位夹角并计算其行程速比系 数K ； 3）标出各机构在图示位置时的机构传动角丫和压力角a,求作最小传动角丫min和最 小压力角a min，并说明机构的传动性能如何？4 ）机构是否存在死点位置？ 解：a）图为曲柄摇杆机构。杆 AB为曲柄的条件： AB AD BC CD AB BC AB CD AB AD 由图8-3 （a）两极限位置 AB 1C1D和AB 2C2D可得 极位夹角0 , K 1所以无急回运动。 机构传动角丫和压力角a如图示位置。最小传动角丫min位置为AB C D 最小压力角a min位置为AB 0C0D。min 0曲柄为主动件，不存在死点位

5、置。 b）图为偏置曲柄滑块机构。杆 AB为曲柄的条件: AB AD BCCD 当 e 0 ABe BC 当e 0 AB BC 极位夹角C1AC2即21.2, K1.27 有急回运动。 机构传动角丫和压力角a如图示位置。最小传动角丫 min位置为曲柄垂直于导路时两位 置中AB ” C min 38.8 最小压力角a min位置为AB 0C0o min 曲柄为主动件，不存在死点位置。 C C2 C min B B 题8-3 (a) B Bi A 7 7 Y C0 C G C1 Co B Bo B 题8-3 (b) c）图为偏置导杆机构。杆 AB为曲柄的条件： AB CD AC BD 当 e 0 A

6、B e BC 当 e 0 AB BC 极位夹角BiAE 即 81, K 2.64 有急回运动。 机构传动角丫和压力角a如图示位置。最小传动角丫min位置为CB最短，即CB min 48.2 最小压力角a min位置为为CB最长，即CB 。 min 9 曲柄为主动件，不存在死点位置。 精品文档 180 180 题8-4图a所示为一新型杆式曲柄冲压机。在此冲压机构中，动力是由绕固定轴心A匀速 转动的齿轮1输入，通过分别铰接在齿轮 1轮缘上B处和传动件3上C处的杆2使杆3柄 轴颈3和可绕其轴心 E相对转动的连杆4带动冲头5上下往复运动，可使冲头实现快进， 低速冲压、高速返回的运动规律。已知机构的尺寸

7、: lAB=100mm， lBc=110mm , lcD=55mm， 解：1) n 5 Pl 7 Ph 0 F 3n 2Pl Ph 3 5 2 7 0 1 2） ABCD为双曲柄机构， min 45.3 DEF 为对心曲柄滑块机 lAD=20mm， lDE=40mm， lEF=250mm，现要求: 1） 试以比例尺卩i=5mm/mm绘制图示位置的机构的运动简图（图 b）,并计算其自由度； 2）确定四杆机构 ABCD和DEF的类型和最小传动角丫 min，并说 明此冲压机构的传动性能如何？ 3） 确定该冲压机构的极位夹角B和行程速比系数K ,并说明此冲 压机构的冲头是进快还是返回快？为什么？ 构。

8、min80.8 3 ）极位夹角 58.5 行程速比系数 k 1.97 精品文档 CAD E C 广、 B 0 J 题8-4 题8-5如图所示, 设要求四杆机构两连架 杆的三组对应位置分别为a 1=50 ; a 2=80 , 2=75 ; 3=125, 3=105 。另外 lAD=80mm。试 以解析法设计此四杆机构。 P2 1=35 , cos 0P0 cos 0 R cos 0 得 cos35 P0 cos 75 P1 cos 5035 P2 cos80 P0 cos 75 R cos 7580 P2 cos125 P0 cos 105 R cos 105 125P2 解之得 （计算到小数点

9、后四位） 1.5815 , Po 解：1）将 i的三组对应值代入下式（初选 1 .2637 , P21.0233 2) 求各杆的相对长度，得 c P01.5815 ,l a n 1 .2515 P1 22 ：丨 n 12IP21 .5831 3) 求各杆的长度 80.00mm d 80 l 1.2515 ma 1.5815 63.923 63.923 101.197 na 1.5815 63.923 101.094 E1，敞开时在位置 题8-6图a所示为一实验用小电炉的炉门启闭机构，炉门关闭时在位置 E2，试设计一四杆机构来实现炉门启闭的操作。 （1） 已选定炉门上的两个铰链 B及C的位置（图

10、b）； （2） 已选定炉壁上的两个固定铰链A及D的位置（图c）。 解：1）已选定炉门上的两个铰链 B和C的位置。 用作图法求出A及D的位置，并作出机构在 E2位置的运动简图, 如图 8-6（ 1）； 1 AB 由图量得：Ibc CD I AB 95mm i BC 335mm i CD 290mm 2）已选定炉壁上的两个铰链 A和D的位置。 用作图法求出B及C的位置，并作出机构在E2位置的运动简图，如图 8-6（ 2） 1 AB l AB 92.5mm 由图量得：lBC i BC 127.5mm IcD i CD 262.5mm D bi2 Bi Cl2 A di2 D 习题8-6(1) ai2

11、 -D 习题8-6(2) E 题8-8图a所示为一用绳索操作的长杆夹持器，并用一四杆机构ABCD来实现执握动作。设已 知AB杆及DE杆的对应角度关系如图 a所示，且lDE=60mm，lAD=140mm， lAB=20mm。 试以作图法设计此四杆机构。（保留作图线。） 解：取AD杆为机架，并以适当比例尺作 AD、AB与DE杆的三对对应位置。作图步 骤如图题 8-8所示（保留作图线） 由图量得： 1 AB l AB 20 mm 1 AD l AD 140 mm 1 BC l BC 137 mm IcD i CD 38.4mm 60 20 ft 0 A D 50 C? B3* bi3 B2 bi2

12、B3 Bl B2 E3E2El 题8-8 题8-9如图所示为一已知的曲柄摇杆 CD和滑块F连接起来，使摇杆的三个已知位置 C2D、C3D和滑块的三个位置 Fi、F2、F3 相对应（图示尺寸系按比例尺绘出），试 以作图法确定此连杆的长度及其摇杆CD 铰接点的位置。（作图法求解时，应保留 全部作图线。） 解：由题意知，本题实际是为按两连 CiD、 架杆（摇杆与滑块）的预定事对应位置设计四杆机构的问题。具体作图过程如图8-9 所示, 连杆的长度为Ief lEh 27.2mm 题8-9 卩1M1 -6 14 -6 13 屮 题 8-10 ABCD、平行四边形机构 题8-10图a所示为一汽车引擎油门控制

13、装置。此装置由四杆机构 DEFG及油门装置所组成，由绕 0轴转动的油门踏板 01驱动，可实现油门踏板与油门的协 调配和动作。当油门踏板的转角分别为0、5、15及20时，杆MAB相对应的转角 分别为0 、32、52、及63（逆时针方向），与之相应油门开启程度为0（关闭）、 14。及60。（全开）四个状态。现设 lAD=120mm ,试以作图法设计此四杆机构 ABCD，并确定杆 AB及CD的安装角度 3 1及B 2的大小（当踏板转20, AM与 0A重合，DE与AD重合）。 解：取B1及B2为归并点，按点位归 并（缩减）法设计此四杆机构（如图8-10） AB1C1D b34 i! 一 T. B4，

14、 申， jF. b23 O 量得各杆长度： AB 95mm 92 BC 165mm CD 48mm AD 120mm 116 题8-11如图所示，现欲设计一铰链四杆机构，已知其摇杆CD的长lcD=75mm，行程速比系 数K=1.5，机架AD的长度为lAD=100mm，又知摇杆的一个极限位置与机架间的夹角为 =45 ,试求曲柄的长度 Iab和连杆的长Ibc。(有两个解。) K 11.5 1“ 解： 18018036 K 11.5 1 解法一：如图8-10(a)所设计的四杆机构的两极限位置为AB 1C1D和AB2C2D 量得各杆长度：|ab ac2 ac1 /IQ omm l AC2 AC 1 2

15、1 1onmm 2 1 Bc i 2 如图8-10(a)所设计的四杆机构的两极限位置为 AB 1 C1 D 和 AB 2 C21 D 量得各杆长度： I ac2 ac1 OO crnm l lAB l22.511 2 BC 解法 AC2 AC1 48.3mm 2 取|作出摇杆CD的两极限位置 DCi及DC2和固定铰链A所在的圆Si。以C2为圆心，2AB 为半径作圆，同时以 F为圆心，FC2为半径作圆，两圆交于 E,作C2E的延长线与 Si的交 点即为铰链A的位置。 量得BC杆长度: 1 Be AC1305mm 2 作AB杆与机架AD两次共线得 AB CD 和 AB ”C”D 两位置，贝U B”

16、C”D 为 min 45 40 Si 题8-12 / 作图证明：（下述证明中三字母组合为角度） C1EA AC1E AC1 AE C2E AC 2 ACi 2l AB 160mm C1 FC2 180（同弧圆周角与对顶圆心角的一半角度互补） 1 1 C2 ECi 180 C1FC2180 180 90- 2 2 2 C1 EA 180 C2EC1180 90 -90 2 2 AC1E 180 90- 90 2 2 得证。 解法二：由余弦定理 cos 2 2 b aC1C2 2 2 4a2 C1C2 2b2 2a2 2a2 CQ2 2 cos 1 题8-13试设计一偏置曲柄滑块机构(图 a),设

17、已知其滑块的行程速比系数K=1.5，滑块的 冲程H=40mm，偏距e=15mm。并求其最大压力角a max。 18036 1.5 1 K 1 解：计算180 K 1 取i作出滑块的冲程H 的两极位 C1 及 C2, 作B圆，作偏距线，两者交点即为铰链 位置。量得各杆长度: l AB AC2 AC1 i 17mm AC2 AC1 i36.4mm max 2 62 C1 C2 题 8-13 lAB=75mm , lDE=100mm，行程速比系 题8-14图a所示为一牛头刨床的主传动机构，已知 5有较小的压力角，试设 数K=2，刨头5的行程H=300mm，要求在整个行程中，推动刨头 计此机构。 K 12 1 解：计算 18018060 导杆的摆角60 K 12 1 导杆端点D行程D1D2E1E2H 300 取图,由图可得 DiD2 ICD 2300mm 1 AC Sin 2 I ab aB i50mm B2 B) A Q Bi 题 8-14(a) 为了使推动刨头5在整个行程中有较小压力角，刨头导路的位置分析: 1) 当导路的位置在 CF时，在FE2 位置 0 ,但在DiEi和D2E3 位置 max 2) 当导路的位置在 CG时，在 DiE