任务1-曲柄压力机中的曲柄滑块机构的设计

1、任务内容 1分析曲柄压力机的结构和工作原理 2阐述平面连杆机构的设计方法 3设计曲柄压力机中曲柄连杆机构 4绘制的曲柄滑块机构运动简图 5相关知识拓展上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 任务一 平面连杆机构的设计上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 观察与思考学生观察：曲柄滑块机构在冲床中的运动情况上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 分析冲床的结构图1 冲床 a)外观图 b)传动简图上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 提出学习任务:设计冲床中曲柄滑块机构同学们思考：1. 曲柄滑块机构是由什么机构演化而来的? 2. 曲柄滑块机构的设计方法。1、平面四杆机构的

2、工作特性2、平面四杆机构的图解法设计（一）教学要求1、熟悉平面四杆机构的基本类型、应用及平面四杆机构的演化。2、理解平面四杆机构的几个工作特性。3、掌握平面四杆机构的设计（二）教学的重点与难点上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 一、相关知识学习 平面连杆机构是由若干个构件通过低副（转动副和移动副）联接而成的机构，又称为平面低副机构。 由四个构件通过低副联接而成的平面连杆机构，称为平面四杆机构。它是平面连杆机构中最常见的形式，也是组成多杆机构的基础。 如果所有低副均为转动副，这种四杆机构就称为铰链四杆机构。它是平面四杆机构中最基本的形式，其他形式的四杆机构都是在它的基础上演化而成的。连

3、杆机构中的构件称为杆。 上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 平面连杆机构的优点由于是面接触，所以承受压强小、便于润滑、磨损较轻，可承受较大载荷结构简单，加工方便，构件工作可靠可实现多种形式的运动，满足多种运动规律要求可满足多种运动轨迹的要求平面连杆机构的缺点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。运动时产生的惯性力难以平衡，不适于高速场合。上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 1.1 四杆机构的基本形式及其演化铰链四杆机构的基本形式 平面四杆机构的基本型式是铰链四杆机构，如图所示，其中AD杆为机架，与机架相连的AB杆和CD杆称为连架杆，与机架相对的B

4、C杆称为连杆。其中能作整周回转运动的连架杆称为曲柄； 只能在一定范围内摆动的连架杆称为摇杆。 上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 1、曲柄摇杆机构 应用：颚式破碎机机构、搅面机、卫星天线、缝纫机踏板机构、脚踏砂轮机机构等。 根据连架杆有无曲柄，可分为三种基本形式 两连架杆中一个为曲柄，一个为摇杆的四杆机构，称为曲柄摇杆机构。铰链四杆机构的基本类型上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 曲柄摇杆机构应用实例（一）颚式破碎机机构颚式破碎机上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 曲柄摇杆机构应用实例（二）和面机构运动图和面机构上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 曲柄摇

5、杆机构应用实例（三）雷达天线俯仰角调整机构 上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 曲柄摇杆机构应用实例（四）缝纫机脚踏板机构缝纫机上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 脚踏砂轮机机构 曲柄摇杆机构应用实例（五）上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 两连杆架均为曲柄的四杆机构称为双曲柄机构。应用：惯性筛、插床机构2.双曲柄机构上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 惯性筛双曲柄机构应用实例（一）上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 插床机构双曲柄机构应用实例（二）上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 双曲柄机构中，若相对的两杆长度分别相等，称为平行双

6、曲柄机构。当两曲柄转向相同时，它们的角速度时时相等, 连杆也始终与机架平行，四根杆形成一平行四边形，故又称平行四边形机构。上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 平行四边形机构的应用实例机车车轮联动机构运动图示意图机构图上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 两连杆架均为摇杆的四杆机构称为双摇杆机构。1、港口起重机2、飞机起落架3、电风扇的摇头机构应用：3.双摇杆机构上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 双摇杆机构应用实例（一）起重机示意图运动图简图上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 双摇杆机构应用实例（二）飞机起落架运动图飞机起落架机构图上一页下一页返 回结 束

7、任务一 平面连杆机构 风扇摇头机构双摇杆机构应用实例（三）上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 1.1.2 平面四杆机构的演化 在平面连杆机构中，除了上述三种形式的铰链四杆机构之外，在实际机器中还广泛采用其他形式的四杆机构。这些四杆机构可认为是通过改变某些构件的形状、改变构件的相对长度、改变某些运动副的尺寸、或者选择不同的构件作为机架等方法，由四杆机构的基本型式演化而成的。 上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 1.扩大转动副，使转动副变成移动副上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 2.偏置曲柄滑块机构1.对心曲柄滑块机构曲柄滑块机构上一页下一页返 回结 束任务一 平面

8、连杆机构 对心曲柄滑块机构上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 曲柄滑块机构应用实例（一）小型刨床机构上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 冲压机构 曲柄滑块机构应用实例（二）运动图简化图上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 曲柄滑块机构的演化 通过改变运动副的尺寸，对心曲柄滑块机构可以演化成偏心轮机构。上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 a、曲柄摇杆机构b、双曲柄机构c、曲柄摇杆机构d、双摇杆机构2.通过选用不同构件为机架而演化成的四杆机构（1）在铰链四杆机构中：上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 2.通过选用不同构件为机架而演化成的四杆机构 当构

9、件2做整周转动时，导杆4也做整周回转，该机构称为转动导杆机构；当构件2做整周转动时，导杆只能往复摆动，称为摆动导杆机构。 （1）取构件1为机架，可得到导杆机构。曲柄滑块机构中：上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 转动导杆机构摆动导杆机构上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 简易刨床的主运动机构转动导杆机构的应用上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 牛头刨床的主运动机构摆动导杆机构的应用上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 曲柄摇块机构 当曲柄滑块机构中取构件2为机架时，可转化为曲柄摇块机构。（2）摇块机构曲柄滑块机构上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构

10、 自卸卡车翻斗机构曲柄摇块机构应用ABC1423运动图示意图机构简图上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 当曲柄滑块机构中取滑块3为机架时，即可转化为移动导杆机构。 （3）移动导杆机构应用： 手动压水机移动导杆机构曲柄滑块机构上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 -手动压水机构移动导杆机构应用运动图示意图机构简图ABCABC上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 铰链平面四杆机构有曲柄的条件 1.铰链四杆机构有曲柄的条件1.2 平面四杆机构的基本特性adbc acbd abcd由三角形两边之和大于第三边原理得上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 将以上三式两两相加

11、, 整理得由此得铰链四杆机构曲柄存在的条件：最短构件条件构件的长度和条件 此两构件中必有一构件为运动链中最短构件。 最短构件与最长构件的长度之和小于或等于其它两构件长度之和。abadac上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 1）取最短构件AB的邻边构件AD(或BC)为机架，AB-曲柄，CD-摇杆1、若LAB+LBC LAD+LCD 铰链四杆机构如图，AB为最短构件, BC为最长构件 曲柄摇杆机构 2）取最短构件AB为机架，BC-曲柄，AD-曲柄双曲柄机构3）取最短构件的对边构件CD为机架，BC-摇杆，AD-摇杆双摇杆机构上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 2、若LAB+LBC

12、 LAD+LCD 则不论取哪一个构件为机架，都只能得到双摇杆机构。 上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 L1+L2 L3+L4曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构双摇杆机构L1+L2 L3+L4上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 L1+L2 L3+L4双摇杆机构上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 结论：（1）在铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆长度之和时，则不论取哪一个构件为机架，都只能得到双摇杆机构。 （2）在铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和时： 取最短构件为机架 双曲柄机构取最短构件任一相邻构件为机架 曲柄摇

13、杆机构 取最短构件对面的构件为机架双摇杆机构上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 2.曲柄滑块机构有曲柄的条件： AC1E：b-aee=0, ba AC2E：a+be即曲柄滑块机构有曲柄的条件:ba+e上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 1.2.2 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。 Ft是推动摇杆绕D点转动的有效分力， Fn不但对摇杆无推动作用，反而在铰链处引起摩擦消耗动力，因此它是有害分力。上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 2、传动角 压力角的余角，是连杆BC与摇杆CD夹的锐角。 传动角愈大（压力角越小），机构

14、传力性能愈好，所以压力角和传动角是机构传力性能的两个重要指标。 机构运动时，传动角是变化的。为使机构正应使最小传动角 min4050，轻载时取较小值，重载时取较大值。上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 曲柄滑块机构min的位置 对于曲柄滑块机构，当主动件为曲柄时，最小传动角出现在曲柄与机架垂直的位置上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 导杆机构min的位置 导杆机构, 由于在任何位置时主动曲柄通过滑块传给从动件的力的方向与从动杆上受力点的速度方向始终一致,因此传动角始终等于90。上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 1.2.3 急回特性 曲柄摇杆机构中，曲柄AB为主动

15、件，作匀速回转运动，摇杆CD为从动件作往复摆动。 C1D，C2D摇杆的两个极限位置 摆角 极位夹角：摇杆在两极限位置时，曲柄两位置间所夹的锐角称为极位夹角。极位夹角上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 当曲柄AB1位置顺时针转到AB2，摇杆由左极限位置C1D摆到右极限位置C2D，设经历的时间为t1, C点的平均速度曲柄再由AB2位置回到AB1位置时,摇杆自C2D摆回到C1D，设经历的时间为t2， C点的平均速度t1t2所以v2v1。v1=C1C2/t1v2=C2C1/t2上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 摇杆摆回速度比摆去速度快的性质，称急回特性。 行程速度变化系数 铰链四

16、杆机构有无急回运动特性取决于该机构有无极位夹角上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 偏置曲柄滑块机构机构有急回特性0上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 摆动导杆机构机构有急回特性0上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 牛头刨床机构上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 可以缩短非生产时间，提高生产率。急回特性的作用：急回特性的应用死点位置 曲柄摇杆机构, 当CD为原动件时, 在曲柄与连杆共线的位置出现传动角等于0的情况, 这时无论连杆BC对曲柄AB的作用力有多大, 都不能使曲柄转动。机构的这种位置称为死点位置。上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 四杆机

17、构中有无死点位置, 取决于从动件是否与连杆共线。 对曲柄摇杆机构而言，当曲柄为原动件时，摇杆与连杆无共线位置，不出现死点。当摇杆为原动件时，曲柄与连杆共线位置的位置为死点位置。死点位置的判断 对于传动机构，设计时必须考虑机构顺利通过死点位置的问题，如利用构件的惯性作用，使机构通过死点。工程上有时也利用死点位置提高机构工作的可靠性。 上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 缝纫机踏板机构 缝纫机就是借助带轮的惯性使机构通过死点位置。上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 飞机起落架 当机轮着陆时，BC杆和CD杆共线，机构处于死点位置，即使轮子上受到很大的力， 构件BC也不会使CD杆转

18、动(起落架不会折回)，使飞机着陆可靠。 上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 钻床工件夹紧装置 当工件被夹紧后, 机构处于死点位置, 无论工件的反力N多大, 夹具也不会自行松脱。ABCDBCD共线上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 三、操作与实践平面四杆机构的设计 平面连杆机构的设计主要是根据给定的运动条件选定机构的形式，确定各构件的尺寸参数。平面连杆机构设计的基本问题归纳为两类: （1）按照给定的运动规律设计四杆机构； （2）按照给定的点的运动轨迹设计四杆机构。 平面四杆机构的设计方法有图解法、 实验法和解析法。图解法直观, 实验法简便, 解析法精确。 本学习任务重点介绍图

19、解法。 上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 1.3.1 图解法设计平面四杆机构 1.按给定连杆位置设计四杆机构 已知：连杆BC长度及三个位置（B1C1，B2C2，B3C3）要求：设计铰链四杆机构设计步骤：连接B1B2、B2B3，作线B1B2、B2B3的垂直平分线b12、b23，交于A点；连接C1C2、C2C3，作线C1C2、C2C3的垂直平分线c12、c23，交于D点；连接AB1、C1D。上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 1.3.1 图解法设计平面四杆机构 2.按给定连杆二个位置设计四杆机构 上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 1.3.1 图解法设计平面四杆机构

20、 3.按给定连杆三个位置设计四杆机构 上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 4.按给定行程速度变化系数K设计四杆机构 例1：已知摇杆长度c，摆角 和行程速比系数k，试设计曲柄摇杆机构。 上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 任选点D作为摇杆回转中心位置，选取适当的长度比例尺L，根据已知的摇杆长和摆角作出摇杆的两个极限位置C1D和C2D。 解： (1) 计算极位夹角(2) 作摇杆的两极限位置上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 (3) 作辅助圆 连接C1C2，并作与C1C2成90-的两直线交于O点，则C1OC2=2。以O点为圆心，以OC1为半径作辅助圆。上一页下一页返 回

21、结 束任务一 平面连杆机构 (4) 求曲柄、连杆的长度(5) 求其他杆长度 机架AD的长度可直接量得, 乘以比例尺L即为实际尺寸。 在圆周上任取一点A，连接AC1、AC2，上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 (1) 计算极位夹角 设计分析: 摆动导杆机构的极位夹角与导杆的摆角相等。设计导杆机构的实质就是确定曲柄长度 。例2. 设已知机架AC的长度d和行程速比系数K，试设计摆动导杆机构。设计步骤:上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 任选C点为固定铰链中心，以=mCn, 作出导杆的两极限位置Cm和Cn。 (3) 确定A点及曲柄长度。 平分角，选比例尺l， ACc/ l,以C为圆

22、心，AC为半径作圆弧与角的平分线交于A点，过A作Cm、Cn的垂线，得垂足B1、B2，AB即为曲柄，长度a= l.AB 。(2) 作导杆的两极限位置。上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 总 结1、铰链四杆机构的基本类型、应用2、铰链四杆机构的演化3、平面四杆机构的几个工作特性（1）曲柄存在的条件（2）压力角和传动角（3）急回特性（4）死点位置4、平面四杆机构的设计上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 1、对于铰链四杆机构，当满足构件长度和条件时，若取( )为机架，将得到曲柄摇杆机构。A.最短杆 B.与最短杆相对的构件 C.最长杆D.与最短杆相邻的构件2、曲柄摇杆机构，当( )时

23、，机构处于死点位置。A.曲柄为原动件、曲柄与机架共线B.曲柄为原动件、曲柄与连杆共线C.摇杆为原动件、曲柄与机架共线D.摇杆为原动件、曲柄与连杆共线3、在曲柄摇杆机构中，当曲柄为原动件时，( )死点位置。A. 有一个B.没有C.有两个D. 有三个复习思考题 上一页下一页返 回结 束任务一 平面连杆机构 4、 对于铰链四杆机构，当满足杆长之和的条件时，若取( )为机架，将得到双曲柄机构。A.最短杆 B.与最短杆相对的构件 C.最长杆D. 与最短杆相邻的构件 5、曲柄摇杆机构，摇杆为原动件当( )时，机构处于极限位置。A.曲柄与机架共线B.曲柄与连杆共线C.摇杆与机架共线 D.摇杆与连杆共线6、对于铰链四杆机构，当从动件的行程速比系数( )时，机构必有急回特性。A.K0 B.K1 C.K1 D.K=1上一页下一页返 回结 束任务一 平面