《机械设计基础 第4版》 教案 第3章 平面连杆机构

PAGEPAGE14第3章平面连杆机构基本要求：了解平面连杆机构的组成及其主要优缺点；了解平面连杆机构的基本形式——平面铰链四杆机构；了解其演化和应用；对曲柄存在条件、急回运动、行程速比系数、传动角、压力角、止点等有明确的概念。掌握按给定行程速比系数设计四杆机构和按给定连杆位置设计四杆机构的方法。重点：铰链四杆机构的基本型式、特性、演化及曲柄存在的条件；平面四杆机构的运动设计。难点：铰链四杆机构的演化；平面四杆机构的运动设计。学时：课堂教学：4学时，实验教学：2学时。教学方法：多媒体结合板书。概述平面连杆机构：许多刚性构件用低副联接组成的平面机构。特点：1、承载能力大，耐磨损，且便于润滑，使用寿命长；2、便于制造，成本低，且易达到较高的精度；3、运动链较长，所以运动累积误差大；4、连杆产生的惯性力难以生产平衡；5、设计计算较复杂。连杆机构的分类：1、根据连杆机构中各构件间相对运动范围分：平面连杆机构空间连杆机构2、根据连杆机构所含构件数分：四杆机构多杆机构3.1铰链四杆机构的基本类型及运动特性铰链四杆机构——全部回转副组成的平面四杆机构。铰链四杆机构的组成：3.1.1铰链四杆机构的基本型式1、曲柄摇杆机构图3-1曲柄摇杆机构2、双曲柄机构图3-2双曲柄机构3、双摇杆机构图3-3双摇杆机构3.1.2平面四杆机构有曲柄的条件如图3-4所示，设l1、l2、l3、l4为各杆长度。且设l1<l4，A为周转副。图3-4平面四杆机构在△AC'D中，l4≤(l2-l1)+l3，即：l1+l4≤l2+l3l3≤(l2-l1)+l4，即：l1+l3≤l2+l4在△AC''D中，l1+l2≤l4+l3l1≤l2、l1≤l3、l1≤l4所以，l1为最短杆，且l1与任意一杆长度之和都小于其他两杆长度之和。结论：1、铰链四杆机构有整转副的条件是：最短杆与最长杆的长度之和应小于或等于其余两杆长度之和。2、整转副是由最短杆与其邻边组成。铰链四杆机构三种基本形式的判别依据：1、当铰链四杆机构满足杆长条件时，若：（1）最短杆为连架杆时——曲柄摇杆机构（2）最短杆为机架时——双曲柄机构（含平行四边形机构）（3）最短杆为连杆时——双摇杆机构2、当铰链四杆机构不满足杆长条件时——双摇杆机构3.1.3平面连杆机构的急回运动和行程速比系数1、名词解释1）极限位置——C1D和C2D；2）摆角——两极限位置所夹的锐角，用φ表示。3）极位——当摇杆处于两极限位置时，机构所处的这两个位置。4）极位夹角——当机构在两极限位置时，原动件AB所处两个位置之间所夹的锐角，用表示。2、急回运动当曲柄以等角速度ω1顺时针旋转时，我们来分析一下摇杆摆动的情况(如图3-5所示)：图3-5曲柄摇杆机构a）曲柄AB1→AB2转过α1=180°+摇杆C1D→C2D摆过φ,C点经过所用时间：b）曲柄AB2→AB1转过α2=180°-摇杆C2D→C1D摆过φ,C点经过所用时间：∵α1＞α2∴t1＞t2c）设两过程的平均速度分别为v1、v2，则v1=/t1；v2=/t2∵=，t1＞t2∴v2＞v1（说明摇杆摆回的速度大于工作行程的速度）摇杆的这种运动性质称为急回运动。3、行程速比系数：用来表明急回运动的急回程度，用K表示。上式表明，K随的增大而增大。所以，可以通过分析机构中是否存在极位夹角及极位夹角的大小来判定是否存在急回运动及急回运动的程度。例3-1：对心曲柄滑块机构(如图3-6所示)图3-6对心曲柄滑块机构∴K=1（滑块在正反行程中平均速度相等），故，没有急回运动。例3-2：偏置曲柄滑块机构(如图3-7所示)图3-7偏置曲柄滑块机构∴K≠1有急回运动。例3-3：导杆机构(如图3-8所示)图3-8导杆机构有急回运动。3.1.4平面连杆机构的传动角与止点1、压力角与传动角压力角——作用于C点的力与C点的速度方向之间所夹的锐角，用表示(如图3-9所示)。Pt=PcosPn=Psin图3-9铰链四杆机构的压力角2）传动角——压力角的余角，用表示。=90°-越大，Pt越小、传力性越差，同时亦越小。所以，为了保证机构具有良好的传力性，通常取γmin≥40°，力矩较大时，要求γmin≥50°。3）最小传动角的位置图3-10曲柄摇杆机构止点位置图由图3-10可见，2、止点A.机构的传动角为零的位置。1）曲柄摇杆机构：摇杆为主动件，曲柄与连杆共线的位置。2）曲柄滑块机构:滑块为主动件。3）摆动导杆机构：导杆为主动件。B.克服止点：①靠惯性。②附加杆组，使得止点位置错开。C.利用止点:①飞机起落架如图3-11飞机起落架机构。②夹紧机构。如图3-12快速夹具机构。图3-11飞机起落架结构图3-12连杆式快速夹具机构3.2铰链四杆机构的演化1、曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构如图3-13c所示。偏置曲柄滑块机构如图3-13d所示。(a)(b)(c)(d)图3-13曲柄滑块结构2.导杆机构转动导杆机构如图3-14b、c所示。摆动导杆机构如图3-14d所示。(a)(b)(c)(d)图3-14导杆机构3、摇块机构和定块机构（如图3-15所示）图3-15摇块机构和定块机构4、双滑块机构（如图3-16所示）图3-16双滑块结构5、偏心轮机构（如图3-17所示）图3-17偏心轮结构3.3平面连杆机构的运动设计连杆机构设计的基本问题：按给定运动要求选定机构的类型，并确定其各构件的尺度参数。设计要求：1、满足预定的运动规律要求；2、满足预定的连杆位置要求；3、满足预定的运动轨迹。设计方法：解析法、图解法和实验法3.3.1按给定的行程速比系数K设计四杆机构1、曲柄摇杆机构(如图3-18所示)a=图3-18曲柄摇杆机构2、曲柄滑块机构(如图3-19所示)图3-19曲柄滑块机构3、导杆机构(如图3-20所示)图3-20导杆机构3.3.2按连杆预定位置设计四杆机构1、给定两个位置已知如图3-21所示，连杆上两活动铰链的中心B、C及其在运动过程中的两个位置B1C1、B2C2。图3-21给定两点位置的四杆机构2、给定三个位置已知3-22所示，连杆上两活动铰链的中心B、C及其在运动过程中的三个位置B1C1、B2C2、B3C3。图3-22给定三点位置四杆机构3.3.3按给定两连架杆对应位置设计四杆机构（如图3-23所示）图3-23给定两连架对应位置四杆机构3.3.4按照给定点的运动轨迹设计四杆机构（如图3-24所示）图3-24给定定点运动轨迹四杆机构本章小结1．四杆机构的基本形式曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构.2．铰链四杆机构曲柄存在的条件1）杆长之和条件；2）最短杆或其相邻杆为机架。3．平面四杆机构的运动特性1）极位夹角θ2）最大摆角3）急回特性。4．平面四杆机构的传力特性（1）传动角与压力角压力角——传动件上受力点的速度方向与所受作用力方向之间所夹的锐角，用a表示。传动角——压力角的余角，用γ表示。（2）止点摇杆作主动件时，当曲柄与连杆共线时，从动件转向不定或被卡死的现象。作业3-1铰链四杆机构的基本形式有几种？3-2四杆机构的行程速比系数与极位