机械零部件设计 第2版 课件 学习情境二 任务2.3设计平面连杆机构

《机械零部件设计》

情境二

设计

内燃机中的常用机构

1、了解内燃机的组成及工作原理，学会进行内燃机结构分析。2、掌握平面机构运动简图绘制与自由度计算。3、掌握平面连杆机构的设计。4、掌握凸轮机构设计。5、培养学生分析和解决工程实际问题的能力，勇于创新、敬业乐业的工作作风和良好的职业道德以及团队协作精神。学习目标任务二任务三任务四任务一工作任务内燃机的结构分析平面机构运动简图绘制与自由度计算平面连杆机的设计凸轮机构设计任务三平面连杆机构的设计工作任务1、理解铰接四杆机构基本形式、演化形式的应用；2、掌握铰接四杆机构的工作特性；3、学会按给定连杆位置、行程速比系数K设计四杆机构。学习目标1、铰接四杆机构的类型及应用；2、含有一个移动副的平面四杆机构；3、平面四杆机构的工作特性；4、平面四杆机构的设计。主要内容定义：若干个刚性构件用平面低副联接而成的机构，称为平面连杆机构，也可称为平面低副机构。优点：平面连杆机构中相邻构件之间的接触面为平面或圆柱面，加工方便，接触面上的比压小、易润滑、磨损轻，适用于传递较大载荷的场合。缺点：高速时会引起较大的振动，因此常用于速度较低的场合。最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的，简称平面四杆机构。

一、平面连杆机构的基本形式及演化平面四杆机构的类型平面四杆机构铰链四杆机构(全转动副)含有移动副的平面四杆机构曲柄摇杆机构

双曲柄机构

双摇杆机构

曲柄滑块机构

曲柄导杆机构

曲柄摇块机构移动导杆机构1、铰链四杆机构的组成铰链四杆机构中，固定不动的构件为机架；与机架相联的构件为连架杆，连架杆中，能绕机架的固定铰链作整周转动的称为曲柄，仅能在一定角度范围内往复摆动的称为摇杆；联接两连架杆且不与机架直接相联的构件称为连杆。一、平面连杆机构的基本形式及演化（1）曲柄摇杆机构铰接四杆机构的两个连架杆中，若一杆为曲柄，另一杆为摇杆，则此机构称为曲柄摇杆机构。2、铰接四杆机构的类型及应用2、铰接四杆机构的类型及应用（1）曲柄摇杆机构雷达天线调整机构，即为曲柄摇杆机构。天线固定在摇杆3上，当主动件曲柄1回转时，通过连杆2使摇杆3（天线）摆动。并要求摇杆3的摆动达到一定的摆角，以保证天线具有指定的摆角。2、铰接四杆机构的类型及应用（1）曲柄摇杆机构下图是汽车前窗刮雨器，当主动曲柄AB回转时，通过连杆BC使从动摇杆CD作往复摆动，利用摇杆CD的延长部分实现刮雨动作。2、铰接四杆机构的类型及应用（1）曲柄摇杆机构当摇杆为原动件时，可将摇杆的往复摆动转变为曲柄的整周转动，如下图所示的缝纫机踏板。（2）双曲柄机构若铰接四杆机构中的两连架杆均为曲柄，则此机构称为双曲柄机构。2、铰接四杆机构的类型及应用机车车轮联动机构

2、铰接四杆机构的类型及应用（2）双曲柄机构

（3）双摇杆机构若铰接四杆机构中的两连架杆均为摇杆，则此四杆机构称为双摇杆机构，双摇杆机构在实际中的应用主要是通过适当的设计，将主动摇杆的摆角放大或缩小，使从动摇杆得到所需的摆角；或者利用连杆上某点的运动轨迹实现所需的运动规律。

起重机为双摇杆机构应用的例子。在双摇杆AB和CD的配合下，使悬挂在E点的货物，能沿近似水平的方向移动。2、铰接四杆机构的类型及应用

（3）双摇杆机构

2、铰接四杆机构的类型及应用

（3）双摇杆机构下图所示的飞机起落架收放机构即为双摇杆机构。飞机起飞后，需将轮5收起；飞机着陆前，要把轮5放下。这些动作是由主动摇杆1通过连杆2、从动摇杆3带动着陆轮5予以实现的。2、铰接四杆机构的类型及应用

（3）双摇杆机构在双摇杆机构中，若两摇杆长度相等，则称为等腰梯形机构，如图所示的汽车前轮转向机构就是这种双摇杆机构。2、铰接四杆机构的类型及应用

汽车前轮转向机构

3、铰接四杆机构中曲柄存在的条件

铰链四杆机构三种基本形式的区别在于机构中是否有曲柄存在。而且，由于在生产实际中，驱动机械的原动机（电动机、内燃机等）一般都是做整周转动的，因此要求机构的主动件也能做整周转动，即原动件为曲柄。通过理论可证明，机构在什么条件下存在曲柄，与其机构的各构件相对尺寸的大小以及取哪个构件为机架有关。

铰链四杆机构曲柄存在条件为：

1）连架杆和机架中必有一杆是最短杆；

2）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和。（称为杆长条件）

上述两个条件必须同时满足，否则机构不存在曲柄。

3、铰接四杆机构中曲柄存在的条件

对铰链四杆机构三种基本形式的具体判别方法：

(1)当最短杆与最长杆的长度之和大于其他两杆的长度之和时，只能是双摇杆机构。

(2)当最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其他两杆的长度之和时：

①最短杆为机架，是双曲柄机构；

②最短杆相邻杆为机架，是曲柄摇杆机构；

③最短杆的对面杆为机架，是双摇杆机构。3、铰接四杆机构中曲柄存在的条件训练：判别机构的形式

已知各构件长度如下图所示，若分别以构件AB、BC、CD、DA为机架，分别得到何种机构？（1）曲柄滑块机构

可看做曲柄摇杆机构中摇杆长度变为无穷大，形状变为滑块而演变成的机构。4、铰接四杆机构的演化形式（2）偏心轮机构通过扩大转动副B而形成的。

4、铰接四杆机构的演化形式（3）导杆机构当改变曲柄滑块机构中的固定构件时，可得到各种形式的导杆机构。导杆为能在滑块中作相对移动的构件。4、铰接四杆机构的演化形式（3）导杆机构

4、铰接四杆机构的演化形式摆动导杆机构转动导杆机构增加机架长度（4）摇块机构和定块机构当取曲柄滑块机构中的连杆2为机架时，则成为摇块机构。

4、铰接四杆机构的演化形式（4）摇块机构和定块机构当取曲柄滑块机构中的滑块3为机架时，杆1可作整周回转，杆4作往复移动，故称为定块机构。4、铰接四杆机构的演化形式归纳：

四杆机构的各种类型之间具有一定的内在联系。它们之间可以通过以下三种方式进行演化：１、改变构件的相对长度或形状。如改变铰链四杆机构中构件的相对长度与形状，可将其演化成含有移动副的四杆机构；又如改变导杆机构中构件的相对长度，形成了摆动导杆和转动导杆机构。２、扩大转动副半径，可形成偏心轮机构。３、通过选取不同构件做机架，可得到具有不同运动特性的四杆机构。如导杆机构、摇块机构、定块机构都是通过对曲柄滑块机构换机架演化而来的。1、急回特性在工程实际中，往往要求做往复运动的从动件，在工作行程时的速度慢些，使得工作平稳，而空回行程时的速度快些，以缩短非生产时间，从而提高生产率，这种特性就是所谓的急回特性。二、平面连杆机构的工作特性

下图曲柄摇杆机构中，设曲柄AB为主动件，摇杆CD为从动件。曲柄AB作等速转动，其回转一周，摇杆CD往复摆动一次。曲柄AB在回转一周的过程中，有两次与连杆BC共线，可得曲柄AB与连杆BC重叠和延伸的两个位置B1AC1、AB2C2，这时，从动摇杆CD分别处于两个位置C1D和C2D，称为极限位置，ψ称为最大摆角。主动曲柄AB在对应的两个位置之间所夹的锐角θ称为极位夹角。1、急回特性行程速比系数

为了表示从动件作往复运动时急回的程度，常用v1与v2的比值K来表示，K称为行程速比系数，即

可见，极位夹角θ越大，K就越大，表示急回程度越大；当θ=０°时，K=1，表示机构无急回作用。因此，行程速比系数K可表示机构的急回程度，K越大，生产率越高。

下图所示的曲柄摇杆机构中，从动摇杆3所受的力F与力作用点C的速度vc间所夹的锐角α称为压力角。2、压力角与传动角

由图可知：Ft=Fcosα,Fr=Fsinα

压力角α越小，Ft越大，所作的有用功也越大，传力性能越好。为度量方便，常用压力角α的余角γ（杆2与杆3所夹的锐角）来判断连杆机构的传力性能，γ角称为传动角。因γ=90°-α，α越小，γ越大，说明机构的传力性能越好。2、压力角与传动角传动角等于零度的机构位置称为死点位置。发生死点的条