《结论即以AB为原动件的曲柄摇杆机构》由会员分享，可在线阅读，更多相关《结论即以AB为原动件的曲柄摇杆机构（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章 平面连杆机构及其设计 提示 本章介绍平面连杆机构的基本类型及其演化 平面 四杆机构的一些基本知识及其基本设计方法 重点 平面连杆机构的基本类型及其演化 四杆机构的一 些基本知识 如 曲柄存在条件 急回特性 死点 最小传动角 平面四杆机 构的基本设计方法 难点 用图解法 解析法设计四杆机构中的活动铰链位置 2 1 平面连杆机构的类型特点和应用 原动件的运动都是要经过一个不直接与 机架相联的中间构件 连杆 才能传动从动件 avi avi 特点 1 其运动副为低副面接触 压强较小 可以承受较大的载荷 便于润滑 不易产生 大的磨损 几何形状较简单 便于加工制造 2 从动件能实现各种预期的运动规
2、律 3 连杆上各不同点的轨迹是各种不同形状 的 从而可以得到各种不同形状的曲线 我们 可以利用这些曲线来满足不同轨迹的要求 4 有较长的运动链 使连杆机构产生 较大的积累误差 降低机械效率 5 连杆及滑块的质心都在作变速运动 它们所产生的惯性力难于用一般的平衡方法 加以消除 增加机构的动载荷 一 平面四杆机构的基本形式 铰链四杆机构 连架杆 机架 连架杆 连杆 A B D 能绕其轴线转360 的连架杆 仅能绕其轴线作往复摆动的连架杆 曲柄 摇杆 连架杆 1 曲柄摇杆机构 在铰链四杆机构中 若两个连架杆中一个为曲柄 另一个为摇杆 则此四杆机构称为曲柄摇杆机构 机 构中 当曲柄为原动件 摇杆为从动
3、件时 可将曲柄 的连续转动 转变成摇杆的往复摆动 avi 2 双曲柄机构 在铰链四杆机构中 若两个连架杆都是曲柄 则称 为双曲柄机构 平行四边形机构反平行四边形机构 avi 3 双摇机构 铰链四杆机构的两连架杆都是摇杆 则称为双摇杆机构 avi 2 2 2 2 平面连杆机构的演化平面连杆机构的演化 1 改变构件的形状和尺寸 A B D 1 2 3 4 C L3 C 3 A B 1 2 4 e A B 1 2 3 4 e C C A B D 1 2 3 4 L3 L3 A B 1 2 3 4 C L2 对心曲柄滑块机构 偏置曲柄滑块机构 2 改变运动副的尺寸 RB RAB 偏心轮机构 3 机架置
4、换 a 曲柄滑块机构 A C B 12 3 4 B A 1 2 3 4 C b 曲柄转动导杆机构 A 1 2 3 4 C B c 曲柄摇块机构 A 2 3 4 C B 1 d 定块机构 2 3 平面连杆机构的基本特性 一 平面四杆机构曲柄存在的条件 1 设a d 当AB杆能绕A点作整 周回转时 AB杆应能占据AB 与AB 两个位 各杆的长度应满足 b c c b 则 由上式得 即 AB 连架杆 杆为最短杆 最短杆与最长杆的长度和小于 或等于其他两杆的长度和 2 设d a 同理 b c a d b c c b a d c b 则 由上式得 即 AD 机架 杆为最短杆 最短杆与最长杆的长度和小于
5、或等于其他两杆的长度和 由此可得曲柄存在条件 1 最短杆与最长杆的长度和应 小于或等于其他两杆的长度和 2 最短杆是机架或连架杆 二 急回运动和行程速比系数K 从动件运动到两极限位置时 曲柄之间所夹的锐角 称为极位夹角 当AB运动到与连杆重和共线位置AB1时 摇杆运动到左极限C1D位置 当AB运动到与连杆拉直共线位置AB2时 摇杆运动到右极限C2D位置 B2 极位夹角 C1 B1 C2 摆角 2 a1 D A C 3 4 B bc d 1 急回运动 V2 分析 AB1 AB2 AB2 AB1 1C1D C2D t1 V1 1800 2C2D C1D t2 1800 摇杆的这种运动性 质称为急回
6、运动 v1 v2 C2 B2 A 2 1 C 3 4 B D a bc d C1 B1 V2 C2C1 t2 所以 t1 t2 因为 C1C2弧长长 C2C1弧长长 而 V1 C1C2 t1 所以 V2 V1 显然 1 2 平面四杆机构具有急回特性的条件 1 原动件作等速整周转动 2 输出件作往复运动 3 2 行程速比系数K 讨论 1 若 0 2 若 0 则K 1 即V2 V1 机构有急回运动 则K 1 即V2 V1 机构无急回运动 K V2 V1 C2C1 t2 C1C2 t1 t1 t2 180 180 1 2 空回行程平均速度V2与工作行程平均速度V1之比 称为行程速比系数 用K表示 则
7、 三 传动角与压力角 在不计重力 摩擦力 惯性力的 条件下 机构中输 出件所受主动力的 方向线与该受力点 的绝对速度方向线 所夹的锐角 压力角的余角 900 1 压力角 2 传动角 F F1 F2 1 A B C D 2 3 4 V 越小 越大 则机构传力性能越好 Fsin Fcos 3 最小传动角的确定 F1 vc D F C A B F2 1 2 3 4 a b c d 则 图示铰链四杆机构中 原动件为 AB 各杆长度为 a b c d 由图可见 与 机构的 BCD有关 在 ABD和 BCD中 由余弦定理得 讨论 1 当 BCD 900时 1800 BCD 则 min 1800 BCDma
8、x 由公式可知 当 1800时 有 BCDmax 即曲柄与机架拉值共线时 机构将出现 最小值 4 vc A B C D F 1 2 3 讨论 D A C2 B2 B2 D A C2 B1 C1 结论 即 以AB为原动件的曲柄摇杆机构 当曲柄和机 架处于两共线位置时 机构会出现最小传动角 四 机构的死点位置 1 死点 图示曲柄摇杆机构 摇杆 CD为主动件 当机构处于连杆 与从动曲柄共线的两个位置时 出现了传动角 o 的情况 这时主动件CD通过连杆作用于 从动件AB上的力恰好通过其回 转中心 所以不能使构件AB转 动而出现 顶死 现象 机构的 此种位置称为死点 机构中从动件与连杆共线的位置称为机构
9、的死点位置 vB B2 C2 踏板 缝纫机主运动机构 脚 A B1 C1 D FB 2 死点的利用 B2 A B1 C1 D C2 地面 飞机起落架机构 对传动机构来说 有死点是不利的 应采取措施 使其顺利通过 若以夹紧 增力等为目的 则机构的 死点位置可以加以利用 3 克服死点的方法 措施 加装飞轮 增大惯性 使之闯过死点 安装辅助连杆 几组机构错位安装 2 4机构运动分析的任务 目的和方法 任务 在已知机构尺寸及原动件运动规律的情况下 确定机构中其他构件上某些点的轨迹 位移 速度及加速度和构件的角位移 角速度及角加 速度 目的 在设计新的机械或分析现有机械的工作性能等 都必须首先计算其机构
10、的运动参数 方法 方法 图解法 速度瞬心法 矢量方程图解法 图解法 速度瞬心法 矢量方程图解法 运动线 图法 解析法 解析法 实验法 一 速度瞬心及其位置的确定 速度瞬心 两构件作相对运动时 其相对速度为 零时的重合点称为速度瞬心 简称瞬心 也就是两构件在该瞬时具 有相同绝对速度的重合点 因此 两构件在任一瞬时的 相对运动都可看成绕瞬心的 相对运动 j i Pij A B vBiBj vAiAj ij 绝对瞬心 两构件之一是静止构件 相对瞬心 两构件都运动的 每两个相对运动的构件都有一个瞬心 故若有N个构件的机构 其瞬心总数为 1 两构件直接用运动副连接 A 若两构件1 2以转动副相联结 则瞬
11、心P12位于转 动副的中心 B 若两构件1 2以移动副相联结 则瞬心P12位于垂 直于导路线方向的无穷远处 瞬心位置确定方法如下 A 1 2 P12 A B1 2 瞬心位置确定方法如下 C 若两构件1 2以高副相联结 在接触点M处作 纯滚动 则接触点M就是它们的瞬心 D 若两构件1 2以高副相联结 在接触点M处 即 作纯滚动又有相对滑动 则瞬心位于过接触点 M的法线上 1 2 p12 M P12 M 1 2t t n 瞬心位置确定方法如下 三心定理 作平面运动的三个构 件共有三个瞬心 这三个瞬心必在 一条直线上 2 两构件间没用运动副直接联接 用三心 定理确定瞬心位置 二 利用速度瞬心法进行机
12、构的速度分析 如图所示铰链四杆机构 若已知各杆长度以及图示 瞬时位置 求 3 举例分析 P12 P13 P23 1 A 1 2 3 4 B C DP14 v13 P24 解 机构瞬心数 3 1P14P13 P34P13 三 用矢量方程图解法作机构的 速度及加速度分析 一 矢量方程图解法的基本原理 由理论力学知识中刚体的平面运动和 点的复合运这两个原理可得其方法 利用机构中构件上各点间的相对运动 关系列出它们之间的速度和加速度矢 量方程式 按一定比例作矢量方程图 三 用矢量方程图解法作机构的速度和加速度分析 1 同一构件上两点间的速度和加速度关系 1 速度分析 步骤 对机构进行运动分析 列出矢量
13、方程式 取比例尺 定极点 按矢量作图法绘图 已知 未知 A C D B 1 2 3 4 E 1 同一构件上两点间的速度和加速度关系 1 速度分析 c b e P A C D B 1 2 3 4 E 方向 大 小 小结 由各速度矢量构成的图形称为速度多边形 p点称为速度多边形的极点 其特点如下 3 相对速度是联接两绝对速度矢端的矢量 下标字 母相反 2 由极点P向外放射的矢量 代表构件相应点的绝 对速度 1 绝对速度均由极点引出 1 同一构件上两点间的速度和加速度关系 4 极点的速度为零 5 速度影象原理 p b e c e e c 2 加速度分析 方向 大小 0 1 同一构件上两点间的速度和加
14、速度关系 逆时针 逆时针 方向如图 同理 则 方向 大小 A C D B 1 2 3 4 E 1 同一构件上两点间的速度和加速度关系 1 绝对加速度均由极点引出 3 相对加速度是联接两绝对加速度矢端的矢量 下 标字母相反 4 极点的加速度为零 2 由极点P 向外放射的矢量 代表构件相应点的 绝对加速度 6 加速度影象原理 5 切向 法向加速度应衔接 在一起画 不要分开 且互相垂直 2 组成移动副的两构件上重合点的速度 加速度分析 1 速度分析 解 由理论力学知识得 BC 方向 大小 方向如图示 顺时针 b3 b1 b2 p BC方向 0 大小 2 组成移动副的两构件上重合点的速度 加速度分析
15、2 加速度分析 哥式加速度 逆时针 方向如图示 2 6 平面四杆机构的设计 一 连杆机构设计的基本问题 根据给定的运动要求选定机构的型式 型综合 根据机构所要完成的功能运动而提出的设计条件 运动条件 几何条件和传力条件等 确定机构 各构件的尺度参数 尺度综合 画出机构运动简图 连杆机构设计的基本问题 4 特殊的运动要求 如要求机构输出件有急回特性 5 足够的运动空间等 为了使机构设计得合理 可靠 设计中应满足的 1 要求某连架杆为曲柄 2 要求机构的运动具有连续性 3 要求最小传动角在许用传动角范围内 即 附加条件 根据机械的用途和性能要求等的不同 对连杆 机构设计的要求是多种多样的 但这些设
16、计要求 一般可归纳为以下三类问题 设计方法 实验法 几何法 作图法 解析法 满足预定的运动规律要求 满足预定的连杆位置要求 满足预定的轨迹要求 二 用作图法设计四杆机构 1 按连杆预定的位置设计四杆机构 已知活动铰链 求固定铰链 即求活动铰链轨迹圆的圆心 垂直平分线法 该机构设计的主要问题是确定两固定铰链A和D点的位置 由于B C两点的运动轨迹是圆 该圆的中心就是固定铰链 的位置 因此A D的位置应分别位于B1B2和C1C2的垂直平 分线b12和c12上 分析 步骤 注 若给定连杆三 个位置 有唯一的 解 若给定两个位 置有无穷多个解 2 分别作B1B2 B2B3的垂直平分线 其交点即 为固定铰链点A 3 同理作出D点 4 连接A B C D即为所求 A D B1 B2 B3 C1 C2 C3 1 选比例尺 作出连杆的已知位置 2 按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构 已知 固定铰链和某一活动铰链 求另一活动铰链 刚化转动法 机 构 倒 置 根据机构倒置的理论 我们能否把按连架杆 预定的对应位置设计四杆机构的问题转化为按连 杆预定的位置设计四杆机构的问题呢 例 已知固定铰链 机架的长度
