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1、自由度的计算公式 2. 机构具有确定运动的条件(情况分析） 转动副 移动副 平面高副各自的自由度数目约束数目 在自由度计算中,复合铰链如何处理? 在自由度计算中,局部自由度如何处理? 在自由度计算中,虚约束如何处理? 虚约束在机构中的意义,回顾：,学习情境2 平面连杆机构,任务3 设计搅拌机曲柄摇杆机构,平面连杆机构是由若干个构件通过低副联接而成的机构， 又称为平面低副机构。,雷达天线仰俯机构,这种平面连杆机构在生产实践中应用广泛，因其具有许多优点。,缝纫机脚踏机构,任务描述：,一.平面连杆机构的优点,由于是低副，为面接触，所以承受压强小，可 承受较大载荷，且便于润滑、磨损较轻,结构简单，加工
2、方便，因其接触面为平面或圆面。 优点使其应用广泛。（机械和仪表）,二.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。,运动时产生的惯性难以平衡，不适用于高速场合。,任务描述：,(在所有的平面连杆机构中,应用较多的是四个构件组成的机构.) 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。,(在生产实践中,平面四杆机构又有很多的具体类型.),任务描述：,任务描述：,如图所示的一搅拌机,两连架杆中一为曲柄、一为摇杆的铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。曲柄摇杆机构的作用是将曲柄的回转运动转换成摇杆的往复摆动，完成搅拌工作。,任务描述：,如果已知摇杆长度
3、c及其摆角和行程速比系数K,要求设计此曲柄摇杆机构。,在平面四杆机构中, 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。,一.铰链四杆机构 1.名称: 机架 连架杆 连杆 曲柄 摇杆,铰链四杆机构在生产实践中也有很多的应用形式.,资 讯：,1、曲柄摇杆机构,在两连架杆中，一个为曲柄， 另一个为摇杆。,应用举例：,缝纫机脚踏板机构 雷达天线仰俯机构 汽车前窗刮雨器,一般曲柄主动，将连续转动转换为摇杆的摆动，也可摇杆主动，曲柄从动。,运动特点：,根据连架杆运动形式的不同，可分为三种基本形式,二.铰链四杆机构的基本形式,资 讯：,资 讯：,2.双曲柄机构两连杆架均为曲柄的四杆机构,应用举
4、例：,惯性筛,运动特点：主动曲柄匀速转，从动曲柄变速转,资 讯：,双曲柄机构特例,机车车轮的联动机构,正平行双曲柄机构：对边平行且相等 特点：主、从动曲柄匀速且相等,运动不确定现象,资 讯：,反平行双曲柄机构：对边相等但不平行 特点：主、从动曲柄转速不等且转向相反,公共汽车车门启闭机构,资 讯：,3.双摇杆机构两连杆架均为摇杆的四杆机构,港口起重机,应用举例：,资 讯：,双摇杆机构应用实例,港口起重机,选择连杆上合适的点，轨迹为近似的水平直线,资 讯：,曲柄摇杆机构，选取不同构件作为机架，会得到多种形式。 （注意各个转动副，相对转动是否为整周。）,三.铰链四杆机构的演化,1.曲柄滑块机构,当C
5、D杆无穷大时，C点的轨迹不再是圆弧，而成为直线。就演化为曲柄滑块机构。,3.1一个转动副变为移动副,资 讯：,曲柄滑块机构,应用举例：单缸内燃机曲柄滑块机构 根据导路中心线是否通过曲柄回转中心，分为两类。,资 讯：,对心曲柄滑块机构,偏置曲柄滑块机构,曲柄存在条件：（通过演示观察得到) 对心曲柄滑块机构：L1L2（曲柄L1 连杆L2） 行程S=2L1 偏置曲柄滑块机构：L1+eL2 （曲柄L1 连杆L2 偏心距e）,资 讯：,在曲柄滑块机构中，若曲柄很短，可将转动副B的尺寸扩大到超过曲柄长度，则曲柄AB就演化成几何中心B不与转动中心A重合的圆盘，该圆盘称为偏心轮，含有偏心轮的机构称为偏心轮机构
6、。,偏心轮机构,偏心轮机构,资 讯：,曲柄滑块机构中，当将曲柄改为机架时，就演化成导杆机构。,2、导杆机构,资 讯：,当原曲柄长度L1小于原连杆长度L2时，就演化成转动导杆机构。,当原曲柄长度L1大于原连杆长度L2时，就演化成摆动导杆机构。,转动导杆机构 摆动导杆机构,L1L2 L2L1,L1：原曲柄 现机架 L2：原连杆 现曲柄,现曲柄不够长，使得导杆无法整周回转。,导杆机构应用,简易刨床,牛头刨床机构,资 讯：,曲柄滑块机构中，当将连杆改为机架时，就演化成摇块机构。,3、摇块机构,资 讯：,摇块机构应用,自卸卡车翻斗机构,曲柄滑块机构中，当将滑块改为机架时，就演化成定块机构。,4、定块机构
7、,资 讯：,定块机构应用,抽水唧筒,资 讯：,曲柄滑块机构，选取不同构件作为机架，会得到多种形式。 （注意曲柄上的两个转动副，相对转动是否为整周。）,曲 柄 滑 块 机 构,摆 动 导 杆 机 构,转 动 导 杆 机 构,摇 块 机 构,定 块 机 构,3.2铰链四杆机构中两个转动副转化为移动副,由于此机构当主动件1等速回转时，从动到导杆3的位移为y=Labsin ，故又称正弦机构,资 讯：,双滑块机构,资 讯：,计划决策,1.进行自愿分组。 2.学习相关知识。 3.明确工作思路。 4.讨论任务实施注意事项。 5.完成任务。 6.检查评价。,设ad，则当AB 杆能绕轴A 相对于AD 杆作整周转
8、动时，AB 杆必须占据与AD 杆共线的两个位置,在图c中,b (d-a)+c,在图b中,即 a+bd+c,c(d-a)+b,即 a+cd+b,a+db+c,将式3-1、3-2、3-3两两相加，可得,即AB杆为最短杆,一.铰链四杆机构有曲柄的条件,任务实施,铰链四杆机构有曲柄的条件：,最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆长度之和； （构件长度和条件）,(2) 最短杆或者最短杆的相邻杆为机架。（最短构件条件）,任务实施,可用以下方法来判别铰链四杆机构的基本类型：,2.若机构满足杆长度和条件，则,(1) 以最短杆的邻边为机架时为曲柄摇杆机构,(2) 以最短杆为机架时为双曲柄机构,(3) 以最短杆的对
9、边为机架时为双摇杆机构,1.若机构不满足杆长度和条件则只能成为双摇杆机构,在铰链四杆机构中，以不同的构件为机架，可得到不同的机构类型。,此外，若构件的长度具有特殊的关系，如不相邻的杆长两两相等，则该机构不论以哪个杆件为机架，都是双曲柄机构（平行四杆机构或反向双曲柄机构）,任务实施,结论： 1、铰链四杆机构存在曲柄的条件是： (1)、最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。 (2)、最短杆或其相邻杆为机架。 2、铰链四杆机构存在一个曲柄的条件是： (1)、最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。 (2)、最短杆的相邻杆为机架。 3、 铰链四杆机构存在两个曲柄的条件是： (1)
10、、最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。 (2)、最短杆为机架。 2、铰链四杆机构不存在曲柄的条件是： (1)、最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和。 (2)、最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。 且最短杆的相对杆为机架。,任务实施,二. 压力角和传动角（以曲柄摇杆机构为例，曲柄为原动件。）,1.压力角 原动曲柄通过连杆施加给摇杆的力F必然沿着连杆方向，力F的作用点C点的速度方向必然是垂直于CD杆的。,压力角 ：力F与受力点速度Vc方向所夹的锐角。,2.传动角g,传动角： 连杆与从动件所夹的锐角g。 g=900-a,g越大，机构的传动性能越好. (而是变化的）设
11、计时,为了保证传动性能，一般应使gmin400。,3.最小传动角的位置（连杆和摇杆夹角为图中虚线所示两个时，可能出现min）,曲柄摇杆机构在曲柄与机架共线的两位置出现最小传动角。,任务实施,对于曲柄滑块机构， （无论对心还是偏置）当主动件为曲柄时，最小传动角出现在曲柄与导路垂直的位置。,对于摆动导杆机构由于在任何位置时主动曲柄通过滑块传给从动杆的力的方向，与从动杆上受力点的速度方向始终一致，所以传动角恒等于90度。,任务实施,急回特性 (图示曲柄摇杆机构,曲柄为原动件,摇杆为从动件.),4.急回特性的作用,四杆机构的急回特性可以节省时间，提高生产率。（工作行程 空回行程）生产中使用的牛头刨床及
12、往复式运输机等机械，就是利用急回特性缩短了非生产时间，提高了生产效率。,1.急回特性 机构工作件返回行程速度大于工作行程的特性。,为了研究机构有无急回特性，引入两个参数。 2.极位夹角：摇杆处于两极限位置时，曲柄所夹的锐角。(摇杆处于极限位置时，恰曲柄与连杆共线。） 3.行程速比系数K：（回程平均速度与工作平均速度的比值）,由于 0，故K 1， = 0，故K =1时无急回特性； 0，故K1时有急回特性。(注:只要 0就有急回特性。）,任务实施,摆动导杆机构的急回特性(=),滑块右行快 左行慢,摆杆左行快 右行慢,偏置曲柄滑块机构的急回特性(讨论对心曲柄滑块机构有无急回特性),任务实施,滑块右行
13、快 左行慢,四. 死点( 图示曲柄摇杆机构, 摇杆CD为原动件,曲柄AB为从动件.),2.死点位置的利弊 利：工程上利用死点进行工作。 弊：机构有死点，从动件将出现卡死或运动 方向不确定现象，对传动机构不利 3.度过死点的方法 增大从动件的质量、利用惯性度过死点位置。 采用机构错位排列的方法,任务实施,利：工程上利用死点进行工作。,三种设计方法： 图解法 解析法 实验法,简明易懂，精确性差。(直观),精确度好，计算繁杂。(精确),形象直观，过程复杂。(试凑),平面四杆机构的设计是根据已知条件来确定机构各构件的尺寸,任务实施,五. 图解法设计平面四杆机构,（1）选取适当的比例尺L，按c 和 作出
14、摇杆的两个极限位置C1D和C2D。,（2）按式 算出极位夹角。,设计曲柄摇杆机构,已知摇杆CD长度c及其摆角和行程速比系数K,要求设计此曲柄摇杆机构.,（3）连接C1C2,作 C1C2O= C2C1O=90- 以O为圆心、OC为半径作圆，弦C1C2 所对的圆心角为2所对的圆周角为 （4）在圆上适当选取一点A，则C1AC2= （根据曲柄摇杆机构极位夹角的特性，摇杆处于 两极限位置，恰曲柄与连杆共线时的两位置曲柄 所夹的锐角。则AC1=b-a,AC2=b+a.) （5）连接AC1和AC2,则a=(AC2-AC1)/2 b =(AC2+AC1)/2 以A为圆心，AB为半径作圆，AB1C1D即为所求。
15、,五. 图解法设计牛头刨床曲柄摇杆机构,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。,任务拓展,2、偏置曲柄滑块机构设计 已知：s=30mm,e=12mm,K=1.5,任务拓展,3、摆动导杆机构设计 已知:d=100mm,K=1.5,任务拓展,检查评价,任务执行人评价表：,检查评价,任务执行人评价汇总表：,一、填空题
16、 1.在条件下，曲柄滑块机构具有急回特性。 2.机构中传动角和压力角之和等于。 3.在铰链四杆机构中，当最短构件和最长构件的长度之和大于其他两构件长度之和时，只能获得机构。 4.在四杆机构中LAB=40mm，lBC=40mm，lCD=60mm，AD为机架，该机构是。 5.铰链四杆机构具有急回特性时其极位夹角值，对心曲柄滑块机构的值， 所以它急回特性，摆动导杆机构急回特性。 6.在四连杆机构中，能实现急回运动的机构有(1)，(2) ，(3)。 7.铰链四杆机构有曲柄的条件是，双摇杆机构存在的条件是 。(用文字说明) 8.当四杆机构的压力角=90时，传动角等于 ，该机构处于 位置。 9.在曲柄摇杆机构中，最小传动角发生的位置在 。 10.通常压力角是指 间所夹锐角。 11.一对心式曲柄滑块机构，若以滑块为机架，则将演化成机构。 12.铰链四杆机构演化成其它型式的四杆机构(1) ，2) ，(3)
