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1、3.1平面连杆机构的基本形式及演化 3.2平面四杆机构存在曲柄的条件及基本特性 3.3平面四杆机构的设计,第3章 平面连杆机构,本章知识导读 1.主要内容 平面四杆机构的基本形式及其演化形式 平面四杆机构的工作特性,平面四杆机构设计 基本问题。 2.重点、难点提示 平面四杆机构的类型、特性及设计是本章的重点。,连杆机构是刚性构件通过低副连接而形成的机构,又称为低副机构。 活动构件均在同一平面或在相互平行的平面内运动的连杆机构称为平面连杆机构。,特点: 采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损 形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。,改变杆的相对长度,从动件运动规律不同。,连杆曲线丰富。
2、可满足不同要求。,平面连杆机构及特点,缺点: 构件和运动副多,累积误差大、运动精度低、效率低。,产生动载荷(惯性力),不适合高速。,设计复杂,难以实现精确的轨迹。,分类:,平面连杆机构,空间连杆机构,常以构件数命名: 四杆机构、多杆机构。,本章重点内容是介绍四杆机构。,平面连杆机构常与机器的工作部分相连,起执行和控制作用。,基本型式铰链四杆机构,其它四杆机构都是由它演变得到的。,名词解释: 曲柄能绕机架的固定铰链作整周转动;,连杆不与机架直接相联的构件;,连架杆与机架相联的构件;,摇杆仅能在一定角度范围内往复摆动;,曲柄,连杆,摇杆,铰链四杆机构,运动副都是转动副的平面四杆机构称为铰链四杆机构
3、。,周转副能作360 相对回转的运动副;,摆转副只能作有限角度摆动的运动副。,铰链四杆机构,铰链四杆机构,铰链四杆机构的三种基本形式: 1.曲柄摇杆机构,两连架杆分别为曲柄和摇杆的铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构,曲柄,摇杆,作用:将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。 如雷达天线。,特征:曲柄摇杆,雷达天线俯仰角调整机构,脚踏砂轮机机构,应用,2.双曲柄机构 两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构,称双曲柄机构。,曲柄,曲柄,特征:两个曲柄,作用:将等速回转转变为等速或变速回转。,应用实例:如叶片泵、惯性筛等。,(2)双曲柄机构,特 征,两个曲柄,作 用,将等速回转转变为等速或变速回转,旋转式叶片泵,应
4、用,插床六杆机构,实例:火车轮,特例:平行四边形机构,特征:两连架杆等长且平行, 连杆作平动,摄影平台,天平,播种机料斗机构,平行四边形机构有以下三个运动特点: (1)两曲柄转速相等,机车车轮联动机构,(2)连杆始终与机架平行,天平机构,摄影车升降机构,(3)运动的不确定性,平行四边形机构,为了克服运动的不确定性,可以对从动曲柄施加外力,或利用飞轮及构件本身的惯性作用。也可以采用辅助曲柄等措施解决.,带有辅助构件的平行四边形机构,反平行四边形机构 即连杆与机架的长度相等,两个曲柄长度相等所 组成的转向相反的双曲柄机构.,反平行四边形机构,车门启闭机构,反平行四边形机构,-车门开闭机构,平行四边
5、形机构在共线位置出现运动不确定。,采用两组机构错开排列。,3.双摇杆机构 两连架杆均为摇杆的铰链四杆构,称为双摇杆机构。,起重机机构,特征:两个摇杆,当主动摇杆摆动时,从动摇杆也随之摆动,位于连杆延长线上的重物悬挂点将沿近似水平直线移动。,应用,车辆前轮转向机构,特例:等腰梯形机构汽车转向机构,3.1.2 铰链四杆机构的演化含 有一个移动副的平面四杆机构,1.曲柄滑块机构 由曲柄、连杆、滑块和机架组成的机构,称为曲柄滑块机构。,曲柄摇杆机构到曲柄滑块机构的演化,对心曲柄滑块机构 滑块轨道中心线通过曲柄的转动中心A 偏置曲柄滑块机构 滑块轨道中心线偏离曲柄的转动中心A,对心曲柄滑块机构,偏置曲柄
6、滑块机构,2.偏心轮机构,由偏心轮、连杆、滑块和机架组成的机构称为偏心轮机构。,偏心轮机构,3.导杆机构 由曲柄、导杆、滑块和机架组成的机构,称为导杆机构 由于导杆能做整周转动,因此称为转动导杆机构,此时机架长度小于曲柄长度。 若取机架长度大于曲柄长度,导杆4只能做往复摆动,形成摆动导杆机构,导杆机构,4.摇块机构 若将对心曲柄滑块机构中的连杆BC作为机架,滑块只能绕C点摆动,就得到曲柄摇块机构,简称摇块机构。,摇块机构,5.定块机构 若将偏置曲柄滑块中的滑块3作为机架,BC杆成为绕转动副C摆动的摇杆,AC杆成为滑块做往复移动,就得到摇杆滑块机构,又称为定块机构。,定块机构,选不同的构件为机架
7、,手摇唧筒,例:选择双滑块机构中的不同构件作为机架可得不同的机构,椭圆仪机构,正弦机构,应用,简易刨床的导杆机构,牛头刨床的导杆机构,3.2 平面四杆机构存在曲柄 的条件及基本特性,3.2.1 铰链四杆机构存在曲柄的条件 (1)连架杆和机架中必有一杆为最短杆(简称最短杆条件) (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(简称长度和条件) 此条件亦称杆长条件。,a+cb+d a+db+c a+bc+d 将上述三式中每两式相加并简化,可得 ab ac ad,铰链四杆机构曲柄存在条件,通过分析可得如下结论: (1)铰链四杆机构中,如果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,则
8、根据机架选取的不同,可有下列三种情况 取与最短杆相邻的杆为机架,则最短杆为曲柄,另一连架杆为摇杆,组成曲柄摇杆机构 取最短杆为机架,则两连架杆均为曲柄,组成双曲柄机构 取最短杆对面的杆为机架,则两连架杆均为摇杆,组成双摇杆机构 (2)铰链四杆机构中,如果最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆长度之和,则不论取哪一杆为机架,都没有曲柄存在,均为双摇杆机构。,3.2.2.急回特性 当主动件等速转动时,做往复运动的从动件在返回行程中的平均速度大于工作行程的平均速度的特性,摆角, 极位夹角,急回特性用行程速比系数 K表示,即,K值的大小取决于极位夹角 ,角越大,K值越大,急回运动特性越明显;反之,则愈不
9、明显。当= 0时,K=1 ,机构无急回特性。,偏置曲柄滑块机构和摆动导杆机构也具有急回特性。值得注意的是在摆动导杆机构中=。,机构急回特性的判定,3.2.3压力角与传动角,压力角越小,传动角越大,机构的传力效果越好。由此可见,压力角和传动角是反映机构传力性能的重要标志。,压力角:作用在从动件摇杆CD上的力F,与该力作用点C运动线速度vc 之间所夹的锐角,传动角:压力角的余角即连杆与从动件间所夹的锐角。,规定工作行程中的最小传动角 min 4050。 分析表明,在曲柄摇杆机构中,min可能出现在曲柄与机架共线的两个位置时,一般可通过计算或作图量取此二位置的传动角,其中的小值即为min。,曲柄摇杆
10、机构的压力角和传动角,在曲柄滑块机构中,若曲柄AB为主动件时,最小传动角min 出现在曲柄AB垂直于滑槽中心线位置时。,最小传动角min 计算公式为 对心曲柄滑块机构: min =arccosr/l 偏置曲柄滑块机构: min =arccosr+e/l,偏置曲柄滑块机构的最小传动角,3.2.4 死点位置,在曲柄摇杆机构中,若摇杆为主动件,当摇杆处于两极限位置时,从动曲柄与连杆共线,主动摇杆通过连杆传给从动曲柄的作用力通过曲柄的转动中心,此时曲柄的压力角=90,传动角=0,因此无法推动曲柄转动,机构的这个位置称为死点位置。,曲柄摇杆机构的死点位置,在工程上有时也需利用机构的死点位置来进行工作。例
11、如飞机的起落架、折叠式家具和夹具等机构。,钻床夹具,夹紧机构,3.3 平面四杆机构的设计,平面四杆机构设计的基本问题是 根据机构工作要求,结合附加限定条件,确定绘制机构运动简图所必需的参数,包括各构件的长度尺寸及运动副之间相对位置。 平面四杆机构设计的方法 图解法、实验法和解析法。本节介绍图解法。,3.3.1 按给定的连杆位置设计平面四杆机构,1.按给定的连杆三个位置设计平面四杆机构,按给定的连杆三个位置设计四杆机构,已知铰链四杆机构中连杆的长度及三个预定位置,要求确定四杆机构的其余构件尺寸。,3.3.2 按给定的急回特性系数设计平面四杆机构,已知曲柄摇杆机构的急回特性系数K、摇杆的长度lCD 及摆角,要求确定机构中其余构件尺寸。,按急回特性系数设计四杆机构,