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1、第二章 平面连杆机构,2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性,2-2 铰链四杆机构有整转副的条件,2-3 铰链四杆机构的演化,2-4 平面四杆机构的设计,2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性,最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的，称为平面四杆机构。它的应用非常广泛，而且是组成多杆机构的基础。,全部由低副(转动副和移动副)组成的平面机构。,接触表面是圆柱面和平面，制造简便，易于获得较高的制造精度。,低副中存在间隙，数目较多的低副会引起运动积累误差；而且它的设计比较复杂，不易精确地实现复杂的运动规律。,平面连杆机构:,连杆机构优点:,低副是面接触，耐磨损；,连杆机构的缺点：,本章着重介绍平面四杆机
2、构的基本类型、特性及其常用的设计方法。,2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性,对于铰链四杆机构，按两连架杆运动形式不同，分为三种基本型式：,全部用转动副相连的平面四杆机构。,摇杆：仅能在小于360的某一角度内摆动的构件。,机架：机构中固定不动的构件；,基本术语：,连架杆：与机架用转动副相连接的杆；,连杆：作平面运动的构件；,曲柄：能作整周转动的构件；,铰链四杆机构：,和双摇杆机构。,曲柄摇杆机构、,双曲柄机构,2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性,摇杆3为从动件，作变速往复摆动。,一、曲柄摇杆机构,两个连架杆，一为曲柄，另一个为摇杆的机构。,下面讨论曲柄摇杆机构的一些主要特性。,通常曲柄1为原
3、动件，并作匀速转动；,2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性,一、曲柄摇杆机构,1.急回运动,曲柄摇杆机构，其曲柄AB在转动一周的过程中，有两次与连杆BC共线。,摇杆CD的左极限位置:C1D摇杆CD的右极限位置:C2D,摇杆在两极限位置时的夹角。,(1)摇杆的极限位置,(2)摇杆的摆角:,2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性,一、曲柄摇杆机构,2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性,一、曲柄摇杆机构,摇杆处于两极限位置时，对应的曲柄所夹的锐角。,(4)急回运动,曲柄 摇杆AB1AB2 C1D C2D l180+ t1 t1,曲柄 摇杆AB2AB1 C2D C1D 2180- t2 t2,故C点空回
4、程时的平均速度V2工作行程时的平均速度V1,(3)极位夹角:,12 t1t2,摇杆的这一运动特性称为机构急回运动特性。,2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性,(5)行程速比系数K,急回运动特性可用行程速度变化系数(或称行程速比系数)K表示，,设计新机械时，总是根据该机械的急回要求先给出K值，然后由上式算出极位夹角，再确定各构件的尺寸。,极位夹角K值，急回运动的性质也越显著。,整理上式，可得极位夹角的计算公式：,即:,上式表明：,2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性,若不计各杆的质量，则连杆加给曲柄的力将过铰链中心A。此力对A点不产生力矩，不能使曲柄转动。,2.死点位置,对曲柄摇杆机构，以摇杆3
5、为原动件，曲柄1为从动件，则摇杆摆到极限位置C1D和C2D时，连杆2与曲柄1共线。,机构的这种位置称为死点位置。,3压力角和传动角,在生产中，不仅要求连杆机构能实现预定的运动规律，且希望运转轻便，效率较高。,不计摩擦时,作用在从动件上的驱动力F与该力作用点绝对速度Vc之间所夹的锐角称为压力角。,1.压力角,故压力角可作为判断机构传动性能的标志。,2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性,有效分力: FtFcos,即压力角有效分力Ft,1.压力角,2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性,压力角的余角 (即连杆和从动摇杆之间所夹的锐角)。,2.传动角,反之，机构传力越费劲，转动效率越低。,对于颚式破碎机
6、、冲床等大功率机械，可取min50；,2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性,因90-，所以机构传力性能越好；,机构运转时，传动角是变化的，为了保证机构正常工作，必须规定最小传动角min的下限。,一般机械：min40；,对于小功率的控制机构和仪表，min可略小于40,2.传动角,min= min1，2,出现最小传动角min的位置,2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性,铰链四杆机构中，曲柄与机架拉直共线和重叠共线的两位置处出现的传动角中，必有一处为最小传动角。,曲柄摇杆机构应用实例,传送机构,雷达调整机构,缝纫机踏板机构,特殊型式：平行四边形,两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构。,二、双曲柄机构,2-
7、1 铰链四杆机构的基本型式和特性,双曲柄机构应用实例,旋转式水泵,天平机构,机车驱动轮联动机构,型式1：连杆BC能整周回转,两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。,三、双摇杆机构,型式2：连杆BC不能整周回转,2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性,双摇杆机构应用实例,炉门启闭机构,鹤式起重机,飞机起落架,铰链四杆机构是否具有整转副，取决于各杆的相对长度。,2-2 铰链四杆机构有整转副的条件,实现曲柄AB整周回转，AB杆必须顺利通过与AD两次共线的两个位置AB1和AB2,下面通过曲柄摇杆机构来分析铰链四杆机构具有整转副的条件。,整转副：两构件能相对转动360的转动副。,具有整转副的铰链四
8、杆机构才可能存在曲柄。,2-2 铰链四杆机构有整转副的条件,若B1C1D1和B2C2D2能构成，则机构存在整转副，利用三角形构成原理，可得整转副存在条件：,(2)整转副存在于最短杆的两边。,(1)铰链四杆机构有整转副的条件 (杆长条件)是：,最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和;,曲柄是连架杆，整转副处于机架上才能形成曲柄。因此，具有整转副的铰链四杆机构是否存在曲柄，还应根据选择何杆为机架来判断。,2-2 铰链四杆机构有整转副的条件,(3)取最短杆的对边为机架时双摇杆机构。,则该机构中不存在整转副，无论取哪个构件作机架都只能得到双摇杆机构。,如果：,若：,(1)取最短杆为机架时双曲
9、柄机构。,(2)取最短杆的邻边为机架时曲柄摇杆机构。,2-3 铰链四杆机构的演化,通过用移动副取代转动副、变更杆件长度、变更机架和扩大转动副等途径，还可以得到铰链四杆机构的其他演化型式。,一、曲柄滑块机构,曲柄摇杆机构，铰链中心C的轨迹为以D为圆心和CD为半径的圆弧。,转动副演化为移动副,2-3 铰链四杆机构的演化,一、曲柄滑块机构,e=0，称对心曲柄滑块机构,若CD，C点轨迹直线,摇杆3演化为直线运动的滑块， 转动副D演化为移动副，机构演化为曲柄滑块机构。,e0，称偏置曲柄滑块机构,2-3 铰链四杆机构的演化,二、导杆机构,曲柄摇块机构,导杆机构可看成是改变曲柄滑块机构中的固定构件演化而来的
10、。,取不同构件为机架,摆动导杆机构,2-3 铰链四杆机构的演化,二、导杆机构,摆动导杆机构,转动导杆机构,2-3 铰链四杆机构的演化,二、导杆机构,导杆机构可看成是改变曲柄滑块机构中的固定构件而演化来的。,取不同构件为机架,移动导杆机构,2-3 铰链四杆机构的演化,四、双滑块机构,正切机构,正弦切机构,2-3 铰链四杆机构的演化,四、双滑块机构,椭圆仪,2-3 铰链四杆机构的演化,五、偏心轮机构,扩大转动副B,2-3 铰链四杆机构的演化,五、偏心轮机构,2-3 铰链四杆机构的演化,六、多杆机构,手动冲床,筛料机构,2-4 平面四杆机构的设计,一、按照给定的行程速度变化系数设计四杆机构,四杆机构
11、设计，是根据给定的运动条件，确定机构运动简图的尺寸参数。,生产实践中的要求是多种多样的，给定的条件也各不相同，归纳起来，主要有下面两类问题：,在设计具有急回运动特性的四杆机构时，按实际需要先给定行程速比系数K的数值，然后根据机构在极限位置的几何关系，结合有关辅助条件来确定机构运动简图的尺寸参数。,(1)按照给定从动件的运动规律设计四杆机构。,(2)按照给定点的运动轨迹设计四杆机构。,2-4 平面四杆机构的设计,一、按照给定的行程速比系数设计四杆机构,设计的实质是确定铰链中心A点的位置，定出其他三杆的尺寸l1、l2和l3。,曲柄摇杆机构,已知条件:,摇杆长度l3，摆角和行程速度变化系数K。,2-
12、4 平面四杆机构的设计,一、按照给定的行程速比系数K设计四杆机构,设计过程：,第一步：求极位夹角,=180(K-1)/(K+1),第二步：确定D， C1和C2的位置,由摇杆长度l3和摆角，作出摇杆两个极限位置C1D和C2D。,2-4 平面四杆机构的设计,一、按照给定的行程速度变化系数设计四杆机构,第三步：求曲柄转轴A的位置,(3)作PC1C2的外接圆，在此圆周(C1C2和GF除外)上任取一点A作为曲柄的固定铰链中心。,(1)连接C1和C2，并作C1M垂直于C1C2。,(2)作ClC2N90-，C2N与C1M相交于P点，由图可见，C1PC2=。,连AC1和AC2，因同一圆弧的圆周角相等，故 C1
13、AC2=C1PC2=。,2-4 平面四杆机构的设计,一、按照给定的行程速度变化系数设计四杆机构,第四步：求曲柄长即确定B的位置,AC1=l2-l1AC2=l2+l1,以A为圆心和l1为半径作圆，交C1A的延线于B1，交C2A于B2，,因极限位置处曲柄与连杆共线，故,从而得曲柄长度：l1=(AC2-AC1)/2,即得： B1C1=B2C2=l2AD=l4,2-4 平面四杆机构的设计,一、按照给定的行程速度变化系数设计四杆机构,因A点是ClPC2外接圆上任选点，所以若仅按行程速度变化系数K设计，可得无穷多的解。,A点位置不同，机构传动角的大小也不同。如欲获得良好的传动质量，可按照最小传动角最优或其
14、他辅助条件来确定A点的位置。,2-4 平面四杆机构的设计,二、按给定连杆位置设计四杆机构,已知：给定连杆能通过的三个位置，,四杆机构变为已知圆弧上的点求圆心，此圆心即为所求铰链四杆机构的固定铰链位置,设计能实现以上要求的四杆机构。,假设四杆机构已设计完成如右图：,2-4 平面四杆机构的设计,二、按给定连杆位置设计四杆机构,则b12与b23两直线的交点A即为所求固定铰链中心A的位置；,根据给定条件，绘出连杆的三个位置B1C1 、B2C2和B3C3,第一步：,第二步：,第三步：,同理，可得另一固定铰链中心D的位置；,分别连接B1和B2、B2和B3，并作B1B2、B2B3的垂直平分线b12、b23,2-4 平面四杆机构的设计,二、按给定连杆位置设计四杆机构,连接AB1C1D即为所求铰链四杆机构。若,第四步：,总结,给定连杆超过三个位置时，用该方法可能无解。,给定连杆三个位置，设计四杆机构，其解是唯一的；,若给定连杆两个位置，所设计四杆机构的解将有无穷多；,END,
