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1、第2章 平面连杆机构第第2章章 平面连杆机构平面连杆机构 本章要解决问题本章要解决问题1. 什么是平面连杆机构？它有哪些优、缺点？2. 平面连杆机构有哪些应注意的运动和动力特性？3. 什么情况下铰链四杆机构存在曲柄？4. 各种各样的机构是如何演化出来的？5. 设计四杆机构的方法有哪些？应用举例。基本要求基本要求平面连杆机构的特点及应用；曲柄存在条件；急回特性、最小传动角及其出现位置、死点、运动转折点；重点重点 铰链四杆机构的基本形式；四杆机构的运动特性；曲柄存在条件；四杆机构的应用。第第2章章 平面连杆机构平面连杆机构概念：n连杆机构是若干构件用低副（转动副和移动副）联接而成。n若各构件均在相
2、互平行的平面内运动，就称为平面连杆机构。n由四个构件组成的平面连杆机构称平面四杆机构连杆机构的优缺点n连杆机构相联处都是面接触，因此具有下述优点：1、承受载荷大，便于润滑，故磨损小；2、制造方便，易获得较高的精度；3、能够实现多种运动形式的转化和得到各种复杂的运动轨迹。缺点：n1、运动副内有间隙，当构件数目较多或精度较低时，运动累积误差大。n2、连杆机构中，由于有的构件的运动速度在变化，产生惯性动负荷，因此常会引起冲击或振动。n、不易精确实现复杂的运动规律，且设计较为复杂；当构件数多时，效率较低概念：n全部用转动副相连的平面四杆机构称铰链四杆机构n机架：固定构件；n连架杆：与机架相连的杆；n连
3、杆：连接两连架杆的活 动构件；n曲柄：能绕固定铰链中心 作整周转动的连架杆；n摇杆：只能摆动的连架杆。 平面连杆机构的类型和应用一铰链四杆机构1、二杆机构n平面连杆机构中最简单的型式。如：电动机、砂轮机、水泵等。2、三杆机构nF=3*2-2*3=0n组成一个构件3、铰链四杆机构的基本形式按连架杆的运动形式不同，四杆机构分为：n）曲柄摇杆机构n）双曲柄机构（不等双曲柄机构、平行双曲柄机构、反向双曲柄机构）n）双摇杆机构 ）曲柄摇杆机构n在铰链四杆机构中，若两个连架杆，一为曲柄，另一个为摇杆，则此铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构牛头刨床横向自动进给机构）双曲柄机构n双曲柄机构：是两连架杆都可以相对于机
4、架作整周转动的铰链四杆机构。n1、不等双曲柄机构（如惯性筛机构） 特点：主动曲柄以等角速度连续旋转时，从动曲柄则以变角速度连续转动。惯性筛机构n2、平行双曲柄机构（平行四边形机构）：机构中相对的两杆平行且相等。n两曲柄同向、同角速度回转，连杆平动。n一周过两次转折点。n过转折点常用方法 （1）在机构中安装一个大质量的飞轮，利用其惯性闯过转折点； （2）利用多组机构来消除运动不确定现象。应用实例n3、反向双曲柄机构 特点：两曲柄转向相反，且角速度不相等。应用实例n双折车门启闭机构三、双摇杆机构n双摇杆机构：是两连架杆都为摇杆的四杆机构。应用实例（1）n飞机起落架机构应用实例（2）n汽车前轮的转向
5、机构二、有一个移动副的四杆机构（1）曲柄滑块机构曲柄滑块机构应用实例（2）摇块机构（杆2为机架时）摇块机构的应用实例（3）定块机构或称移动导杆机构（滑块3作为机架时）（4）转动导杆机构（短杆1为机架时）ABBC三、有两个移动副的四杆机构n（1）双移动副正弦机构（杆4作机架）n从动件位移和主动件回转角正弦成正比。跳针机构（2）椭圆机构（杆3作机架）滑块连杆上任意点的轨迹是椭圆。椭圆仪机构（3）双摇块机构（4）正切机构（从动件位移和主动件回转角正切）双摇块机构正切机构五四杆机构的扩展 除上述基本的四杆机构外，将四杆机构合理组合可得到生产中常见的除上述基本的四杆机构外，将四杆机构合理组合可得到生产中
6、常见的许多多杆机构。下图所示的手动冲床是由两个四杆机构许多多杆机构。下图所示的手动冲床是由两个四杆机构1、2、3、4和和3、5、6、4组成的。组成的。 该机构使搬动手柄的力获得两次放大，从而使冲杆的作该机构使搬动手柄的力获得两次放大，从而使冲杆的作用力变得很大。这种增力效应在连杆机构中经常用到。不言用力变得很大。这种增力效应在连杆机构中经常用到。不言而喻，下图中的大筛机构是由一个双曲柄机构而喻，下图中的大筛机构是由一个双曲柄机构(、)和一个曲柄滑块机构（、）组成的。和一个曲柄滑块机构（、）组成的。 平面机构的基本特性n一、整转副的条件n二、急回运动和行程速比系数n三、压力角和传动角n四、机构的
7、死点位置、 一、整转副的条件铰链四杆机构中，设AB杆为曲柄。n1）最短杆长度+最长杆长度其他两杆长度之和。（此条件称为杆长条件）。n2）组成整转副的两杆中必有一个杆为四杆中的最短杆，且最短杆为连架杆或机架。（最短杆为连架杆或机架）曲柄存在条件二、急回运动n摇杆的摆角：摇杆在两个极限位置之间的夹角 ，就是摇杆的摆角摆角。n摇杆处在两个极限位置时，曲柄所对应的两个位置之间的锐角 称为极位夹角极位夹角。当曲柄以匀角速 由位置AB1顺时针方向转到位置AB2时，曲柄的转角 。这时摇杆由左极限位置C1D摆到右极限位置C2D，设所需时间为t1，摆杆上C点的平均速度为v1。当曲柄再继续转过角度 ，即曲柄从位置
8、AB2转到AB1时，摇杆由位置C2D返回C1D，所需时间为t2，C点的平均速度为v2。虽然摇杆往返的摆角相同，但由于对应的曲柄转角不相等 ,因而 v1v2 。它表明摇杆在摆回时具有较大的平均角速度。我们把这种运动特性称为急回运动特性。n行程速比系数Kn1、当 =0时无急回特性；n2、当 不等于零时有急回特性；角越大，K值越大，急回特性越明显。平面连杆机构有无急回作用，主要取决于有无极位夹角。曲柄滑块机构和导杆机构中的极位夹角导杆机构演示三、压力角和传动角n压力角压力角：在铰链四杆机构中，如果不考虑构件的惯性力和铰链中的摩擦力，则原动件AB通过连杆BC作用到从动件CD上的力F的作用线与力作用点C
9、点绝对速度vc所夹的锐角 。n传动角传动角 ：连杆与从动件之间所夹的锐角n 越小， 越大传力性能越好。曲柄滑块机构与导杆机构中的传动角为了保证机构传动良好，设计时通常应使 。最小传动角出现的位置，可以由机构运动简图判断出来。传动角rn1、传动角是锐角；n2、机构正常传动的条件： ;n3、r=45 50 ，传动功率大，传动角许用值取大点。003、最小传动角的位置3、 死点位置n所谓死点位置就是指从动件的传动角等于0时机构所处的位置。n这时，连杆作用在从动件上的有效力距为零，因而从动件不能运动。曲柄摇杆机构和曲柄滑块机构中的死点位置n为了消除死点位置对机构传动的不利影响，使机构顺利通过死点位置的方
10、法与机构通过转折点的方法相同：（1）在机构中安装一个大质量的飞轮，利用其惯性闯过转折点；（2）利用多组机构来消除运动不确定现象。机构死点特性的应用n1、开关的分合闸机构n2、缝纫机踏板机构n3、钻床夹具第四节 平面四杆机构的演化n1 扩大转动副n2 转动副转化成移动副n3 取不同构件为机架1 扩大转动副n偏心轮机构2 转动副转化为移动副n由曲柄摇杆机构向曲柄滑块机构的演变n偏距e：C点的运动轨迹m-m的延长线与曲柄转动中心A之间的距离称为偏距。n对心曲柄滑块机构和偏置曲柄滑块机构曲柄滑块机构动态模型曲柄滑块机构应用实例3、取不同构件为机架n取最短杆为机架时，机架上有两个整转副，故得双曲柄机构。
11、n取最短杆的邻边为机架时，机架上只有一个整转副，故得曲柄摇杆机构。n取最短杆的对边为机架时，机架上没有整转副，故得双摇杆机构。 变换机架获得不同机构的形式曲柄滑块机构3.2 平面四杆机构的设计n常用方法： 几何作图法：直观 解析法：精确 实验法：简便 平面连杆机构的设计n一按给定行程速比系数K设计四杆机构n二按给定从动件的位置设计四杆机构n三按给定两连架杆间对应位置设计四杆机构一、按给定行程速比系数K设计四杆机构n已知：摇杆CD的长度 、摆角和行程速比系数K（极位夹角）。设计曲柄摇杆机构二 按给定连杆的位置设计四杆机构 1 在图示铸工车间震实式造型机工作台翻转机构中，当翻台（即为连杆BC）在震
12、实台上造型震实时，希望能处于图示实线B1C1位置；而当需要起模时，希望翻台能翻转180到达图示托台上方的虚线B2C2位置，以便托台上升接触砂箱起模。要求确定铰链中心A和D的位置。 分析：由于连杆上B、C两点的轨迹为以A、D为圆心的圆弧，所以A、D必位于B1C1和B2C2的中垂线上。设计步骤：（1）画出连杆的两个位置B1C1和B2C2，然后作B1B2和C1C2的中垂线。（2）分别在B1B2、C1C2联线的中垂线上任取A、D两点，均能实现运动要求，可有无穷多解。这时应考虑实际结构尺寸以及传动角是否符合要求等附加条件加以分析选定。（3）本例中要求A、D两点在同一水平线上，且AD=BC，则可唯一确定A
13、、D的位置。 2 连杆位置用动铰链中心B、C两点表示。连杆经过三个预期位置序列B1C1、B2C2和B3C3的四杆机构设计。三按给定两连架杆间对应位置设计四杆机构(解析法)n已知连架杆AB和CD的三对对应角位置,1,2 ,3,设计该机构。例1 如图，已知：lBC=100mm, lCD=70mm, lAD=50mm, AD为固定构件。1）如果该机构能成为曲柄摇杆机构，且AB为曲柄，求 lAB 的值；2) 如果该机构能成为双曲柄机构，求 lAB的值；3）如果该机构能成为双摇杆机构，求lAB的值；n解： （1）如果能成为曲柄摇杆机构，则机构必须满足“最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和，且
14、AB应为最短杆”有： ，代入各杆长度，得： n（2） 如果能成为双曲柄机构，则应满足“最长杆与最短杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和，且机架AD应为最短杆”。则：n1）若BC为最长杆即：BCMAX=100mm， 则：n2） 若AB为最长杆即：n综合以上两种情况：n（3）若能成为双摇杆机构，则应分两种情况分析：n第一种情况，机构各杆件长度满足“杆长之和条件”，但以最短杆的对边为机架；n第二种情况，机构各杆件长度不满足“杆长之和条件”，本题只存在第二种情况。n1）当 ，AB为最短杆，BC为最长杆 n2）当：AD为最短杆，BC为最长杆，则n3）当 ，AB为最长杆，AD为最短杆另外，AB增大时，还应
15、考虑到，BC与CD成伸直共线时，需构成三角形的边长关系，即综合，可得 除以上分析外，机构成为双摇杆机构时，lAB的取值范围亦可用以下方法获得： 对于以上给定的杆长，若能构成一个铰链四杆机构，则它只有三种类型：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。故分析出机构为曲柄摇杆机构、双曲柄机构时lAB的取值范围后，在0220mm之内的其余值即为双摇杆机构时lAB的取值范围本章小结本章小结本章介绍了如下内容本章介绍了如下内容平面连杆机构的特点；铰链四杆机构的类型及运动特性；平面连杆机构的特点；铰链四杆机构的类型及运动特性；机构演变的方法；平面四杆机构的设计。机构演变的方法；平面四杆机构的设计。基本概念基本
16、概念急回特性压力角传动角死点运动转折点急回特性压力角传动角死点运动转折点学习注意点学习注意点1、无论是研究四杆机构的运动还是设计四杆机构，应首先搞、无论是研究四杆机构的运动还是设计四杆机构，应首先搞 清楚连架杆上的特殊点的运动（通常是圆周运动或直线移清楚连架杆上的特殊点的运动（通常是圆周运动或直线移 动动)。2、平行四边形机构是一种特别有用的机构，在机构演化和机、平行四边形机构是一种特别有用的机构，在机构演化和机 构创新设计中有着广泛的应用。构创新设计中有着广泛的应用。3、机构演变的方法中，改变运动副的大小或改变构件的形状、机构演变的方法中，改变运动副的大小或改变构件的形状 是常用的方法，应用得当，可演变出许多有用的机构。是常用的方法，应用得当，可演变出许多有用的机构。
