第三章 平面连杆机构

第三章平面连杆机构(1)铰链四杆机构的基本型式及应用；(2)铰链四杆机构的传动特性；(3)铰链四杆机构的曲柄存在条件；(4)铰链四杆机构的演化；(5)平面四杆机构的设计平面连杆机构是由多个刚性构件用低副（转动副和移动副）连接组成的机构。第一节铰链四杆机构的基本形式及应用钢窗的导杆机构内燃机的曲柄滑块机构平面连杆机构的特点1、能实现多种运动形式。如：转动，摆动，移动，平面运动2、运动副为低副：几何形状简单——便于加工，成本低。面接触：①承载能力大；②便于润滑。寿命长3、缺点：①只能近似实现给定的运动规律；②设计复杂；③只用于速度较低的场合。铰链四杆机构的基本形式所有运动副均为转动副的平面四杆机构为铰链四杆机构1）曲柄摇杆机构2）双曲柄机构3）双摇杆机构作整周转动的连架杆摆动的连架杆平面运动固定不动选择不同构件为机架可将曲柄摇杆机构演化为双曲柄机构和双摇杆机构铰链四杆机构的应用1）曲柄摇杆机构：两连架杆，一为曲柄，一为摇杆缝纫机脚踏板、插秧机、雷达天线俯仰机构、和面机铰链四杆机构的应用2）双曲柄机构：两连架杆，均为曲柄机车车轮机构汽车车门启闭机构振动筛机构铰链四杆机构的应用3）双摇杆机构：两连架杆，都是摇杆鹤式起重机汽车转向机构飞机起落架一、急回运动性质和行程速比系数第二节铰链四杆机构传动特性1、机构的急回运动特性原动件作匀速转动，从动件作往复运动的机构，从动件正行程和反行程的平均速度不相等极位夹角θ摆角ψ2、行程速度变化系数或曲柄摇杆机构有无急回运动性质，取决于有无极位夹角θ。若θ=0，K=1，则该机构没有急回运动性质；若θ>0，K>1，则该机构具有急回运动性质，且θ角越大，K值越大，急回运动性质也越显著。二、压力角和传动角 ①压力角：从动件所受的压力F与受力点绝对速度方向线vc之间所夹的锐角称为压力角 ②传动角：连杆和从动摇杆之间所夹的锐角称为传动角γ，传动角是压力角的余角，即γ=90o–曲柄与机架共线位置许用压力角［α］≤40°α越小，γ越大，传动性能越好γmax三、死点位置 当以摇杆作为原动件、曲柄作为从动件，在摇杆摆到两极限位置时，连杆与曲柄出现两次共线的位置即为死点位置。原动件通过连杆传给曲柄的力通过铰链中心，α=90，γ=0克服死点的方法第三节铰链四杆机构的曲柄存在条件两构件作整周相对转动的条件①曲柄为最短杆；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。a+d≤b+c(1)b<c+d-a即a+b≤c+d(2)c<b+d-a即a+c≤b+d(3)若1和4能绕A整周相对转动，则存在两个特殊位置(1)+(2)得2a+b+d≤2c+b+d即a≤c(1)+(3)得a≤b(2)+(3)得a≤d在满足上述条件的前提下，机构中究竟有无曲柄，还需要根据取哪一个构件作为机架来判断lmax+lmin≤l余1+l余2不存在曲柄双摇杆机构双摇杆机构双曲柄机构曲柄摇杆机构可能有曲柄固定件是否最短构件最短构件的邻边最短构件的对边如果铰链四杆机构不存在曲柄，那么不论取哪一个杆作为机架，该机构均为双摇杆机构第四节铰链四杆机构的演化铰链四杆机构可通过下列途径演化成其他形式的四杆机构：通过扩大转动副获得偏心轮机构(2)通过改变构件的相对长度将转动副演变成移动副(3)通过取不同的构件为机架获得不同的机构。　一、改变构件长度得到曲柄滑块机构☆一连架杆为曲柄，另一连架杆相对机架作往复移动而称为滑块应用举例：内燃机、空气压缩机、冲床和缝纫机等对心式曲柄滑块机构偏置式曲柄滑块机构二、扩大转动幅得到偏心轮机构曲柄摇杆机构等效曲柄摇杆机构曲柄滑块机构等效曲柄滑块机构特点：容易加工；工作时润滑条件和受力情况好；可用于较重载荷的传动中。应用举例：蒸汽机换气阀传动机构、冲压机传动机构等。三、变换机架得到不同形式机构构件3为机架：双摇杆构件4为机架：曲柄摇杆构件1为机架：双曲柄构件2为机架：曲柄摇杆导杆机构 取曲柄滑块机构中的不同构件作为机架，可以得到四种不同的机构曲柄滑块机构转动导杆机构摆动导杆滑块机构(摇块机构）移动导杆机构（定块机构）导杆机构应用卡车车厢自动翻转卸料机构曲柄摆动导杆机构(a)曲柄摆动导杆机构;(b)电气开关小型刨床机构手动抽水机曲柄滑块机构有曲柄的条件AC1E：b-a>e△   AC2E：a+b>e即有曲柄的条件:b>a+ee=0,b>a第三节平面四杆机构的设计主要任务　根据给定的运动条件，用图解法、解析法　　　　　或实验法确定机构的运动尺寸。　　①按给定的位置或运动规律要求设计四杆机构；　　②按给定的轨迹要求设计四杆机构。一、图解法设计四杆机构 1.按给定的行程速比系数设计四杆机构 ☆曲柄摇杆机构 已知条件：行程速比系数K、摇杆的长度l和摇杆的摆角Ψ （1）计算极位夹角（4）以C2P为直径作圆，圆心为O，则A点必在此圆上（5）由其他已知条件在圆周上取点A，连AC1、AC2;（6）以A为圆心，AC2为半径做圆弧交AC1于E点，作EC1的垂直平分线得EC1之半，即为AB长度。由于极限位置处曲柄与连杆共线，故AC2＝BC＋AB，AC1＝BC－AB，因此：（7）讨论：A点位置的确定传动角最优或其它辅助条件☆曲柄滑块机构已知条件：行程速比系数K、滑块行程H　偏心距e①计算极位夹角②作直线C1C2＝H/μl，且C1、C2作为滑块的两极限位置;③根据C1、C2点求满足极位夹角为θ的A点（结果为一圆弧C1PC2）;④作一直线与C1C2平行，并使其间的距离等于偏心距e，则此直线与上述圆弧的交点即为曲柄的轴心A的位置;⑤连接AC1、AC2，并按上述作图方法，即可得到曲柄的长度lAB和连杆的长度lBC☆导杆机构已知条件：行程速比系数K、机架长度lAD分析：对于摆动导杆机构，其极位夹角θ等于导杆的摆角Ψ，而所需要确定的尺寸是曲柄长度lAC。①计算极位夹角②选择适当的比例尺作直线μl，任选固定铰链点D；③按夹角Ψ（＝θ）作出导杆的两极限位置Dm和Dn；④作摆角Ψ的角平分线AD，并在AD上截取AD=lAD/μl，即可得到曲柄轴心A点的位置；⑤过A点作导杆极限位置的垂线AC1（或AC2），即得曲柄长度lAC=μlAC2.按给定的连杆位置设计四杆机构 分析：根据设计要求，铰链四杆机构在运动过程中，其连杆必须能依次通过预定位置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，……。机构设计的实质就是确定两固定铰链A、D点的位置。由铰链四杆机构运动可知，连杆上B、C两点的运动轨迹分别是以A、D两点为圆心的圆或圆弧，而连杆相邻位置对应点的连线B1B2、B2B3、C1C2、C2C3……分别为对应圆或圆弧上的弦长。所以，A、D两点必然分别位于上述对应弦长的垂直平分线上。☆给定连杆两个位置设计四杆机构主要设计步骤：①根据已知条件，选取适当的比例尺μl，绘出连杆的两个位置B1C1、B2C2；②连接B1C2、B2C1，并分别作它们的垂直平分线b12、c12；③在上分别任取两点A、D（一般也可根据其它辅助条件选取）；④连接AB1C1D即为所求四杆机构的一个位置。注意：由于A、D两点可在b12和c12上任意选取，因此可得无穷多组解。一般还应该考虑其它辅助条件，如，满足合理的结构要求，使机械在运转中的最小传动角最大，等等例☆给定连杆三个位置设计四杆机构分析：已知B1C1、B2C2、B3C3为连杆所要到达的三个位置，活动铰链B、C两点的相对位置已定，设计的实质仍然是要求出两固定铰链点A、D的位置。铰链中心B和C的轨迹分别为一圆弧，同时B1、B2、B3和C1、C2、C3的圆分别只有一个。所以，连架杆的固定铰链中心A和D只有一个确定的解。二、实验法设计四杆机构（图谱法） 图谱法是按照给定的运动轨迹设计四杆机构的另一种简便的方法，它是利用连杆曲线图谱（可查手册），查出与要求轨迹曲线相似的连杆曲线，以及描绘该连杆曲线的四杆机构的相对杆长，然后测量出出图谱中的连杆曲线与所要求的轨迹曲线之间的放大（或缩小）倍数，即可求出机构的各尺寸参数。※平面连杆机构的结构 １．具有转动副的构件结构2.具有转动副和移动副的构件结构滚动轴承式转动副结构 滑动轴承式转动副结构整体式剖分式附加轴套式几种平面接触式移动副结构 分离式导轨可调间隙式移动副结构矩形V形燕尾形组合形圆柱面接触式移动副相对转动的限制 滚动导轨式移动副结构平面防转销轴防转滚轮式导轨滚珠式导轨※平面连杆机构的运动干涉问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 连杆机构在结构设计时，常常需要考虑如何避免轨迹干涉问题。构件的外形一般可根据机构的运动不干涉条件来确定。也就是说，结构设计要求组成连杆机构的所有运动构件在其运动范围内与所存在的轴、机架和横梁等部件之间不得发生碰撞现象，否则会妨碍构件的正常运动，并对设备造成一定的损害。※平面连杆机构的调节在某些情况下，连杆机构的结构要求具备一定的调节能力，以满足实际应用中的一些特殊要求。如图所示为采用螺旋机构来调整构件长度的方法。此外，还可以通过偏心轮来调节构件的长度。调节支座的位置可以采用蜗轮蜗杆机构、螺旋机构等机构来实现，当然，也可通过调节滑块在导槽中的位置来调整。典型实例例3-1见图，在铰链四杆机构中，已知l2=50mm，l3=35mm，l4=30mm，构件AD为机架，试问(1)若此机构为曲柄摇杆机构，且构件AB为曲柄，求l1max；(2)若此机构为双曲柄机构，求l1min；(3)若此机构为双摇杆机构，求l1的数值。解：由式得lmax+lmin≤l余1+l余2　　(1)若此机构为曲柄摇杆机构，且构件AB为曲柄，应满足的条件是l1+l2≤l3+l4l1≤l3+l4–l2=35+30–50=15mm所以l1max=15mm　　(2)若此机构为双曲柄机构，依题意AD应为最短杆。当AB为最长杆时，应满足的条件是：l1+l4≤l2+l3l1≤l2+l3–l4=50+35–30=55mm　当AB不为最长杆时，应满足的条件是：l4+l2≤l1+l3l1≥l4+l2–l3=30+50–35=45mm　当45mm≤l1≤55mm时，该机构为双曲柄机构。　故l1min=45mm　　(3)若此机构为双摇杆机构，只要l1不满足上述两种情况均能满足本题要求。即当15mm＜l1＜45mm和55mm＜l1≤115mm（极限情况，即l4+l2+l3=115mm）时，机构均为双摇杆机构。　　1.填空题　　(1)曲柄摇杆机构中行程速比系数K的大小取决于，K值越大，机构的越显著。　　(2)在曲柄摇杆机构中，当与共线时，机构可能出现最小传动角γmin。　　(3)在铰链四杆机构中，与机架用转动副相连接的杆称为。　　(4)在曲柄滑块机构中，若滑块作为主动件，当时，机构会出现死点位置。　　(5)铰链四杆机构曲柄存在的条件是①；②。复习题⒉选择题(1)平面连杆机构是由组成的机构。(A)高副；(B)高副和低副；(C)转动副；(D)低副。(2)平面连杆机构，构件的最少数量是。(A)二件；(B)三件；(C)四件；(D)五件。(3)有急回运动性质的四杆机构是。(A)对心曲柄滑块机构；(B)偏置曲柄滑块机构；(C)摆动导杆机构。(4)压力角可作为判断机构传力性能的标志，在平面连杆机构中，压力角越大，机构传力性能。(A)越差；(B)不受影响；(C)越好。(5)曲柄摇杆机构的死点位置在。(A)原动杆与连杆共线；(B)原动杆与机架共线；(C)从动杆与连杆共线；(D)从动杆与机架共线。⒊问答题（1）何谓平面连杆机构？其基本型式有哪几种？（2）铰链四杆机构的基本型式哪有几种？（3）何谓曲柄摇杆机构急回运动性质？何参数反映了机构的急回运动程度？（4）曲柄摇杆机构具有死点位置的条件是什么？（5）铰链四杆机构存在曲柄的条件是什么？（6）在曲柄摇杆机构中，作图标出极位夹角、摆角、压力角和传动角、机构的极限位置、死点位置及最小传动角min；并能叙述上述概念的含义。（7）何谓平面连杆机构的压力角和传动角？压力角的大小对平面连杆机构的工作有何影响？（8）铰链四杆机构有几种演化方式？演化后的机构有何特点？　⒋计算题⑴根据图3-13中注明的尺寸计算并判断各铰链四杆机构的类型。⑵设计一脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构(见图3-14)。要求踏板CD在水平位置上下各摆10o，且lCD=500mm，lAD=1000mm。试用图解法求曲柄AB和连杆BC的长度。⑶在铰链四杆机构中，各杆的长度分别为l1=28mm，l2=52mm，l3=50mm，l4=72mm，试用图解法求：①当取杆4为机架时，该机构的极位夹角θ和摇杆3的摆角；②求该机构的最小传动角min；③试讨论该机构在什么条件下具有死点位置，并绘图 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示。　(4)设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度l3=100mm，摆角=30o，摇杆的行程速比系数K=1.2。试根据最小传动角min≥40o的条件确定其余三杆的尺寸。　　⑸试设计一偏置曲柄滑块机构。已知滑块的行程速比系数K=1.4，滑块的行程lc1c2=60mm，导路的偏距e=20mm，试用图解法求曲柄AB和连杆BC的长度。　　⑹在飞机起落架所用的铰链四杆机构中，已知连杆的两个位置见图3-15，lBC=300mm，lC2E=360mm。lC1E=320mm，=800，比例尺为μl=20mm/mm，要求连架杆AB的铰链A位于B1D1方向线上，连架杆CD的铰链D位于B2C2方向线上，试设计该机构。⒈⑴极位夹角θ，急回运动性质⑵曲柄，机架　⑶连架杆⑷曲柄与连杆共线⑸①曲柄为最短杆　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⒉⑴Ｄ　⑵C　⑶Ｂ　⑷Ａ⑸C复习题参考 答案 八年级地理上册填图题岩土工程勘察试题省略号的作用及举例应急救援安全知识车间5s试题及答案