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机械设计基础平面连杆机构课件应用实例内燃机鹤式吊火车轮急回冲床牛头刨床翻箱机椭圆仪机械手爪开窗车门折叠伞折叠床牙膏筒拔管机单车等特征有一作平面运动的构件称为连杆特点①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②改变杆的相对长度从动件运动规律不同③连杆曲线丰富可满足不同要求定义由一些刚性构件用平面低副连接而成的机构§2－3 平面连杆机构缺点①构件和运动副多累积误差大运动精度低效率低②产生动载荷惯性力不适合高速③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节重点内容是介绍四杆机构一平面四杆机构的基本型式基本型式－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作整周定轴回转的构件三种基本型式 1曲柄摇杆机构特征曲柄＋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连杆作平面运动的构件连架杆与机架相联的构件摇杆作定轴摆动的构件周转副能作3600相对回转的运动副摆转副只能作有限角度摆动的运动副曲柄连杆摇杆 A B C 1 2 4 3 D A B D C 1 2 4 3 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雷达天线俯仰机构曲柄主动缝纫机踏板机构应用实例如叶片泵惯性筛等 2 1 4 3 摇杆主动 3 1 2 4 A D C B 1 2 3 4 旋转式叶片泵 A D C B 1 2 3 A B D C 1 2 3 4 E 6 惯性筛机构 3 1 A B C D 耕地料斗 D C A B 耕地料斗 D C A B 实例火车轮特例平行四边形机构 AB CD 特征两连架杆等长且平行连杆作平动BC AD A B D C 摄影平台 A D B C B C 天平播种机料斗机构反平行四边形机构 --车门开闭机构反向 F A E D G B C A B E F D C G 平行四边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 A B D C E 3双摇杆机构特征两个摇杆应用举例铸造翻箱机构特例等腰梯形机构－汽车转向机构风扇摇头机构 B C A B D C 风扇座蜗轮蜗杆电机 A B D C E A B D C E 电机 A B D C 风扇座蜗轮蜗杆电机 A B D C 风扇座蜗轮蜗杆 A B D C A B C D B1 C1 A D 二传动特性 1急回运动在曲柄摇杆机构中当曲柄与连杆两次共线时摇杆位于两个极限位置简称极位当曲柄以ω逆时针转过180°θ时摇杆从C1D位置摆到C2D 所花时间为t1 平均速度为V1那么有曲柄摇杆机构 3D 此两处曲柄之间的夹角θ称为极位夹角θ 180°＋θω C2 B2 B1 C1 A D C2 当曲柄以ω继续转过180°-θ时摇杆从C2D置摆到C1D所花时间为t2 平均速度为V2 那么有180°-θ因曲柄转角不同故摇杆来回摆动的时间不一样平均速度也不等显然t1 t2 V2 V1 摇杆的这种特性称为急回运动用以下比值表示急回程度称K为行程速比系数且θ越大K值越大急回性质越明显只要θ≠ 0 就有 K 1 所以可通过分析机构中是否存在θ以及θ的大小来判断机构是否有急回运动或运动的程度设计新机械时往往先给定K值于是α F γ F F 当∠BCD≤90°时γ＝∠BCD 2压力角和传动角压力角从动件驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹锐角 A B C D 设计时要求γmin≥50°γmin出现的位置当∠BCD 90°时γ＝180°- ∠BCD 切向分力 F Fcosα法向分力 F Fcosγγ↑→ F↑→对传动有利 Fsinγ称γ为传动角此位置一定是主动件与机架共线两处之一 C D B A F γ可用γ的大小来表示机构传动力性能的好坏 F F 当∠BCD最小或最大时都有可能出现γmin 为了保证机构良好的传力性能 C1 B1 a b c d D A 车门由余弦定律有∠B1C1D＝arccos[b2c2- d-a 2]2bc ∠B2C2D＝arccos[b2c2- da 2]2bc 若∠B1C1D≤90°则若∠B2C2D 90°则γ1＝∠B1C1D γ2＝180°-∠B2C2D 机构的传动角一般在运动链最终一个从动件上度量 v γγ 1 γmin＝[∠B1C1D 180°-∠B2C2D]min C2 B2 γ 2 α F F 3机构的死点位置摇杆为主动件且连杆与曲柄两次共线时有此时机构不能运动避免措施两组机构错开排列如火车轮机构称此位置为死点γ＝0 靠飞轮的惯性如内燃机缝纫机等 F A E D G B C A B E F D C G γ＝0 F γ＝0 工件 A B C D 1 2 3 4 P A B C D 1 2 3 4 工件 P 钻孔夹具γ 0 T A B D C 飞机起落架 A B C D γ 0 F 也可以利用死点进行工作飞机起落架钻夹具等 l1 l2 l4 l3 C B A D 杆1为曲柄作整周回转必有两次与机架共线 l2≤ l4 – l1 l3 则由△BCD可得三角形任意两边之和大于第三边则由△BCD可得 l1 l4 ≤ l2 l3 l3≤l4 – l1 l2 AB为最短杆最长杆与最短杆的长度之和≤其他两杆长度之和三铰链四杆机构有曲柄的条件→ l1 l2 ≤ l3 l4 C l1 l2 l4 l3 A D l4- l1 将以上三式两两相加的 l1≤ l2 l1≤ l3 l1≤ l4 → l1 l3 ≤ l2 l4 2曲柄为最短杆可知当满足杆长条件时其最短杆参与构成的转动副都是整转副曲柄存在的条件 1 最长杆与最短杆的长度之和应≤其他两杆长度之和此时铰链A为整转副若取BC为机架则结论相同可知铰链B也是整转副称为杆长条件 A B C D l1 l2 l3 l4 当满足杆长条件时说明存在整转副当选择不同的构件作为机架时可得不同的机构如曲柄摇杆双曲柄双摇杆机构。
