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第 3 章 平面连杆机构. 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. 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。. 3.0 概述. 平面连杆机构是由若干个构件通过低副联接而成的机构 。. 由四个构件通过低副联接而成的平面连杆机构,称为四杆机构。. 曲柄摇杆机构. 双曲柄机构. 铰链四杆机构 ( 全转动副 ). 平面连杆机构.

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第3章 平面连杆机构

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

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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。

slide3

3.0 概述

平面连杆机构是由若干个构件通过低副联接而成的机构。

由四个构件通过低副联接而成的平面连杆机构,称为四杆机构。

slide4

曲柄摇杆机构

双曲柄机构

铰链四杆机构 (全转动副)

平面连杆机构

双摇杆机构

曲柄滑块机构

含有移动副的平面四杆机构

偏心轮机构

摇块机构

导杆机构

摇块机构

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3.1.1铰链四杆机构的基本形式

运动副都是转动副的平面四杆机构称为铰链四杆机构。

1、机架

2、连架杆

(1) 曲柄

(2)摇杆

3、连杆

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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

摇杆

曲柄

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应用

雷达天线俯仰角调整机构

脚踏砂轮机机构

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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

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应用

插床六杆机构

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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

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(2)连杆始终与机架平行

天平机构

摄影车升降机构

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(3)运动的不确定性

平行四边形机构

slide14
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.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

slide15
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

slide17
3.双摇杆机构

两连架杆均为摇杆的

铰链四杆机构,称为

双摇杆机构。

起重机机构

slide19
应用

车辆前轮转向机构

3 1 2
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。

3 1 222
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

曲柄摇杆机构到曲柄滑块机构的演化

slide23
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

偏置曲柄滑块机构

对心曲柄滑块机构

slide26
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

slide28
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

(1)转动导杆机构:导杆能做整周转动。此时机架长度小于曲柄长度。

(2)摆动导杆机构:导杆4只能做往复摆动,此时机架长度大于曲柄长度,

导杆机构

slide29
应用

简易刨床的导杆机构

牛头刨床的导杆机构

slide32
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

slide33
应用

吊车

slide34
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

slide35
应用

手摇唧筒

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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

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a+c≤b+da+d≤b+ca+b≤c+d

将上述三式中每两式相加并简化,可得

a≤ba≤ca≤d

铰链四杆机构曲柄存在条件

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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。

slide39

判别铰链四杆机构的基本类型的方法:

1.若机构不满足杆长之和条件则只能成为双摇杆机构

2.若机构满足杆长之和条件,则

(1) 以最短杆为连架杆时为曲柄摇杆机构

(2) 以最短杆为机架时为双曲柄机构

(3) 以最短杆的对边为机架时(连杆)为双摇杆机构

铰链四杆机构

slide40

机构工作件返回行程速度大于工作行程的特性。机构工作件返回行程速度大于工作行程的特性。

工作行程时:V1=C1C2/t1返回行程时:V2=C2C1/t2

3.2.2 急回特性

slide41

行程速比系数K

为了表示工作件往复运动时的急回程度,用V2和V1的比值K来描述。

slide42

连杆机构从动件具有急回特性的条件是:

(1)主动件为曲柄作等速整周转动;

(2)从动件作往复运动;

(3)极位夹角 >0

slide43

急回特性的作用:

四杆机构的急回特性可以节省时间,提高生产率。

slide44
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θ=ψ。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θ=ψ。

机构急回特性的判定

slide45

3.2.3压力角与传动角

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α

传动角:压力角的余角即连杆与从动件间所夹的锐角。

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。

slide46

最小传动角的位置

铰链四杆机构在曲柄与机架共线的两位置出现最小传动角。

规定工作行程中的最小传动角

γmin ≥40°~50°。

slide47

最小传动角γmin 计算公式为

对心曲柄滑块机构: γmin =arccosr/l

偏置曲柄滑块机构: γmin=arccosr+e/l

在曲柄滑块机构中,若曲柄AB为主动件时,最小传动角γmin 出现在曲柄AB垂直于滑槽中心线位置时。

偏置曲柄滑块机构的最小传动角

slide48

3.2.4 死点位置

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,压力角α=90°,传动角γ=0°称为死点位置

slide49

死点的利弊

利:工程上利用死点进行工作。

弊:机构有死点,从动件将出现卡死或运动方向不确定现 象,对传动机构不利

  • 度过死点的方法

增大从动件的质量、利用惯性度过死点位置。

采用机构错位排列的方法

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死点的应用

夹紧机构

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死点的应用

在工程上有时也需利用机构的死点位置来进行工作。例如飞机的起落架、夹具等机构。

钻床夹具

slide53

死点的避免

图 缝纫机踏板机构

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3.3 平面四杆机构的设计

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
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

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。

按给定的连杆三个位置设计四杆机构

3 3 2
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ψ,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