平面连杆机构介绍.pptx
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1、平面连杆机构介绍平面连杆机构介绍 第一节平面四杆机构的类型及其应用一、平面四杆机构的基本形式一、平面四杆机构的基本形式 平面四杆机构的基本形式是铰链四杆机构。如图3一1所示,在铰链四杆机构中,各运动副均是转动副,其固定不动的构件4称为机架;与机架相连的构件1和构件3称为连架杆,其中能做整周转动的称为曲柄,不能做整周转动的称为摇杆;不与机架直接连接的构件2称为连杆,连杆作复杂的平面运动。铰链四杆机构根据其两连架杆运动形式,又可分为三种型式 1.曲柄摇杆机构 在铰链四杆机构中,若两连架杆中一个为曲柄,另一个为摇杆,则称为曲柄摇杆机构(图3一1)。下一页返回第1页/共53页第一节平面四杆机构的类型及
2、其应用 2.双曲柄机构 在铰链四杆机构中,若两连架杆均为曲柄,则称为双曲柄机构(图3一4)。这种机构的运动特点是当主动曲柄连续转动时,从动曲柄也作连续转动。图3一5所示的惯性筛机构中ABCD就是双曲柄机构。当曲柄AB作等角速转动时,另一曲柄CD作变角速转动,再通过构件CE使筛子6产生变速直线运动。这样,便可利用筛上物料的惯性来筛选物料。3.双摇杆机构在铰链四杆机构中,若两连架杆均为摇杆,则称为双摇杆机构(图3一10)下一页上一页返回第2页/共53页第一节平面四杆机构的类型及其应用二、平面四杆机构的演化型式二、平面四杆机构的演化型式 1.曲柄滑块机构 在图3一14(a)所示的曲柄摇杆机构中,随着
3、摇杆3长度的增加,C点的运动轨迹m一m逐渐趋于平缓。当摇杆3的长度增至无限大时,C点的运动轨迹则成为直线m一m(图3一14(b),这时构件3由摇杆演变成滑块,转动副D也转化成移动副,于是曲柄摇杆机构演化成曲柄滑块机构(图3一14(c),(d),直线m一m即为滑块导路的中心线 当滑块导路中心线m一m通过曲柄转动中心A时,则称该机构为对心式曲柄滑块机构(图3一14(c);若当滑块导路中心线m一m不通过曲柄回转中心A而有一偏距。时,则称该机构为偏置式曲柄滑块机构(图3一14(d)。曲柄滑块机构广泛应用于活塞式内燃机、空气压缩机、冲床、送料机等机械中。下一页上一页返回第3页/共53页第一节平面四杆机构
4、的类型及其应用 2.导杆机构 导杆机构可以看成是改变曲柄滑块机构(图3一15(a)中的固定构件演化而来的。演化后在滑块中与滑块做相对移动的构件称为导杆。3.偏心轮机构 在曲柄滑块机构中,若要求滑块行程较小则必须减小曲柄长度。由于结构上的困难,很难在较短的曲柄上制造出两个转动副,往往采用转动副中心与几何中心不重合的偏心轮来代替曲柄(图3-20(a)。两中心间的距离e称为偏距,其值即为曲柄长度,图中滑块行程为2e这种将曲柄作成偏心轮形状的平面四杆机构称为偏心轮机构,它可视为是图3-20(b)中的转动副B扩大到包容转动副A,使构件1成为转动中心在A点的偏心轮而成,因此其运动特性与原曲柄滑块机构等效。
5、同理,也可将图3-20(c)所示的另一种偏心轮机构演化成曲柄摇杆机构(图3-20(d),其运动特性与原机构也完全相同。上一页返回第4页/共53页第二节平面四杆机构的一些基本特性一、曲柄存在条件一、曲柄存在条件 图3一21所示为铰链四杆机构,设构件1、构件2,构件3和构件4的长度分别为a,b,c和d,并取ad当构件1能绕点A做整周转动时,构件1必须能通过与构件4共线的两位置AB1和AB2。故此,可导出构件1作为曲柄的条件。当构件1转至AB1时,形成B1 C1D,根据三角形任意两边长度之和必大于第三边长度的几何关系并考虑到极限情况,得 当构件1转至AB2时,形成B2 C2D,同理可得下一页返回第5
6、页/共53页第二节平面四杆机构的一些基本特性即可写成将式(3一1)、式(3-2)、式(3一3)中的三个不等式两两相加,化简后得下一页上一页返回第6页/共53页第二节平面四杆机构的一些基本特性 由上述关系可知,在铰链四杆机构中,要使构件1为曲柄,它必须是四杆中之最短杆,且最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。考虑到更一般的情形,可将铰链四杆机构曲柄存在条件概括为:1)连架杆与机架中必有一杆是最短杆。2)最短杆与最长杆长度之和必小于或等于其余两杆长度之和。下一页上一页返回第7页/共53页第二节平面四杆机构的一些基本特性二、急回特性和行程速比系数二、急回特性和行程速比系数 当曲柄等速转动
7、时,摇杆往复摆动的平均速度是不同的,摇杆的这种运动特性称为急回特性。为了表明该急回特性的相对程度,通常用v2与v1的比值K来衡量,K称为行程速比系数,即 当给定行程速比系数K后,机构的极位夹角可由下式计算下一页上一页返回第8页/共53页第二节平面四杆机构的一些基本特性三、压力角和传动角三、压力角和传动角 在生产实践中,不仅要求连杆机构能实现给定的运动规律,而且还希望机构运动灵活、效率较高,也就是要求具有良好的传力性能。而压力角(或传动角)则是判断机构传力性能优劣的重要标志。在图3-24所示的曲柄摇杆机构中,若忽略各杆的质量和运动副中的摩擦,则主动曲柄AB通过连杆BC作用于从动摇杆CD上的力F是
8、沿杆BC方向。把从动摇杆CD所受的力F与力作用点C的速度vc 间所夹的锐角a称为压力角。下一页上一页返回第9页/共53页第二节平面四杆机构的一些基本特性四、死点位置四、死点位置 图3-25所示的曲柄摇杆机构中,若取摇杆CD为主动件,则当摇杆在两极限位置C,D,C,D时,连杆BC与从动曲柄AB将出现两次共线。这时,若不计各杆的质量和运动副中的摩擦,则摇杆CD通过连杆BC(此时为二力杆)传给曲柄AB的力必通过铰链中心A,出现=0(即a=90)的情况。因该作用力对A点的力矩为零,故曲柄AB不会转动。机构的该位置称为死点位置。由上述可见,四杆机构中是否存在死点位置,决定于从动件是否与连杆共线。机构的死
9、点位置并非总是起消极作用。在工程实际中,不少场合也利用机构的死点位置来实现一定的工作要求。图3-27所示的夹紧工件用的连杆式快速夹具,就是利用死点位置来夹紧工件的。上一页返回第10页/共53页第三节平面四杆机构的设计一、按给定的行程速比系数设计四杆机构一、按给定的行程速比系数设计四杆机构 在设计该类四杆机构时,通常按实际需要先给定行程速比系数K值,然后根据机构在极限位置时的几何关系,结合有关辅助条件来确定机构运动简图的尺寸参数。1.曲柄摇杆机构 已知摇杆的长度lcd,摇杆摆角和行程速比系数K,试设计该曲柄摇杆机构。设计的实质是确定固定铰链中心A的位置,定出其他三个构件的尺寸lAB、lBC和lA
10、D。其设计步骤如下:下一页返回第11页/共53页第三节平面四杆机构的设计(1)由给定的行程速比系数K,用式(3-8)计算出极位夹角(2)任选一固定铰链点D,选取长度比例尺1,并按摇杆长lCD日摆角沪作出摇杆的两个极限位置C1 D和C2D,如图3一28所示。(3)连接C1、C2并自C1作C1 C2的垂直线C1 M(4)作 C1 C2N=90-。则直线C2N与C1 M相交于P点。由三角形的三内角和等于180 可知,直角三角形C 1 P C 2中 C 1 PC 2=(5)以C2 P为直径作直角三角形 C1 P C2的外接圆,在圆周上任选一点A作为曲柄AB的机架铰链点,并分别与C1 C2相连下一页上一
11、页返回第12页/共53页第三节平面四杆机构的设计(6)由图3-28可知,摇杆在两极限位置时曲柄和连杆共线。故有A C 1=BC-AB和A C 2=BC+AB 解此两方程可得上述均系图上量得长度,故曲柄、连杆和机架的实际长度分别为下一页上一页返回第13页/共53页第三节平面四杆机构的设计 2.曲柄滑块机构 已知曲柄滑块机构的行程速比系数K,冲程H和偏距e,试设计该曲柄滑块机构。3.导杆机构 已知摆动导杆机构中机架的长度lAC,行程速比系数K,试设计该导杆机构。由图3-30可知,导杆机构的极位夹角等于导杆的摆角,所需确定的尺寸是曲柄长度lAB。其设计步骤如下:(1)由已知行程速比系数K,按式(3-
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