《机械设计及应用技术》第三章ppt课件.ppt

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1、在此输入您的封面副标题机械设计及应用技术第三章第三章 平面连杆机构3.1 铰链四杆机构的基本类型及性质铰链四杆机构的基本类型及性质3.2 铰链四杆机构具有曲柄的条件铰链四杆机构具有曲柄的条件3.3 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化3.4 平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性3.5 平面四杆机构的运动设计平面四杆机构的运动设计第三章 平面连杆机构 【本章导读】 平面连杆机构是一种应用极为广泛的机构，在各行各业以及日常生活的机械设备中经常见到。简单的平面连杆机构是平面四杆机构，它是组成多杆机构的基础。在平面四杆机构中，又以铰链四杆机构为基本形式。其他形式均可以由铰链四杆机构演化而来。因

2、此，本章将以铰链四杆机构为主要研究对象，讨论平面四杆机构的运动特性和设计方法。 由若干个构件通过低副连接，且所有构件在相互平行平面内运动的机构称为平面连杆机构平面连杆机构。由四个构件通过低副连接而构成的平面连杆机构，称为平面四杆机构平面四杆机构。它是平面连杆机构中最常见的形式，也是组成多杆机构的基础。第三章 平面连杆机构 3.1铰链四杆机构的基本类型及性质 当四杆机构各构件之间以转动副连接时，称该机构为当四杆机构各构件之间以转动副连接时，称该机构为铰链四杆机构。铰链四杆机构。 图3-1所示的铰链四杆机构中，固定不动的杆4称为机架，与机架相连的杆1与杆3，称为连架杆；其中能相对机架作其中能相对机

3、架作整周回转的连架杆称为曲柄整周回转的连架杆称为曲柄，仅能在某一角度范围内作往复摆动的连架杆称为摇杆；连接两连架杆的杆2称为连杆，连杆2通常作平面复合运动。 根据连架杆运动形式的不同，铰链四杆机构可分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构，双摇杆机构三种基本形式。 1曲柄摇杆机构 具有一个曲柄，一个摇杆的铰链四杆机构，称为曲柄摇杆机构（参见图3-1）。图3-2所示的送料机构即为两个完全相同的曲柄摇杆机构组合而成。第三章 平面连杆机构 图3-1 铰链四连杆机构 图3-2 送料机构图3-3 雷达天线调整机构图3-4 脚踏砂轮机机构第三章 平面连杆机构 2双曲柄机构 具有两个曲柄的铰链四杆机构，称为双曲柄机构（

4、参见图3-4）。双曲柄机构中，常见的还有平行四边形机构和逆平行四边形机构。 （1）平行四边形机构 平行四边形机构如图3-5所示，两曲柄长度相等，且连杆与机架的长度也相等，呈平行四边形。 （2）逆平行四边形机构 逆平行四边形机构如图3-6（a）所示，两曲柄长度相等，且连杆与机架的长度也相等但不平行。 3双摇杆机构 铰链四杆机构中，若两连架杆均为摇杆，称为双摇杆机构（参见图3-7（a）。第三章 平面连杆机构 图3-5 平行四边形机构图 图3-4 双曲柄机构第三章 平面连杆机构图3-6 逆平行四边形机构图及其应用第三章 平面连杆机构图3-7 双摇杆机构及门座起重机变幅机构第三章 平面连杆机构3.2

5、铰链四杆机构具有曲柄的条件 铰链四杆机构三种基本类型的主要区别在于是否存在曲柄和存在几个曲柄，实质取决于各杆的相对长度以及选取哪一杆作为机架。 1曲柄存在条件 在铰链四杆机构中是否存在曲柄与各构件的相对长度有关。在下方的曲柄摇杆机构ABCD中，连架杆AB成为曲柄的条件为： 连架杆AB为最短杆； 最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。第三章 平面连杆机构第三章 平面连杆机构 若最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和，则 当最短杆为连架杆时，该机构为曲柄摇杆机构；当最短杆为连架杆时，该机构为曲柄摇杆机构； 当最短杆为机架时，该机构为双曲柄机构；当最短杆为机架时，该机构为双曲柄

6、机构； 当最短杆为连杆时，该机构是双摇杆机构。当最短杆为连杆时，该机构是双摇杆机构。2.基本类型的判别 铰链四杆机构的类型与组成机构的各杆长度有关，也与机架的选择有关。根据曲柄存在的条件，可按照以下的方法判断铰链四杆机构的类型。 若最短杆与最长杆之和大于其余两杆长度之和，因机构中不可能有曲柄存在，故不论取任何构件为机架，都是双摇杆机构。 若构件的长度有特殊的关系，如不相邻的杆长两两分别相等，该机构不论以哪个杆件为机架，都是双曲柄机构（平行四杆机构或反向双曲柄机构）。第三章 平面连杆机构 3.3 铰链四杆机构的演化形式 上节介绍了铰链四杆机构的基本形式，在实际机械中，为了满足各种工作的需要还有许

7、多形式不同的平面机构。它们在外形和构造上虽然存在较大差别，但在运动特性上却有许多相似之处。其实它们都是通过铰链四杆机构演化而来的 3.3.1 曲柄滑块机构和偏心轮机构第三章 平面连杆机构 图3-17 曲柄滑块机构的演化3.3.2 曲柄转动导杆机构和曲柄摆动导杆机构 曲柄转动导杆机构和曲柄摆动导杆机构可看成是改变曲柄滑块机构中的机架演化而来的。如图3-17（a）所示的曲柄滑块机构，若改取杆1为机架，即可得图3-17（b）所示的机构。其中杆4对滑块3的运动起导路作用，故称为导杆。第三章 平面连杆机构 3.3.3 移动导杆机构和曲柄摇块机构 1移动导杆机构 在图3-17（a）所示的曲柄滑块机构中，若

8、取滑块3为机架时，则演化为导杆在滑块中移动的移动导杆机构（参见图3-17（d）。图3-21所示的抽水唧筒即为其应用之一。 图3-21 抽水唧筒图第三章 平面连杆机构 2曲柄摇块机构 在图3-17（a）所示的曲柄滑块机构中，若取杆2为机架时，则演化为曲柄摇块机构（图3-17（c）。该机构中杆1为曲柄，绕B点回转时，杆4相对于滑块3滑动，并与滑块3一起绕C点摆动。这种机构广泛应用于摆缸式内燃机和液压驱动装置中。 例如，在图3-22所示的自卸汽车车厢自动翻转卸料机构中，当摆动式油缸3内的压力油推动活塞杆4从油缸3中伸出，车厢1绕车身2的B点倾转，将货物自动卸下。 图3-22 自卸汽车图第三章 平面连

9、杆机构 3.3.4 曲柄移动导杆机构 在图3-23（a）所示的曲柄滑块机构中，若将转动副B扩大，可等效为图3-23（b）所示的机构。若圆弧槽mm的半径逐渐增加至无穷长时，则演化为图3-23（c）所示的机构。此时连杆2转化为沿直线mm移动的滑块2；转动副C则变为移动副，滑块3转化为移动导杆。曲柄滑块机构便演化为具有两个移动副的四杆机构，此机构称为曲柄移动导杆机构。 图3-23 曲柄移动导杆机构第三章 平面连杆机构 某些连杆机构，例如插床、刨床等单向工作的机械备，为了缩短机器的非生产时间，提高生产率，当主动件（一般为曲柄）等速转动时，要求从动件快速返回。 这种当主动件等速转动时，作往复运动的从动件

10、在返回行程中的平均速度大于工作行程的平均速度的特性，称为急回特性。 3.4 平面四杆机构的工作特性 平面四杆机构的传动特性有急回特性、传力特性和死点位置等。 3.4.1 急回特性第三章 平面连杆机构曲柄AB以等角速、顺时针由AB1到AB2，转过的角度1=180+；摇杆上点C摆过的弧长为工作行程，相对应的时间为t1，点C在工作行程的平均速度V1= 。曲柄继续由AB2转到AB1，转过角度2=180-，摇杆上点C摆回 为回程，相对应的时间为t2，C点回程的平均速度表示为V2= 。虽然摇杆来回摆动的角度相等，但曲柄的转角是不相等的，即12，相应的时间也不相等，t1 t2，从而分析出V1 V2，说明摇杆

11、CD具有急回运动的特性。机构急回料性用速度V2和V1的比值K表示。K称为行程速比系数，即 (3-1) 式(3-1)表明，机构有无急回特性及急回的程度都取决于该机构有无极位夹角，越大则机构的急回特性越显著。显然，在偏置曲柄滑块机构和导杆机构中，均存在急回特性。由式(3-1)可得 (3-2)极位夹角是四杆机构设计时的主要参数之一。对一些要求具有急回特性的机械，通常根据所需要的K值，先由式(3-2)算出极位夹角，再确定其各杆件的尺寸。212211122121180180C CvttKvtC Ct11801KK第三章 平面连杆机构 3.4.2 传力特性 平面连杆机构不仅要保证实现预定的运动要求，而且应

12、当运转效率高，并具有良好的传力特性。通常用压力角或传动角表明连杆机构的传力特性。 在右图所示曲柄摇杆机构中，若不考虑各运动副中的摩擦角及构件重力和惯性力的影响，则杆BC可视为二力构件，它作用于从动件摇杆CD上的力F是沿BC方向的。作用于从动件上的驱动力F与该力作用点的绝对速度Vc之间所夹的锐角称为压力角压力角，于是FtFcos，FnFsin。可见，压力角越小，有效分力越大而有害分力越小， 图3-30压力角和传动角机构的传力性能越好。 因此，压力角可以作为判断机构传力性能的指标。由于压力角不易度量，在工程中常用压力角的余角（连杆和从动摇杆之间所夹的锐角）来判断机构的传力性能，称为传动角。因为=9

13、0，所以传动角越大，机构的传力性能越好。第三章 平面连杆机构 3.4.3 死点位置 在图3-29所示的曲柄摇杆机构中，若摇杆CD为主动件，曲柄AB为从动件时，当连杆BC与曲柄AB处于共线位置时，连杆BC与曲柄AB之间的传动角 0，压力角 =90，这时摇杆CD经连杆BC传给从动件曲柄AB的力通过曲柄转动中心A，转动力矩为零，从动件不转，机构停顿，机构所处的这种位置称为死点位置，有时把死点位置简称死点。 图3-29 曲柄摇杆机构的死点第三章 平面连杆机构 为了消除死点位置的不良影响，可以对从动曲柄施加外力或利用飞轮及构件自身惯性的作用，使机构能够顺利地通过死点位置而正常运行。工程上也有利用死点位置

14、满足特殊要求的装置，下图所示为机构死点位置的应用。 快速夹具飞机起落架处于放下机轮的位置第三章 平面连杆机构 3.5 平面四杆机构的运动设计 平面四杆机构设计是指根据工作要求选定机构的类型，并确定机构的几何尺寸。 平面四杆机构的设计方法有图解法、解析法和实验法图解法、解析法和实验法三种。其中，图解法直观、清晰，简单易行，但精确程度稍差，因此常用于解决一些常见的较为简单的设计问题；解析法精确度较好，但计算求解复杂，适用于计算机求解；实验法和图解法有类似之处，但工作琐碎，主要用于设计运动要求比较复杂的四杆机构。第三章 平面连杆机构 3.5.1 按连杆位置设计四杆机构 1给定连杆三个位置设计四杆机构 2给定连杆的两个位置设计四杆机构 3.5.2 按给定行程速比系数设计四杆机构 1设计曲柄摇杆机构 2设计曲柄摆动导杆机构