1、第六章 平面连杆机构及其设计,61 概述 62 平面四杆机构的基本类型及演化 63 平面四杆机构有曲柄的条件 64、5平面四杆机构的基本特性 66 按从动件行程速度变化系数K设计平面四杆机构 67 按连杆位置或两连架杆相对位置设计平面四杆机构 68 & 69,61 概述,1定义:连杆机构:构件用低副联接而成的机构。平面连杆机构:组成机构的构件都在相互平行的平面中运动的连杆机构。空间连杆机构:组成机构的构件不在相互平行的平面中运动的连杆机构。注:本章主要讨论最基本的平面四杆机构。2优缺点:优:1)低副联接,面接触,磨损小,承载能力大。2)杆状件,园柱形或平面形接触面,易制造,传递运动远。3)运动
2、多样性(转、摆、移、平面运动等)4)轨迹多样性。缺:1)设计较困难。2)运动副的制造误差会累积,从而降低机构的传动精度。3)惯性力难平衡,不适用于高速。应用:很广泛(e.g:自行车,缝纫机,纺机等中都有应用),62 平面四杆机构的基本类型及演化,工程中使用的平面四杆机构形式很多,但最基本的是铰四机构。机 架:固定不动的构件.4. 连杆架:与机架相连的杆.1.3.曲 柄:能整周转动的连架杆。摇 杆:不能整周转动的连架杆。连 杆:不与机架相连的杆.2.其它四杆机构均可用以下方法由铰四机构演化得到,1、同性异形演化(详见2-6),2、取不同的构件为机架,63 平面四杆机构有曲柄的条件,一铰链四杆机构
3、:设铰四机构ABCD中,AB能360转动而成为曲柄,则AB必能转至与机架AD共线的两个位置A1B1和A2B2,此时有:,1)L1L4时(图6-3a)B1C1D L1+ L4L2+ L3 L1+ L4L2+ L3 L1L2 B2C2D L2+(L4-L1)L3 L1+ L3L2+ L4 L1L3 L3+(L4-L1)L2 L1+ L2L3+ L4 L1L4,2) L1L4时(图6-3b)B1C1D L1+ L4L2+ L3 L1+ L4L2+ L3 L4L1 B2C2D L2L3+(L1-L4) L2+ L4L1+ L3 L4L2 L3L2+(L1-L4) L3+ L4L1+ L2 L4L3,1
4、有曲柄的条件:1)连架杆和机架中有一最短杆2)最短杆和最长杆的长度和不大于其余两杆的长度和。2结论(满足有曲柄条件时):1)最短杆为连架杆,铰四为曲摇。2)最短杆为机架,铰四为双曲。3)最短杆为连杆,铰四为双摇,64、5平面四杆机构的基本特性,一 行程速度变化系数: 1曲柄摇杆机构,1)极限位置:曲柄AB作用360转动时,摇杆CD在C1D和C2D间来回摆动,与C1D、C2D相对应的两个机构位置AB1C1合AB2C2D叫机构的极限位置。,2)极位夹角(书中称为快行程中曲柄转角的补角)曲柄与连杆的两共线位置之间所夹的锐角。AB位置 AB转角 所化时间 CD位置 C点均速AB1AB2 1=180+
5、t1=1/ C1DC2D V1=C1C2/t1 工作行程AB2AB1 2=180+ t2=2/ C2DC1D V2=C1C2/t2 空间行程3)急回特性: (12 t1t2 V2V1 急回)从动件在往复两行程中,一个行程(通常是空回行程)较快的特性4)行程速度变化系数K: (用来反映急回的程度),5)曲摇机构的分类:按A、D与C1C2线的关系或四杆的杆长关系,可分成三类:(1)对心曲摇: A位于C1C2线上。 或 L12+ L42 = L22+ L32+无急回特性(2)型曲摇: A的D位于C1C2线的同侧 或 L12+ L42 L22+ L32+有急回特性。,2偏置曲柄滑块机构(见图6-5):
6、滑块的移动导路不通过A的曲滑机构偏距e:移动导路到A点的距离动程h:滑块移动的距离。 h= C1C2 注:有急回特性。,3摆动导杆机构(见图6-6):1)有急回特性,=(导杆摆角)2)动力性能好。不计摩擦时,滑块2对导杆3的作用力总垂直作用于导杆3。即 90,二压力角、传动角:,1压力角: = (F、Vc)在不计摩擦力和惯性力等时,连杆BC为二力杆,原动件AB通过BC作用于从动件CD上的力F(沿BC)与从动件上的受力点C的速度Vc间的夹角 2传动角: 压力角的余角,即 = 90-,有用分力Ft=Fsin,有害分力fn=Fcos,运动轻快灵活,效率高(及)是衡量机构动力性能的一个重要指标。 3许
7、用压力角,许用传动角:由于(或),机构动力性能,所以为保证机构有良好性能,通常规定:min=40max=50,4最大压力角max,最小传动角min:机构运动时,是不断变化的,其中必有一最小值min,可确定如下:1)铰四机构:min出现于曲柄AB与机架AD的共线位置AB3C3D或AB4C4D(图6-7)若:上述两位置的传动角分别为3和4 则: min=(3,4)min 2)曲滑机构:min出现于AB与滑块导路的垂直位置AB3C3D和AB4C4D(图6-8)。仿上: min=(3,4)min 3)导杆机构: 90,三死点,缝纫机的驱动装置是曲摇机构,其中摇杆CD(踏板)主动,曲柄AB从动。踏板常
8、会顶死,原因是连杆BC与从动件AB共线,BC对AB的力通过AB的转动中心A点, 也即:= (F、VB)= 90。如图6-9a 1死点位置: 连杆与从动件共线的位置。 2死点特性: 1)F通过从动件转动中心,引起“顶死”2)从动件运动不确定(如图6-9b) 3死点克服:(a)装飞轮。如图6-9c(b)多杆组合。如图6-9d,64按从动件行程速度变化系数K设计平面四杆机构,一曲柄摇杆机构的设计:,1图解法:已知: 速度变化系数K,摇杆摆角,摇杆 长度L3。求: L1 , L2 , L4 解:1)求:= 180(K-1)/(K+1)2)取定L及固定铰链点D,作C1D= C2D = L3/L,且C1D
9、C2=;3)作C1O、C2O,使C2C1O=C1C2O= 90-,两线交于O点4)以O为心,OC1为半径作园。5)在园的C1MC2弧上任取一点作为AB的固定铰链点A。,6)求L1 , L2 , L4: AC1 = BC AB AC2 = BC + AB AB =1/2(AC2 - AC1) BC =1/2(AC2 + AC1)于是: L1=LABL2=LBCL4=LAD 2.解析法:设: e = LoD , =NOA 园的半径,(1)式即是型曲摇的设计公式。任意给定K、L1、L2、L3、L4中的三个量,即可由(1)式求得其余三个量,例1 已知 K = 1.2 = 45 L3 = 300mm 要
10、求L2/L1 = 4 (P.89.)求: L1. L2. L4,解:,=180(K-1)/(K+1)=16.36,二曲柄滑块机构:1图解法:已知:动程h,偏距e和K求:L1. L2. 解:1)求:=180(K-1)/(K+1)2)取定L,作C1C2 = h/L.3)作C1O、C2O,使C2C1O =C1C2O = 90-4)以O为心,OC1为半径作园。,5)作AAC1C2 .间距为e/L. 则A(或A)即是AB的固定铰链。6)求L1. L2: AB =1/2(AC2 - AC1) BC =1/2(AC2 + AC1)L1=LABL2=LBC,2解析法:设: =NOA则: R = h/2sin,
11、(2)式即是偏置曲滑的设计方程,K.h.e.L1.L2中任意给定三个,即可由(2)式求出其余二个。,67 按连杆位置或两连架杆相对位置设计平面四杆机构,一按连杆的三个位置设计:1已知连杆BC的三个位置B1C1,B2C2,B3C3。,分析:连杆的动铰链B必位于以A为园心,LAB为半径的园上,Ci仿此.可图解如下: 解1)取L,作出连杆的三个位置。且 B1C1=B2C2=B3C3= LBC/L 2)作B1B2和B2B3的中垂线b12.b23.交点即是AB的固定铰链A3)作C1C2和C2C3的中垂线C12.C23. 交点即是连杆架CD,4)LAB =L AB1 LCD =L C1D LAD =L A
12、D,2已知两连架杆的固定铰链点A和D,以及连杆上一标线BE的三个位置B1E1, B2E2,B3E3,分析: 本题的关键是定出连杆上的另一铰链点C,为此可用运动倒置法。也即假想将BC取成“机架”,而AD取成“连杆”,在保持相对运动不变的情况下反转。(见图6-13),解: 1)将B2E2D移至B2E2与B1E1重合,此时D点位于D2。2)将B3E3D移至B3E3与B1E1重合,此时D点位于D3。3)作DD2.D2D3的中垂线d12.d23,其交点即为C。4)求LBC,LCD:LBC =L B1C LCD =L CD二按两连架杆的三组对应位置设计已知:固定铰链A、D,连架杆AB和CD上的一根标线DE的三组对应位置。即(AB1、DE1),(AB2、DE2),(AB3、DE3)。(见图6-14)解:1)取L,按已知条件作AB、DE的三组对应位置如图2)将DE2B2,DE3B3转至DE2和DE3与DE1重合,得B2和B33)作B1B2、B2B3的中垂线b12,b23. 它们的交点即为C1 4)求杆长: LBC =LB1C1 LCD =LC1D,