第2章平面连杆机构3.pptx
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- 第2章 平面连杆机构3 平面 连杆机构
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1、第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构解决的主要问题:解决的主要问题:机构的类型机构的类型机构的运动特性机构的运动特性机构的设计机构的设计第一节第一节 平面四杆机构平面四杆机构平面机构平面机构由若干个构件通过平面低副由若干个构件通过平面低副( (转动转动副和移动副副和移动副) )联接而构成的平面机构联接而构成的平面机构,四杆机构是具有转换运动功能而构件数目最少的四杆机构是具有转换运动功能而构件数目最少的平面机构平面机构。u铰链四杆机构铰链四杆机构全部由转动副组成的平面四杆机构全部由转动副组成的平面四杆机构,它是,它是平面四杆机构平面四杆机构最基本的形态最基本的形态。曲柄曲柄能绕机架上的转动副作
2、整周回转的连架杆能绕机架上的转动副作整周回转的连架杆。摇杆摇杆只能在某一角度范围只能在某一角度范围(小于小于360)内摆动的连架杆内摆动的连架杆。u整整(周周)转副转副能使两构件作整周相对运动的转动副能使两构件作整周相对运动的转动副。u摆转副摆转副不能使两构件作整周相对运动的转动副不能使两构件作整周相对运动的转动副。铰链四杆机构由铰链四杆机构由机架机架4、连架杆连架杆(与机架相连的与机架相连的1、3两杆两杆)和和连杆连杆(与机架不相联的中间杆与机架不相联的中间杆2)组成。组成。u铰链四杆机构的三种基本型式铰链四杆机构的三种基本型式双曲柄机构双曲柄机构双摇杆机构双摇杆机构。曲柄摇杆机构曲柄摇杆机
3、构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 两 连 架 杆两 连 架 杆中 一 为 曲中 一 为 曲柄 另 一 为柄 另 一 为摇杆。摇杆。双曲柄机构双曲柄机构 两连架杆均为曲柄。两连架杆均为曲柄。双摇杆机构双摇杆机构 两连架杆均为摇杆。两连架杆均为摇杆。5.3 铰链四杆机构曲柄存在的条件铰链四杆机构曲柄存在的条件为什么要研究平面连杆机构曲柄存在的条件?为什么要研究平面连杆机构曲柄存在的条件?设:各杆长度分别为设:各杆长度分别为l1、l2 、l3 、l4 ,AD为机架。为机架。工作时,机构各杆分别构成工作时,机构各杆分别构成AC1D 和和AC2D 。 在在AC1D中,有中,有: l4 (l2l1) +l3 及
4、及 l3 (l2l1) +l4 即即 l1+l4l2+l3 l1+l3l2+l4 在在AC2D中,有中,有: l1+l2l3+l4 根据三角形两边之和大于或等于第三边的关系得:根据三角形两边之和大于或等于第三边的关系得:5.2 铰链四杆机构曲柄存在的条件铰链四杆机构曲柄存在的条件上式两两相加得:上式两两相加得: l1l2 , l1l3, l1l4,即,即AB为最短为最短杆。杆。上式两两相加得:上式两两相加得: l1l2 , l1l3, l1l4,即,即AB为最短杆。为最短杆。结论:结论:铰链四杆机构有铰链四杆机构有整转副整转副的条件(曲柄的条件(曲柄存在的必要条件)是:最短杆与最长杆存在的必要
5、条件)是:最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和;长度之和小于或等于其余两杆长度之和; 整转副是由最短杆与其邻边组成整转副是由最短杆与其邻边组成的的。曲柄是连架杆,只有整转副处于机曲柄是连架杆,只有整转副处于机架上才能形成曲柄。当铰链四杆机架上才能形成曲柄。当铰链四杆机构满足整转副条件时,机构中最短构满足整转副条件时,机构中最短杆的两端转动副一定为整转副。杆的两端转动副一定为整转副。u铰链四杆机构满足上述整转副条件时,以不同构件为机架铰链四杆机构满足上述整转副条件时,以不同构件为机架可得到如下不同类型的四杆机构:可得到如下不同类型的四杆机构:曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 双曲柄机构双曲柄
6、机构 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 双摇杆机构双摇杆机构 最短杆为机架最短杆为机架最短杆 的 邻最短杆 的 邻边为机架边为机架最短杆的最短杆的对边为机对边为机架架u结论结论:u若铰链四杆机构若铰链四杆机构满足上述整转副条件满足上述整转副条件,且,且 以最短杆为机架,则为以最短杆为机架,则为双曲柄机构双曲柄机构; 以最短杆的邻边为机架,则为以最短杆的邻边为机架,则为曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构; 以最短杆的对边为机架,则为以最短杆的对边为机架,则为双摇杆机构双摇杆机构。u 若若不满足上述曲柄存在的必要条件不满足上述曲柄存在的必要条件,则不论以何杆作为机架,则不论以何杆作为机架,都为都为双摇杆机构双摇杆机
7、构。注意:注意:在曲柄摇杆机构中最短杆是曲柄,而不能误认为铰链四杆在曲柄摇杆机构中最短杆是曲柄,而不能误认为铰链四杆机构中最短杆是曲柄。机构中最短杆是曲柄。u已知已知L130mm, L2=40mm,L345mm,L4=50mm,构,构件件1为原动件。为原动件。u构件构件1能否作整周回转?为什么?能否作整周回转?为什么?u因为因为 L1+L4=30+50L2+L3=40+45,满足铰链四杆机构整转副存在条满足铰链四杆机构整转副存在条件,且构件件,且构件1为最短杆,为最短杆, 转动副转动副A为周转副,所以,构件为周转副,所以,构件1 能作整周能作整周回转。回转。 例例 已知铰链四杆机构已知铰链四杆
8、机构ABCD,其中,其中AB=20mm,BC=50mm,CD=40mm, AD为机架。改变为机架。改变AD杆长,分析机构的类型变化。杆长,分析机构的类型变化。 0 10 30 70 110mm 例例 已知铰链四杆机构已知铰链四杆机构ABCD,其中,其中AB=20mm,BC=50mm,CD=40mm, AD为机架。改变为机架。改变AD杆长,分析机构的类型变化。杆长,分析机构的类型变化。( () ( )双曲柄机构双曲柄机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双摇杆机构双摇杆机构 当当AD为最短杆为最短杆(0AD20),根据机构有整转副的条件:根据机构有整转副的条件:AD+5020+40,即,即0AD30mm时
9、,两整转副时,两整转副判断机构的方法:判断机构的方法:首先,根据曲柄存在条件,确定杆长;首先,根据曲柄存在条件,确定杆长;其次,根据机架所的位置,判断是什么机构;其次,根据机架所的位置,判断是什么机构;铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化演化的方法演化的方法移动副取代转动副移动副取代转动副变更杆件长度变更杆件长度变更机架变更机架扩大转动副扩大转动副l 曲柄滑块机构曲柄滑块机构通过将摇杆改变为滑块,摇杆长度增至无穷通过将摇杆改变为滑块,摇杆长度增至无穷大,可得到曲柄滑块机构,进而还可演化出大,可得到曲柄滑块机构,进而还可演化出双滑块机构和正弦机构等。双滑块机构和正弦机构等。l导杆机构、摇块机构和
10、定块机构导杆机构、摇块机构和定块机构 可看成是可看成是改变曲柄滑块机构中的固定构件而演化来改变曲柄滑块机构中的固定构件而演化来的。的。l 偏心轮机构偏心轮机构曲柄摇杆机构或曲柄滑块机构通过扩大曲柄摇杆机构或曲柄滑块机构通过扩大转动副尺寸,可得到转动副尺寸,可得到偏心轮机构偏心轮机构。应用情况:应用情况:当曲柄长度很小时;当曲柄长度很小时;目的目的:增大轴颈的尺寸,提高偏心轴的强度和刚度,:增大轴颈的尺寸,提高偏心轴的强度和刚度,简化结构便于安装简化结构便于安装应用应用曲柄滑块机构广泛应用于压力机、往复泵、压缩曲柄滑块机构广泛应用于压力机、往复泵、压缩机等装置中。机等装置中。u摇块机构和定块机构
11、应用示例:摇块机构和定块机构应用示例:自卸车(摇块机构)自卸车(摇块机构)柱塞式油泵(摇块机构)柱塞式油泵(摇块机构)手摇唧筒(定块机构)手摇唧筒(定块机构)一般一般 minmin 4040 驱动力1-主动件主动件四杆机构的特性四杆机构的特性:l压力角与传动角压力角与传动角作用:作用: 越小,传动效率越高。越小,传动效率越高。l传动角传动角 :连杆与从动件所夹的:连杆与从动件所夹的锐角,压力角的余角。锐角,压力角的余角。 90 - 越大,传动效率越大。越大,传动效率越大。 越小,越小, 越大,越大, 传动效率越高。传动效率越高。压力角压力角 :从动件:从动件CD上上C点所受作用力的方向与该点速
12、度方点所受作用力的方向与该点速度方向之间所夹的锐角。向之间所夹的锐角。bcaddacb2cos2cos2222曲柄摇杆机构的最小传动角将出现在曲柄与机架两曲柄摇杆机构的最小传动角将出现在曲柄与机架两次共线的位置,比较即得次共线的位置,比较即得 min 。minmin通常在通常在4040l死点位置死点位置 机构运转时,机构运转时,摇杆为主动件摇杆为主动件,当连杆与,当连杆与从动件从动件处于共处于共线位置时,经连杆作用于从动件上的力线位置时,经连杆作用于从动件上的力F F通过从动件通过从动件的铰链中心,使驱动从动件的有效分力为零,不论力的铰链中心,使驱动从动件的有效分力为零,不论力F F多大,都不
13、能使从动件转动。多大,都不能使从动件转动。主动件主动件n对于平行四边形机构,当曲柄与连杆共线时,传动角对于平行四边形机构,当曲柄与连杆共线时,传动角为零,同时整个机构的构件重合为一条直线,这时从为零,同时整个机构的构件重合为一条直线,这时从动曲柄动曲柄CDCD存在正、反转两种可能,称为存在正、反转两种可能,称为转向点转向点。 n克服死点、转向点的方法克服死点、转向点的方法 1 1在从动件上安装转动惯量大的飞轮。在从动件上安装转动惯量大的飞轮。 缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构 2 2相同机构错位排列相同机构错位排列 汽车发动机汽车发动机n死点位置利用死点位置利用 利用死点位置实现特定的工作要求利用
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