第12章平面连杆机构

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,郑州轻工学院专用,*,第,12章 平面连杆机构,1,21 铰链四杆,机构的基本型式和,特性,1,22 铰链四杆,机构,有,整转副的条件,1,23 铰链四杆,机构,的,演化,12,4,速度瞬心及其在机构速度分析中的应用,郑州轻工学院专用,应用实例：,内燃机,、,鹤式吊,、,火车轮,、,急回冲床,、,牛头刨床,、,翻箱机,、,椭圆仪,、,机械,手爪,、,开窗、车门、折叠伞、折叠床、牙膏筒拔管机、单车等。,特征：,有一作平面运动的构件，称为连杆。,特点：,采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损,形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。,改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。,连杆曲线丰富。可满足不同要求。,定义：,由低副（转动、移动）连接组成的平面机构。,1,21 铰链四杆,机构的基本型式和,特性,郑州轻工学院专用,缺点：,构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低,。,产生动载荷（惯性力），不适合高速。,设计复杂，难以实现精确的轨迹。,分类:,平面连杆机构,空间连杆机构,常以构件数命名：,四杆机构,、,多杆机构,。,本章重点内容是介绍,四杆机构。,郑州轻工学院专用,平面四杆机构的基本型式:,基本型式,铰链四杆机构,，其它四杆机构都是由它演变得到的。,名词解释：,曲柄,作整周定轴回转的构件；,三种基本型式：,（1）,曲柄摇杆机构,特征：,曲柄摇杆,作用：,将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。,如雷达天线。,连杆,作平面运动的构件；,连架杆,与机架相联的构件；,摇杆,作定轴摆动的构件；,周转副,能作360,相对回转的运动副；,摆转副,只,能作有限角度摆动的运动副。,曲柄,连杆,摇杆,郑州轻工学院专用,A,B,C,1,2,4,3,D,A,B,D,C,1,2,4,3,（2）,双曲柄机构,特征,：两个曲柄,作用：,将等速回转转变为,等速,或,变速,回转。,雷达天线俯仰机构,曲柄主动,缝纫机踏板机构,应用实例：,如,叶片泵,、,惯性筛,等。,2,1,4,3,摇杆主动,3,1,2,4,郑州轻工学院专用,A,D,C,B,1,2,3,4,旋转式叶片泵,A,D,C,B,1,2,3,A,B,D,C,1,2,3,4,E,6,惯性筛机构,3,1,郑州轻工学院专用,A,B,C,D,耕地,料斗,D,C,A,B,耕地,料斗,D,C,A,B,实例：,火车轮,特例：,平行四边形机构,AB = CD,特征：,两连架杆等长且平行，,连杆作平动,BC = AD,A,B,D,C,摄影平台,A,D,B,C,B,C,天平,播种机料斗机构,郑州轻工学院专用,反平行四边形机构,-车门开闭机构,反向,F,A,E,D,G,B,C,A,B,E,F,D,C,G,平行四边形机构在共线位置出现运动不确定。,采用两组机构错开排列。,郑州轻工学院专用,A,B,D,C,E,（3）,双摇杆机构,特征：,两个摇杆,应用举例：,铸造翻箱机构,特例：,等腰梯形机构汽车转向,机构,、风扇摇头,机构,B,C,A,B,D,C,风扇座,蜗轮,蜗杆,电机,A,B,D,C,E,A,B,D,C,E,电机,A,B,D,C,风扇座,蜗轮,蜗杆,电机,A,B,D,C,风扇座,蜗轮,蜗杆,A,B,D,C,郑州轻工学院专用,A,B,C,D,B,1,C,1,A,D,1.急回运动,在,曲柄摇杆机构,中，当曲柄与连杆两次共线时，摇杆位于两个极限位置，简称极位。,当曲柄以,逆时针转过,180+,时，摇杆从,C,1,D,位置,摆到,C,2,D。,所花时间为,t,1,平均速度为,V,1,那么有：,曲柄摇杆机构,3,D,此两处曲柄之间的夹角,称为,极位夹角,。,180,C,2,B,2,郑州轻工学院专用,B,1,C,1,A,D,C,2,当曲柄以,继续转过,180-,时，摇杆从,C,2,D,置摆到,C,1,D,，,所花时间为,t,2,平均速度为,V,2,那么有：,180-,因曲柄转角不同，故摇杆来回摆动的时间不一样，平均速度也不等。,显然：,t,1,t,2,V,2, V,1,摇杆的这种特性称为,急回运动,。,用以下比值表示急回程度,称,K,为,行程速比系数,。,且,越大，,K,值越大，急回性质越明显。,只要,0 ，,就有,K,1,所以可通过分析机构中是否存在,以及,的大小来判断机构是否有急回运动或运动的程度。,设计新机械时，往往先给定,K,值，于是:,郑州轻工学院专用,F,F,F”,当,BCD90,时，,BCD,2,.压力角和传动角,压力角,：,从动件驱动力,F,与力作用点绝对速度之间所夹锐角。,A,B,C,D,设计时要求:,min,50,min,出现的位置：,当,BCD90,时，,180- BCD,切向分力:,F=,Fcos,法向分力:,F”=,Fcos,F,对传动有利,。,=,Fsin,称,为,传动角,。,此位置一定是：,主动件与机架共线两处之一。,C,D,B,A,F,可用,的大小来表示机构传动力性能的好坏,F”,F,当,BCD,最小或最大时，都有可能出现,min,为了保证机构良好的传力性能,郑州轻工学院专用,C,1,B,1,a,b,c,d,D,A,车门,由余弦定律有：,B,1,C,1,D,arccos,b,2,+c,2,-(d-a),2,/2bc,B,2,C,2,D,arccos,b,2,+c,2,-(d+a),2,/2bc,若,B,1,C,1,D90,则,若,B,2,C,2,D90,则,1,B,1,C,1,D,2,180-B,2,C,2,D,机构的传动角一般在运动链最终一个从动件上度量。,v,1,min,B,1,C,1,D, 180-B,2,C,2,D,min,C,2,B,2,2,F,郑州轻工学院专用,F,3,.机构的死点位置,摇杆为主动件，,且,连杆与曲柄两次共线,时,，,有：,此时,机构不能运动,.,避免措施：,两组机构错开排列，如,火车轮机构,;,称此位置为：,“死点”,0,靠,飞轮的惯性,（如内燃机、缝纫机等）。,F,A,E,D,G,B,C,A,B,E,F,D,C,G,0,F,0,郑州轻工学院专用,工件,A,B,C,D,1,2,3,4,P,A,B,C,D,1,2,3,4,工件,P,钻孔夹具,=0,T,A,B,D,C,飞机起落架,A,B,C,D,=0,F,也可以利用死点进行工作,：,飞机,起落架,、,钻夹具,等。,郑州轻工学院专用,l,1,l,2,l,4,l,3,C,B,A,D,平面,四杆机构,具有,整转副,可能存在,曲柄。,杆1为曲柄，作整周回转，必有两次与机架共线,l,2,(,l,4,l,1,)+,l,3,则由,BCD,可得：,三角形任意两边之和大于第三边,则由,B”C”D,可得：,l,1,+,l,4,l,2,+,l,3,l,3,(,l,4,l,1,)+,l,2,AB,为最短杆,最长杆与最短杆的长度之和其他两杆长度之和,1,22 铰链四杆,机构,有,整转副的条件,l,1,+,l,2,l,3,+,l,4,C”,l,1,l,2,l,4,l,3,A,D,l,4,-,l,1,将以上三式两两相加的：,l,1,l,2,l,1,l,3,l,1,l,4,l,1,+,l,3,l,2,+,l,4,郑州轻工学院专用,2.,连架杆或机架之一为最短杆。,可知：当满足杆长条件时，其最短杆参与构成的转动副都是整转副,。,曲柄存在的条件：,1.,最长杆与最短杆的长度之和应,其他两杆长度之和,此时，铰链,A,为整转副。,若取,BC,为机架，则结论相同，可知铰链,B,也是整转副。,称为,杆长条件,。,A,B,C,D,l,1,l,2,l,3,l,4,郑州轻工学院专用,当满足杆长条件时，说明存在整转副，当选择不同的构件作为机架时，可得不同的机构。如：,曲柄摇杆,、,双曲柄,、,双摇杆机构,。,郑州轻工学院专用,(1),改变构件的形状和运动尺寸,偏心曲柄滑块机构,对心曲柄滑块机构,曲柄摇杆机构,曲柄滑块机构,双滑块机构,正弦机构,s,=l sin,l,1,23 铰链四杆,机构,的,演化,郑州轻工学院专用,(2),改变运动副的尺寸,(3),选不同的构件为机架,偏心轮机构,导杆机构,摆动导杆机构,转动导杆机构,3,1,4,A,2,B,C,曲柄滑块机构,3,1,4,A,2,B,C,郑州轻工学院专用,牛头刨床,应用实例,:,A,B,D,C,1,2,4,3,C,2,C,1,小型刨床,A,B,D,C,E,1,2,3,4,5,6,郑州轻工学院专用,应用实例,B,2,3,4,C,1,A,自卸卡车举升机构,(3),选不同的构件为机架,A,C,B,1,2,3,4,应用实例,B,3,4,C,1,A,2,应用实例,4,A,1,B,2,3,C,应用实例,1,3,C,4,A,B,2,应用实例,A,1,C,2,3,4,B,导杆机构,3,1,4,A,2,B,C,曲柄滑块机构,3,1,4,A,2,B,C,摇块机构,3,1,4,A,2,B,C,郑州轻工学院专用,(3),选不同的构件为机架,3,1,4,A,2,B,C,直动滑杆,机构,手摇唧筒,这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法称为：,机构的倒置,B,C,3,2,1,4,A,导杆机构,3,1,4,A,2,B,C,曲柄滑块机构,3,1,4,A,2,B,C,摇块机构,3,1,4,A,2,B,C,A,B,C,3,2,1,4,郑州轻工学院专用,椭圆仪机构,例：选择双滑块机构中的不同构件,作为机架可得不同的机构,1,2,3,4,正弦机构,3,2,1,4,郑州轻工学院专用,1,2,A,2,(A,1,),B,2,(B,1,),1,1,4,速度瞬心及其在机构速度分析中的应用,机构速度分析的图解法有：速度瞬心法、相对运动法、线图法。,瞬心法尤其适合于简单机构的运动分析。,一、,速度瞬心及其求法,绝对瞬心,重合点绝对速度为零。,P,21,相对瞬心,重合点绝对速度不为零。,V,A2A1,V,B2B1,V,p2,=V,p1,0,V,p2,=V,p1,=0,两个作平面运动构件上,速度相同,的一对,重合点,，在某一,瞬时,两构件相对于该点作,相对转动,，,该点称瞬时速度中心。,求法？,1),速度瞬心的定义,郑州轻工学院专用,特点：,该点涉及两个构件。,绝对速度相同，相对速度为零。,相对回转中心。,2,）瞬心数目,每两个构件就有一个瞬心,根据排列组合有,P,12,P,23,P,13,构件数,4 5 6 8,瞬心数,6 10 15 28,1 2 3,若机构中有,n,个构件，则,Nn(n-1)/2,郑州轻工学院专用,1,2,1,2,1,2,t,t,1,2,3,）机构瞬心位置的确定,1.,直接观察法,适用于求通过运动副直接相联的两构件瞬心位置。,n,n,P,12,P,12,P,12,2.,三心定律,V,12,定义：,三个彼此作平面运动的构件共有,三个瞬心,，且它们,位于同一条直线上,。此法特别适用于两构件不直接相联的场合。,郑州轻工学院专用,1,2,3,P,21,P,31,E,3,D,3,V,E3,V,D3,A,2,V,A2,V,B2,A,2,E,3,P,32,结论：,P,21,、 P,31,、 P,32,位于同一条直线上。,B,2,郑州轻工学院专用,3,2,1,4,举例：求曲柄滑块机构的速度瞬心。,P,14,1,2,3,4,P,12,P,34,P,13,P,24,P,23,解：瞬心数为：,1.,作瞬心多边形圆,2.,直接观察求瞬心,3.,三心定律求瞬心,Nn(n-1)/26 n=4,郑州轻工学院专用,1,1,2,3,二、速度瞬心在机构速度分析中的应用,1.,求线速度,已知凸轮转速,1,，,求推杆的速度。,P,23,解：,直接观察求瞬心,P,13、,P,23,。,V,2,求瞬心,P,12,的速度,。,V,2,V,P12,l,(P,13,P,12,),1,长度,P,13,P,12,直接从图上量取。,n,n,P,12,P,13,根据三心定律和公法线,nn,求瞬心的位置,P,12,。,郑州轻工学院专用,2,2,3,4,1,2.,求角速度,解：瞬心数为,6个,直接观察能求出,4个,余下的,2,个用三心定律求出。,P,24,P,13,求瞬心,P,24,的速度,。,V,P24,l,(P,24,P,14,),4,4,2,(P,24,P,12,)/ P,24,P,14,a),铰链机构,已知构件,2,的转速,2,，,求构件,4,的角速度,4,。,4,V,P24,l,(P,24,P,12,),2,V,P24,P,12,P,23,P,34,P,14,方向,:,CW,与,2,相同。,相对瞬心位于两绝对瞬心的同一侧，两构件转向相同,郑州轻工学院专用,3,b),高副机构,已知构件,2,的转速,2,，,求构件,3,的角速度,3,。,2,n,n,解:,用三心定律求出,P,23,。,求瞬心,P,23,的速度,:,V,P23,l,(P,23,P,13,),3,3,2,(,P,13,P,23,/,P,12,P,23,),P,23,P,12,P,13,方向,:,CCW,与,2,相反。,V,P23,V,P23,l,(P,23,P,12,),2,相对瞬心位于两绝对瞬心之间，两构件转向相反。,3,1,2,郑州轻工学院专用,3.,求传动比,定义：两构件角速度之比传动比。,3,/,2, P,12,P,23,/,P,13,P,23,推广到一般：,i,/,j,P,1j,P,ij,/,P,1i,P,ij,结论,:,两构件的角速度之比等于绝对瞬心至相对,瞬心的距离之反比,。,角速度的方向为：,相对瞬心位于两绝对瞬心的,同一侧,时，两构件,转向相同,。,相对瞬心位于两绝对瞬心,之间,时，两构件,转向相反。,1,2,3,P,23,P,12,P,13,2,3,郑州轻工学院专用,4.,用瞬心法解题步骤,绘制机构运动简图；,求瞬心的位置；,求出相对瞬心的速度,;,瞬心法的优缺点：,适合于求简单机构的速度，机构复杂时因,瞬心数急剧增加而求解过程复杂。,有时瞬心点落在纸面外。,仅适于,求速度,V,使应用有一定局限性。,求构件绝对速度,V,或角速度,。,郑州轻工学院专用,郑州轻工学院专用,