第二章-曲柄摇杆机构、四杆机构设计-PPT

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,*,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,*,第二章 曲柄摇杆机构、四杆机构设计,曲柄摇杆机构中，曲柄,AB,在转动一周中，在,B,1,、,B,2,两次与连杆,BC,共线，相应铰链中心,A,与,C,之间的距离,AC,1,和,AC,2,分别为最短和最长，摇杆,CD,的位置,C,1,D,和,C,2,D,分别为其左右极限位置。摇杆在两极限位置间的夹角,，,称为摇杆的摆角。,当曲柄由位置,AB,1,顺时针转到位置,AB,2,时，曲柄转角 ,180,，,2,这时摇杆由左极限位置,C,1,D,摆到位置右极限位置,C,2,D,，摆杆角度为,；而当曲柄顺时针再转过角度,180,时，摇杆由位置,C,2,D,摆回至位置,C,1,D,，其摆角仍然是,。,虽然摇杆来回摆动的摆角相同，但对应的曲柄转角不等,(,),；当曲柄匀速转动时，对应的时间也不等 （,t,1,t,2,）。,3,令摇杆自,C,l,D,摆至,C,2,D,为工作行程，这时铰链的平均速度是,v,1,=C,1,C,2,t,l,。,摇杆自,C,2,D,摆回至,C,1,D,是其空回行程，这时点的平均速度是,v,2,=C,1,C,2,t,2,，显然,v,1,v,2,，,它表明摇杆具有急回运动的特性。牛头刨床、往复式输送机等机械就利用这种急回特性来缩短非生产时间，提高生产率。,4,急回运动特性可用行程速度变化系数（也称行程速比系数）,K,表示。,v,2,C,1,C,2,/t,2,t,1,180,K,（,2-1,）,v,1,C,1,C,2,/t,1,t,2,180,摇杆处于两极限位置时，对应的曲柄所夹的锐角，称为极位夹角,。,K,值越大，急回特性愈明显。一般机械中，,1,K,2,。,5,将式（,2-1,）整理，可得极位夹角计算公式,K,180,（,2-2,）,K,2.,压力角和传动角,若不计运动副的的摩擦和构件的惯性力,(,矩,),及重力，则通过二力杆,BC,作用于从动件,CD,上的力,沿,BC,方向，把,力分解为沿,C,点速度,v,C,方向的分力,F,和,铰链四杆机构中,原动件受到驱动力矩,M,d,作用时，,6,垂直于,v,C,的分力,F,它们的大小与角度,或,有关，即,有效分力,F,F,cos,F,sin,，,有害分力,F,F,sin,F,cos,。,因此，,F,越小越好，即角度,越小（或,越大）对机构的工作越有利。,称为压力角，,称为传动角，二者互为余角，,90,。,7,压力角,的定义是：不计摩擦、重力与惯性力时，输出构件所受主动力,F,的方向与输出构件在受力点处的速度方向之间所夹的锐角。,由于传动角,在简图中非常直观，所以平面连杆机构习惯于用传动角,来表示机构的传动性能。机构工作时，其传动角是作周期变化的。,一般许用值,=40,50,。重载大功率时取大值。,1,为保证机构的传力性能良好，应使最小传动角,min,。,8,大家有疑问的，可以询问和交流,可以互相讨论下，但要小声点,9,曲柄摇杆机构中，最小传动角,min,总是发生于曲柄与机架共线和重叠共线的两位置之一，如图所示。,(,具体证明见,P30,页,),3.,死点位置,曲柄摇杆机构中，若摇杆为主动件，当从动件与连杆共线时，机构的传动角,为零，此时不论驱动力,F,有多大,其有效分力,10,机构的这种位置称为机构的死点位置。,死点位置对传动不利，但对夹紧和防松有利。如图铰链四杆机构，当工件,5,被夹紧时，铰链中心,B,、,C,、,D,共线，工件加在杆上的反作用力,F,n,无论多大，也不能使杆,3,转动。这就保证在去掉外力,F,之后,仍能可靠地夹紧工件。当需要取出工件时，只需向上扳动手柄，即能松开夹具。,11,二、双曲柄机构,两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。,双曲柄机构功能：,原动曲柄转动（匀速）,从动曲柄转动（非匀速或匀速）,双曲柄机构中，最常用的是平行四边形机构，或称平行双曲柄机构。,12,三、双摇杆机构,两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。,原动摇杆摆动,从动摇杆摆动,13,2-2,铰链四杆机构有整转副的条件,整转副定义,:,两构件能相对转动,360,0,的转动副。,显然铰链四杆机构中曲柄就具有整转副。,曲柄摇杆机构在什麽条件具有整转副,?,已知：杆曲柄，杆连杆，杆摇杆，杆机架。各杆长度为,l,1,、,l,2,、,l,3,、,l,4,。,曲柄与杆的夹角,的变化范围：,14,当摇杆处于左右权限位置时，曲柄与连杆两次共线。此时杆与杆的夹角,的变化范围为也是,杆为摇杆，它与相邻两杆的夹角,、,的变化范围小于,360,。,显然，、为整转副，、不是整转副。,为了实现曲柄整周回转，,AB,杆必须顺利通过与连杆共线的两个位置,AB,和,AB,。,15,当杆处于,AB,位置时，形成三角形 。根据三角形任意两边之和必大于,(,极限情况下等于,),第三边的定理可得,l,4,(,l,2,l,1,),l,3,l,3,(,l,2,l,1,),l,4,即,l,1,l,4,l,2,l,3,（,2-4,）,l,1,l,3,l,2,l,4,（,2-5,）,当杆处于,AB,位置时，形成三角形 。可得,l,1,l,2,l,4,l,3,（,2-6,）,16,将式,(2-4),、,(2-5),、,(2-6),两两相加,即杆最短。,l,1,l,4,l,2,l,3,（,2-4,）,l,1,l,3,l,2,l,4,（,2-5,）,l,1,l,2,l,4,l,3,（,2-6,）,l,1,l,2,l,1,l,3,l,1,l,4,由,此可得铰链四杆机构有整转副的条件是：,(1),整转副是由最短杆与其邻边组成的,;,17,(2),最短杆与最长杆长度之和，应小于或等于其余两杆长度之和。,这两个条件必须同时满足，否则机构中不存在整转副，无论取哪个构件作机架都只能得到双摇杆机构。,(1),整转副是由最短杆与其邻边组成的,;,18,另外，具有整转副的铰链四杆机构是否存在曲柄，还应根据选择何杆为机架来判断。,(1),取最短杆为机架时，机架上有两个整转副，故得双曲柄机构。,19,(2),取最短杆的邻边为机架时，机架上只有一个整转副，故得曲柄摇杆机构。,(3),取最短杆的对边为机架时，机架上没有整转副，故得双摇杆机构。,20,曲柄摇杆机构，铰链中心的轨迹是以为圆心，以,l,3,为半径的圆弧,mn,。若,l,3,增至无穷大,则如图,b,所示，,C,点轨迹变成直线。于是摇杆演化为直线运动的滑块，转动副演化为移动副，机构演化为如图所示的曲柄滑块机构。,2-3,铰链四杆机构的演化,一、曲柄滑块机构,21,二、导杆机构,导杆机构是改变曲柄滑块机构中的固定构,件而演化来的。如图,a,所示的曲柄滑块机构，若改取杆,1,为固定构件，即得图,b,所示导杆机构。杆,4,称为导杆。滑块相对导杆滑动并一起绕点转动。通常取杆为原动件。,22,传动角始终等于,90,。具有很好的传力性能，故常用于牛头刨床、插床和回转式油泵之中。,导杆机构的的特点：,23,若杆为固定构件，可得图,c,所示摆动滑块机构，或称摇块机构。,三、摇块机构和定块机构,24,如图，当油缸中的压力油推动活塞杆运动时，车厢便绕回转副中心倾转，当达到一定角度时，物料就自动卸下。,例如自卸卡车的车厢自动翻转卸料机构就是一个摇块机构。,25,在图,a,所示曲柄滑块机构中，若取杆,3,为固定件，即可得图,d,所示固定滑块机构或称定块机构。这种机构常用于抽水唧筒（图,2-18,）和抽油泵中。,26,四、偏心轮机构,杆为圆盘，其几何中心为，因运动时该圆盘绕偏心转动，故称偏心轮。、之间的距离,称为偏心距。按照相对运动关系，可画出该机构的运动简图，如图,b,所示。由图可知，偏心轮是回转副扩大到包括回转副而形成的，偏心距,即是曲柄的长度。,27,-,平面四杆机构的设计,一、平面四杆机构设计的基本问题,平面四杆机构的设计是根据工作要求（如运动要求、传力要求、空间尺寸等）和给定的条件，选定合适的机构型式和确定机构各构件的尺寸。一般，四杆机构的设计中常常碰到下面两类基本问题：,（,1,）给定从动件的运动规律（位置、速度、加速度）设计四杆机构。,（,2,）给定点的运动轨迹设计四杆机构。,四杆机构设计的方法有解析法、几何作图法和实验法。作图法直观，解析法精确，实验法简便。,28,二、给定行程速度变化系数设计四杆机构,曲柄摇杆机构,已知条件：摇杆长度,l,3,，,摆角,，行程速度变化系数。,设计的实质是确定铰链中心点的位置和其他三杆的尺寸,l,1,、,l,2,和,l,4,。,设计步骤：,(1),按公式 计算出极位夹角,。,29,(2),任选固定铰链中心的位置，由摇杆长度,l,和摆角,，作出摇杆两个极限位置,C,1,D,和,C,2,。,30,(3),连接,C,和,C,，,并作,C,M,垂直于,C,C,。,(4),作,C,1,C,2,N,90,，,C,2,N,与,C,1,M,相交于点，由图可见，,C,1,PC,2,31,(5),作,PC,1,C,2,的外接圆，在此圆周上（,C,1,C,2,圆弧和,EF,圆弧除外）任取一点作为曲柄的固定铰链中心。,A,32,(5),作,PC,1,C,2,的外接圆，在此圆周上（,C,1,C,2,圆弧和,EF,圆弧除外）任取一点作为曲柄的固定铰链中心。连,AC,和,AC,，因同一圆弧的圆周角相等，故,C,AC,C,PC,。,33,(6),因极限位置处曲柄与连杆共线，,故,AC,1,l,2,l,1,、,AC,2,l,2,l,1,，,从而得曲柄长度：,l,1,=,(AC,2,AC,1,),2,。,再以为圆心以,l,为半径作圆，交,C,1,A,的延线于,B,，,交,C,2,A,于,B,，,34,即得,B,1,C,1,=,B,2,C,2,=,l,及,AD,=,l,4,。,由于点是,C,1,PC,2,外接圆上任选的点，所以仅按行程速度变化系数设计，可得无穷多的解。,由于点位置不同，机构传动角的大小也不同。因此设计时应按照最小传动角最优或其他辅助条件来确定点的位置。,35,定块机构,36,导杆机构,37,38,摇块机构,39,40,v,3,41,