在图所示
3、摇块机构和定块机构
在图所示曲柄滑块机构中,若取杆2为固定构件,即可得图所示摇块机构。
应用:
卡车自动翻转卸料机构。
若取杆3为固定件,即可得图所示定块机构。
应用:
抽水唧筒
三,含两个移动副的四杆机构(双滑块机构)
双滑块机构是具有两个移动副的四杆机构。
可以认为是由铰链四杆机构中的两杆长度趋于无穷大而演化成的。
按照两个移动副所处位置的不同,可将双滑块机构分成四种型式。
⑴两个移动副不相邻,如图所示。
从动件3
的位移与原动件转角的正切成正比,故称为
正切机构。
⑵两个移动副相邻,且其中一个移动副与
机架相关联,如图所示。
从动件3的位移
与原动件转角的正弦成正比,故称为正弦机构。
⑶两个移动副相邻,且均不与机架相关联,
这种机构的主动件1与从动件3具有相等
的角速度。
应用:
滑块联轴器
⑷两个移动副都与机架相关联。
应用:
椭圆仪
四、偏心轮机构
曲柄摇杆机构或曲柄滑块机构通过扩大转动副尺寸,可得到偏心轮机构。
如图所示为由曲柄摇杆机构或曲柄滑块机构中曲柄的转动副B的半径扩大至超过曲柄的长度时,得到的偏心轮机构。
偏心距e即是曲柄的长度。
当曲柄长度很小时,通常都把曲柄做成偏心轮,这样不仅增大了轴颈的尺寸,提高偏心轴的强度和刚度,而且当轴颈位于中部时,还可安装整体式连杆,使结构简化。
因此,偏心轮广泛应用于传力较大的剪床、冲床、颚式破碎机、内燃机等机械中。
§2-2平面四杆机构的基本特性
一,铰链四杆机构有整转副的条件
具有整转副的铰链四杆机构才有可能存在曲柄。
而铰链四杆机构是否具有整转副,取决于各杆的相对长度。
l1l2,l1l3,l1l4
它表明:
杆1为最短杆,在杆2、
杆3、杆4中有一杆为最长杆。
结论:
⑴铰链四杆机构有整转副的条件(曲柄存在的必要条件)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;
⑵ 整转副是由最短杆与其邻边组成的。
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。
因此可以得出铰链四杆机构存在曲柄的条件:
⑴最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和;
⑵连架杆和机架中,必有一个是最短杆。
当铰链四杆机构满足上述整转副条件时
①以最短杆为机架,则为双曲柄机构;
②以最短杆的邻边为机架,则为曲柄摇杆机构;
③以最短杆的对边为机架,则为双摇杆机构。
若不满足上述曲柄存在的必要条件,则不论以何杆作为机架,都为双摇杆机构。
二,急回特性
在曲柄摇杆机构中,当曲柄为原动件并作等速转动时,从动摇杆空回行程的平均角速度大于其工作行程的平均角速度,摇杆的这种运动特性称为急回特性。
摇杆在两极限位置间的夹角称为摇杆
的摆角。
摇杆处于两极限位置时,主动件
曲柄所夹的锐角称为极位夹角。
曲柄转角为φ,时间为t
机床等机器用急回特性来缩短非生产时间,提高生产率
急回特性相对程度用行程速比系数K表示
三,压力角和传动角
在不计运动副中摩擦和构件质量的情况下,机构中从动件受力F方向和受力点绝对速度vC方向间所夹的锐角称为机构在此位置的压力角。
压力角是
衡量机构传力效果的一个标志。
力F在vC方向的有效分力F′=Fcos,
即压力角愈小,有效分力愈大,对机构
的传动愈为有利。
压力角的余角=900-,称为机构在此
位置的传动角,如图2-7所示。
对于连杆
机构,传动角往往表现为连杆与从动件之间所夹的锐角,比较直观,所以有时用传动角来反映机构的传力性能较为方便。
即压力角越小,传动角越大,机构的传力性能越好;反之,越大,越小,机构传力越费劲,传动效率越低。
四,死点位置
如图所示,曲柄摇杆机构以摇杆CD作为主动件,而曲柄AB为从动件时,则当摇杆处于极限位置时,连杆BC与曲柄
AB共线,此时在主动件上无论施加多大
的驱动力,连杆加给曲柄的力均通过铰链
中心A,此力对A点不产生力矩,所以
都不能使曲柄转动。
机构的这种位置称为
死点位置。
例:
1.缝纫机踏板机构2.夹紧机构
§2-4平面四杆机构的设计
平面四杆机构设计主要有下面两类问题:
⑴按照给定从动件的运动规律(位置、速度、加速度)设计四杆机构。
⑵按照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。
一、按照给定的行程速度变化系数设计四杆机构
1.曲柄摇杆机构
已知条件:
摇杆长度l3,摆角ψ和行程速度变化系数K。
设计的实质是确定铰链中心A点的位置,定出其他三杆的尺寸l1、l2和l4。
其设计步骤如下:
⑴由给定的行程速比系数K,按式(2-2)求出极位夹角θ
由于A点是△C1PC2外接圆上任选
的点,所以若仅按行程速比系数K
设计,可得无穷多的解。
A点位置
不同,机构传动角的大小也不同。
如欲获得良好的传动质量,可按
照最小传动角最优或其他辅助条件来确定A点的位置。
2.导杆机构
已知条件:
机架长度l4、行程速比系数K。
由图2-27可知,导杆机构的极位夹角θ等于导杆的摆角ψ,所需确定的尺寸是曲柄长度l1。
其设计步骤如下:
⑴由给定的行程速比系数K,求出极位夹角θ
⑵任选固定铰链中心C,以夹角ψ作出导杆
两极限位置Cm和Cn。
⑶作摆角ψ的平分线AC,并在线上取AC=l4,
得固定铰链中心A的位置。
⑷过A点作导杆极限位置的垂线AB1(或AB2),即得曲柄长度l1=AB1
二、按给定连杆位置设计四杆机构
图2-28所示为铸工车间翻台振实式造型机的翻转机构。
它是应用一个铰链四杆机构来实现翻台的两个工作位置的。
如给定与翻台固联的连杆3的长度l3=BC及其两个位置B1C1和B2C2,要求确定连架杆与机架组成的固定铰链中心A和D的位置,并求出其余三杆的长度l1、l2和l4。
设计问题的关键为确定固定铰链A、D的位置。
由于连杆3上B、C两点的轨迹分别为以A、D为圆心的圆弧,所以A、D必分别位于B1B2和C1C2的垂直平分线上。
故可得设计步骤如下:
⑴根据给定条件,绘出连杆3的两个位置B1C1和B2C2。
⑵分别连接B1和B2、C1和C2,并作B1B2和C1C2的垂直平分线b12和c12。
⑶由于A和D两点可在b12和c12两直线上任意选取,故有无穷多解。
在实际设计时还可以考虑其他辅助条件,例如最小传动角、各杆尺寸所允许的范围或其他结构上的要求等等。
本机构要求A、D两点在同一水平线上,且AD=BC。
根据这一附加条件,即可唯一地确定A、D的位置,并作出所求的四杆机构AB1C1D。
若给定连杆三个位置,要求设计四杆机构,其解是唯一的。
设计过程与上述基本相同,如下图。