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第二章平面连杆机构

第二章平面连杆机构

§6-1铰链四杆机构

一、平面连杆机构:

1、定义:

由若干刚性构件用低副连接而成的平面机构。

(1)刚性构件:

运动中不变形的构件;一般为杆状,为四根;也称为平面四杆机构。

(2)低副:

转动副、移动副。

①纯转动副的为铰链四杆机构(最基本的四杆机构);

②导杆机构:

含转动副、移动副

③判定平面机构的依据(不含高副);

(3)平面机构:

构件的运动在同一平面或相互平行的平面内。

2、特点:

①低副承载大,易制易修、易润滑、磨损小;

②可实现匀速转与转、摆、移等多种形式的运动转换;

③连杆上不同点的运动轨迹不同,可实现所需的运动轨迹;

④低副间隙难消除,不能精确实现从动件所需的复杂运动规律;

⑤产生的惯性力难平衡,不宜用于高速传动;

3、铰链四杆机构构件名称:

(1)机架:

固定不动的杆(静件,唯一的);

(2)连杆:

不与机架直接相连的杆;

(3)连架杆:

1曲柄:

能作整周转动;

2摇杆:

仅在某一角度内摆动;

二、铰链四杆机构的类型、判定及应用(按连架杆的性质分)

1、曲柄摇杆机构:

1一连架杆为曲构(常作主动件,匀速转动);另一连架杆为摇杆;

2最基本的形式(通过机架、运动副、构件相对尺寸的变化可演化、转化得到其它形式的机构)

3

组成条件:

Lmax+Lmin≤L’+L”

以最短杆的邻杆为机架;即时曲构为最短杆。

4运动特点(原理):

曲柄连续匀速转

从动摇杆变速往复摆动;

⑤曲杆存在条件:

连架杆能作整圈转动,各杆长度应满足的一定条件。

a.曲柄摇杆机构ABCD。

AB作整圈转动;

b.作曲构与连杆两共线位(b+a,b-a)得△AC1D,△AC2D;

c.在△AC1D中:

b-a+c>d→a+b

b-a+d>c→a+c

在△AC2D中:

c+d>b+a

考虑极限重合情况(平行双曲柄)

a+d≤b+c两两相加a≤b

→a+c≤b+d============→a≤c

a+b≤c=da≤d

即a为最短杆,且与最长杆长度之和小于其余两杆长度和。

概括Lmin+lmax≤L’+L”

=======→

连架杆与机架中边有一最短杆

⑥应用:

横向进给机构(齿轮曲柄)→连杆→摇杆(棘轮机构)→螺旋机构

剪刀机、搅拌机、破碎机

雷达俯仰角机构

缝纫机踏板机构----摇杆主动

电风扇摇头机构

注:

①长度条件和机架条件都成立,才有曲柄存在,否则为双摇杆机构;

②有无曲柄存在的关键是有无能作整圈转动的构件。

③摇杆的摆角只能改变曲柄长度才能改变,r曲↓,摆角ψ↑,反之ψ↓。

2、双曲构机构:

普通双曲柄(两曲柄长不等)

①两连架杆均为曲柄:

平行双曲柄

等长双曲柄

反向双曲柄

②组成条件:

a、普通双曲柄以最短杆为机架

Lmin+Liax≤L’+L

对边杆两两相等,互相平行,以任意杆为机架(平行双曲柄)

b、等长双曲柄对边杆长度相等,互不平行,以曲柄的邻杆为机架(反向双曲柄,连杆为四边形的对角线)

③运动原理(特点):

a.普通双曲柄:

主曲匀转

从曲变转,同向;

b.平行双曲柄:

主匀转

从同向同速转(连杆上点的轨迹为圆,平行移动);

c.反向双曲柄:

主匀转

从反向变速转;

惯性筛、旋转式水泵----不等长双曲柄(插床刀具运动机构)

④应用机车主动轮联动装置、物理天平、铲土机升降机构、汽车摇窗机构---平行双曲柄,

车门启闭机构---反向双曲柄。

3、双摇杆机构:

①两连架杆均为摇杆(无曲柄存在的机构);

②组成条件;

Lmin+Lmax≤L’+L”

a

以最短杆的杆的杆为机架(即最短杆为连杆)

Lmin+Lmax>L’+L”

b

以任意杆为机架

3运动特点:

主匀摆

从同向变速摆;

4应用:

自卸翻斗装置

港口起重吊车

飞机起落架连杆为最短杆,lmin+lmax≤l/+l//

靠“死点”位置工作

车辆前轮转向装置(等腰梯形机构)

lmin+lmax≤l/+l//,可能有曲柄

注:

判定四杆机构的类型先判长度条件

lmin+lmax>l/+l//,无曲柄

以最短杆为依据考查机架、固定件

6-2铰链四杆机构的基本性质

一、急回运动特性:

1、定义:

以曲柄为主动件,机构从动件的空回程速度大于工作行程速度的性质。

C

B            C1C2C2

B2θ

B1

ω  φ1

φ2

C1→C2,B1→B2,φ=180+θ=ωt1

=→

C2→C1,B2→B1,φ=180-θ=ωt2

2、行程速比系数(急回特性系数)K=v回/v工

①K=V回/V工=(C2C1/t回)/(C1C2/t工)=t/t=(φ1/ω)/(φ2/ω)=(180°+θ)/(180°-θ)=φ1/φ2

②K≥1,K>1,有急回特性,K↑,急回特性愈显著;

③K=1,θ=0°,无急回特性(如平行双曲柄,曲柄滑块机构等);

④利用急回特性可缩短非生产时间,提高生产率。

(插床,惯性筛;牛刨、往复式运输机)

3、极位夹角θ:

主动件与连杆两共线位置角(即连杆两极限位置的夹角)

①θ=

×180°

②θ↑,K↑,急回性愈显著。

平行双曲柄、对心曲滑,θ=0°;反双曲、双摇谈不上“θ”

3特殊的θ:

摆动导杆机构;θ=ψ导杆

摆块机构:

θ=ψ块

4、摇杆摆角ψ:

摇杆两极限位置的夹角。

①θ与ψ是完全不同的参数。

ψ的大小取决于曲柄的长度,r曲↑,ψ↑;

②ψ的方位取决于连杆的长度;

二、“死点”位置

1、定义:

连杆与从动件(曲柄、摇杆)的共线位置

①一般以往复运动构件为主动件(不以曲柄为主动件),均有“死点”;

②此位置连杆对从动件作用力通过从动件转动中心,有效力矩为0,使从动件卡死或(自锁)运动方向不确定。

α=90°,γ=0°;

2、预防措施(因其对机构传动不利)

①在从动件上安装飞轮,靠从动件的惯性贮能越过“死点”;

②安排多组机构错列(使死点不同时出现);

③不宜装飞轮时,用辅助构件(机车装置);FnγF

④限制摇杆摆角(双摇杆机构);CαFt

机床夹具B    δmax δ

3、利用飞机起落架      δmin

钢折叠椅D

三、压力角和传动角。

B1AB2

1、压力角α:

从动件受力方向与受力点运动方向夹的锐角。

Ft=Fcosα---起推动作用,有效分力

①从动件受力F分成

Fn=Fsinα---增大摩擦阻力,有害分力

②不同位置α不同,为保证传动,α↓好,αmax≤40°~50°

2、传动角γ:

力F与Fn(从动件轴线)间夹角。

1α+γ=90°,γ↑,传力性能↑;

2传动中不同位置γ不同,应限制γmin≥[γ]=40度至50度;

3γ=δmin或180°-δ(锐角γ=δ,钝角时γ=180°-δ)γmin取决于δmin或δmax的位置,而δ大小取BD的长度大小;

BDmax=AD+AB

→即曲柄与机架两共线位置时γmin最小,应加以限制,γmin≥[γ]=40°~50°

BDmin=AD-AB

 

授课日期

2010-1

授课时数

4

课题

铰链四杆机构的演化

课型

复习

新授课

教学目标

1、了解铰链四杆机构的演化形式

2、掌握曲柄滑块机构的演化及特性

教学重点

曲柄滑块机构

教学难点

导杆机构的判定条件

更新、补充

删节内容

教学方法

讲授法、讨论法

使用教具

多媒体投影仪

课外作业

P97作业、练习册对应作业及补充

课后体会

 

§6-3铰链四杆机构的演化

一、

演化过程:

BC改变机架

LCD无穷大

LBC有限

AD

 

二、曲柄滑块机构:

1、形成条件:

r曲≤L连,且L摇→∞时,曲--摇演化成曲--滑机构;

2、曲柄匀速转←→滑块往复直线运;

3、以曲柄为主动件时。

θ=0度,K=1滑块无急回特性,作平均V恒定的匀速运动;

4、以滑块为主动件时,机构有两个“死点”;

5、滑块行程H=2r曲;

6、偏心轮是曲--滑的典型演化应用(只能以偏心盘轮为主动件);压力机、搓丝机、自动送料装置、偏心式抽水机、缝纫机送布机构。

内燃机机构(以滑块为主动件)从动件具有匀速运动特性;

三、导杆机构:

1、标准导杆机构(固定曲--滑中的曲柄)

(1)转动导杆:

L曲>L机架(插床)

(2)摆动导杆:

L曲

2、

摆块机构(固定连杆):

滑块外的件为主动件

滑块机构

3、定块机构(固定滑块):

唧筒机构

注:

(1)连杆机构的主、从动件可以互换,但以不同构件为主动件,运动性质可能不同,判别的关键是“曲柄”是否为主动件。

(2)四杆机构有无“死点”与主动件选取有关,α=90°,γmin=0°,出现“死点”位置。

1曲--摇:

曲柄主动;无“死点”;摇杆主动件有两个“死点”;

2双曲柄:

不等长曲柄无“死点”;平行反向双曲柄有2个(以任一曲柄为主动件);

③双摇杆:

Lmax+Lmin>L’+L”无死点;如Lmax+Lmin≤L’+L”,以任一摇杆为主动件有一个死点。

4曲--滑:

曲柄主动无死点;滑块主动有2个“死点”(对心、偏置);

⑤摆动导杆:

曲柄主动无死点;导杆主动,有2个(曲柄与导杆的两个位置)(α≡0°,γmin≡90°)

5转动导杆:

以曲柄、导杆主动,均无死点;

 

曲一摇

不等长双曲柄

(3)急回特性机构偏置曲一滑

摆动导杆

摆块机构

带曲柄的多杆平面机构

(4)机构的“死点”与自锁是不同的概念;前者是力矩为0,后者是由于摩擦的关系,并有一定范围;

曲柄移动导杆→缝纫机引线机构

(5)双转块机构→十字槽联轴节

双滑块机构→椭圆画器

例题与思考:

1、曲滑机构、导杆机构也是典型的铰链四杆机构。

(×)

2、铰链四杆机构中构件只能产生的运动形式。

3、曲--摇机构一般以为主动件。

A摇杆B曲柄C连杆D连架杆

4、以最短杆为机架的机构可能为双曲构或双摇杆机构。

5、曲--摇机构的最短杆为曲构,故四杆机构的最短杆和铰链四杆机构的最短杆必为曲柄。

(×)

6、极位夹角就是从动件在两极限位置的夹角。

(×)

7、压力角就是作用于构件的压力和速度的夹角(×)

8、传动角就是连杆与从动件间的夹角(×)

9、加大原动件上的驱动力,就能使机构越过“死点”位置(×)

10、“死点”位置就是采用任何方法都不能使机构运动的位置(×)

11、判别下列四杆机构的类型?

并说明理由?

 

901005050

7011045709010090100

401206070

 

10010050

505070

 

12、铰四杆ABCD,若以BC为机架,若机构为双曲柄机构,各杆长度可能为。

A:

AB=130,BC=150,CD=175,AD=200

B:

AB=150BC=130CD=165AD=200

C:

AB=175BC=130CD=185AD=200

D:

AB=200,BC=150CD=165AD=130

13、图示铰四杆,LBC=50,LCD=35,LAD=30,AD为机架,若机构为双曲构,求

LAbmin?

解:

双曲柄→AD为最短杆且LAD+Lmax≤L’+L”

AB杆为中间杆:

30+50≤35+LAD→45≤LAD≤50BC

AB杆为最长杆:

LAD+30≤50+35→50≤LAB≤55AD

45≤LAB≤55

取LABmin=45

14、用图示法表示四杆机构的转化、演化形式。

15、图示机构b、c、d为导杆机构。

(参11题图)

16、已知某铰四杆V工=0.5rad/s,V回=0.7rad/s,则θ=?

17、图示曲--摇机构中,如曲柄AB长由25增长到30mm,摇杆CD的ψ角如何变化?

如连杆BC由60增大到70mm,摇杆的极限位置如何变化?

18、作下列机构:

①极限位置②αmax(γmin)位置③“死点”位置

A:

BC+AB,BC-AB与机架两交点即为极限位置曲柄与机架两共线位置为两死点位置(曲柄与机架垂直时αmax)

B:

BC+AB,BC-AB作圆与CD圆与CD圆孤两交点曲柄与圆孤的两交点---死点,

AB与AD的两共线位置:

αmax,γmin;

C:

BC与AC的两垂直位置,也为死点位置

若LAB=100,LBC=50,求θ=?

若LAB=120,K=2,设计出导杆机构?

19、图示机构作图说明①θ、ψ、γmin、K;②作图说明有无“死点”?

为什么?

75

5080

100

18题19题

20、四杆机构各杆长度分别为a=175cm,b=150,c=135,d=190cm,若取不同的构件为机架,该机构定能构成三种基本形式的四杆机构。

(√)

21、将下列机构及其运动特性对应连线:

a1:

可状曲柄为主动件b1:

曲一摇c1:

边有急回运动

b2:

不等长双曲柄

a2:

可状摇杆为主动件b3:

双摇杆c2:

边无急回运动

b4:

平行双曲a3:

可状滑块为主动件b5:

对心曲一滑c3:

边有“死点”

b6:

摆动导杆

 

22、下图中若AB杆为主动件,则各机构的运动特性为:

a、具有急回特性;b、具有“死点”;c、具有死点;d、具有死点;e、具有无死点、急回性。

65

9010020100

7080654575100404010075

401206010050

abcde

练习题

一、填空题

1.平面连杆机构由一些刚性构件用____副和____副相互联接而组成。

2.在铰链四杆机构中,能作整周连续旋转的构件称为____,只能来回摇摆某一

角度的构件称为____,直接与连架杆相联接,借以传动和动力的构件称为

____,不与机架直接联接的构件称为____。

3.图示为一铰链四杆机构,设杆a最短,杆b最长。

试用符号和式子表明它构成

曲柄摇杆机构的条件:

(1)____________________________。

(2)以____

为架,则____为曲柄。

       

4.设右图已构成曲柄摇杆机构。

当摇杆CD为主动件,机构处于BC与从动曲柄AB

共线的两个极限位置,称为机构的两个____位置。

   

5.铰链四杆机构的三种基本形式是____机构,____机构,____机构。

6.平面连杆机构急回运动特性可用以缩短____,从而提高工作效率。

7.平面连杆机构的急回特性系数K____。

8.位置四杆机构中若对杆两两平行且相等,则构成____机构。

9.在曲柄摇杆机构中,以曲柄为原动件时,____出现曲柄与机架共线位置。

10.在曲柄摇杆机构中,____出现在曲柄与连杆共线位置。

11.在曲柄摇杆机构中,若以摇杆为原动件,则曲柄与连杆共线位置是____位

置。

12.在曲柄摇杆机构中,若减小曲柄长度,则摇杆摆角____。

13.在曲柄摇杆机构中,行程速比系数与极位夹角的关系为____。

二、选择题

1.平面连杆机构当急回特性系数K____时,机构就具有急回特性。

a>1     b=1     c<1

2.铰链四杆机构中,若最长杆与最短杆之和大于其他两杆之和,则机构有____。

a一个曲柄          b两个曲柄          c两个摇杆

3.家用缝纫机踏板机构属于____。

a曲柄摇杆机构      b双曲柄机构        c双摇杆机构

4.机械工程中常利用____的惯性储能来越过平面连杆机构的“死点”位置。

a主动构件           b从动构件         c联接构件

5.对心曲柄滑块机构曲柄r与滑块行程H的关系是____。

aH=r                bH=2r             cH=3r

6.内燃机中的曲柄滑块机构工作时是以____为主动件。

a曲柄               b连杆             c滑块

7.右图四杆机构各杆长a=350,b=550,c=200,d=700长度单位,试回答:

当取d为机架时机构____;当取c为机架时机构____。

        

a有一个曲柄      b有两个曲柄     c有两个摇杆

8.下列机构中适当选择主动件时,____必须具有急回运动特性;____必须出

现“死点”位置。

 a曲柄摇杆机构    b双摇杆机构   c不等长双曲柄机构 

 d平行双曲柄机构    e对心曲柄滑块机构   d摆动导杆机构

9.平面四杆机构中各构件以____相联接。

a转动副             b移动副          c螺旋副

10.在曲柄摇杆机构中,摇杆的极限位置出现在____位置。

 a曲柄与连杆共线    b曲柄与机架共线  c曲柄与摇杆共线         

11.以摇杆为原动件时,曲柄摇杆机构在____位置出现死点。

 a曲柄与连杆共线     b曲柄与机架共线  c曲柄与摇杆共线     

      三、判断题

 

1.平面连杆机构各构件运动轨迹都在同一平面或相互平行的平面内。

 

2.曲柄摇杆机构的摇杆两极限位置间的夹角称为极位夹角。

   

3.在平面连杆机构的“死点”位置,从动件运动方向不能确定。

5.在曲柄摇杆机构中,以曲柄为原动件时,最小传动角出现在曲柄与机架共

线处。

     

6.在曲柄摇杆机构中,摇杆的极限位置出现在曲柄与机架共线处。

7.机构在死点位置会产生自锁现象,因此设计机构时应避免死点。

8.若K=1,曲柄摇杆机构中摇杆的两端点铰链位置和曲柄回转中心必共线。

9.在曲柄摇杆机构中,增加连杆的长度可使摇杆摆角增加。

10.增加曲柄摇杆机构中曲柄的长度可使摇杆摆角增加。

11.根据机构演化原理,机构倒置后可得到不同类型的机构,所以,双摇杆机

构倒置后可得到曲柄摇杆机构和双曲柄机构。

四、简答题

1.何谓机架、原动件和从动件。

 

2.铰链四杆机构有哪些基本形式?

各举两个应用实例。

4.行程速比系数k>1的机构有什么特性?

K值大小对机构工作有什么影响?

 

5.平面四杆机构中有可能产生死点位置的机构有哪些?

产生死点位置的条件

是什么?

 

8.铰链四杆机构曲柄存在的条件是什么?

如何构成双曲柄机构?

 

五、分析计算题

.一铰链四杆机构,已知各杆长度:

LAB=10cm,LBC=25cm,LCD=20cm,LAD=30cm。

当分别固定构件1、2、3、4机架

时,它们各属于哪一类机构?

、、、

 

2.在铰链四杆机构中,已知lBC=50cm,lCD=35cm,lAD=30cm,AD为机架。

试问:

(1)若此机构为曲摇杆机构,且AB为曲柄,求lAB的最大值;

(2)若此机构为双柄机构,求lAB最大值; 

(3)若此机构为双摇杆机构,求lAB的数值。

 

3.图示为含有一个移动副的四杆机构,已知:

lAB=15cm,lBC=34cm,lAD=38cm。

试问当分别以构件1、2、3为机架时,

各获得何种机构?

 

4.在含有一个移动副的四杆机构中,固定构件如图所示,且lAB=20cm,

lBC=30cm,问该机构若为曲柄滑块机构时,偏距e的最大值为多少?

一、填空题

1.两构件通过____接触组成的运动副称为低副。

  

2.两构件____并产生一定____的联接称为运动副。

3.平面机构的运动副共有两种,它们是____副和____副。

4.两构件用低副联接时,相对自由度为____。

5.平面机构的自由度计算公式为F=____。

 构件具有确定运动的条件为原动件的数目___机构的自由度。

二、选择题

1.两构件通过____接触组成的运动副称为高副。

 A.面 B.面或线 C.点或线

2.两构件通过____接触组成的运动副称为低副。

 A.面 B.面或线 C.点或线

3.在平面内用低副联接的两构件共有____自由度。

 A.3 B.4 C.5 D.6  

4.在平面内用高副联接的两构件共有____自由度。

 A.3 B.4 C.5 D.6

三、判断题

1.两构件通过面接触组成的运动副称为低副。

  

2.两构件通过点或线接触组成的运动副称为低副。

3.运动副是两个构件之间具有相对运动的联接。

四、分析计算题

1.计算图示机构的自由度,并判定其是否具有确定的运动。

    

3.计算图示平面机构的自由度;机构中的原动件

用圆弧箭头表示。

一.填空(每题二分,共20)

1.在铰链四杆机构中,存在曲柄的充要条件是_____________和_____________.

2.机器或机构的_____________之间,具有确定的相对运动

3.机器可以用来_____________人的劳动,完成有用的_____________4.组成机构,4.并且相互间能_____________的物体,叫做构件。

4..从运动的角度看,机构的主要功用在于_____________运动或_____________ 运动的形式。

5.构件是机器的_____________ 单元。

6.零件是机器的_____________单元。

7、按两连架杆是曲柄还是摇杆的不同,可以将铰链四杆机构分为_____________、_____________和_____________三种类型。

8.平面连杆机构当行程速比K________时,机构就具有急回特性。

9.曲柄摇杆机构产生“死点”位置的条件时摇杆为__________,曲柄为__________。

10..曲柄滑块机构是由____机构演化而成的

二选择(每题二分,共20)

1、构件是机构中()的单元;从动件行程速比系数为()时,机构具有急回特性。

A、联接B、制造C、运动D、K>0E、K≥1F、K>1

2、机构运动简图是(),机构示意图是()。

A、用构件和运动副的代表符号,表示出机构运动特征的图形。

B、按一定的比例,用构件和运动副的代表符号,表示出机构运动特征的图形。

3、具有确定运动的机构,其原动件数目应____自由度数。

A、大于;B、等于;C、小于

4、铰链四杆机构是按()的不同形式分为三种基本型式的。

A、摇杆;B、连架杆;C、连杆;D、曲柄。

5.铰链四杆机构中与机架相连,并能实现360 °旋转的构件是D 

A、摇杆B、连杆C、机架D、曲柄

6、曲柄滑块机构当以 为主动件时,会出现“死点”现象。

A、曲柄B、滑块C、连杆

7..铰链四杆机构的死点位置发生在()

A.从动件与连杆共线位置B.从动件与机架共线位置

C.主动件与连杆共线位

8.在下列平面四杆机构中

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