第6章 平面连杆机构.ppt

《第6章 平面连杆机构.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第6章 平面连杆机构.ppt（72页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 第第6章章 平面连杆机构平面连杆机构 6.1 铰链四杆机构铰链四杆机构 6.2 含有一个移动副的平面四杆机构含有一个移动副的平面四杆机构 6.3 平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性 6.4 平面四杆机构设计简介平面四杆机构设计简介 习题习题6 第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 6.1 铰链四杆机构铰链四杆机构 6.1.1 铰链四杆机构的组成 铰链四杆机构是由转动副连接而成的封闭四杆系统（即四构件系统），其中一个杆固定，图6-1所示。在此机构中，固定不动的杆4称为机架；与机架相连的杆1和杆3称为连架杆；不与机架相连的杆2称为连杆。凡能作

2、整周回转的连架杆称为曲柄，只能在小于360的范围内作往复摆动的连架杆称为摇杆。第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 图6-1 铰链四杆机构 第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 6.1.2 铰链四杆机构的基本类型及应用 根据铰链四杆机构有无曲柄，铰链四杆机构可分为如下三种基本类型。1.曲柄摇杆机构 铰链四杆机构的两连架杆中一个为曲柄，另一个为摇杆时，称为曲柄摇杆机构。图6-2所示的雷达天线调整机构即为曲柄摇杆机构。天线固定在摇杆3上，当主动件曲柄1回转时，通过连杆2使摇杆3（天线）摆动。并要求摇杆3的摆动达到一定的摆角，以保证天线具有指定的摆角。第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构

3、 图6-3所示的是某些汽车前窗刮雨器，当主动曲柄AB回转时，通过连杆BC使从动摇杆CD作往复摆动，利用摇杆CD的延长部分实现刮雨动作。第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 图6-2 雷达天线 第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 图6-3 汽车前窗刮雨器 第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 在曲柄摇杆机构中，通常曲柄作等速转动，摇杆作变速往复摆动。曲柄和摇杆可分别作主动件。当曲柄为主动件时，可将曲柄的整周连续转动变为摇杆的往复摆动（如图5-2所示的颚式破碎机）；当摇杆为主动件时，可将摇杆的往复摆动变为曲柄的整周连续转动。第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 2.双曲柄机构 铰

4、链四杆机构的两连架杆均为曲柄时，称为双曲柄机构。图6-4所示的惯性筛分机中的四杆机构ABCD即为双曲柄机构。当主动曲柄AB作等 速回转时，从动曲柄CD作变速回转，使筛子EF获得加速度，从而达到筛分材料的目的。双曲柄机构中的两曲柄可分别作主动件。该机构能实现等速转动和变速转动之间的转换。第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 图6-4 惯性筛机构 第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 图6-5 机车车轮联动机构 第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 在双曲柄机构中，仅当两曲柄等长且连杆与机架等长时，两曲柄的角速度才在任何瞬时都相等。这种双曲柄机构称为平行双曲柄机构。图6-5所示的蒸汽机

5、车车轮联动机构，是平行双曲柄机构的应用实例。平行双曲柄机构在两个曲柄与机架共线时，可能会因某些偶然因素的影响而使两个曲柄反向回转，机车车轮联动机构采用三个曲柄的目的就是为了防止其反转（中间的杆2为虚约束）。第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 3.双摇杆机构 铰链四杆机构的两连架杆均为摇杆时，称为双摇杆机构。图6-6所示的飞机起落架收放机构即为双摇杆机构。飞机起飞后，需将轮5收起；飞机着陆前，要把轮5放下。这些动作是由主动摇杆1通过连杆2、从动摇杆3带动着陆轮5予以实现的。双摇杆机构中的两摇杆可分别作主动件。该机构能实现不同的往复摆动之间的转换。在双摇杆机构中，若两摇杆长度相等，则称为等腰

6、梯形机构，如图6-7所示的汽车前轮转向机构就是这种双摇杆机构。第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 图6-6 飞机起落架收放机构 第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 图6-7 汽车前轮转向机构 第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 6.1.3 铰链四杆机构有曲柄的条件 铰链四杆机构三种基本形式的区别在于机构中是否有曲柄存在。通过理论证明（可参见有关资料），机构在什么条件下存在曲柄，与其机构的各构件相对尺寸的大小以及取哪个构件为机架有关。即铰链四杆机构有曲柄的条件（杆长之和条件）为：(1)最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其他两杆的长度之和；(2)连架杆或机架中必有一杆是最短杆。第

7、第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 以上的两个条件必须同时满足，否则机构中不存在曲柄。但对铰链四杆机构三种基本形式的具体判别，除了满足铰链四杆机构有曲柄的条件外，还与固定不同杆作机架有关，可根据以上综合归纳为：第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 (1)当最短杆与最长杆的长度之和大于其他两杆的长度之和时，只能是双摇杆机构。(2)当最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其他两杆的长度之和时，最短杆为机架时，是双曲柄机构；最短杆相邻杆为机架时，是曲柄摇杆机构；最短杆的对面杆为机架时，是双摇杆机构。铰链四杆机构的主要基本形式见表6-1。第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 表6-1 两种四杆

8、机构的主要形式对比 第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 6.2 含有一个移动副的平面四杆机构含有一个移动副的平面四杆机构 6.2.1 曲柄滑块机构 图6-8(a)所示的曲柄摇杆机构中，构件1为曲柄，构件3为摇杆。现将其曲柄摇杆机构中点D转动副扩大，杆4做成一个环形槽，点D为槽的中心，而杆3做成一个弧形滑块，在环形槽内运动，如图6-8(b)所示。因杆3仅在环形槽的一部分摆动，所以可将一部分的环形槽去掉，如图6-8(c)所示。这时，尽管点D的转动副形状发生了变化，但其相对运动的性质与原曲柄摇杆机构完全相同。第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 如果再将环形槽半径扩大为无穷大，即点D为无穷

9、远处，则环形槽变成了直槽，转动副变成了移动副，如图6-8(c)所示。此时，曲柄摇杆机构演化成偏置曲柄滑块机构。图中的e为曲柄转动中心A至直槽之间的垂直距离，称为偏距。当e0时，这种形式的机构称为偏置曲柄滑块机构；当e=0时，这种形式的机构则称为对心曲柄滑块机构，如图6-8(d)所示。第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 图6-8 曲柄滑块机构 第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 6.2.2 偏心轮机构 如图6-9(a)所示的对心曲柄滑块机构中，AB为曲柄，若将转动副B的半径扩大，使其超过曲柄AB的长度，则曲柄AB演化为一个几何中心为B与转动中心为A的不重合圆盘（见图6-9(b)），该

10、圆盘称为偏心轮。偏心轮转动中心A与几何中心B之间的距离就等于曲柄AB的长度，称为偏心距，这种机构称为偏心轮机构。同理，也可将曲柄摇杆机构演变为偏心轮机构，如图6-9(c)和图6-9(d)所示。通常是在曲柄长度很短和需利用偏心轮惯性时，采用此种形式的机构。偏心轮机构广泛应用于剪床、冲床、颚式破碎机、内燃机等机械中。第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 图6-9 偏心轮机构的演化 第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 6.2.3 导杆机构 当改变曲柄滑块机构中的固定构件时，可得到各种形式的导杆机构。导杆为能在滑块中作相对移动的构件。如图6-10(a)所示的曲柄滑块机构，若取杆1为机架，滑块

11、3在杆4上往复移动，杆4为导杆，这种机构称为导杆机构。当杆1的长度小于或等于杆2的长度时，杆2和导杆4均可作整周回转，故称为转动导杆机构（见图6-10(b)）；当杆1的长度大于杆2的长度时，杆2可作整周回转，导杆4却只能作往复摆动，故称为摆动导杆机构（见图6-10（c）。第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 图6-10 导杆机构的演化 第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 图6-11所示为某插床的主机构示意图，其中AB为机架，并且AB的长度小于BC的长度，因此杆BC和导杆AC都可作整周回转，即ABCD为一转动导杆机构。这是由转动导杆机构ABC发展而成的六杆机构的应用实例。图6-12所示

12、为电气开关机构。图中杆1为机架，杆1的长度大于杆2的长度，此时，杆2可以作整周转动，而导杆4只能作一定角度的摆动，这是摆动导杆机构在电气开关中的具体应用。第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 图6-11 插床机构 第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 图6-12 电气开关机构 第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 6.2.4 摇块机构和定块机构 1.摇块机构 当取曲柄滑块机构中的连杆2为机架时，则成为摇块机构（见图6-13）。这种机构常应用于各种液压和气动装置上。图6-14所示的自卸卡车的翻斗机构即为一例。油缸3能绕定轴C摆动，活塞杆4在油压的作用下推动车厢1，使其绕B点转动而倾斜

13、，从而达到自动卸料的目的。第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 图6-13 摇块机构 第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 图6-14 自卸卡车的翻斗机构 第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 2.定块机构 在图6-15中，当取曲柄滑块机构中的滑块3为机架时，杆1可作整周回转，杆4作往复移动，故称为定块机构。这种机构常用于老式的手动抽水机（见图6-16）和抽油泵中。第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 图6-15 定块机构 第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 图6-16 手动抽水机 第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 6.3 平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作

14、特性 6.3.1 急回特性 在图6-17所示的曲柄摇杆机构中，设曲柄AB为主动件，摇杆CD为从动件。曲柄AB作等速转动，其回转一周，摇杆CD往复摆动一次。曲柄AB在回转一周的过程中，有两次与连杆BC共线，可得曲柄AB与连杆BC重叠和延伸的两个位置B1AC1、AB2C2，这时，从动摇杆CD分别处于两个位置C1D和C2D，称为极限位置，称为最大摆角。主动曲柄AB在对应的两个位置之间所夹的锐角称为极位夹角。第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 图6-17 曲柄摇杆机构 第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 为了表示从动件作往复运动时急回的程度，常用v1与v2的比值K来表示，K称为行程速比系数

15、，即（6-1）第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 由式（6-1）可知，平面四杆机构有无急回作用取决于极位夹角。若0，则K1，表明机构有急回特性；且越大，K值就越大，机构的急回特性就越显著。若=0，则K=1，表明机构没有急回特性。由式（6-1）可得（6-2）第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 6.3.2 压力角和传动角 在生产实践中，连杆机构不仅要能满足变换运动的要求，而且还应具有良好的传力性能以提高机械效率。压力角则是判断一个连杆机构传力性能优劣的重要标志。在图6-18所示的曲柄摇杆机构中，若忽略各杆的质量、惯性力和运动副中的摩擦，则主动曲柄1通过连杆2作用在从动摇杆3上的力F是沿

16、杆BC方向的。从动摇杆3所受的力F与力作用点C的速度vc间所夹的锐角称为压力角。力F沿vc方向的分力Ft称有效分力，它推动摇杆CD绕D转动，作有用功；而沿摇杆CD方向的分力Fr称有害分力，它不但不能作有用功，而且还增大了运动副中的摩擦阻力。第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 图6-18 曲柄摇杆机构的压力角和传动角 第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 由图6-18可知：Ft=F cos,Fr=F sin 显然，压力角越小，Ft越大，所作的有用功也越大，传力性能越好。在实用中，为度量方便，常用压力角的余角（即连杆2与摇杆3之间所夹的锐角）来判断连杆机构的传力性能，角称为传动角。因=9

17、0-，所以，越小，越大，说明机构的传力性能越好。第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 在机构运转过程中，传动角的大小是变化的。为了确保机构能正常工作，应使一个运动循环中最小传动角不小于某规定数值。通常取min(4050)。具体数值根据传递功率的大小而定。传递功率大时，min应取大些，如颚式破碎机、冲床等，可取min50。第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 图6-19所示为偏置曲柄滑块机构，设曲柄为主动件，滑块为从动件时，其传动角为连杆与导路垂线所夹的锐角。当曲柄处于与偏距方向相反的一侧且垂直于导路的位置时，将出现最小传动角min。图6-20中的摆动导杆机构，曲柄为主动件，因滑块对导杆

18、的作用力总是垂直导路的，所以其传动角恒等于90。这说明摆动导杆机构具有良好的传力性能。第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 图6-19 偏置曲柄滑块机构最小传动角 第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 图6-20 摆动导杆机构的传动角第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 6.3.3 死点位置 在图6-21（a）所示的曲柄摇杆机构中，摇杆CD为主动件，当其处于两极限位置C1D、C2D时，连杆BC与曲柄AB将出现两次共线。这时，从动曲柄AB上的B1、B2处的传动角=0，压力角=90。如不计各杆的质量和运动副中的摩擦，则主动摇杆CD通过连杆BC传给从动曲柄AB的力必通过铰链中心A。因该作

19、用力对A点的力矩为零，故无论作用力多大，曲柄都不会转动。机构的这种位置称为死点位置。第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 机构处于死点位置时，除从动件会被卡死外，还会发生转向不确定的现象。例如图6-21(a)中，摇杆由C2D位置开始摆动时，位于AB2位置的曲柄，稍受干扰就可能按顺时针方向转动，也可能按逆时针方向转动。判断四杆机构有无死点位置，决定于从动件是否与连杆共线。图6-21（b）所示的曲柄滑块机构，如以滑块为主动件时，则从动曲柄与连杆有两个共线位置，因此该机构存在死点。在上述两例中，当曲柄为主动件时，就不存在死点位置。第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 图6-21 死点位置 第

20、第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 对于传动机构，为了保证其正常运转，设计时必须考虑机构顺利通过死点的问题。通常可采用安装飞轮加大惯性或机构错位排列的方法。图6-22所示的缝纫机踏板机构就是借助于安装在曲柄上的飞轮的惯性，使机构顺利通过死点位置。图6-23所示车轮联动机构，则是采用两组机构错位排列的方法，使两组机构不同时处于死点位置，以便于起动和克服运动的不确定状态。第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 图6-22 缝纫机踏板机构 第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 图6-23 车轮联动机构 第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 工程上有时也利用机构的死点位置来满足某些工作要

21、求。如图6-24所示的夹具机构，当在手柄（连杆2）上加力F夹紧工件时，杆BC和杆CD成一直线，即共线，机构处于死点位置；而当去掉力F后，构件AB在工件反力的作用下，无论工件反力有多大，夹具都不会自行松脱。当需要卸下工件时，向上扳动手柄，即能松开夹具。第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 图6-24 夹具机构 第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 6.4 平面四杆机构设计简介平面四杆机构设计简介 平面四杆机构的设计主要是根据给定的运动条件，确定机构运动简图的尺寸参数。平面四杆机构设计的基本问题可归纳为以下两类：（1）按给定的运动规律或位置设计四杆机构；（2）按给定的运动轨迹要求设计四杆机

22、构。第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 6.4.1 按给定的行程速比系数设计四杆机构 设计时，先按给定的K值算出极位夹角，再按机构在极限位置的几何关系，结合给定的有关辅助条件，确定各构件的尺寸。现将具体方法和步骤介绍如下。如图6-25所示，已知曲柄摇杆机构中摇杆CD的长度lCD、摆角和行程速比系数K，试设计该机构（即确定曲柄AB、连杆BC和机架AD的长度）。第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 图6-25 曲柄摇杆机构第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 (1)由给定的行程速比系数K，用式（6-2）算出极位夹角。(2)任选一固定铰链点D，选取长度比例尺l，并按摇杆长lCD和摆角作

23、出摇杆的两个极限位置C1D和C2D，如图6-25所示。(3)连接C1、C2两点，并自C1（或C2）作C1C2的垂线C1H。(4)作C1C2J=90-，则直线C2J与C1H相交于P点。在直角三角形C1PC2中，C1PC2=。第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 (5)以C2P为直径作直角三角形C1PC2的外接圆k，在圆周上任取一点A作为曲柄AB的固定铰链中心，连接AC1和AC2。因同一圆弧的圆周角相等，故C1AC2=C1PC2=。(6)由图可知，摇杆在两极限位置时曲柄和连杆共线，故有各构件长度关系：和 。(7)在图上测得各构件实际长度为：lAB=llAB;lDC=llDC;lAD=llAD第

24、第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 6.4.2 按给定连杆的两个或三个位置设计四杆机构 设已给定连杆BC的长度lBC及其两个位置B1C1和B2C2，如图6-26所示，试设计一铰链四杆机构。第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 图6-26 给定连杆位置设计四杆机构 第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 由于连杆上的铰链中心B和C分别在各自的圆弧上运动，因此，只需找出两个圆弧的中心并作为固定铰链中心即可求得四杆机构。作图步骤如下：(1)连接B1B2和C1C2并分别作它们的垂直平分线b12和c12。(2)在b12上任取一点A，在c12上任取一点D作为该铰链四杆机构的固定铰链中心。连接AB

25、1和C1D，则铰链四杆机构AB1C1D即为所求。第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 【例6-1】图6-27所示为加热炉的启闭机构，设已知炉门即连杆BC长lBC及其开启的两个位置B1C1和B2C2，试设计此机构。第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 图6-27 加热炉的启闭机构 第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 解 按上述原理作图的步骤如下：(1)取长度比例尺l，按给定位置作B1C1和B2C2。(2)连接B1B2、C1C2并分别作它们的垂直平分线b12、c12。(3)铰链中心A位于B1B2线段的中垂线b12 上；铰链中心D位于C1C2线段的中垂线c12上，即满足炉门开关要求的铰

26、链四杆机构有无数个。因此，在设计时必须考虑其他附加条件，这里根据安装要求选在直线y-y上。(4)炉门启闭铰链四杆机构ABCD设计完毕。各构件具体尺寸可在图中量取。第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 习习 题题 6 6-1 铰链四杆机构有哪些类型?它们的特点是什么?6-2 由铰链四杆机构演化的其他机构是哪些?6-3 试根据题6-3中所图示各机构注明的构件尺寸，判断各机构的类型。第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 题6-3图 第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 6-4 机构的急回特性有何作用?判断四杆机构有无急回特性的根据是什么?6-5 何为平面连杆机构的压力角和传动角?它们的大

27、小说明什么?为什么?6-6 平面四杆机构在什么情况下出现死点?试举例说明如何克服机构出现的死点。第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 6-7 已知题6-7图所示曲柄摇杆机构的曲柄长度lAB=15 mm，连杆长度lBC=35 mm，摇杆长度lCD=35 mm，机架长度lAD=40 mm。试用图解法求：（1）摇杆CD的摆角；（2）极位夹角并计算机构的行程速比系数K；（3）校验最小传动角min（要求min40）；（4）该机构以何构件为主动件时有死点位置？作出其死点位置。第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 题6-7图 第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 6-8 一铰链四杆机构，已知摇杆lCD=0.05 m，摆角=45，行程速比系数K=1.4，机架lAD=0.038 m。求曲柄和连杆的长度。6-9 试设计一脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构，如题6-9图所示。要求踏板CD在水平位置上下各摆动10，lCD=500 mm，lAD=1000 mm。试用图解法求曲柄AB和连杆BC的长度。第第6 6章章 平面连杆机构平面连杆机构 题6-9图