第二章平面连杆机构.docx
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第二章平面连杆机构.docx
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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,()存在死点位置。
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