曲柄连杆机构的应用毕业论文.docx
- 文档编号:6364191
- 上传时间:2023-01-05
- 格式:DOCX
- 页数:23
- 大小:158.70KB
曲柄连杆机构的应用毕业论文.docx
《曲柄连杆机构的应用毕业论文.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《曲柄连杆机构的应用毕业论文.docx(23页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
曲柄连杆机构的应用毕业论文
曲柄连杆机构的应用毕业论文
曲柄连杆机构的应用
Linkageofthecrank
I
摘要
按连杆机构中的各构件的相对运动是平面运动还是空间运动,可将连杆机构分成平面连杆机构及空间连杆机构两大类。
而在平面连杆机构中又以四连杆机构组成的平面四杆机构应用最广。
本文主要介绍平面四杆机构的类型、应用、以及有关平面四杆机构的一些基本知识;并阐述了平面四杆机构的一些常用的设计方法。
着重介绍了铰链四杆机构的类型及应用。
关键词:
铰链四杆机构、曲柄、四连杆
II
Abstract
Thelinkageofthevariouscomponentsoftherelativemovementisstillroomformovementplanemotioncanbedividedintoplanelinkageandlinkagespacelinkagetwocategories.Theplanelinkageagaininthefour-barlinkageoftheplanefouragenciesmostwidely.Thispaperdescribesthefourplanetypes,applications,andtheplanefourbodiesofsomebasicknowledgeontheplaneandfourbodiesofsomecommonlyusedmethodsofdesign.Focusonthehingeofthefourtypesofagenciesandapplications.
Keywords:
hingefourbodies,crank,four-link.
III
第一章论述...............................................1第二章平面连杆机构.......................................2
2.1铰链四杆机构.....................................2
2.2铰链四杆机构的其它形式............................6
2.3平面四杆机构的工作特性...........................7
2.4平面四杆机构运动设计简介........................11
第三章平面连杆机构及其设计...............................14
3(1平面连杆机构的特点及其设计的基本问题............14
3.1.1平面连杆机构..................................14
3.1.2平面连杆机构的特点............................14
3.1.3平面连杆机构设计的基本问题....................14
3.1.4设计方法......................................15
(2平面四杆机构的基本型式及其演化..................153
3.2.1铰链四杆机构:
所有运动副均为..................15
3.2.2铰链四杆机构的演化.............................15
3(3平面四杆机构有曲柄的条件和几个基本概念..........17
3.3.1平面四杆机构有曲柄的条件(也可作曲柄和连杆线图.17
3.3.2行程速度变化系数..............................18
3.3.3压力角和传动角................................18
3(4平面四杆机构的设计..............................20
3.4.1平面四杆机构的图解法设计......................20第四章技术参数及维修....................................21
4.1结构.............................................21
4.2维护保养.........................................22
4.3注意事项.........................................22第五章结论..............................................23参考文献..................................................24致谢....................................................25
IV
第一章论述
连杆机构是一种常用的传动机构,广泛地用于各种机器、仪表及操纵装置中。
连杆机构中的各构件间的相对运动是平面运动还是空间运动,可将连杆机构分成平面连杆机构及空间连杆机构两大类。
一般机械中多采用平面连杆机构。
而在平面连杆机构中又以由四个构件组成的平面四杆机构应用最广。
而且平面四杆机构又往往是组成多杆机构的基础。
在连杆机构中的运动副都是低副。
由于低副两元素为面接触,所以在同样的载荷条件下,其两元素间的压强比高副接触的压强为低,故连杆机构可以传递教大的动力。
而且低副元素的几何形状比较简单(常为圆柱或平面等),故也便于加工。
另外,在其原动件运动规律不变的条件下,只要改变各构件间的相对长度,就可以使其从动件实现不同的运动规律要求。
又由于连杆不与机架相连,故其上各点的轨迹是形状各异的曲线(我门称这些曲线为连杆曲线),人们可利用这些曲线来近似满足不同轨迹的需要。
连杆机构的缺点是其必须经过中间构件作运动传递,而由于不可避免的制造误差和运动副中的间隙,致使运动传递中的误差环节教多;另外,由于连杆是平面运动构件,其所产生的惯性力难以平衡,故连杆机构一般不宜用于精密及高速运动。
1
第二章平面连杆机构
2.1铰链四杆机构
一、铰链四杆机构的组成和基本形式
1.铰链四杆机构的组成
如图1-14所示,铰链四杆机构是由转动副将各构件的头尾联接起的封闭四杆系统,并使其中一个构件固定而组成。
被固定件4称为机架,与机架直接铰接的两个构件1和3称为连架杆,不直接与机架铰接的构件2称为连杆。
连架杆如果能作整圈运动就称为曲柄,否则就称为摇杆。
2.铰链四杆机构的类型
铰链四杆机构根据其两个连架杆的运动形式的不同,可以分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本形式。
图2-1雷达天线调整机构图2-2汽车雨刮器图2-3搅拌机
(1)曲柄摇杆机构。
在铰链四杆机构中,
如果有一个连架杆做循环的整周运动而另一连架杆作摇动,则该机构称为曲柄摇杆机构。
如图2-1所示曲柄摇杆机构,是雷达天线调整机构的原理图,机构由构件AB、BC、固连有天线的CD及机架DA组成,构件AB可作整圈的转动,成曲柄;天线3作为机构的另一连架杆可作一定范围的摆动,成摇杆;随着曲柄的缓缓转动,天线仰角得到改变。
如图2-2所示汽车刮雨器,随着电动机带着曲柄AB转动,刮雨胶与摇杆CD一起摆动,完成刮雨功能。
如图2-3所示搅拌器,随电动机带曲柄AB转动,搅拌爪与连杆一起作往复的摆动,爪端点E作轨迹为椭圆的运动,实现搅拌功能。
2
(2)双曲柄机构。
在铰链四杆机构中,两个连架杆均能做整周的运动,则该机构称为双曲柄机构。
如图2-4所示惯性筛的工作机构原理,是双曲柄机构的应用实例。
由于从动曲柄3与主动曲柄1的长度不同,故当主动曲柄1匀速回转一周时,从动曲柄3作变速回转一周,机构利用这一特点使筛子6作加速往复运动,提高了工作性能。
当两曲柄的长度相等且平行布置时,成了平行双曲柄机构,如图2-5a)所示为正平行双曲柄机构,其特点是两曲柄转向相同和转速相等及连杆作平动,因而应用
图2-5平面双曲柄机构
图2-6平面双曲柄机构的应用
广泛。
火车驱动轮联动机构利用了同向等速的特点;路灯检修车的载人升斗利用了平动的特点,如图2-6a、b)所示。
如图2-5b)为逆平行双曲柄机构,具有两曲柄反向不等速的特点,车门的启闭机构利用了两曲柄反向转动的特点,如图2-6c)所示。
(3)双摇杆机构。
两根连架杆均只能在
不足一周的范围内运动的铰链四杆机构称
为双摇杆机构。
如图2-7所示为港口用起
重机吊臂结构原理。
其中,ABCD构成双
摇杆机构,AD为机架,在主动摇杆AB
的驱动下,随着机构的运动连杆BC的外
伸端点M获得近似直线的水平运动,使吊重Q能作水平移动而大大节省了移动吊重图2-7起重机吊臂结构原理
3
图2-8电风扇摇头机构图2-9汽车转向机构所需要的功率。
图2-8所示为电风扇摇头机构原理,电动机外壳作为其中的一根摇杆AB,蜗轮作为连杆BC,构成双摇杆机构ABCD。
蜗杆随扇叶同轴转动,带动BC作为主动件绕C点摆动,使摇杆AB带电动机及扇叶一起摆动,实现一台电动机同时驱动扇叶和摇头机构。
图2-9所示的汽车偏转车轮转向机构采用了等腰梯形双摇杆机构。
该机构的两根摇杆AB、CD是等长的,适当选择两摇杆的长度,可以使汽车在转弯时两转向轮轴线近似相交于其它两轮轴线延长线某点P,汽车整车绕瞬时中心P点转动,获得各轮子相对于地面作近似的纯滚动,以减少转弯时轮胎的磨损。
二、铰链四杆机构中曲柄存在的条件
1.铰链四杆机构中曲柄存在的条件
铰链四杆机构的三种基本类型的区别在于机构中是否存在曲柄,存在几个曲柄。
机构中是否存在曲柄与各构件相对尺寸的大小以及哪个构件作机架有关。
可以证明,铰链四杆机构中存在曲柄的条件为:
条件一:
最短杆与最长杆长度之和不大于其余两杆长度之和。
条件二:
连架杆或机架中最少有一根是最短杆。
2.铰链四杆机构基本类型的判别准则
(1)满足条件一但不满足条件二的是双摇杆机构;
(2)满足条件一而且以最短杆作机架的是双曲柄机构;
(3)满足条件一而且最短杆为连架杆的是曲柄摇杆机构;
(4)不满足条件一是双摇杆机构。
例2-1铰链四杆机构ABCD的各杆长度如图2-10所示。
请根据基本类型判别准则,说明机构分别以AB、BC、
CD、AD各杆为机架时属于何种机构。
解:
分析题目给出铰链四杆机构知,最短杆
为AD=20,最长杆为CD=55,其余两杆AB=
图2-10
4
30、BC=50。
因为AD,CD=20,55=75
AB,BC=30,50=80,L,Lminmax
故满足曲柄存在的第一个条件。
1)以AB或CD为机架时,即最短杆AD成连架杆,故为曲柄摇杆机构;
2)以BC为机架时,即最短杆成连杆,故机构为双摇杆机构;
3)以AD为机架时,即以最短杆为机架,机构为双曲柄机构。
图2-11曲柄滑块机构
5
2.2铰链四杆机构的其它形式
一、曲柄滑块机构
在图2-11a)所示的铰链四杆机构ABCD中,如果要求C点运动轨迹的曲率半径较大甚至是C点作直线运动,则摇杆CD的长度就特别长,甚至是无穷大,这显然给布置和制造带来困难或不可能。
为此,在实际应用中只是根据需要制作一个导路,C点做成一个与连杆铰接的滑块并使之沿导路运动即可,不再专门做出CD杆。
这种含有移动副的四杆机构称为滑块四杆机构,当滑块运动的轨迹为曲线时称为曲线滑块机构,当滑块运动的轨迹为直线时称为直线滑块机构。
直线滑块机构可分为两种情况:
如图2-11b)所示为偏置曲柄滑块机构,导路与曲柄转动中心有一个偏距e;当e=0即导路通过曲柄转动中心时,称为对心曲柄滑块机构,如图2-11c)所示。
由于对心曲柄滑块机构结构简单,受力情况好,故在实际生产中得到广泛应用。
因此,今后如果没有特别说明,所提的曲柄滑块机构即意指对心曲柄滑块机构。
应该指出,滑块的运动轨迹不仅局限于圆弧和直线,还可以是任意曲线,甚至可以是多种曲线的组合,这就远远超出了铰链四杆机构简单演化的范畴,也使曲柄滑块机构的应用更加灵活、广泛。
图2-12所示为曲柄滑块机构的应用。
图2-12a)所示为应用于内燃机、空压机、蒸汽机的活塞,连杆,曲柄机构,其中活塞相当于滑块。
图2-12b)所示为用于自动送料装置的曲柄滑块机构,曲柄每转一圈活塞送出一个工件。
当需要将曲柄做得较短时结构上就难以实现,通常采用图2-12c)所示的偏心轮机构,其偏心圆盘的偏心距e就是曲柄的长度。
图2-14导杆机构的应用图2-13导杆机构
这种结构减少了曲柄的驱动
力,增大了转动副的尺寸,提高了曲柄的强度和刚度,广泛应用于冲压机床、破碎机等承受较大冲击载荷的机械中。
二、导杆机构
在对心曲柄滑块机构中,导路是固定不动的,如果将导路做成导杆4铰接于A点,使之能够绕A点转动,并使AB杆固定,就变成了导杆
6
机构,如图2-13所示。
当AB,BC时,导杆能够作整周的回转,称旋转导杆机构,如图2-13a,所示。
当AB,BC时导杆4只能作不足一周的回转,称摆动导杆机构,如图2-13b)所示。
导杆机构具有很好的传力性,在插床、刨床等要求传递重载的场合得到应用。
如图2-14a)所示为插床的工作机构,如图2-14b)所示为牛头刨床的工作机构。
三、摇块机构和定块机构
在对心曲柄滑块机构中,将与滑块铰接的构件固定成机架,使滑块只能摇摆
图2-12曲柄滑块机构的应用
图2-15摇块机构及其应用图2-16定块机构及其应用不能移动,就成为摇块机构,如图2-15a)所示。
摇块机构在液压与气压传动系统中得到广泛应用,如图2-15b)所示为摇块机构在自卸货车上的应用,以车架为机架AC,液压缸筒3与车架铰接于C点成摇块,主动件活塞及活塞杆2可沿缸筒中心线往复移动成导路,带动车箱1绕A点摆动实现卸料或复位。
将对心曲柄滑块机构中的滑块固定为机架,就成了定块机构,如图2-16a)所示。
图2-16b)为定块机构在手动唧筒上的应用,用手上下扳动主动件1,使作为导路的活塞及活塞杆4沿唧筒中心线往复移动,实现唧水或唧油。
表2-1给出了铰链四杆机构及其演化的主要型式对比。
2.3平面四杆机构的工作特性
一、运动特性
在图2-17所示的曲柄摇杆机构中,设曲柄AB为主动件。
曲柄在旋图2-17曲柄摇杆机构的运动特性
7
转过程中每周有两次与连杆重叠,如图2-17中的BAC和ABC两位1122置。
这时的摇杆位置CD和CD称为极限位置,简称极位。
CD与CD1212的夹角称为最大摆角。
曲柄处于两极位AB和AB的夹角锐角θ称为,12
极位夹角。
设曲柄以等角速度ω顺时针转动,从AB转到AB和从112AB到AB所经过的角度为(π,θ)和(π,θ),所需的时间为t211和t,相应的摇杆上C点经过的路线为CC弧和CC弧,C点的线速21221
度为v和v,显然有t,t,v,v。
这种返回速度大于推进速度的121212
现象称为急回特性,通常用v与v的比值K来描述急回特性,K称为12
行程速比系数,即
0,vCC/tt180,21221,,,K=(2-1)0vCC/tt180,,12112
K,10或有(2-2),,180K,1
可见,θ越大K值就越大,急回特性就越明显。
在机械设计时可根据需要先设定K值,然后算出θ值,再由此计算得各构件的长度尺寸。
急回特性在实际应用中广泛用于单向工作的场合,使空回程所花的非生产时间缩短以提高生产率。
例如牛头刨床滑枕的运动。
二、传力特性
1.压力角和传动角
在工程应用中连杆机构除了要满
足运动要求外,还应具有良好的传力性
能,以减小结构尺寸和提高机械效率。
下面在不计重力、惯性力和摩擦作用的
前提下,分析曲柄摇杆机构的传力特
性。
如图2-18所示,主动曲柄的动力通过连杆作用于摇杆上的C点,驱动图2-18曲柄摇杆机构的压力角和传动角力F必然沿BC方向,将F分解为切线
方向和径向方向两个分力F和F,切向分力F与C点的运动方向vtrtc同向。
由图知
cos,F=F或F=Fsin,tt
cos,F=Fsin,或F=Frr
α角是F与F的夹角,称为机构的压力角,即驱动力F与C点的运t
动方向的夹角。
α随机构的不同位置有不同的值。
它表明了在驱动力F
8
不变时,推动摇杆摆动的有效分力F的变化规律,α越小F就越大。
tt
压力角α的余角γ是连杆与摇杆所夹锐角,称为传动角。
由于γ更便于观察,所以通常用来检验机构的传力性能。
传动角γ随机构的不断运动而相应变化,为保证机构有较好
的传力性能,应控制机构的最小传动
角γ。
一般可取γ?
40?
,重载高minmin
速场合取γ?
50?
。
曲柄摇杆机构min
的最小传动角出现在曲柄与机架共线
的两个位置之一,如图2-18所示的B点或B点位置。
12图2-19曲柄滑块机构的传角偏置曲柄滑块机构,以曲柄为主
动件,滑块为工作件,传动角γ为连杆与导路垂线所夹锐角,如图2-19所示。
最小传动角γ出现在曲柄垂直于导路时的位置,并且位于与偏min
距方向相反一侧。
对于对心曲柄滑块机构,即偏距e=0的情况,显然其最小传动角γ出现在曲柄垂直于导路时的位置。
min
对以曲柄为主动件的摆动导杆机构,因为滑块对导杆的作用力始终垂直于导杆,其传动角γ恒为90?
,即γ=γ=γ=90?
表明导杆机minmax
构具有最好的传力性能。
2.止点
从F=Fcosα知,当压力角α=90?
时,对从动件的作用力或力矩t
为零,此时连杆不能驱动从动件工作。
机构处在这种位置称为止点,又
图2-20平面四杆机构的止点位置
称死点。
如图2-20a)所示的曲柄摇杆机构,当从动曲柄AB与连杆BC共线时,出现压力角α=90?
,传动角γ=0。
如图2-20b)所示的曲柄滑块机构,如果以滑块作主动,则当从动曲柄AB与连杆BC共线时,外力F无法推动从动曲柄转动。
机构处于止点位置,一方面驱动力作用降为零,从动件要依靠惯性越过止点;另一方面是方向不定,可能因偶然
9
外力的影响造成反转。
四杆机构是否存在止点,取决于从动件是否与连杆共线。
例如上述图2-20a)所示的曲柄摇杆机构,如果改摇杆主动为曲柄主动,则摇杆为从动件,因连杆BC与摇杆CD不存在共线的位置,故不存在止点。
又例如前述图2-20b)所示的曲柄滑块机构,如果改曲柄为主动,就不存在止点。
止点的存在对机构运动是不利的,应尽量避免出现止点。
当无法避免出现止点时,一般可以采用加大从动件惯性的方法,靠惯性帮助通过
图2-21机构止点位置的应用
止点。
例如内燃机曲轴上的飞轮。
也可以采用机构错位排列的方法,靠两组机构止点位置差的作用通过各自的止点。
在实际工程应用中,有许多场合是利用止点位置来实现一定工作要求的。
如图2-21a)所示为一种快速夹具,要求夹紧工件后夹紧反力不能自动松开夹具,所以将夹头构件1看成主动件,当连杆2和从动件3共线时,机构处于止点,夹紧反力N对摇杆3的作用力矩为零。
这样,无论N有多大,也无法推动摇杆3而松开夹具。
当我们用手搬动连杆2的延长部分时,因主动件的转换破坏了止点位置而轻易地松开工件。
如图2-21b)所示为飞机起落架处于放下机轮的位置,地面反力作用于机轮上使AB件为主动件,从动件CD与连杆BC成一直线,机构处于止点,只要用很小的锁紧力作用于CD杆即可有效地保持着支撑状态。
当飞机升空离地要收起机轮时,只要用较小力量推动CD,因主动件改为CD破坏了止点位置而轻易地收起机轮。
此外,还有汽车发动机盖、折叠椅等。
10
2.4平面四杆机构运动设计简介
四杆机构的设计方法有图解法、试验法、解析法三种。
本节仅介绍前两种方法。
一、用图解法设计四杆机构
1.按连杆的预定位置设计四杆机
构
例2-1已知连杆BC的长度和依
次占据的三个位置BC、BC、BC,112233
如图2-22所示。
求确定满足上述条件
的铰链四杆机构的其它各杆件的长度
和位置。
解:
显然B点的运动轨迹是由B、1
B、B三点所确定的圆弧,C点的运23
动轨迹是由C、C、C三点所确定的123圆弧,分别找出这两段圆弧的圆心A图2-2和D,也就完成了本四杆机构的设计。
因为此时机架AD已定,连架杆CD和AB也已定。
具体作法如下:
(1)确定比例尺,画出给定连杆的三个位置。
实际机构往往要通过缩小或放大比例后才便于作图设计,应根据实际情况选择适当的比例尺,,见式(1-1)。
l
(2)连结BB、BB,分别作直线段BB和BB的垂直平分线b1223122312和b(图中细实线),此两垂直平分线的交点A即为所求B、B、B23123三点所确定圆弧的圆心。
(3)连结CC、CC,分别作直线段CC和CC的垂直平分线c、1223122312c(图中细实线)交于点D,即为所求C、C、C三点所确定圆弧的23123
圆心。
(4)以A点和D点作为连架铰链中心,分别连结AB、BC、CD(图3333中粗实线)即得所求四杆机构。
从图中量得各杆的长度再乘以比例尺,就得到实际结构长度尺寸。
在实际工程中,有时只对连杆的两个极限位置提出要求。
这样一来,要设计满足条件的四杆机构就会有很多种结果,这时应该根据实际情况提出附加条件。
例2-2如图2-23所示的加热炉门启闭机构,图中?
为炉门关闭位
11
置,使用要求在完全开启后门背朝上水平放置并略低于炉口下沿,见图中?
位置。
解:
把炉门当作连杆BC,已知的两个位
置BC和BC,B和C已成为两个铰点,1122
分别作直线段BB、CC的平分线得b和121212
c,另外两铰点A和D就在这两根平分线上。
12
为确定A、D的位置,根据实际安装需要,希
望A、D两铰链均安装在炉的正壁面上即图中
yy位置,yy直线分别与b、c相交点A和1212
D即为所求。
二、按给定的行程速比系数设计四杆机构
设计具有急回特性的四杆机构,一般是根
据运动要求选定行程速比系数,然后根据机构
极位的几何特点,结合其他辅助条件进行设
计。
例2-3已知行程速比系数K,摇杆长度
图2-23l,最大摆角,请用图解法设计此曲柄摇杆,CD
机构。
解:
设计过程如图2-24所示,具体步骤:
(1)由速比系数K计算极位角θ。
由式(2-2)知
K,1,180:
K,1
(2)选择合适的比例尺,作图求摇杆的极限位置。
取摇杆长度CD乘以比例尺,得图中摇杆长CD,以CD为半径、任定点D为圆心、任定l
点C为起点做弧C,使弧C所对应的圆心角等于或大于最大摆角,1
连接D点和C点的线段CD为摇杆的一个极限位置,过D点作与CD111
夹角等于最大摆角的射线交圆弧于C点2
得摇杆的另一个极限位置CD。
2
(3)求曲柄铰链中心。
过C点在D点同1
侧作CC的垂线H,过C点作与D点同侧1220与直线段CC夹角为(90,θ)的直线J12
交直线H于点P,连接CP,在直线段CP22上截取CP/2得点O,以O点为圆点、OP2图2-24按行程速比系数设计四杆机构
12
为半径,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 曲柄 连杆机构 应用 毕业论文