平面连杆机构

第3章平面连杆机构

平面连杆机构是由若干个构件通过低副联接而成的机构,又称平面低副机构;由四个构件通过低副联接的平面连杆机构称为平面四杆机构,是平面连杆机构中最常见的形式;

平面连杆机构广泛应用于各种机械和仪表中,具有许多优点:平面连杆机构中的运动副均为低副,组成运动副的两构件之间为低副联接,因而承受的压强小,便于润滑,磨损较轻,能承受较大的载荷;构件形状简单,加工方便,构件之间的接触是由构件本身的几何约束来保持的,所以工作平稳;在主动件等速连续运动的条件下,当各构件的相对长度不同时,可使从动件实现多种形式的运动;利用连杆可满足多种运动轨迹的要求;平面连杆机构的主要缺点:低副中存在间隙,会引起运动误差,不易精确地实现复杂的运动规律;连杆机构运动时产生的惯性力难以平衡,不适用于高速场合;

平面连杆机构常以其所含的构件杆数来命名,如四杆机构、五杆机构……,常把五杆或五杆以上的平面连杆机构称为多杆机构;最基本、最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的平面四杆机构;它不仅应用广泛,而且又是多杆机构的基础;

平面四杆机构可分为铰链四杆机构和衍生平面四杆机构两大类,前者是平面四杆机构的基本形式,后者由前者演化而来;

平面四杆机构的基本形式及演化

平面四杆机构可分为两类:

1. 运动副全为转动副的平面四杆机构,称为铰链四杆机构;

图3-1 铰链四杆机构

图3-1为铰链四杆机构示意图,其中AD杆是机架,与机架相对的BC杆称为连杆,与机架相连的AB杆和CD杆称为连架杆,其中能做整周回转运动的连架杆称为曲柄,只能在小于360°范围内摆动的连架杆称为摇杆;

2. 运动副中既有转动副又有移动

副的平面四杆机构,称为衍生平面四杆

机构,如曲柄滑块机构如图3-2所示;

3.1.1铰链四杆机构的基本类型

图3-2 曲柄滑块机构1.曲柄摇杆机构

两连架杆中一个为曲柄另一个为摇杆的铰链四杆机构,称为曲柄摇杆机构;曲柄摇杆机构中,当以曲柄为原动件时,可将曲柄的匀速转动变为从动件的摆动;如图3-3所示的雷达天线机构,当原动件曲柄1转动时,通过连杆2,使与摇杆3固结的抛物面天线作一定角度的摆动,以调整天线的俯仰角度;图3-4为汽车前窗的刮雨器,当主动曲柄AB回转时,从动摇杆作往复摆动,利用摇杆的延长部分实现刮雨动作;

图3-3 雷达天线机构图3-4 汽车前窗刮雨器

1-曲柄 2-连杆 3-摇杆天线 4-机架 1-机架 2-曲柄 3-连杆4-摇杆也有以摇杆为原动件、曲柄为从动件的情况;如图3-5所示缝纫机的脚踏机构,当脚踏板原动件上下摆动时,通过连杆使曲柄从动件连续转动,输出动力;

图3-5 缝纫机

2. 双曲柄机构

在铰链四杆机构中,若两个连架杆均为曲柄,则称为双曲柄机构;如图3-6所示的惯性筛机构,工作时以曲柄2为主动件,做等角速连续转动;通过连杆3带动曲柄4,做周期性的变角速连续转动;再通过构件5使筛体做变速往复直线运动;

图3-6 惯性筛

双曲柄机构中,应用很广的是两曲柄长度相等、连杆与机架的长度也相等且彼此平行的平行四边形机构,也称为平行双曲柄机构;其特点是两个曲柄的运动规律完全相同,连杆3始终做平动;如图3-7所示的机车车轮机构;

图3-7机车车轮机构

平行四边形机构中,若对边杆彼此不平行,则称为反向双曲柄机构;其特点是原动件与其对边从动件做相反方向的转动,如图3-8所示的窗门启闭机构;

3. 双摇杆机构

两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构;图3-9a 所示为港口起重机,当CD 杆摆动时,连杆CB 上悬挂重物的点M 在近似水平直线上移动;图3-9b 所示的电风扇的摇头机构中,电机装在摇杆4

上,铰链A 处装有一个与

连杆1固结在一起的蜗轮;

电机转动时,电机轴上的

蜗杆带动蜗轮迫使连杆1

绕A 点作整周转动,从而

使连架杆2和4作往复摆

动,达到风扇摇头的目的;

图3-9

图3-8

窗门启闭机

图3-10a、b所示的飞机起落架及汽车前轮的转向机构等也均为双摇杆机构的实际应用;汽车前轮的转向机构中,两摇杆的长度相等,称为等腰梯形机构,它能使与摇杆固联的两前轮轴转过的角度不同,使车轮转弯时,两前轮的轴线与后轮轴延长线上的某点P交于点,汽车四轮同时以P点为瞬时转动中心,各轮相对地面近似于纯滚动,保证了汽车转弯平稳并减少了轮胎磨损;

图3-10

3.1.2 平面四杆机构的演化

在实际机器中,还广泛地采用着其他多种型式的四杆机构;这些型式的四杆机构,可认为是通过改变某些构件的形状、改变构件的相对长度、改变某些运动副的尺寸、或者选择不同的构件作为机架等方法,由四杆机构的基本型式演化而成的;

铰链四杆机构的演化,不仅是为了满足运动方面的要求,还往往是为了改善受力状况以及满足结构设计上的需要等;各种演化机构的外形虽然各不相同,但是它们的运动性质以及分析和设计方法却常常是相同或类似的,这就为连杆机构的研究提供了方便;

a

b

图3-11 铰链四杆机构的演化

1.曲柄滑块机构

在如图3-11a 所示的曲柄摇杆机构中,当曲柄1绕轴A 回转时,铰链C 将沿圆弧ββ往复运动;现如图b 所示,设将摇杆3做成滑块形式,并使其沿圆弧导轨BB 往复运动,显然其运动性质并未发生改变;但此时铰链四杆机构已演化为曲线导轨的曲柄滑块机构;又如在图

3-11a 所示的铰链四杆机构中,设将摇杆3的长度增至无穷大,则铰链C 运动的轨迹ββ将变为直线,而与之相应的图3-11b 中的曲线导轨将变为直线导轨,于是铰链四杆机构将演化成为常见的曲柄滑块机构,如图3-12所示;其中图3-12a 所示的为具有一偏距e 的偏置曲柄滑块机构;而图3-12b 所示的为没有偏距的对心曲柄滑块机构;

曲柄滑块机构在冲床、内燃机、空气压缩机等各种机械中得到了广泛的应用;

2.导杆机构

如图3-13a 所示的曲柄滑块机构中,若改选构件AB 为机架,则构件4将绕轴A 转动,而构件3则将以构件4为导轨沿该构件相对移动;将构件4称为导杆,而由此演化成的四杆机构称为导杆机构如图3-13b 所示;

a

b

图3-12曲柄滑块机构 a b

c

d

图3-13导杆机构

在导杆机构中,如果其导杆能作整周转

动,则称其为回转导杆机构;如图3-14所示,

为回转导杆机构在一小型刨床中的应用实例;

在导杆机构中,如果导杆仅能在某一角度范围内往复摆动,则称为摆动导杆机构;如图3-15a 所示为一种牛头刨床的导杆机构;图3-15b 为图3-15a 所示牛头刨床的主机运动简图;

3.摇块机构和定块机构

同样,在如图3-12a 所示的曲柄滑块机构中,若改选构件BC 为机架,则将演化成为曲柄摇块机构如图3-12c 所示;其中滑块3仅能绕点O 摇摆,如图3-16所示的液压作动筒,即为此种机构的应用实例,液压作动筒的应用很广泛;如图3-17所示的自卸卡车的举升机构即为应用的又一实例;

a

b

图3-19偏心轮机构 图3-14回转导杆机构

图3-16液压作动筒 图3-17自卸卡车的举升机构液

图3-15 牛头刨床的导杆机构

在图3-12a 所示的曲柄滑块机构中,若

改选滑块3为机架,称定块,则将演化成为定

块机构如图3-12d 所示;如图3-18所示为定

块机构用于抽水唧筒的实例;

4.偏心轮机构

在如图3-19a 所示的曲柄滑块机构中,当

曲柄AB 的尺寸较小时,由于结构的需要常将

曲柄改作成如图3-19b 所示的一个几何中心

不与其回转中心相重合的圆盘,此圆盘称为偏心轮,其回转中心与几何中心间的距离称为偏心距它等于曲柄长,这种机构则称为偏心轮机构;显然,此偏心轮机构与图3-18a 所示的曲柄滑块机构的运动特性完全相同;而此偏心轮机构,则可认为是将图3-18a 所示的曲柄滑块机构中的转动副B 的半径扩大,使之超过曲柄的长度演化而成的;这种机构在各种机床和夹具中广为采用;

5.双滑块机构

在图3-19a 的曲柄滑块机构中,将摇杆BC 改为滑块时,则变为如图3-19b 所示的双滑块机构;双滑块机构一般用于仪表和计算装置中如印刷机械、机床、纺织机械等 ,如缝纫机中针杆机构图3-20a 、b,椭圆规图

3-21; 图3-18抽水唧筒

图3-19双滑块机构

图3-20 缝纫机针杆机构 图3-21 椭圆规

平面四杆机构的基本特性

3.2.1铰链四杆机构的类型的判别

1.存在一个曲柄的条件

铰链四杆机构是否存在曲柄,取决于两个因素:各杆的相对长度以及选择哪一个构件作为机架;

设图3-22所示的机构为曲柄摇杆机构,其中杆1为曲柄,杆3为摇杆;各杆长度分别用1l 、2l 、3l 、4l 表示;杆1是否能作整周转动,就看其是否能顺利通过与机架共线的两个位置AB ′和AB ″;

当曲柄位于AB ′时机构折叠成三角形B ′C ′D,根据三角形任意两边之差小于极限状态等于第三边的条件可得

2l -3l ≤4l -1l

图3-22存在曲柄的条件

1l +2l ≤3l +4l 3-1

或 3l -2l ≤4l -1l

即 1l +3l ≤2l +4l 3-2

当曲柄位于AB ″时机构折叠成三角形B ″C ″D,根据三角形任意两边之和大于等于第三边的条件可得

1l +4l ≤2l +3l 3-3

将式3-1、3-2、3-3两两相加可得

1l ≤2l ,1l ≤3l ,1l ≤4l 3-4

由式3-1、3-2、3-3 、3-4可得构成曲柄摇杆机构的必要条件:

1曲柄为最短杆;

2最短杆与最长杆长度之和小于等于另外两杆长度之和;

2.铰链四杆机构类型的判别通则

上述分析得出了铰链四杆机构存在一个曲柄的条件,但铰链四杆机构三个基本类型的演化取决于“取不同的构件作为机架”;如图3-22a 所示曲柄摇杆机构中,杆AD 为机架,杆AB 为曲柄,杆AB 与杆AD 可作相对整周转动,以大于半圆的单箭头弧线表示;CD 为摇杆,与杆AD 只能作相对摆动,以小于半圆的双箭头弧线表示;

若以杆BC 为机架,仍然满足构成曲柄摇杆机构的两个条件,因此,杆AB 为曲柄,杆AB 与杆BC 可作相对整周转动,以大于半圆的单箭头弧线表示;CD 为摇杆,与杆BC 只能作相对摆动,

以小于半圆的双箭头弧线表示,如图3-22b 所示; 图3-22 机架变更对机构类型的影响

当四杆机构中各杆的长度确定之后,构件与构件之间相对运动的范围即已确定,与选择哪一构件作为机架无关;若以杆AB 为机架,根据图3-22a 所示的关系,杆AD 、BC 相对于杆AB 之间均可作整周转动,成为双曲柄机构,如图3-22c 所示;若以杆CD 为机架,杆AD 、BC 相对于杆CD 之间都只能作摆动,成为双摇杆机构,如图3-22d 所示;

根据以上分析可得铰链四杆机构类型的判别通则:

1 若最短杆与最长杆长度之和大于另外两杆长度之和,无论以哪一个构件作为机架,均不存在曲柄,都只能是双摇杆机构;

2 若最短杆与最长杆长度之和小于另外两杆长度之和,是否存在曲柄取决于哪一个构件作为机架:

1 以最短杆邻边作为机架,构成曲柄摇杆机构,如图3-22a 、3-22b 所示;

2 以最短杆作为机架,构成双曲柄机构,如图3-22c 所示;

3 以最短杆对边作为机架,构成双摇杆机构,如图3-22d 所示;

作为特例,平行四边形机构以任何一边作为机架,均构成双曲柄机构;

3.2.2机构的急回特性

如图3-22所示为曲柄摇杆机构,当曲柄AB 沿顺时针方向以等角速度ω从与BC 共线位置AB l 转到共线位置AB 2时,转过的角度为ϕ1180°+θ;摇杆CD 从左极限位置C 1D 摆到右极限位置C 2D,设所需时间为1t ,C 点平均速度为1ν;当曲柄AB 再继续转过角度ϕ2180°+θ,即从AB 2到AB l ,摇杆CD 自C 2D 摆回到C 1D,设所需时间为2t ,C 点的平均速度为2ν;由于ϕ1>ϕ2,则1t >2t ;又因摇杆CD 往返的摆角都是ψ,而所用的时间却不同,往返的平均速度也不相同,即1ν<2ν;由此可见,当曲柄等速转动时,摇杆来回摆动的平均速度是不同的,摇杆的这种运动特性称为急回运动特性;

为了表明摇杆的急回运动特性的程度,通常用行程速比系数K 来衡量,K 与极位夹角θ的关系是:

1

212ωωνν==K =错误! = 错误!=错误!=错误! 3-5 图3-23 曲柄存在的条件

图3-24 急回运动特性

式中,θ称为极位夹角,即从动摇杆处于左、右两极限位置时,主动曲柄相应两位置所夹的锐角;由式3-5可知,行程速比系数与极位夹角θ有关,θ越大,K 越大;当θ=0时,K=1,说明机构无急回运动;由式3-5可得:

︒⨯+-=1801

1K K θ 3-6 由式3-6可知如果要得到既定的行程速比系数,只要设计出相应的极位夹角θ即可; 除曲柄摇杆机构外,具有急回运动特性的四连杆机构还有偏置曲柄滑块机构和曲柄摆动导杆机构;在各种机器中,应用四连杆机构的急回运动特性,可以节省空回行程的时间,以提高生产效率;

3.2.3压力角和传动角

如图3-25所示为曲柄摇杆机构,

主动曲柄通过连杆BC 传递到C 点上

的力F 的方向与从动摇杆受力点C 的

绝对速度c ν的方向之间所夹的锐角

α,称为压力角;压力角α的余角γ,

称为传动角;力F 可分解为沿C 点绝

对速度c ν方向的分力Ft,及沿摇杆

CD 方向的分力Fn,Fn 只能对摇杆CD 产生径向压力,而Ft 则是推动摇杆运动的有效分力;α越小,γ越大,有效分力Ft 越大,而Fn 越小,对机构传动越有利;在机构运动过程中,其传动角γ的大小是变化的,为保证机构传动良好,设计时通常要使︒≥40min γ,传动力矩较大时,则要使︒≥50min γ;

3.2.4死点位置

图3-26四连杆机构的死点位置

图3-25压力角和传动角

在如图3-26a 所示的曲柄摇杆机构中,若摇杆主动,则当摇杆处于两个极限位置即机构处于两个虚线位置时,连杆与曲柄共线,此时传动角︒=0γ;这时,主动件摇杆CD 通过连杆作用于从动曲柄AB 上的力,恰好通过曲柄的回转中心A,所以理论上不论用多大的力,都不能使曲柄转动,因而产生了“顶死”现象,机构的这种状态位置称为死点位置;例如,如图3-26b 所示的偏置曲柄滑块机构,当滑块主动并处于极限位置时;如图3-26c 所示曲柄摆动导杆机构,当导杆主动并处于极限位置时;

为了使机构能顺利通过死点而连续正常运转,曲柄摇杆机构和曲柄滑块机构可以安装飞轮,增大转动惯量如缝纫机、汽车发动机等;对曲柄摆动导杆机构和双摇杆机构,则通常是限

制其主动构件的摆动角度;

工程上,也常利用机构的死点位置来实现一定的工作要求;如图3-27所示为钻床夹紧机构,使机构处于死点位置来夹紧工件;如图3-28所示的飞机起落架也是利用双摇杆机构处于死点状态,来保证飞机安全起降的;

平面四杆机构的设计

平面四杆机构的设计主要是根据给定的运动要求,确定各构件的几何参数;在设计中还应考虑结构条件如合适的杆长比和

运动副结构与尺寸、动力条件如最

大压力角限制、运动条件等;常用的

设计方法有图解法、解析法和实验

法;这里主要对图解法进行介绍;

3.3.1已知连杆的位置设

计四杆机构

生产实践中,经常要求一个构

件在运动过程中能达到某些特定的图3-29振实造型机翻台机构

图3-27钻床夹紧机构 图3-28飞机起落架

位置,如图3-29所示的造型机翻台机构,当翻台处于位置I 时,在砂箱内填砂造型;造型结束时,液压缸活塞杆驱动四杆机构AB l C l D,使翻台转至位置Ⅱ,这时托台上升,接下砂箱并起模;要求翻台能实现B 1C 1,B 2C 2两个位置;再如图3-30所示加热炉炉门启闭机构,要求加热工件时炉门关闭;加热后炉门开启,开启后炉门应放到水平位置并将G 面朝上,能作为一个平台使用为使炉门实现这两个位置,可将有一定位置要求的构件翻台和炉门视作该四杆机构中的连杆,此类问题可用作图法设计,具体设计方法如下;

已知:连杆BC 的长度l BC 及其两个位置

B l

C l ,B 2C 2;

分析:由图3-31可知,如能确定固定铰链A

和D 的中心位置,便可确定各构件的长度;由于连

杆上B,C 两点的轨迹分别在以A 和D 为圆心的圆

周上,所以A,D 两点必然分别位于B 1B 2、C l C 2和中

垂线b 12和c 12上;据此,可得设计方法和步骤如下:

1选用比例尺1μ,按已知条件画出连杆

的两个位置B 1C 1和B 2C 2;

2分别连接B 1、B 2和C l 、C 2点;并作它的

中垂线b 12和c 12;

3在b 12上任取一点A,在c 12任取一点D,

连接ABCD,则ABCD 即为所求的四杆机构;各

杆长度11AB l AB μ=,D C l CD 11μ=,AD l AD 1μ=;

在已知构件两个位置的情况下,由

于A 、D 两点在b 12和c 12上是任取的,所

以有无数解;若给出其他辅助条件,如

机架长度AD l 及其位置等,就可得出唯

一解;另外,如果给定连杆长度及其三

个位置,则答案也是唯一的,如图3-32

所示;给定连杆三个位置设计四杆机构

步骤如下:

图3-30加热炉炉门启闭机构 图3-31 按连杆位置来设计四杆机构

图3-32 按给定连杆位置设计四杆机构

连B 1B 2并作其垂直平分线,B 铰链中心运动轨迹的圆心A 必须在该垂直平分线上;连B 2B 3并作其垂直平分线,A 点也必定在该垂直平分线上,因而A 点必在这两条垂直平分线的交点上,由此可得铰链A 的位置;同理可得铰链D 的位置,从而作出四杆机构AB 1C 1D;

3.3.2已知行程速比系数设计四杆机构

知道了行程速比系数K,就知道了四杆机构急回运动的条件,从而可以计算出极位夹角θ;再根据其他一些限制条件及极位夹角θ,可用作图法方便地作出该四杆机构;

1.曲柄摇杆机构

设已知摇杆长度CD l 、摆角ψ和程速比系数K,请设计曲柄摇杆机构;

分析 如图3-33所示,显然在已知CD l 、摆角ψ的情况下,只要能确定A 铰链的位置,则在量得1C A l 和2

C A l 后,则可求得曲柄长度AB l 心和连杆长度BC l 21

2AC AC AB l l l -= 22

1AC AC BC l l l +=

CD l 可直接量得;由于A 点是极位夹角的顶点,即∠C 1AC 2=θ,如过AC l C 2三点作辅助圆,由几何知识可知,在该圆上任取一点A 为顶点,其圆周角也是θ,且过辅助圆心O 的圆心角∠C 10C 2=2θ;显然,当求得极位夹角θ后,用作图法容易作出辅助圆并得到圆心O,则问题迎刃而解;作图步骤归纳如下:

1计算:按式3-6求得θ ︒⨯+-=1801

1K K θ 2作摇杆的两极限位置:任选摇杆回转中心D 的位置,按一定的长度比例尺1μ,根据已知CD l 及摆角ψ作出摇杆的两个极限位置C l D 和C 2D 见图

3-33b;

图3-33 按行程速比系数设计四杆机构

3作辅助圆:联接C 1、C 2,并且作与C l C 2成90θ-︒的两条直线,设它们交于O 点,则∠C 10C 2=2θ;以O 点为圆心,以OC 1或0C 2为半径作辅助圆;

4在辅助圆上任取一点A 为铰链中心,并连接AC 1和AC 2,量得1AC l 和2AC l 的长度,据此可

求出曲柄和连杆的长度

5求其他杆件的长度:机架CD l 可直接量得,乘以比例尺1μ即为实际尺寸; 2121AC AC AB

l l l -=μ 22

11AC AC BC l l l +=μ

由于A 点是在辅助圆上任选的一点,所

以实际可有无穷多解;若能给定其他辅助条件,如

曲柄长度AB l 、机架长AD l 或最小传动角min γ等,

则可有唯一的解;实际设计时,多数都有相应的辅

助条件,如果没有辅助条件,可以根据实际情况自

行确定;

若已知滑块行程s 、偏距e 和行程速比系数K

的情况,则可设计偏置曲柄滑块机构;

如果已知机架长度AC l 和行程速比系数K,由图3-34可以看出,摆动导杆机构的极位夹角θ与导杆的摆角ψ相等,则设计摆动导杆机构的实质,就是确定曲柄长度AB l ;

设计方法和步骤:

1计算θ:

︒⨯+-=1801

1K K θ 2作导杆的两极限位置:任选一点为固定铰链C 点的中心,按ψ=θ作导杆的两极限位置C m 和C n ,使∠m C n =ψ;

3确定A 点及曲柄长度:作摆角ψ的平分线,并在其上取CA=AC l ,得曲柄回转中心A 点的位置;过A 作C m 线C n 线的垂线

AB 1AB 2,垂足为B 1、B 2,即得曲柄长度

AB l =1μAB 1;画出滑块,则设计完成;

2.曲柄滑块机构

如图3-35所示,已知滑块行程

H=50mm,偏心距e =10mm,行程速比系图3-34 摆动导杆机构

图3-35 曲柄滑块机构

数K=,试设计一偏置的曲柄滑块机构;

解: 计算机构的极位夹角θ

︒⨯+-=1801

1K K θ=° 1 选择作图比例1μ=2mm/mm,作滑块的极限位置C 1、C 2,使C 1C 2=H/1μ=25mm,如图3-36所示;

2 作∠C 1C 2O=∠C 2C 1O =90θ-︒=°,直线C 1O 与C 2O 交于点O;以O 为圆心、C 1O 为半径画圆,则弦C 1C 2对应的加以角为2θ=°;

3 作直线A A '∥21C C 并相距e /1μ=5mm,与圆O 交于A 、A ',连接C 1A 与C 2A,圆周角

∠C 2AC 1=θ;则C l A 与C 2A 即为滑块处于极限位置时曲柄与连杆对应的位置,A 点即为铰链A 的中心位置;

4由C l A=BC-AB,C 2A=BC+AB,从图中量出线段C l A 与C 2A 的长度,

可得

212A C A C AB -=, 2

12A C A C BC += 杆的实际长度为:曲柄长度AB l ⨯=11μ=24mm,连杆长度BC l ⨯=12μ=48mm;

由于点A 是圆O 与直线AA ′的交点,因而答案是唯一的取A ′为曲柄转动中心,所得杆长与取A 点时相同;

本章小结

通过对本章的学习,学生应理解平面四杆机构的概念,掌握铰链四杆机构基本类型及演化形式,平面四杆机构的基本特性;了解平面四杆机构常用的设计方法;

图3-36 曲柄滑块机构设计图

习题与思考题

平面四杆机构的基本形式是什么它有哪些演化形式演化的方式有哪些

什么是曲柄平面四杆机构中曲柄存在的条件是什么曲柄是否就是最短杆

什么是行程速比系数、极位夹角、急回特性三者之间关系如何

什么是机构的死点位置,用什么什么方法可以使机构通过死点位置

在曲柄摇杆机构中,已知连杆长度BC=90mm,机架长度AD=100mm,摇杆长度CD=70mm,试确定曲柄长度AB的取值范围;

在双曲柄机构中,已知连杆长度BC=130mm,两曲柄长度AB=100mm,CD=110mm,试确定机架长度AD的取值范围;

在双摇杆机构中,已知连杆长度BC=200mm,摇杆长度AB=70mm,摇杆长度CD=120mm,试确定机架长度AD的取值范围;

在曲柄摇杆机构中,已知曲柄长度AB=50mm,机架长度AD=120mm,摇杆长度CD=100mm,试确定连杆长度BC的取值范围;

一曲柄滑块机构,知行程S=100mm,K=,偏距e=50mm;试设计该机构;

第三章 平面连杆机构

第三章平面连杆机构 平面连杆机构是由若干构件和低副组成的平面机构,又称平面低副机构。这种机构可以实现预期的运动规律及位置、轨迹等要求。平面连杆机构用于各种机械中,常与机器的工作部分相连,起执行和控制的作用,在工程实际中应用十分广泛。平面连杆机构的主要优点有:1、低副为面接触,所以压强小,易润滑,磨损少,可以承受较大的载荷。2、构件结构简单,便于加工,构件之间的接触是由构件本身的几何约束来保持的,故工作可靠。3、在原动件等速连续运动的条件下,当各构件的相对长度不同时,可使从动件实现多种形式的运动,满足多种运动规律的要求。其主要的缺点有:1、运动副中存在间隙,当构件数目较多时,从动件的运动累计误差较大。2、不容易精确地实现复杂的运动规律,机构设计相对复杂。3、连杆机构运动时产生的惯性力难以平衡,所以不适用于高速场合。 平面连杆机构是常用的低副机构,其中以由四个构件组成的平面四杆机构应用最广泛,而且是组成多杆机构的基础。因此本章着重讨论平面四杆机构的基本形式及在实际中的应用,理解四杆机构的运动特性及设计平面四杆机构的基本设计方法。 3.1 平面连杆机构及其应用 连杆机构有平面连杆机构和空间连杆机构。其中,若各运动构件均在相互平行的平面内运动,则称为平面连杆机构。若各运动构件不都在相互平行的平面内运动,则称为空间连杆机构。平面连杆机构较空间连杆机构应用更为广泛,在平面连杆机构中,结构最简单的且应用最广泛的是由四个构件所组成的平面四杆机构,其它多杆机构可看成在此基础上依次增加杆件而组成。故本章着重介绍平面四杆连杆机构。 3.1.1铰链四杆机构的类型 所有运动副均为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构。它是平面四杆机构的基本形式。如图3-1所示。图中固定不动的构件AD是机架;与机架相连的构件AB、CD称为连架杆;不与机架直接相连的构件BC称为连杆。连架杆中,能作整周回转的构件称为曲柄,只能作往复摆动的构件称为摇杆。 图3-1 铰链四杆机构 根据两连架杆中曲柄(或摇杆)的数目,铰链四杆机构可分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本形式。

平面四杆机构知识整理

《平面四杆机构》知识整理 1.平面连杆机构:由一些刚性构件用转动副和移动副相互连接而组成的在同一平面或相互平行平面内运动的机构。 平面连杆机构:实现较为复杂的平面运动,用于动力的传递或改变运动形式。 最常用的平面连杆机构是具有四个构件(包括机架)的低副机构,称为四杆机构。 2.铰链四杆机构:构件间用四个转动副相连的平面四杆机构。铰链四杆机构是四杆机构的基本形式。 3.铰链四杆机构的基本类型有曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。 4. 曲柄摇杆机构能将主动件(曲柄)整周的回转运动转换为从动件(摇杆)的往复摆动,也可以将主动件(摇杆)的往复摆动转换为从动件 (曲柄)整周的回转运动。其的应用有牛头刨床横向进给机构、剪板机、颚式破碎机、搅拌机和雷达俯仰角度的摆动装置等。 5.双曲柄机构的运动特点:主动曲柄匀速回转一周,从动曲柄随之变速回转一周。双曲柄机构有不等长双曲柄机构、平行四边形机构和反向双曲柄机构, 平行四边形机构的运动特点是:两曲柄的回转方向相同,角速度相等。 反向平行双曲柄机构的运动特点是:两曲柄的回转方向相反,角速度不等。 平行四边形机构中,主动曲柄每回转一周,曲柄与连杆两次共线,从动曲柄会产生运动的不确定现象。 6.双摇杆机构的应用有自卸翻斗装置、港口用起重机和飞机起落架收放机构等。 7.曲柄存在的条件:1)连架杆与机架中必有一个是最短杆;2)最短杆与最长杆之和必小于或等于其余两杆长度之和。 8.铰链四杆机构三种基本类型的判别方法: (1)若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和,则:①、取最短杆为连架杆时,构成曲柄摇杆机构;②、取最短杆为机架时,构成双曲柄机构; ③、取最短杆为连杆时,构成双摇杆机构。 (2)若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和,则无曲柄存在,只能构成双摇杆机构。 9.急回特性:曲柄AB作等速转动时,摇杆在摆角为ψ的极限位置间往复摆动,摇杆的空回行程的平均速度大于工作行程平均速度。 机构的急回特性用急回特性系数表示 K=从动件空回行程平均速度/从动件工作行程平均速度=180°+θ/180°-θ;θ——极位夹角,摇杆位于两极限位置时,曲柄所夹的锐角θ=180°(K-1)/K+1 。机构有无急回特性,取

平面连杆机构

第3章平面连杆机构 平面连杆机构是由若干个构件通过低副联接而成的机构,又称平面低副机构;由四个构件通过低副联接的平面连杆机构称为平面四杆机构,是平面连杆机构中最常见的形式; 平面连杆机构广泛应用于各种机械和仪表中,具有许多优点:平面连杆机构中的运动副均为低副,组成运动副的两构件之间为低副联接,因而承受的压强小,便于润滑,磨损较轻,能承受较大的载荷;构件形状简单,加工方便,构件之间的接触是由构件本身的几何约束来保持的,所以工作平稳;在主动件等速连续运动的条件下,当各构件的相对长度不同时,可使从动件实现多种形式的运动;利用连杆可满足多种运动轨迹的要求;平面连杆机构的主要缺点:低副中存在间隙,会引起运动误差,不易精确地实现复杂的运动规律;连杆机构运动时产生的惯性力难以平衡,不适用于高速场合; 平面连杆机构常以其所含的构件杆数来命名,如四杆机构、五杆机构……,常把五杆或五杆以上的平面连杆机构称为多杆机构;最基本、最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的平面四杆机构;它不仅应用广泛,而且又是多杆机构的基础; 平面四杆机构可分为铰链四杆机构和衍生平面四杆机构两大类,前者是平面四杆机构的基本形式,后者由前者演化而来; 平面四杆机构的基本形式及演化 平面四杆机构可分为两类: 1. 运动副全为转动副的平面四杆机构,称为铰链四杆机构; 图3-1 铰链四杆机构 图3-1为铰链四杆机构示意图,其中AD杆是机架,与机架相对的BC杆称为连杆,与机架相连的AB杆和CD杆称为连架杆,其中能做整周回转运动的连架杆称为曲柄,只能在小于360°范围内摆动的连架杆称为摇杆;

2. 运动副中既有转动副又有移动 副的平面四杆机构,称为衍生平面四杆 机构,如曲柄滑块机构如图3-2所示; 3.1.1铰链四杆机构的基本类型 图3-2 曲柄滑块机构1.曲柄摇杆机构 两连架杆中一个为曲柄另一个为摇杆的铰链四杆机构,称为曲柄摇杆机构;曲柄摇杆机构中,当以曲柄为原动件时,可将曲柄的匀速转动变为从动件的摆动;如图3-3所示的雷达天线机构,当原动件曲柄1转动时,通过连杆2,使与摇杆3固结的抛物面天线作一定角度的摆动,以调整天线的俯仰角度;图3-4为汽车前窗的刮雨器,当主动曲柄AB回转时,从动摇杆作往复摆动,利用摇杆的延长部分实现刮雨动作; 图3-3 雷达天线机构图3-4 汽车前窗刮雨器 1-曲柄 2-连杆 3-摇杆天线 4-机架 1-机架 2-曲柄 3-连杆4-摇杆也有以摇杆为原动件、曲柄为从动件的情况;如图3-5所示缝纫机的脚踏机构,当脚踏板原动件上下摆动时,通过连杆使曲柄从动件连续转动,输出动力;

平面连杆机构的基本形式

平面连杆机构的基本形式 概述 平面连杆机构是一种常见的机械结构,用来将转动运动转化为直线运动或者反之。它由连杆、关节和固定支承组成,广泛应用于机械工程、汽车工业等领域。本文将介绍平面连杆机构的基本形式、运动学分析和应用。 一、平面连杆机构的定义 平面连杆机构是指所有连杆在同一平面内运动的机构,它由刚性连杆和用于连接连杆的关节构成。常见的平面连杆机构包括曲柄滑块机构、摇杆机构和平行四边形机构等。 1. 曲柄滑块机构 曲柄滑块机构是由一个固定的曲轴(曲柄)和一个滑块组成的机构。滑块沿着直线轨迹运动,可以实现转动运动到直线运动的转换。它常用于内燃机等系统中的往复运动。 2. 摇杆机构 摇杆机构由一个固定支点和两个连杆组成,其中一个连杆通过关节与摇杆连接,另一个连杆通过关节与摇杆相连。摇杆机构可以实现转动运动到转动运动的转换,广泛应用于机械工程中的传动装置。 3. 平行四边形机构 平行四边形机构由四个连杆组成,其中两个连杆平行,另外两个连杆也平行且等长。平行四边形机构可以实现转动运动到转动运动的转换,常用于机械工程中的转向装置和变速装置。

二、平面连杆机构的运动学分析 平面连杆机构的运动学分析是研究连杆与连杆之间的运动关系,其核心是解决位置、速度和加速度问题。 1. 位置分析 位置分析是研究连杆在运动过程中的几何关系。一般通过建立坐标系和运动方程来描述连杆的位置。对于曲柄滑块机构,滑块位置可以通过曲柄的转动角度和连杆长度来确定;对于摇杆机构,可以通过摇杆的转动角度和连杆长度来确定;对于平行四边形机构,可以通过两个平行连杆的转动角度和连杆长度来确定。 2. 速度分析 速度分析是研究连杆在运动过程中的速度关系。一般通过求解连杆的速度向量和运动学方程来描述连杆的速度。对于曲柄滑块机构,滑块的速度可以通过曲柄的角速度和连杆长度来确定;对于摇杆机构,可以通过摇杆的角速度和连杆长度来确定;对于平行四边形机构,可以通过两个平行连杆的角速度和连杆长度来确定。 3. 加速度分析 加速度分析是研究连杆在运动过程中的加速度关系。一般通过求解连杆的加速度向量和运动学方程来描述连杆的加速度。对于曲柄滑块机构,滑块的加速度可以通过曲柄的角加速度和连杆长度来确定;对于摇杆机构,可以通过摇杆的角加速度和连杆长度来确定;对于平行四边形机构,可以通过两个平行连杆的角加速度和连杆长度来确定。 三、平面连杆机构的应用 平面连杆机构由于其简单、可靠的结构,广泛应用于机械工程和汽车工业等领域。 1. 机械工程中的应用 平面连杆机构在机械工程中常用于传动装置和变速装置。例如,曲柄滑块机构广泛应用于内燃机中的往复运动转换;摇杆机构常用于摇臂钻床等机械设备的传动系统;平行四边形机构常用于变速器等装置的转速调节。

平面连杆机构

平面连杆机构 第一节、平面连杆机构的特点 平面连杆机构: 由一些刚性构件用转动副和移动副相互连接而组成的,在同一平面内或相互平行的平面内运动的机构。 作用:实现某些较为复杂的平面运动,在生产和生活中广泛用于动力的传递或改变运动形式。四杆机构: 最常用的平面四杆机构,具有四个构件(包括机架)的低副机构。 平面铰链四杆机构——构件间用四个转动副相连接的平面四杆机构,简称铰链四杆机构。 第二节、铰链四杆机构的组成与分类 四杆机构的组成:铰链四杆机构是由转动副联接起来的封闭系统。 其中被固定的杆4称为机架,不直接与机架相连的杆2称之为连杆,与机架相连的杆1和杆3称之为连架。 凡是能作整周回转的连架杆称之为曲柄,只能在小于360度的范围内作往复摆动的连架杆称之为摇杆。 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。 一、曲柄摇杆机构: 在铰链四杆机构中的两连架杆,如果一个作为曲柄,另一个作为摇杆,那么该机构就称为曲柄摇杆机构,取曲柄AB为主动件,当曲柄AB做连续等速整周转动时,从动摇杆CD将在一定角度内作往复摆动。由此可见,曲柄摇杆机构能将主动件的整周回转运动转换成从动件往复摆动。剪刀机是通过原动机驱动曲柄转动,通过连杆带动摇杆往复运动,实现剪切工作。用来调整雷达天线的仰角和俯角的曲柄摇杆机构。 汽车前窗的雨刮器,当主动曲柄AB回转时,从动件摇杆作往复摆动,利用摇杆的延长部分实现刮雨动作。 在曲柄摇杆机构中,当摇杆为主动件时,可将摇杆的往复摆动经连杆转为曲柄的连续旋转运动。在生产中应用很广泛。缝纫机的踏板机构,当脚踏板(相当于摇杆)作往复摆动时,通过连杆带动曲柄(相当于曲柄)作连续运动,使缝纫机实现缝纫工作。 二、双曲柄机构:

平面连杆机构

第三章平面连杆机构 一、要点解析 平面连杆机构是多构件的低副机构。其中,最基本的平面连杆机构由四个构件组成,称为平面四杆机构。主要讲述平面四杆机构的基本类型、特性、应用及常用设计方法。 (一)平面四杆机构的类型 全部用转动副相连的平面四杆机构称为铰链四杆机构。它的基本型式是按连架杆的运动形式区分的,应明确连杆、连架杆、整转副、曲柄及摇杆等基本概念。 1.铰链四杆机构的基本形式 铰链四杆机构根据两连架杆的运动形式不同,可分为三种形式: (1)曲柄摇杆机构 若在铰链四杆机构的两个连架杆中,一个为曲柄,另一个为摇杆,则此四杆机构称为曲柄摇杆机构。 (2)双曲柄机构 若四杆机构的两个连架杆均为曲柄,则此四杆机构称为双曲柄机构。 (3)双摇杆机构 若四杆机构的两个连架杆均为摇杆,则此四杆机构称为双摇杆机构。 2.铰链四杆机构有整转副和曲柄的条件 (1)机构中是否存在具有整转副的构件,仅取决于机构中各构件的相对长度。不难证明,若机构满足“最短构件与最长构件的杆长之和不大于其余两构件的杆长之和”的条件,则机构中存在具有两个整转副的构件,且必为最短构件。 (2)曲柄存在条件 在铰链四杆机构中,两个构件之间所构成的转动副是否为整转副,只是这两个构件之间的相对运动关系,与取哪个构件为固定件无关。因此,当铰链四杆机构具有两个整转副时,若取不同的构件为固定机架,将分别获取三种型式的机构:最短杆为连架杆时得到曲柄摇杆机构,最短杆为机架时得到双曲柄机构,最短杆为连杆时得到双摇杆机构。 综上所述,判别铰链四杆机构的型式首先要根据机构中各构件的相对杆长条件,确定机构中是否存在具有整转副的构件。显然,若机构中不存在整转副时,无论取哪个构件为机架,都只能得到双摇杆机构;当机构满足整转副条件时,则需要根据选取哪个构件为固定机架来确定该机构的型式。 3.铰链四杆机构的演化 (1)铰链四杆机构的演化型式和途径 通过机架变换、改变构件相对长度以及变回转副为移动副等各种途径,铰链四杆机构可

连杆机构

第四章连杆机构 平面连杆机构是将各构件用转动副或移动副联接而成的平面机构。最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的,简称平面四杆机构。它的应用非常广泛,而且是组成多杆机构的基础。 4-1 铰链四杆机构的基本形式和特性 全部用回转副组成的平面四杆机构称为铰链四杆机构,如图4-1所示。机构的固定件4称为机架;与机架用回转副相联接的杆1和杆3称为连架杆;不与机架直接联接的杆2称为连杆。能作整周转动的连架杆,称为曲柄。仅能在某一角度摆动的连架杆,称为摇杆。对于铰链四杆机构来说,机架和连杆总是存在的,因此可按照连架杆是曲柄还是摇杆,将铰链四杆机构分为三种基本型式:曲柄摇杆机构 ............ ......、双曲柄机构和双摇杆机构。 图4-1 铰链四杆机构 一、曲柄摇杆机构 在铰链四杆机构中,若两个连架杆中,一个为曲柄,另一个为摇杆,则此铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。 图4-2所示为调整雷达天线俯仰角的曲柄摇杆机构。曲柄1缓慢地匀速转动,通过连杆2使摇杆3在一定的角度范围内摇动,从而调整天线俯仰角的大小。 图4-2 雷达天线俯仰角调整机构 图4-3a所示为缝纫机的踏板机构,图b为其机构运动简图。摇杆3(原动件)往复摆动,通过连杆2驱动曲柄1(从动件)作整周转动,再经过带传动使机头主轴转动。

图4-3 缝纫机的踏板机构 下面详细讨论曲柄摇杆机构的一些主要特性: 1.急回运动 如图4-4所示为一曲柄摇杆机构,其曲柄AB在转动一周的过程中,有两次与连杆BC 共线。在这两个位置,铰链中心A与C之间的距离AC1和AC2分别为最短和最长,因而摇杆CD的位置C1D和C2D分别为两个极限位置。摇杆在两极限位置间的夹角ψ称为摇杆的摆 角。 图4-4 曲柄摇杆机构的急回特性 当曲柄由位置AB1顺时针转到位置AB2时,曲柄转角ϕ1=180+θ,这时摇杆由极限位置 C1D摆到极限位置C2D,摇杆摆角为ψ;而当曲柄顺时针再转过角度ϕ2=180-θ时,摇杆由位 置C2D摆回到位置C1D,其摆角仍然是ψ。虽然摇杆来回摆动的摆角相同,但对应的曲柄 转角却不等(ϕ1>ϕ2);当曲柄匀速转动时,对应的时间也不等(t1>t2),这反映了摇杆往复摆动的

平面连杆机构特点及应用

平面连杆机构特点及应用 平面连杆机构是一种由连杆和连接点组成的机械装置,它可以转换旋转运动为直线运动或者直线运动为旋转运动。它由于结构简单,使用方便,因此在机械工程中具有广泛的应用。 平面连杆机构的特点是: 1. 结构简单,由少量的连杆和连接点组成,易于制造和装配。 2. 运动准确,通过合理设计,平面连杆机构可以实现规定的运动轨迹,具有较高的运动准确性。 3. 运动速度可调,通过调整连杆的长度,可以改变连杆机构的速度比,从而调整输出端的运动速度。 4. 负载均衡,平面连杆机构能够根据负载的大小,自动分配力的作用方向与大小,实现负载均衡。 5. 运动部件相对比较少,摩擦损失小,效率较高。 平面连杆机构的应用非常广泛,以下是其中几个典型的应用领域: 1. 发动机:在内燃机中,连杆机构将发动机的往复运动转化为旋转运动,带动曲轴实现发动机的工作。 2. 汽车悬挂系统:在汽车悬挂系统中,平面连杆机构可以通过改变连杆的长度和连接点的位置,调整汽车底盘和车轮的相对位置,实现悬挂系统的弹性调节。 3. 工业机器人:平面连杆机构常被应用于工业机器人的关节处,通过控制连杆的长度和运动轨迹,实现机器人的准确定位和运动控制。

4. 印刷机:平面连杆机构可以将旋转运动转化为直线运动,用于控制印刷机纸张的进给和印版的压印,提高印刷精度。 5. 机械手臂:平面连杆机构可以被用于机械手臂的关节处,通过控制连杆的长度和运动轨迹,实现机械手臂的运动控制和精确抓取。 总之,平面连杆机构由于其结构简单、运动准确、运动速度可调、负载均衡等特点,在机械工程中具有广泛的应用前景。无论是在发动机、汽车悬挂系统、工业机器人、印刷机还是机械手臂等领域,平面连杆机构都能够发挥重要的作用,实现运动控制和精确定位。

平面连杆机构的原理

平面连杆机构的原理 平面连杆机构是一种常见的机械结构,由多个连杆和铰链连接而成,可以用来将直线运动转换为旋转运动,或者将旋转运动转换为直线运动。在许多机械设备中都有广泛应用,如发动机、车辆悬挂系统、机床等。 平面连杆机构的基本原理是将一个或多个连杆通过铰链连接,在固定中心的约束下,使得其中一个连杆能够做直线运动,同时通过其他连杆的传动,实现其他连杆的相应运动。 平面连杆机构主要有四个元素构成:铰链、连杆、零件和运动副。铰链是连接连杆的重要部件,它能够实现连杆之间的转动。连杆是平面连杆机构的主要承载部件,它通过铰链与其他连杆连接。零件则是用来实现或限制机构特定运动的部件,如轴、轴承等。而运动副是指由连杆和铰链组成的连接机构。 平面连杆机构的工作原理基于几何学和运动学原理。在平面连杆机构中,每个连杆都有固定的约束方式,通过连接在一起的铰链,连杆的运动受到约束,从而实现机构的转动或平移运动。根据不同的铰链连接方式和连杆排列,可以实现不同的运动形式。 平面连杆机构根据连杆的布置和铰链连接方式可以分为多种类型,如四杆机构、曲柄摇杆机构、双曲柄机构等。其中,最简单的四杆机构由四个连杆和四个铰链组成,其中两个连杆平行排列,被称为基本杆件,另外两个连杆与基本杆件相交

连接。这种结构能够实现连杆的平移和转动。 在四杆机构中,曲柄摇杆机构是应用最广泛的一种。曲柄摇杆机构由三个连杆和一个铰链组成,其中一个连杆受到驱动力的作用,通过曲柄的旋转实现连杆的转动,从而将驱动力转化为所需的运动。曲柄摇杆机构常用于内燃机中,通过曲柄的旋转将往复直线运动转化为旋转运动,使得发动机能够正常工作。 平面连杆机构还可以通过变动连杆的角度、长度和位置来调节机构的工作性能,如运动速度、运动轨迹和输出力。通过改变连杆的设计参数,可以实现不同的机构运动特点,满足不同应用的需求。 总之,平面连杆机构是一种通过连杆和铰链连接的机械结构,可以将直线运动转换为旋转运动,或者将旋转运动转换为直线运动。它的工作原理是基于几何学和运动学原理,通过连杆的约束和铰链的运动实现机构的转动和平移。在实际应用中,平面连杆机构具有广泛的用途,可以通过调节连杆的参数来实现不同的运动特性。

平面连杆机构习题及答案及平面连杆机构习题及解答

平面连杆机构 一、填空: 1.由一些刚性构件用转动副和移动副相互连接而组成的在同一平面或相互平行平面内运动的机构称为平面连杆机构。 2.铰链四杆机构按两连架杆的运动形式,分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本类型。 3. 在铰链四杆机构中,与机架用转动副相连,且能绕该转动副轴线整圈旋转的构件称为曲柄;与机架用转动副相连,但只能绕该转动副轴线摆动的构件摇杆;直接与连架杆相联接,传递运动和动力的构件称为连杆。 4.铰链四杆机构有曲柄的条件(1)连架杆和机架中必有一杆是最短杆;(2)最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和。(用文字说明) 5. 图1-1为铰链四杆机构,设杆a最短,杆b最长。试用式子表明它构成曲柄摇杆机构的条件: (1)__a+b≤c+d_____。 (2)以__b或d__为机架,则__a__为曲柄。

图1-1 6.在铰链四杆机构中,当最短构件和最长构件的长度之和大于其他两构件长度之和时,只能获得双摇杆机构。 7.如果将曲柄摇杆机构中的最短杆改作机架时,得到双曲柄机构;最短杆对面的杆作为机架时,得到双摇杆机构。 8. 当机构有极位夹角θ时,则机构有急回特性。 9.机构中传动角γ和压力角α之和等于90°。 10.通常压力角α是指力F与C点的绝对速度v c之间间所夹锐角。 二、选择题: 1.在曲柄摇杆机构中,只有当 C.摇杆为主动件时,才会出现“死点”位置。 A.连杆 B.机架 C.摇杆D.曲柄 2.绞链四杆机构的最短杆与最长杆的长度之和,大于其余两杆的长度之和时,机构 B.不存在曲柄。 A.有曲柄存在 B.不存在曲柄 C. 有时有曲柄,有时没曲柄 D. 以上答案均不对

02平面连杆机构的设计计算

02平面连杆机构的设计计算 设计计算是指根据设计要求和机构参数进行计算,以确定机构的尺寸、材料和工作性能等技术指标的过程。本文将介绍02平面连杆机构的设计 计算,包括机构类型选择、杆件尺寸设计和运动性能分析等。 一、机构类型选择 1.传动比要求:根据实际需要确定机构的传动比,即输入与输出杆件 的运动比值。 2.运动要求:根据机构所需完成的运动类型和精度要求,选择适合的 机构类型。 3.结构紧凑度:考虑机构安装空间、结构合理性和制造工艺等因素, 选择紧凑、易制造的机构类型。 二、杆件尺寸设计 杆件尺寸设计是机构设计的关键环节,决定着机构的强度、刚度和运 动特性。具体步骤如下: 1.确定负荷:根据使用条件和设计要求,确定机构的负荷、转矩和速 度等参数。 2.计算受力:根据杆件的位置和受力情况,计算杆件的拉压应力和弯 矩等。 3.材料选择:根据受力情况和材料性能,选择合适的材料,如碳钢、 合金钢等。

4.尺寸计算:根据受力计算结果,计算杆件的截面尺寸、直径和长度等。 5.强度校核:根据材料强度和尺寸,进行强度校核,确保杆件在工作 条件下不发生破坏。 6.刚度分析:根据杆件尺寸和连接方式,计算机构的刚度和变形情况,确保机构的工作精度。 三、运动性能分析 运动性能分析是对机构运动特性进行计算和评估的过程,对于确定机 构的工作性能和优化设计具有重要意义。具体步骤如下: 1.运动解析:根据机构的运动模式和约束条件,进行运动解析,得到 机构的运动方程和转角速度等。 2.运动参数计算:根据机构的运动方程和参数,计算机构的位移、速度、加速度和滑动速度等。 3.动力学分析:对机构的动力学特性进行计算和分析,包括惯性力、 弹性力和粘性力等。 4.稳定性分析:对机构的稳定性进行分析,确保机构的运动平稳和可 靠性。 5.优化设计:根据运动性能分析结果,对机构的参数和结构进行优化 设计,提高机构的工作效率和精度。 总结:

平面连杆机构实验心得

平面连杆机构实验心得 在进行平面连杆机构实验的过程中,我们深入了解了连杆机构的结构 特点和运动规律,学到了很多有关连杆机构的基础知识。以下是我在实验 中的心得体会: 首先,在实验前,我们需要对连杆机构的基本结构有一定的了解。连 杆机构由若干个连杆和连接件组成,通过连接件使连杆之间形成固定的相 对运动关系。在实验过程中,我们需要仔细观察和研究设计图纸,了解连 杆机构的结构特点和运动规律,确定实验的目标和方法。 其次,在实验过程中,我们需要精确测量并记录各个连杆的长度、角 度和运动轨迹等参数。这些参数对于理解和分析连杆机构的运动规律非常 重要。如果实验数据不准确或漏掉了一些重要参数,可能导致我们不能准 确地得出结论或者得出错误的结论。因此,在实验过程中,我们要仔细操 作并反复测量,确保数据的准确性和完整性。 另外,在实验中,我们还需要注意对连杆机构的运动进行动态观察和 分析。由于连杆机构通常具有多个自由度,每个连杆的运动都会对整个机 构的运动产生影响。因此,我们需要观察每个连杆的运动轨迹和相对位置 的变化,并将这些变化与理论知识进行对比和分析。只有通过动态观察和 分析,我们才能深入理解连杆机构的运动规律,并将其应用于实际工程。 此外,我们还要注意实验中的安全问题。连杆机构通常是由金属材料 制成,有一定的重量和运动速度,因此在操作和观察过程中要格外小心, 防止发生意外。我们要佩戴安全帽和护目镜,保持实验现场的清洁和整洁,避免发生摔倒或碰撞等事故。同时,我们要遵守实验室的规定和要求,保 持团队的协作和配合,确保实验的顺利进行。

最后,在实验之后,我们要及时总结和分析实验结果。通过对数据的分析和对比,我们可以得出结论,并对实验过程和方法进行评价和改进。同时,我们还可以思考和探索一些问题,进一步扩展和应用连杆机构的知识。通过实验的过程和结果,我们可以深入理解和掌握连杆机构的原理和应用,为以后的学习和研究奠定坚实的基础。 综上所述,平面连杆机构实验是一次有意义和有挑战性的实践活动。通过实验,我们不仅巩固了理论知识,还锻炼了操作技能和动态观察和分析能力。通过实践的过程,我们才能真正理解和应用连杆机构的原理和规律,为以后的学习和研究打下坚实的基础。因此,我认为平面连杆机构实验是一次非常有价值和意义的学习经历。

(完整版)平面连杆机构

机械基础一轮复习资料 (平面连杆机构) 【复习要求】 1. 了解铰链四杆机构的三种基本类型、特点及应用; 2. 掌握三种基本形式的判别条件; 3. 了解四杆机构的演化形式及应用; 4. 了解“死点”位置产生的原因、克服方法及应用; 5. 了解急回运动特性及其应用。 【知识网络】 【知识精讲】 一、平面连杆机构 由一些刚性构件用转动副和移动副相互联接而组成的在同一平面或相互平行的平面内运动的机构。注当平面四杆机构中的运动副都是转动副时称为铰链器杆机构。

三、铰链四杆机构三种基本形式的组成条件(见表) 四、铰链四杆机构的演化和应用(见表) 注:四杆机构的演化形式都可以看作是改变四杆机构某些构件的形状、相对长度或选择不同构件作为机架而获得的。 五、铰链四杆机构的特性 1. “死点”位置(以曲柄摇杆机构为例) (1)“死点”位置的产生:摇杆为主动件曲柄为从动件时,当摇杆处于两极限位置时,连杆与曲柄出现两次共线,此时曲柄上所受的力通过曲柄转动的中心,转动力矩为零,从动件不动,机构停顿。

(2)机构在“死点”位置时,将出现从动件转向不确定或卡死不动。 (3)克服“死点”位置的措施:利用自重、加飞轮、增设辅助机构或机构错列。 (4)“死点”位置出现的利与弊:对传动机构来说,“死点”位置的出现是不利的,应设法予以避免, 而工程中某些工作要求(如连杆式夹具的夹紧)就是利用“死点”位置来实现的。 2. 急回运动特性 (1)定义:机构空回行程的平均速度大于工作行程平均速度的性质。 (2)意义:利用急回运动特性可缩短空回行程时间,提高生产效率。 (3)行程速比系数(K)和极位夹角(9)行程速比系数是从动件空回行程平均速度与从动件工作行程平均速度的比值,其大小反应急回特性;极位夹角是主动曲柄与连杆两次共线位置时的夹角。 K=(180° +9)/(180 °-9)或9=180°(K -1)/(K+1) 注K > 1或9>0°时机构具有急回特性;摆角(小是指摇杆两极限位置的夹角。 (4)具有急回运动特性的常见机构曲柄摇杆机构(曲柄主动件)、摆动导杆(曲柄主动件)、双曲柄机构( 平行双曲柄机构除外)、曲柄滑块机构(曲柄为主动件)等。 【边缘知识】 压力角、传动角及其对机构传力性能的影响: 1. 压力角:从动件C点所受力F的方向与C点的绝对速度u C方向间所夹的锐角(a)(见图)传动角:压力角的余角(丫) (见图)。 2. 压力角(或传动角)是判别机构传力性能的重要参数。 F可分解为两个力;

平面连杆机构重点知识点

平面连杆机构重点知识点 平面连杆机构是工程学中常见的一种机械结构,它由多个连杆和关节连接而成,用于转换和传递运动和力。本文将从基本概念、结构特点、运动分析和应用领域等方面介绍平面连杆机构的重点知识点。 一、基本概念 1.连杆:连杆是平面连杆机构的基本组成部分,它是一根刚性杆件,通 过关节连接在一起。常见的连杆有曲柄、连杆、摇杆等。 2.关节:关节是连接连杆的装置,它可以实现两个连杆之间的转动或者 固定。常见的关节有铰链关节、滑动关节等。 二、结构特点 1.四杆机构:平面连杆机构中最简单的一种是四杆机构,它由四个连杆 和四个铰链关节连接而成。四杆机构有很好的刚性和稳定性,常用于传输力和转动力矩。 2.多杆机构:除了四杆机构,平面连杆机构还可以由多个连杆组成,形 成不同的结构形式。多杆机构可以实现更复杂的运动轨迹和力传递方式。 三、运动分析 1.运动副类型:平面连杆机构的运动可以分为旋转运动和滑动运动两种 类型。旋转运动是指连杆绕某个固定轴线旋转,滑动运动是指连杆在平面上的直线运动。 2.运动规律:通过对连杆机构的运动进行分析,可以得到连杆的角速度、 角加速度和线速度等运动规律。这些规律对于机构的设计和控制非常重要。 四、应用领域 1.机械工程:平面连杆机构是机械工程中常见的传动装置,广泛应用于 各种机械设备中。例如,发动机中的曲轴连杆机构用于将活塞运动转换为旋转运动。 2.机器人学:平面连杆机构也是机器人学中常见的一种机构形式。通过 设计不同的连杆参数和关节位置,可以实现机器人的特定运动轨迹和动作。 3.汽车工程:汽车中的悬挂系统和转向系统中常使用平面连杆机构。这 些机构可以提供稳定的悬挂和灵活的转向性能。 总结:

平面连杆机构的基本类型及演化

平面连杆机构的基本类型及演化 一.平面连杆机构的基本类型和应用 平面连杆机构按照杆件树木的多少可以分为四杆机构、六杆机构和多干机构。 1•曲柄摇杆机构2.双曲柄机构(双曲柄机构中还有平行四边形机构和反平行四边形机构)3•双摇杆机构 二.平面四边形机构的演化及应用 1•曲柄滑块机构2.偏心轮机构3•摇块机构和定块机构4•导杆机构5•双滑块机构(其中双滑块机构包括正弦机构、双转块机构、双滑块机构) 平面机构的工作特性 一、平面四杆机构有曲柄的条件 在平面四杆机构中,有的连架杆能作正周转动而成为曲轴,而有的连架杆只能在一定的角度范围内摆动而成为摇杆。 由以上根据三角形的边长关系可以得到曲柄、连杆、摇杆、机架中曲柄a是最短的。而另外的三个构件b,c,d中总有一个是最长的,故,由此可得最短杆和最长杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和。综上分析可得以下几点。 1、当ad时,铰链四杆机构有曲柄的条件 (1)机架为最短杆。

(2)最短杆和最长杆的长度之和小于或等于其余两杆之和。 3、铰链四杆机构有曲柄的条件 (1)连架杆和最短杆必有一杆为最短杆。 (2)最短杆和最长杆的长度之和小于或等于其余两杆之和。 4、根据铰链四杆机构有曲柄的条件,得出以下推论。 (1)若铰链四杆机构中的最短杆和最长杆的长度之和大于其余两杆长度之和,则无论去任何杆作为机架,都无曲柄存在,机构为双摇杆机构。 (2)若铰链四杆机构的最长杆和最短杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和,则有以下三种类型: CD若连杆是最短杆,则得双摇杆机构。 ②若两连架杆之一是最短杆,则该连架杆为曲轴,另一连架杆为摇杆,则得曲轴摇杆机构。 ③若机架为最短杆,则与机架相邻的两连架杆均为曲柄,得双曲柄机构。

6平面连杆机构

6平面连杆机构 平面连杆机构 一、平面连杆机构概述 1.概述 由转动副和移动副相互连接而组成的在同一平面或相互平行平面内运动的机构。最常用的平面连杆机构是四杆机构。用四个转动副相连的平面四杆机构,称铰链四杆机构。 2.组成 固定不动的构件称为机架(又称静件、固定件)。 机构中不与机架相连的构件称为连杆。 与机架用低副相连的构件称为连架杆。分成曲柄和摇杆两种。 曲柄——与机架用转动副相连且能绕该转动副轴线整圈旋转的构件。 摇杆——与机架用转动副相连但只能绕该转动副轴线摆动的构件。 二、铰链四杆机构的基本类型 三种基本类型:曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。 1.曲柄摇杆机构

2.双曲柄机构 具有两个曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。 3.双摇杆机构 具有两个摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。 三、铰链四杆机构曲柄存在的条件 1.分析 由?AC1D可得:b-a+c?d;b-a+d?c。由?AC2D可得:b,a?c+d。a+d?b+c a+c?b+d a+b?c+d

a?b;a?c;a?d 2.曲柄存在的条件 最短杆与最长杆长度之和必小于或等于其余两杆长度之和。 3.铰链四杆机构三种基本类型的判别方法 (1)若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和,则: 1)取最短杆为连架杆时,构成曲柄摇杆机构; 2)取最短杆为机架时,构成双曲柄机构; 3)取最短杆为连杆时,构成双摇杆机构。 (2)若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和,则无曲柄存在,只能构成双摇杆机构。 四、急回特性 摇杆摆动时空回行程的平均速度却大于工作行程的平均速度(即v2,v1),这种性质称为机构的急回特性。 机构的急回特性用急回特性系数K(又称行程速度变化系数)表示 。

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