铰链四杆资料.pptx

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1、第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构5.1.1 平面连杆机构的定义平面连杆机构的定义 是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。作用：传递运动、放大位移或改变位移的性质第1页/共49页5.1.2 铰链四杆机构铰链四杆机构 的定义 构件间用四个转动副相连的平面四杆机构。5.1.3 铰链四杆机构铰链四杆机构的优缺点 承受载荷大，便于润滑承受载荷大，便于润滑 制造方便，易获得较高的精度制造方便，易获得较高的精度 两构件之间的接触靠几何封闭实现两构件之间的接触靠几何封闭实现 实现多种运动规律和轨迹要求实现多种运动规律和轨迹要求优点：缺点：惯性力不易平衡惯性

2、力不易平衡 不易精确实现各种不易精确实现各种运动规律和轨迹要求运动规律和轨迹要求第2页/共49页5.2 铰链四杆机构的基本型及其演化铰链四杆机构的基本型及其演化机 架固定不动的构件。连 杆 机构中不与机架相连的构件。连架杆机构中与机架用低副相连的构件。曲柄摇杆1234ABCD连杆连杆连架杆连架杆机架机架连架杆连架杆第3页/共49页铰链四杆机构铰链四杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双曲柄机构双摇杆机构双摇杆机构5.2.1铰链四杆机构的基本型式 第4页/共49页 若若连连架架杆杆中中能能作作360360转转动动的的(如如杆杆1)1)称称为为曲曲柄柄，对对应应的的转转动动副副A A称称为为整

3、整转转副副,在在运运动简图中用单向圆弧箭头表示；动简图中用单向圆弧箭头表示；若若仅仅能能在在小小于于360360范范围围内内摆摆动动，则则称称为为摇摇杆杆(如如杆杆3)3)或或摆摆杆杆，对对应应的的转转动动副副D D称称为摆动副为摆动副,在运动简图中用双向圆弧箭头表示。在运动简图中用双向圆弧箭头表示。1 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构！第5页/共49页 曲柄摇杆机构的应用 第6页/共49页 双曲柄机构及其应用 2 双曲柄摇杆机构连架杆2、4均为曲柄双曲柄摇杆机构！第7页/共49页 天平中的平行四边形机构 第8页/共49页3 双摇杆机构 连架杆2、4均为摇杆，仅能在有限的范围内摆动双摇杆机构！第9页/

4、共49页 双摇杆机构及其在鹤式起重机中的应用 第10页/共49页5.2.2 铰链四杆机构的演化 移动副可以认为是由转动副演化而来的。图(a)是四铰链机构。连杆2上的铰链C由于受摇杆3的控制，它的轨迹是以点D为圆心、以杆长lCD为半径的圆弧kC。第11页/共49页如果在机架4上装设一个同样轨迹的圆弧槽kC，而把摇杆3做成滑块的形式置于槽中滑动，如图(b)所示，则滑 块 3与 机 架 4所组成的移动副就取代了点D的转动副。第12页/共49页这时，连杆2上 的 C点的运动情况，将完全相同于有转动副D时的情况。圆弧槽kC的圆心即相当于 摇 杆 3的转动轴D，圆弧槽kC的半径即相当于 摇 杆 3的长度l

5、CD。第13页/共49页1、曲柄滑块机构 曲柄滑块机构 第14页/共49页 曲柄滑块机构中，当滑块移动的导路中心线通过曲柄 回转中心A时，称为对心曲柄滑块机构；否则为偏置曲柄滑块机构，e为偏距第15页/共49页2、转动导杆机构 回转导杆机构以及刨床机构 滑块3在导杆4上滑动，并随连架杆2一起转动，称为导杆机构。杆2和导杆4均可作圆周运动，称为转动导杆机构第16页/共49页3、曲柄摇块机构和摆动导杆机构 曲柄摇块机构和摆动导杆机构 连杆2固定为机架，构件4变为滑块，构件3变成导杆，则导杆3只能作摆动第17页/共49页 右图所示的是自卸卡车的翻斗机构。其中摇块3做成绕定轴C摆动的油缸，导杆4的一端

6、固结着活塞。油缸下端进油，推动活塞4上移，从而推动与车斗固结的构件1，使之绕点B转动，达到自动卸料的目的。这种油缸式的摇块机构，在各种建筑机械、农业机械以及许多机床中得到了广泛的应用。自卸卡车中的摇块机构第18页/共49页 右图所示的是刨床或送料装置中使用的六杆机构。其中的构件1、2、3和4组成摆动导杆机构，用来把曲柄1的连续转动变为导杆3的往复摆动，再通过构件5使滑块6作往复移动，从而带动刨床的刨刀进行刨切，或推动物料实现送进的目的。摆动导杆机构的导杆也具有急回作用。刨床中的摆动导杆机构 第19页/共49页5.2.3 定块机构 如果把曲柄滑块机构中的滑块作为机架，如图(a)所示，则得到移动导

7、杆4在固定滑块3中往复移动的定块机构。在图(b)中，固定滑块3成为唧筒外壳，移动导杆4的下端固结着汲水活塞，在唧筒3的内部上下移动，实现汲水的目的。第20页/共49页5.2.4 含有两个移动副的四杆机构 曲柄滑块机构演变双滑块机构 杆2由连杆变为滑块，则C处2、3由转动副变为移动副；C趋于无穷远时，C由转动副变为移动副第21页/共49页表5-1 四杆机构的几种形式 第22页/共49页5.3铰链四杆机构曲柄存在的条件和概念 5.3.1 四铰链机构中曲柄存在的条件 在机构中，具有整转副的构件占有重要的地位，因为只有这种构件才能用电机等连续转动装置来带动。如果这种构件与机架相铰接(亦即是连架杆)，则

8、该构件就是一般所指的曲柄。机构中具有整转副的构件是关键性的构件。第23页/共49页在右图所示的曲柄摇杆机构中，假设各个构件的长度分别为a、b、c和d，而且ad。在曲柄AB转动一周的 过 程 中，曲 柄AB必定与连杆BC有两个共线的位置（曲 柄 转 至 B1，B2处）。曲柄摇杆机构中的几何关系 第24页/共49页根据三角形两边之和大于第三边的几何定理，由AC2D有 c+da+b b-a+dcb-a+cd 由AC1D 将以上三式进行整理，并且考虑可能存在四杆共线时取等号的情况，得到 a+bc+da+cb+da+db+c 第25页/共49页将以上三式两两相加，经过化简后得到 abacad 可见，曲柄

9、1是机构中的最短杆，并且最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和，我们把这种杆长之和的关系简称为杆长之和条件。第26页/共49页双曲柄机构双曲柄机构双摇杆机构双摇杆机构双摇杆机构双摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构若满足：若若满足：若最短杆邻边最短杆邻边为固定杆为固定杆-曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 若若最短杆最短杆为固定杆为固定杆-双曲柄机构双曲柄机构 若若最短杆对边最短杆对边为固定杆为固定杆-双摇杆机构双摇杆机构 若不满足：若不满足：-双摇杆机构双摇杆机构先判断是否满足先判断是否满足杆长条件杆长条件：第27页/共49页 【例1】在图3-1所示四铰链机构中，已知：b50mm，c35 mm

10、，d30mm，AD为固定件。(1)如果能成为曲柄摇杆机构，且AB是曲柄，求a的极限值。(2)如果能成为双曲柄机构，求a的取值范围。(3)如果能成为双摇杆机构，求a的取值范围。图3-1 四铰链机构第28页/共49页 解：(1)若能成为曲柄摇杆机构，则机构必须满足“杆长之和的条件”，且AB应为最短杆。因此 b+ac+d 50+a35+30所以 a15mm第29页/共49页 (2)若能成为双曲柄机构，则应满足“杆长之和的条件”，且AD必须为最短杆。这时，应考虑下述两种情况：a50 mm时，BC为最长杆，应满足b+dac50+30a+35所以 a45 mm 45mma50mm 第30页/共49页 a5

11、0mm时，AB为最长杆，应满足a+db+ca+3050+35所以 a55 mm 50 mma55mm将两种情况下得出的结果综合起来，即得a的取值范围为 45 mma55 mm 第31页/共49页 (3)若能成为双摇杆机构，则应该不满足“杆长之和的条件”。这时，需按下述三种情况加以讨论：a30mm时，AB为最短杆，BC为最长杆，则应有a+bc+da+5035+30 所以 a15 mm 15mma30mm 第32页/共49页 50 mma30 mm时，AD为最短杆，BC为最长杆，则应有 d+ba+c30+50a+35 所以 a45mm 30mma45mm 第33页/共49页 a50mm时，AB为最

12、长杆，AD为最短杆，则应有 a+db+ca+3050+35 所以 a55mm 另外，还应考虑到BC与CD杆延长成一直线时，需满足三角形的边长关系(一边小于另两边之和)，即 ab+c+d=50+35+30 a115mm55 mma115 mm 第34页/共49页 将不等式(a)和(b)加以综合，并考虑到式(c)，得出a的取值范围应为 15 mma45mm55 mma115mm 第35页/共49页5.3.2、压力角和传动角、压力角和传动角压力角：压力角：力力F的作用线与力作用点绝对速度的作用线与力作用点绝对速度V所夹的锐角所夹的锐角称为称为压力角压力角。传动角：传动角：压力角的余角压力角的余角称为

13、称为传动角传动角第36页/共49页在其它条件不变的情况下压力角在其它条件不变的情况下压力角越小，作功越小，作功W W越大越大压力角是机构传力性能的一个重要指标，它是力的利用率大小的衡量指标。压力角是机构传力性能的一个重要指标，它是力的利用率大小的衡量指标。第37页/共49页ABCDabcdFFtFn曲柄摇杆机构的压力角曲柄摇杆机构的压力角第38页/共49页ABCDabcdFFtFn第39页/共49页 越小，越小，越大，传力性能越好。越大，传力性能越好。因机构运转时，传动角是变化的，所以应限制传动角的最小值。因机构运转时，传动角是变化的，所以应限制传动角的最小值。设计中，对一般机械：设计中，对一

14、般机械：大功率机械：大功率机械：小功率的控制机构和仪表：小功率的控制机构和仪表：minmin 可略小于可略小于4040minmin 出现在曲柄与机架共线的位置。出现在曲柄与机架共线的位置。第40页/共49页5.3.35.3.3、急回运动和行程速比系数、急回运动和行程速比系数 1 1 极位夹角极位夹角 当机构从动件处于两极限位置时，主动件曲柄在两相应位置所夹的角当机构从动件处于两极限位置时，主动件曲柄在两相应位置所夹的角 ADabd曲柄摇杆机构的极位夹角曲柄摇杆机构的极位夹角第41页/共49页e曲柄滑块机构的极位夹角曲柄滑块机构的极位夹角摆动导杆机构的极位夹角摆动导杆机构的极位夹角第42页/共4

15、9页2.2.急回运动急回运动当曲柄等速回转的情况下，通常当曲柄等速回转的情况下，通常把把从动件往复运动速度快慢不同从动件往复运动速度快慢不同的运动的运动称为急回运动。称为急回运动。DabdccabA主动件主动件a a时间：时间：转角：转角：运动：运动：从动件从动件c c时间：转角：转角：运动：运动：从动件从动件c c的平均的平均角速度：角速度：第43页/共49页通常把从动件往复运动平均速度的比通常把从动件往复运动平均速度的比值值(大于大于1 1)称为行程速比系数，用称为行程速比系数，用K K表示。表示。3 3 行程速比系数行程速比系数K K第44页/共49页5.3.45.3.4、机构的死点位置

16、、机构的死点位置所谓死点位置就是指所谓死点位置就是指从动件的传动角等于零或者压力角等于从动件的传动角等于零或者压力角等于9090 时机构所处的位时机构所处的位置。置。1.1.死点位置死点位置DabdccabA如何确定机构如何确定机构的死点位置？的死点位置？分析分析B B、C C点的压力角点的压力角第45页/共49页曲柄摇杆机构（曲柄摇杆机构（曲柄为主动件曲柄为主动件）的死点）的死点无死点存在无死点存在DA第46页/共49页曲柄摇杆机构（曲柄摇杆机构（摇杆为主动件摇杆为主动件）的死点）的死点ABAB与与BCBC共线时共线时或者或者机构有死点存在机构有死点存在第47页/共49页作 业P97 :5-1 5-2 5-3 5-9第48页/共49页感谢您的观看！第49页/共49页