机械设计基础 第3版 教学课件 作者 王大康 第三章 平面连杆机构.ppt

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1、第三章平面连杆机构第三章平面连杆机构平面连杆机构中以四个构件组成的平面四杆机构(简称四杆机构)应用最为广泛,本章主要介绍四杆机构的设计方法。平面连杆机构由若干构件通过低副连接组成,所有构件在同一平面或相互平行平面内运动的机构,又称平面低副机构。曲柄234连杆1摇杆机架优点是:运动副为面接触,压强较小,磨损较轻,便于润滑,故可承受较大载荷;低副几何形状简单,加工方便;能实现较复杂的运动轨迹。缺点是:运动副的制造误差会引起误差累积较大,致使惯性力较大;不易实现精确的运动规律,因此,连杆机构不适宜高速传动。第一节铰链四杆机构的基本形

2、式及应用铰链四杆机构-运动副均采用转动副的四杆机构组成:曲柄1:作整周转动连杆2:平面运动(平动+转动)摇杆3:角内作变速摆动机架4:固定杆铰链四杆机构按两连架杆的运动形式不同分为三种基本形式:即曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。一、曲柄摇杆机构若铰链四杆机构的两个连架杆,一个为曲柄,另一个为摇杆,则该机构为曲柄摇杆机构。曲柄和摇杆均可作为原动件,当曲柄为原动件时,摇杆作变速往复摆动。铰链四杆机构a)曲柄摇杆机构b)双曲柄机构c)双摇杆机构实例:曲柄为原动件雷达天线俯仰机构和面机机构实例:摇杆为原动件1234曲轴踏板连杆

3、缝纫机的踏板机构二、双曲柄机构两个连架杆都是曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。图示惯性筛中的铰链四杆机构就是双曲柄机构。主动曲柄1等速转动,从动曲柄3变速转动,通过附加连杆5带动筛6作变速反复运动。1234惯性筛机构56双曲柄机构的特殊情况1.正平行四边形机构ABCD当主动曲柄AB作等速转动时,从动曲柄CD以相同的角速度沿同一方向转动,连杆BC作平动。正平行四边形机构具有等传动比特点,故在机械中应用较多。实例:机车车轮联动机构;万能绘图仪等。机车车轮联动1、3、4-曲柄;2-连杆;5-机架结构特点:对边相等且平行。2.反平行四

4、边形机构结构特点:对边相等,但不平行。当主动曲柄作等速转动时,从动曲柄作反向变速转动。ABDC汽车车门启闭机构正平行四边形机构的运动不确定性正平行四边形机构在一个运动循环中,四个构件两次共线,致使机构可能两次出现运动不确定状态。此时,从动曲柄可能会发生变向转动,变成反正平行四边形机构。避免措施:a)利用从动曲柄本身的质量或附加飞轮的惯性导向。b)采用两套相同机构,错开死点位置。三、双摇杆机构两个连架杆都是摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。实例:飞机起落架机构鹤式起重机机构等腰梯形机构结构特点:两个摇杆的长度相等。汽车转弯时,要

5、求整个车身绕一点转动,使四个车轮均能在地面上做纯滚动,避免轮胎与路面滑动而损伤。等腰梯形机构能近似满足这一要求。汽车前轮转向机构第二节铰链四杆机构的传动特性一、急回运动性质和行程速比系数设计机器时,常要求机器的执行机构在工作行程以较低的速度运动,以获得较大的工作力。而回程以较高的速度运动,以提高机器的工作效率。这就是急回特性。曲柄摇杆机构1.摇杆的极限位置曲柄摇杆机构,曲柄AB转动一周,两次与连杆BC共线。这两个位置为极限位置。2.摆角ψ摆杆两极限位置间的夹角。3.极位夹角θ曲柄与连杆两次共线时,曲柄两位置所夹的锐角。4.行程

6、速比系数K曲柄沿顺时针方向匀速转动,ABCD为曲柄摇杆机构的任意工作位置。当曲柄转到AB1位置时,曲柄与连杆重叠成一条直线;当曲柄转到AB2位置时,曲柄与连杆拉直成一条直线。急回运动特性可用行程速比系数K表示,即将上式整理后,可得极位夹角的计算公式:注意:曲柄摇杆机构的急回运动性质,取决于极位夹角。若=0,K=1,则该机构没有急回运动性质;若>0,K>1,则该机构具有急回运动性质,且角越大,K值越大,急回运动性质也越显著。对于要求具有急回运动性质的机械,可根据K值,计算出角,以便设计出各杆的尺寸。二、压力角和传动角α

7、FFtv1.压力角α从动件所受压力F与受力点速度之间所夹的锐角称为压力角。有效分力:Ft=Fcosαα是影响机构传力性能的主要因素压力角越小,机构的传力性能越好,理想情况是=0。γ2.传动角γ压力角的余角称为传动角。α+γ=9003.四杆机构的压力角及传动角传动角γ是连杆与从动件(摇杆)间所夹的锐角。越小,越大,机构的传力性能越好。4.许用值一般传动:〔γ〕=400即:γmin≥400高速大功率传动:〔γ〕=500即:γmin≥500四杆机构的压力角和传动角机构运转过程中,传动角(或压力角)是变化的,为了保证机构

8、能正常工作,常取最小传动角min大于或等于许用传动角[]5.最大压力角及最小传动角的确定机构在运动过程中,压力角是变化的,是从动构件位置的函数。曲柄摇杆机构的最小传动角min出现在图中的曲柄与机架共线时的其中一个位置即AB′或AB″处。四杆机构的压力角和传动角三、死点位

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