第二章平面连杆机构 21概述 22铰链四杆机构的基本类型和特性 23铰链四杆机构曲柄存在条件 24铰链四杆机构的演化 25平面四杆机构的设计 26平面多杆机构简介
第二章 平面连杆机构 2.1 概述 2.2 铰链四杆机构的基本类型和特性 2.3铰链四杆机构曲柄存在条件 2.4铰链四杆机构的演化 2.5平面四杆机构的设计 2.6平面多杆机构简介
21概述 平面连杆机构是由若干刚性构件用低副联接而成的平 面机构,故又称为平面低副机构。 特点: 构件运动形式多样; 低副面接触的结构使其具有磨损减小,制造方便, 几何封闭的优点; 只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹,且设计 较为复杂; ·运动中惯性力难以平衡,常用于速度较低的场合
2.1 概述 平面连杆机构是由若干刚性构件用低副联接而成的平 面机构，故又称为平面低副机构。 特 点： • 构件运动形式多样； • 低副面接触的结构使其具有磨损减小，制造方便， 几何封闭的优点； • 只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹，且设计 较为复杂； • 运动中惯性力难以平衡，常用于速度较低的场合
22铰链四杆机构的基本类型和特性 所有运动副均为转动副的平面四杆机构称为铰链四杆机构。 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、双摇杆机 构。 机构的固定件4称为机架,与机架用 转动副相连接的杆1和杆3称为连架杆,连 架杆1或连架杆3如能绕机架上转动副作整 周转动,则称为曲柄,如不能绕机架上转 D动副作整周转动,则称为摇杆,不与机架 相连接的杆2称为连杆。 221曲柄摇杆机构 222双曲柄机构 223双摇杆机构
2.2铰链四杆机构的基本类型和特性 所有运动副均为转动副的平面四杆机构称为铰链四杆机构。 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、双摇杆机 构。 2.2.1 曲柄摇杆机构 2.2.2 双曲柄机构 2.2.3 双摇杆机构
221曲柄摇杆机构 在铰链四杆机构中,若两个连架杆,一个为曲柄,另一个为 摇杄,则此铰链四杄机构称为曲柄摇杄机构。通常曲柄1为原动件, 并作匀速转动;而摇杆3为从动件,作变速往复摆动。 曲柄摇杆机构的主要特性: 急回特性 死点位置 ·压力角和传动角 如左图所示为调整雷达天线 俯仰角的曲柄摇杆机构。由柄1 缓慢地匀速转动,通过连杆2 使摇杆3在一定角度范围内摆 动,以调整天线俯仰角的大小
2.2.1曲柄摇杆机构 在铰链四杆机构中，若两个连架杆，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。通常曲柄1为原动件， 并作匀速转动；而摇杆3为从动件，作变速往复摆动。 曲柄摇杆机构的主要特性： • 急回特性 • 死点位置 • 压力角和传动角
1急回运动 如左图所示为一曲柄摇 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 A4C1和AC2分别为最短 和最长,因而摇杆CD (4)— 的位置C1D和C2D分 别为其左右极限位置 摇杆在两极限位置间的 夹角称为摇杆的摆 角
1.急回运动
当曲柄由位置AB1顺时针转到位置AB2时,曲柄 转角φ1=180°十υ,这时摇杆由左极限位置C1D摆 到右极限位置C2D,摇杆摆角为ψ;而当曲柄顺时 针再转过角度φ2=180°一时,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,但对应的曲柄转角不等(q1>2) 当曲柄匀速转动时,对应的时间也不等(t1>t2),从 而反映了摇杆往复摆动的快慢不同。令摇杆C1D摆 至C2D为工作行程,这时铰链C的平均速度是U1 C1C2/t1;摇杆自C2D摆回至C1D是其空回行程,这 时C点的平均速度是U2=C1C2/t2,则显然有U1<U2, 它表明摇杆具有急回运动的特性。牛头刨床、往复 式运输机等机械就利用这种急回特性来缩短非生产 时间,提高生产率
当曲柄由位置 AB1 顺时针转到位置 AB2 时，曲柄 转角φ1 ＝180°＋θ，这时摇杆由左极限位置 C1D 摆 到右极限位置 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，但对应的曲柄转角不等（φ1＞φ2）； 当曲柄匀速转动时，对应的时间也不等（t1＞t2）,从 而反映了摇杆往复摆动的快慢不同。令摇杆 C1D 摆 至 C2D 为工作行程，这时铰链 C 的平均速度是 υ1 ＝ C1C2 /t1；摇杆自 C2D 摆回至 C1D 是其空回行程，这 时C点的平均速度是 υ2 ＝C1C2 ／t2 ，则显然有υ1＜υ2， 它表明摇杆具有急回运动的特性。牛头刨床、往复 式运输机等机械就利用这种急回特性来缩短非生产 时间，提高生产率
急回运动特性可用行程速比系数K来表示,即 t 1 180°-日 式中9为摆杆处于两极限位置时曲柄所夹的锐角,称为极位 夹角 上式表明:极位夹角越大,K值越大,急回运动的性质也越 显著 将上式整理后,可得极位夹角的计算公式 6=180 K+1 设计新机械时,总是根据该机械的急回要求先给出K值, 然后由式上算出极位夹角9,再确定各构件的尺寸
急回运动特性可用行程速比系数 K 来表示，即 式中θ为摆杆处于两极限位置时曲柄所夹的锐角，称为极位 夹角。 上式表明：极位夹角θ越大，K值越大，急回运动的性质也越 显著。 将上式整理后，可得极位夹角的计算公式 设计新机械时，总是根据该机械的急回要求先给出K值， 然后由式上算出极位夹角θ，再确定各构件的尺寸
2死点位置 例如对于如图所示的曲柄摇杆机构,如以摇杆3为原动件,而 曲柄1为从动件出当摇杆摆到极限位置C1D和C2D时,连杆2与曲柄1 共线。若不计各杆的质量,则这时连杆加给曲柄的力将通过铰链 中心A。此力对A点不产生力矩,因此不能使曲柄转动。机构的这 种位置称为死点位置。死点位置会使机构的从动件出现卡死或运 动不确定现象。为了消除死点位置的不良影响,可以对从动曲柄 施加外力,或利用飞轮及构件自身的惯性作有,使机构顺利通过死 点位置 踏板1(原动件)往复摆 动,通过连杆2驱使曲柄3(从 边件)作整周转动,再经过带 传动使机头主轴转动。在实际 使用中,缝纫机有时会出现踏 不动或倒车现象,这就是由于 机构处于死点位置引起的。在 正常动转时,借助安装在机头 主轴上的飞轮(即上带轮)的 惯性作用,可以使缝纫机踏板 机构的曲柄冲过死点位置
例如对于如图所示的曲柄摇杆机构，如以摇杆3为原动件，而 曲柄1为从动件出当摇杆摆到极限位置C1D和C2D时，连杆2与曲柄1 共线。若不计各杆的质量，则这时连杆加给曲柄的力将通过铰链 中心A。此力对A点不产生力矩，因此不能使曲柄转动。机构的这 种位置称为死点位置。死点位置会使机构的从动件出现卡死或运 动不确定现象。为了消除死点位置的不良影响，可以对从动曲柄 施加外力，或利用飞轮及构件自身的惯性作有,使机构顺利通过死 点位置。 2.死点位置
死点位置对传动虽然不利,但是 对某些夹紧装置却可用于防松。例如 图2-6所示的铰链四杆机构,当工作 5被夹紧时,铰链中心B、C、D共线, D·件加在杆1上的反作用力无论多 大,也不能使杆3转动。这就保证在 怯去掉外力P之后,仍能可靠地夹紧工 作。当需要取出工件时,只需向上扳 动手柄,即能松开夹具
3压力角和传动角置 在生产中,不仅要求连杆机构能实现预定的运动规律,而且希望运转轻便, 效率较高。下图所示的曲柄摇杆机构,如不计各杆质量和运动副中的摩擦,则连 杆BC为二力杆,它作用于从动摇杆3上的力P是沿BC方向的。作用在从动件上 的驱动力P与该力作用点绝对速度U之间所夹的锐角a称为压力角。 由图可见,力P在U方向的有效分力为P=Pcosα,即压力角越小,有效分力 就越大。也就是说,压力角可作为判断机构传动性能的标志。在连杆设计中,为 了度量方便,习惯用压力角a的余角y(即连杆和从动摇杆之间所夹的锐角)来判 断传力性能,Ⅴ称为传动角。因y=90°-a,所以a越小,γ越大,机构传力性能 越好;反之,α越大,γ越小,机构传力越费劲,传动效率越低 机构运转时,传动角是变化的,为了保证机构正常工作,必须规定最小传动 角γrn的下限。对于一般工,通常取γmn240°:对于颚式破碎机、冲床等大功率 机械,最小传动角应当取大一些,可取Vmn250°;对于小功率的控制机构和仪表 yrmn可略小于40
在生产中，不仅要求连杆机构能实现预定的运动规律，而且希望运转轻便， 效率较高。下图所示的曲柄摇杆机构，如不计各杆质量和运动副中的摩擦，则连 杆 BC 为二力杆，它作用于从动摇杆3上的力 P是沿 BC 方向的。作用在从动件上 的驱动力 P 与该力作用点绝对速度υc 之间所夹的锐角 α 称为压力角。 由图可见，力P在υc方向的有效分力为 Pt ＝Pcosα,即压力角越小，有效分力 就越大。也就是说，压力角可作为判断机构传动性能的标志。在连杆设计中，为 了度量方便，习惯用压力角α的余角γ（即连杆和从动摇杆之间所夹的锐角）来判 断传力性能，γ称为传动角。因γ＝90°－α，所以α越小，γ越大，机构传力性能 越好；反之，α越大，γ越小，机构传力越费劲，传动效率越低。 机构运转时，传动角是变化的，为了保证机构正常工作，必须规定最小传动 角γmin的下限。对于一般工，通常取 γmin ≥40°；对于颚式破碎机、冲床等大功率 机械，最小传动角应当取大一些，可取γmin≥50°；对于小功率的控制机构和仪表， γmin可略小于40°。 3.压力角和传动角置