曲柄摇杆机构、四杆机构设计、第三章凸轮

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1、一、曲柄摇杆机构在铰链四杆机构中，若两个连架杆，一为曲柄，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：１．急回运动曲柄摇杆机构中，曲柄AB在转动一周中，在B1、B2两次与连杆BC共线，相应铰链中心A与C之间的距离AC1和AC2分别为最短和最长，摇杆CD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ψ，称为摇杆的摆角。当曲柄由位置AB1顺时针转到位置AB2时，曲柄转角＝180°＋θ，这时摇杆由左极限位置C1D摆到位置右极限位置C

2、2D，摆杆角度为ψ；而当曲柄顺时针再转过角度＝180°－θ时，摇杆由位置C2D摆回至位置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(>)；当曲柄匀速转动时，对应的时间也不等（t1>t2）。令摇杆自ClD摆至C2D为工作行程，这时铰链Ｃ的平均速度是v1=C1C2／tl。摇杆自C2D摆回至C1D是其空回行程，这时Ｃ点的平均速度是v2=C1C2／t2，显然v1

3、系数）K表示。v2C1C2/t2t1180°＋θK＝──＝────＝──＝──＝─────（2-1）v1C1C2/t1t2180°－θθ──摇杆处于两极限位置时，对应的曲柄所夹的锐角，称为极位夹角。K值越大，急回特性愈明显。一般机械中，1≤K≤2。将式（2-1）整理，可得极位夹角计算公式K－１θ＝180°────（2-2）K＋１2.压力角和传动角和构件的惯性力(矩)及重力，则通过二力杆BC作用于从动件CD上的力Ｆ沿BC方向，把Ｆ力分解为沿C点速度vC方向的分力F′和垂直于vC的分力F″原动件１受到驱动力矩Md作用，若不计运动副的摩擦它们的大

4、小与角度α或γ有关，即有效分力F′＝Fcosα＝Fsinγ，有害分力F″＝Fsinα＝Fcosγ。因此，F″越小越好，即角度α越小（或γ越大）对机构的工作越有利。α称为压力角，γ称为传动角，二者互为余角，γ＝90°－α。压力角α的定义是：不计摩擦、重力与惯性力时，输出构件所受主动力F的方向与输出构件在受力点处的速度方向之间所夹的锐角。由于传动角γ在简图中非常直观，所以平面连杆机构习惯于用传动角γ来表示机构的传动性能。机构工作时，其传动角是作周期变化的。一般许用值=40°～50°。重载大功率时取大值。1为保证机构的传力性能良好，应使最小传动角

5、γmin≥。曲柄摇杆机构中，最小传动角γmin总是发生于曲柄与机架共线和重叠共线的两位置之一，如图所示。(具体证明见P30页)3.死点位置曲柄摇杆机构中，若摇杆为主动件，当从动件与连杆共线时，机构的传动角γ为零，此时不论驱动力F有多大,其有效分力,机构的这种位置称为机构的死点位置。死点位置对传动不利，但对夹紧和防松有利。如图铰链四杆机构，当工件5被夹紧时，铰链中心B、C、D共线，工件加在杆１上的反作用力Fn无论多大，也不能使杆3转动。这就保证在去掉外力F之后,仍能可靠地夹紧工件。当需要取出工件时，只需向上扳动手柄，即能松开夹具。二、双曲柄机

6、构两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。双曲柄机构功能：原动曲柄转动（匀速）→从动曲柄转动（非匀速或匀速）双曲柄机构中，最常用的是平行四边形机构，或称平行双曲柄机构。三、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。原动摇杆摆动→从动摇杆摆动§2-2铰链四杆机构有整转副的条件整转副定义:两构件能相对转动3600的转动副。铰链四杆机构中曲柄具有整转副。曲柄摇杆机构在什麽条件具有整转副?已知：杆１曲柄，杆２连杆，杆３摇杆，杆４机架。各杆长度为l1、l2、l3、l4。曲柄１与杆４的夹角的变化范围：当摇杆处于左右极限位置时，曲柄与

7、连杆两次共线。此时杆１与杆２的夹角β的变化范围也是杆３为摇杆，它与相邻两杆的夹角ψ、γ的变化范围小于360°。显然，Ａ、Ｂ为整转副，Ｃ、Ｄ不是整转副。为了实现曲柄１整周回转，AB杆必须顺利通过与连杆共线的两个位置AB′和AB″。当杆１处于AB′位置时，形成三角形。根据三角形任意两边之和必大于(极限情况下等于)第三边的定理可得l4≤(l2－l1)＋l3l3≤(l2－l1)＋l4即l1＋l4≤l2＋l3（2-4）l1＋l3≤l2＋l4（2-5）当杆１处于AB″位置时，形成三角形。可得l1＋l2≤l4＋l3（2-6）将式(2-4)、(2-5)、(

8、2-6)两两相加即杆１最短。l1＋l4≤l2＋l3（2-4）l1＋l3≤l2＋l4（2-5）l1＋l2≤l4＋l3（2-6）l1≤l2l1≤l3l1≤l4由此可得铰链四杆机构有整