机械设计基础第2章平面连杆机构比赛

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1、机械设计基础武汉理工大学物流工程系工业工程研究所罗齐汉qhluo@mail.whut.edu.cn2004年3月FoundationofMachineDesign第2章平面连杆机构铰链四杆机构铰链四杆机构的演变平面四杆机构的设计平面连杆机构的特点平面连杆机构是构件全部由平面低副连接而构成的机构。优点1.低副是面接触，因此压强小、耐磨损。适用于载荷较大的场合。2.低副的接触面通常是容易加工的平面或圆柱面，容易获得较高的制造精度。3.连杆可做得很长，可较长距离传递运动。适合于操纵机构。4.低副的约束为几何约束(靠形状限制运

2、动)，无需附加约束装置。10/3/20213平面连杆机构的特点缺点1.低副存在间隙，会引起运动误差积累。不宜用于高精度。2.连杆机构设计复杂，难于实现复杂的运动规律。3.有相当部分构件处于变速运动中，存在惯性力。不适合高速。由自由度计算公式可知，最简单的单自由度平面连杆机构是四杆机构。四杆机构工程上应用最多，它也是构成多杆机构的基础，本章着重讨论四杆机构。10/3/20214§2-1铰链四杆机构全部运动副都是回转副的平面四杆机构称为铰链四杆机构。如图所示，固定杆4称为机架，与机架相连的杆1、3称为连架杆，不与机架直接连接

3、的杆2称为连杆，作整周回转的连架杆1称为曲柄，作往复摆动的连架杆3称为摇杆。10/3/20215§2-1铰链四杆机构铰链四杆机构曲柄存在条件图示曲柄摇杆机构来讨论存在曲柄的条件。图中给出了摇杆处于两极限位置时的情况。根据三角形任意两边边长之和必大于等于第三边边长的定理:10/3/20216§2-1铰链四杆机构铰链四杆机构曲柄存在条件上述关系说明,铰链四杆机构曲柄存在条件：①最短、最长杆长度之和≤另外两杆的长度之和；②连架杆或机架是最短杆。其中条件①又称为格拉肖夫(Grashof)判别式10/3/20217§2-1铰链四杆

4、机构铰链四杆机构的基本类型判别1、如果满足格拉肖夫判别式①以最短杆相邻的杆作机架，得到曲柄摇杆机构；②以最短杆作机架，得到双曲柄机构；③以最短杆相对的杆作机架，得到双摇杆机构。2、如果不满足格拉肖夫判别式，则无论以哪个杆作机架，都只能得到双摇杆机构。不满足：双摇杆机构格拉肖夫判别式最短杆为连架杆：曲柄摇杆机构满足：最短杆为机架：双曲柄机构最短杆为连杆：双摇杆机构10/3/20218§2-1铰链四杆机构铰链四杆机构的基本类型和特性曲柄摇杆机构两个连架杆中，一个是曲柄，一个是摇杆。通常曲柄主动，摇杆从动，但也有摇杆主动的情况

5、。应用例：缝纫机脚踏机构、复摆式腭式破碎机、钢坯输送机等。10/3/20219§2-1铰链四杆机构雷达调整机构和缝纫机脚踏机构10/3/202110复摆式腭式破碎机10/3/202111§2-1铰链四杆机构钢材输送机10/3/202112§2-1铰链四杆机构曲柄摇杆机构的急回特性当曲柄匀速转动时，摇杆作变速摆动，而且往复摆动的平均速度是不同的。若将平均速度小的行程作为工作行程(正行程)，将平均速度大的行程作为非工作行程(反行程)，那麽，我们把曲柄摇杆机构这种正、反行程平均速度不等的特性称为急回特性。急回特性很有用，牛头刨

6、床、往复式运输机等机械就常常利用急回特性来缩短非生产时间，提高生产率。10/3/202113§2-1铰链四杆机构行程速比系数Ｋ急回特性常用行程速比系数Ｋ(摇杆反、正行程平均速度之比)来度量。如图所示，曲柄顺时针匀速转动，摇杆左右摆动(顺时针为正行程，逆时针为反行程)。我们把摇杆处于两极限位置时连杆对应位置所夹的锐角称为极位夹角，用θ表示。根据行程速比系数的定义有：10/3/202114§2-1铰链四杆机构曲柄摇杆机构的死点摇杆为主动件的曲柄摇杆机构，当曲柄与连杆两次共线时，机构就会出现卡死或运动不确定的现象。这种机构出现

7、卡死或运动不确定的位置点称为死点。死点通常有害，应设法消除。消除方法有：①对从动曲柄施加附加力矩。②利用构件自身或飞轮的惯性。③多组相同机构错开一定角度布置。缝纫机脚踏板机构就存在死点。10/3/202115§2-1铰链四杆机构死点的应用如图所示为利用死点夹紧工件，当卸去夹紧驱动力P后，由于BCD三点共线，工件对压头(杆1)的反作用力Ｎ不能使杆１转动，因而工件不会松。10/3/202116§2-1铰链四杆机构飞机起落架是利用死点工作的又一个典型实例10/3/202117§2-1铰链四杆机构曲柄摇杆机构的传动角定义：作用力

8、和力作用点运动线速度方向之间所夹的锐角称为压力角，常用α表示；压力角的余角称为传动角，常用γ表示。曲柄摇杆机构的传动角随曲柄的转动而变。传动角越大则机械效率越高，动力传动中一般要求传动角最小值应大于40°。因此设计曲柄摇杆机构时有必要检验γmin值。不难看出，对于曲柄主动的曲柄摇杆机构，最小传动角就是连杆和摇杆所夹的