机构的特点与设计

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1、一、铰链四杆机构曲柄存在条件全铰链四杆机构存在曲柄的条件：（1）连架杆与机架中至少有一个是最短杆；（2）最短杆与最长杆长度和应≤其余两杆长度和。二、压力角和传动角    在图5.4.3所示曲柄摇杆机构中，若不计各构件的质量和运动副中的摩擦力，则连杆BC只受两个力的作用且作用力沿B、C两点连线方向，于是主动曲柄通过连杆BC作用于从动摇杆CD的力F沿BC方向，F可分解为两个分力Ft和Fn                             Ft=Fcosα                           

2、      （5.4.3）                                                        Fn=Fsinα                                 （5.4.4）式中α为力F的作用线与其作用点（图中为C点）速度vC方向所夹的锐角，称为压力角，其余角γ称为传动角。                           图5.4.3  压力角和传动角由上述公式可知，α角越小或γ角越大，则使从动件运动的有效分力Ft就越大，机构的传动性能就越好，所

3、以压力角α是反映机构传动性能的重要指标。在连杆机构设计中，由于传动角γ便于观察和测量，故常用γ角来衡量连杆机构的传动性能。为保证连杆机构具有良好的传动性，对一般机械机构设计要求最小传动角γmin≥40。(即αmax≤50。)，对高速大功率机械则要求γmin≥50。(即αmax≤40。)。   三、死点    在不计构件的重力、惯性力和运动副中摩擦阻力的条件下，当机构处于压力角为90。（传动角为0。）的位置时，由公式（3.4.3）可知，推动从动件的有效分力为零。在此位置，无论驱动力多大，均不能使从动件运动，机构

4、的这种位置为死点。如图5.4.4所示缝纫机踏板机构，踏板（即摇杆CD）为原动件，曲柄AB为从动件。当曲柄与连杆处于两个共线位置（图中AB1C1实线位置和AB2C2虚线位置）时，机构的传动角γ=0。，连杆BC作用于曲柄AB的力F通过曲柄回转中心A，对曲柄的回转力矩为零，不能驱使曲柄转动，所以机构的这两个位置均为死点。                                                  图5.4.4 机构的死点                      图5.4.5  夹具   四杆

5、机构中是否存在死点，取决于机构中是整周转动构件为主动还是往复运动构件为主动。对曲柄摇杆机构，若以曲柄为原动件，就不存在死点；若以摇杆为原动件，在机构连杆与从动曲柄共线位置，即是死点位置。从传动角度的角度来看，机构中存在死点是不利的，因为这是从动件会出现卡死或运动不确定的现象（如缝纫机曲拐不动或倒转）。为克服死点对传动的不利影响，应采取相应措施使需要连续运转的机器顺利通过死点。比如在从动曲柄上加装惯性较大的飞轮，利用惯性来通过死点（如单缸内燃机曲轴上加装飞轮）或利用多个相同机构错位排列的方法克服死点。工程上有时

6、利用死点来实现一定的工作要求。如图5.4.5所示的夹具，工件被夹紧后BCD成一条直线，此时夹紧机构处于死点位置，即使工件反力很大也不能使夹紧机构反转，使工件的夹紧牢固可靠。再如图5.4.6所示的飞机起落架，当起跑轮放下时，BC杆与CD杆共线，机构处在死点位置，地面对轮子的反作用力不会使CD杆转动，从而保证飞机安全降落。再如图5.4.7所示的折叠椅也是利用死点位置来承受外力。                                       图5.4.6 飞机起落架                  

7、         图5.4.7  折叠椅    　第五节 平面四杆机构的设计　平面四杆机构的设计，主要是根据使用要求选定机构的型式，并确定机构中各构件的尺寸。这种设计一般可归纳为两类：（1）实现预期的运动规律； （2）实现给定的运动轨迹。 平面四杆机构的设计方法有：图解法、解析法和实验法。图解法直观、简便但精确度不高；解析法精确但计算量大，目前，使用计算机作辅助设计，既精确，又迅速，是设计方法的新方向；实验法简便但不实用。本书仅介绍图解法。一、按给定行程速度变化系数K设计四杆机构设计具有急回特性的四杆机构，通

8、常根据实际工作需要，先确定行程速度变化系数K，然后根据机构在极限位置处的几何关系，结合有关辅助条件，确定出机构中各杆的尺寸。1.设计曲柄摇杆机构已知摇杆CD的长度lCD、摆角Ψ和行程速度变化系数K，试设计该曲柄摇杆机构。设计的关键是确定固定铰链中心A的位置，具体设计步骤如下：                              图5.5.1 按K值设计曲柄摇杆机构(1)选取适当比例尺μ1，按摇