当前位置:网站首页 > 机械知识 > 机械设计 > 正文

机械设计教程-平面四杆机构

作者:机械圈日期:2022-06-21浏览:529分类:机械设计

概述

平面连杆机构定义:由若干构件通过低副(铰链或滑道)连接而成的机构。因构件形状多呈杆状,所以称连杆机构。

平面连杆机构的特点:(1)能够进行多种运动形式的转换;(2)构件之间连接处是面接触,单位面积上的压力较小,磨损较慢,可以承受较大载荷;(3)两构件接触表面是圆柱面或平面,制造容易;(4)连接处的间隙造成的积累误差较大;(5)连杆机构运动时产生惯性力,不适用于高速场合。

平面连杆机构的应用:各种机器和仪器中,例如金属加工机床、起重运输机械、采矿机械、农业机械、交通运输机械和仪表等。

四杆机构的基本型式及演化

平面四杆机构的基本型式是铰链四杆机构。其它型式的四杆机构都可看成是在它的基础上通过演化而成的。

由四个构件用铰链连接而成的机构称为铰链四杆机构。如图所示,机构中固定不动的构件AD称为机架,与机架相连的构件AB和CD称为连架杆。如果连架杆能绕线作360 o的回转运动,称为曲柄;若只能在某一角度(小于360°)内摆动,称为摇杆。与机架不相连接的构件BC称为连杆。

铰链四杆机构可按有无曲柄、摇杆,分为以下三种基本型式。

机械设计教程-平面四杆机构

1、曲柄摇杆机构

定义:在铰链四杆机构中,若两连架杆之一为曲柄,另一个是摇杆,此机构称为曲柄摇杆机构。

应用:在曲柄摇杆机构中,当曲柄为主动件时,可将曲柄的连续回转运动转换成摇杆的往复摆动。如雷达天线俯仰角调整机构。当摇杆为主动件时,可将摇杆的往复摆动转换成曲柄的连续回转运动,如缝纫机踏板机构。

机械设计教程-平面四杆机构
机械设计教程-平面四杆机构

雷达天线俯仰角调整机构 缝纫机踏板机构

2、双曲柄机构

定义:铰链四杆机构中,若两连架杆均为曲柄时,此机构称为双曲柄机构。

在双曲机构中,如果两曲柄的长度不相等,主动曲柄等速回转一周,从动曲柄变速回转一周,如惯性筛。如果两曲柄的长度相等,且连杆与机架的长度也相等,称为平行双曲柄机构。这种机构运动的特点是两曲柄的角速度始终保持相等,在机器中应用也很广泛,如机车车轮联动机构。

机械设计教程-平面四杆机构

惯性筛 机车车轮联动机构

3、双摇杆机构

定义:铰链四杆机构中,若两连架杆均为摇杆时,此机构称为双摇杆机构。

在双摇杆机构中,两摇杆可分别为主动件,当主动摇杆摆动时,通过连杆带动从动摇杆作摆动运动。如码头起重机中的双摇杆机构,当CD摇杆摆动时,连杆BC上悬挂重物的点M近似水平直线移动。

机械设计教程-平面四杆机构

码头起重机

平面四杆机构的演化

1、曲柄滑块机构

如图所示,由曲柄AB、连杆BC、滑块C及机架组成的平面连杆机构,称为曲柄滑块机构。

机械设计教程-平面四杆机构

在曲柄滑块机构中,若曲柄为主动件,当曲柄连续回转时,通过连杆带动滑块作往复直线运动;反之,若滑块为主动件,当滑块作往复直线运动时,通过连杆带动曲柄作连续回转运动。

2、导杆机构

导杆机构由曲柄、滑块、导杆和机架组成。

机械设计教程-平面四杆机构

(1)摆动导杆机构

如图所示,若L4>L1,则该机构称为摆动导杆机构,它由曲柄、滑块、摆动导杆和机架组成。在摆动导杆机构中,当曲柄连续转动时,滑块一方面沿着导杆滑动,另一方面带动导杆绕铰链A往复摆动。摆动导杆机构常用作回转式油泵、插床和等的传动机构。

(2)转动导杆机构

若L4

3、摇块机构和定块机构

机械设计教程-平面四杆机构

(1)摇块机构

如图所示为摇块机构的简图。当曲柄为主动件转动或摆动时,连杆相对滑块滑动,并一起绕C点摆动。例如卡车自动卸料机构就是应用的摇块机构。

(2)定块机构

在曲柄滑块机构中,若取滑块为机架,则得到定块机构。定块机构常用于抽水机筒中。

4、偏心轮机构

在实际生产中,当传递力较大,滑块行程又较小,曲柄也就很短,以致于曲柄两端很难安装铰销时,往往用一个回转中心与几何中心不相重合的偏心轮代替曲柄,连杆的一端有大圆环套在偏心轮上,这种机构称偏心轮机构。

机械设计教程-平面四杆机构

这种机构常用于冲床、剪床等机器中。

小结:

1.平面连杆机构概述

2.平面连杆机构基本类型

3.平面连杆机构的演化

作业与思考:

1、铰链四杆机构有那几种基本型式?各有什么特点?

2、铰链四杆机构可以通过那几种方式演变成其它型式的四杆机构?试说明曲柄摇块机构是如何演化而来的?

3、什么是偏心轮机构?它主要用于什么场合?

平面四杆机构的基本特性

铰链四杆机构有曲柄的条件

在铰链四杆机构中,曲柄存在的条件为:

(1)曲柄为最短构件,又称最短构件条件;

(2)最短构件与最长构件长度之和小于或等于其他两构件长度之和,又称构件长度和条件。

结论:

1、在铰链四杆机构中,若最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和时:(1)取最短杆为连架杆,得曲柄摇杆机构;(2)取最短杆为机架,得双曲柄机构;(3)取最短杆为连杆,得双摇杆机构。

2、在铰链四杆机构中,若最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆长度之和时,则不论取哪一个构件为机架,都只能得到双摇杆机构。

压力角和传动角

平面连杆机构不仅要保证实现预定的运动要求,而且应当运转效率高,具有良好的传力特性。通常以压力角或传动角表明连杆机构的传力特性。

如图所示的曲柄摇杆机构中,若忽略各杆的质量和铰链中摩擦力影响,则连杆为二力构件,主动件AB通过连杆对从动件摇杆CD的作用力F沿BC方向。

机械设计教程-平面四杆机构

从动件受力方向与受力点速度方向之间的锐角称压力角,用机械设计教程-平面四杆机构表示。将力F分解成沿速度机械设计教程-平面四杆机构方向的分力F机械设计教程-平面四杆机构和垂直于机械设计教程-平面四杆机构的分力Fr。Ft=机械设计教程-平面四杆机构cos机械设计教程-平面四杆机构是推动摇杆绕D点转动的有效分力,压力角愈小,有效分力就愈大,所以可用压力角的大小来判断机构的传力特性。Fr=Fsin机械设计教程-平面四杆机构,不但对摇杆无推动作用,反而在铰链处引起摩擦消耗动力,因此它是有害分力,愈小愈好。实用上为了度量方便,常用压力角机械设计教程-平面四杆机构的余角机械设计教程-平面四杆机构判断机构传力性能的优劣,机械设计教程-平面四杆机构角称为传动角。由图可知,传动角机械设计教程-平面四杆机构是连杆BC与摇杆CD夹的锐角。传动角愈大,机构传力性能愈好。机构运动时,传动角是变化的。为使机构正常工作,应使最小传动角机械设计教程-平面四杆机构min≥40°~ 50°,轻载时取较小值,重载时取较大值。

急回特性

机械设计教程-平面四杆机构

在图中,设曲柄AB为主动件作匀速回转运动,摇杆CD为从动件作往复摆动。曲柄AB在回转一周的过程中两次与连杆BC共线,此时摇杆CD分别位于C1D和C2D两个极限位置。摇杆在两个极限位置间的夹角机械设计教程-平面四杆机构称摆角。摇杆在两极限位置时,曲柄两位置间所夹的锐角机械设计教程-平面四杆机构称为极位夹角。当曲柄AB1位置顺时针转过机械设计教程-平面四杆机构(180º+机械设计教程-平面四杆机构)到达AB2位置时,摇杆由左极限位置C1D摆到右极限位置C2D,设经历的时间为t1,C点的平均速度v1=C1C2/t2;曲柄再由AB2位置转过机械设计教程-平面四杆机构

回到AB1位置时,摇杆自C2D摆回到C1D,设经历的时间为t2,C点的平均速度v2=C2C1/t2。因曲柄作匀速回转运动,经历的时间与其相应的转角成正比,由机械设计教程-平面四杆机构,t1>t2,所以v2>v1。摇杆摆回速度比摆去速度快的性质,称急回特性。机械设计教程-平面四杆机构2与v1的比值,称为从动件的行程速度比系数,以机械设计教程-平面四杆机构表示。即

机械设计教程-平面四杆机构
机械设计教程-平面四杆机构

的大小表示急回的程度。铰链四杆机构有无急回运动特性取决于该机构有无极位夹角机械设计教程-平面四杆机构机械设计教程-平面四杆机构角越大,急回运动特性也越显著。

死点

在曲柄摇杆机构中,如图所示,若以摇杆CD为主动件,当摇杆处于两个极限位置C1D和C2D时,连杆BC与曲柄AB共线,连杆传给曲柄的力F通过曲柄的回转中心,其力矩为零,因此不能推动曲柄转动。机构的这种位置称为死点位置。

机械设计教程-平面四杆机构

死点位置影响机构的正常传动,因此要设法使它能顺利地通过死点位置。通常是在曲柄上安装质量较大的飞轮,利用飞轮的惯性使机构按原来的转向通过死点位置,例如拖拉机、缝纫机(它的带轮亦起飞轮的作用)等。在不宜安装飞轮时,可用多组机构错位排列的方法,即使各组机构的死点位置错开,保证机器的正常运转。

工程上有时也利用死点位置进行工作,如电气开关上的分合闸机构。

小结:

平面连杆机构几个工作特性

作业与思考:

1、双摇杆机构的四个构件长度应满足什么条件?

2、曲柄存在的条件是什么?

3、什么是连杆机构的压力角、传动角?它们的大小对连杆机构的工作有什么影响?偏置曲柄滑块机构的最小传动角γmin发生在什么位置?

4、铰链四杆机构中有可能存在死点位置的机构有哪些?它们存在死点位置的条件是什么?试举出一些克服死点位置的措施和利用死点位置的实例。

平面四杆机构的设计

平面四杆机构的设计方法:图解法、解析法、试验法。

图解法设计平面四杆机构

1、按给定的连杆位置设计四杆机构

例:已知连杆长度机械设计教程-平面四杆机构及连杆的三个对应位置机械设计教程-平面四杆机构机械设计教程-平面四杆机构机械设计教程-平面四杆机构,设计铰链四杆机构。

分析:由于在铰链四杆机构中,两连架杆均作定轴转动或摆动,只有连杆作平面一般运动,故能够实现上述运动要求的刚体必是机构中的连杆。设计问题为实现连杆给定位置的设计。首先根据刚体的具体结构,在其上选择活动铰链点B,C 的位置。一旦确定了B、C 的位置,对应于刚体3个位置时活动铰链的位置B1C1,B2C2,B3C3也就确定了。

解:(1)作出连杆的三位置

机械设计教程-平面四杆机构机械设计教程-平面四杆机构机械设计教程-平面四杆机构;
(2)连接机械设计教程-平面四杆机构机械设计教程-平面四杆机构机械设计教程-平面四杆机构机械设计教程-平面四杆机构, 作机械设计教程-平面四杆机构机械设计教程-平面四杆机构的垂直平分线机械设计教程-平面四杆机构机械设计教程-平面四杆机构,;作机械设计教程-平面四杆机构机械设计教程-平面四杆机构的垂直平分线机械设计教程-平面四杆机构

机械设计教程-平面四杆机构;

(3)机械设计教程-平面四杆机构机械设计教程-平面四杆机构交于一点机械设计教程-平面四杆机构机械设计教程-平面四杆机构机械设计教程-平面四杆机构交于一点D,连接机械设计教程-平面四杆机构,得四杆机构。

机械设计教程-平面四杆机构

3、按照给定的行程速比系数设计四杆机构

设已知摇杆CD的长度机械设计教程-平面四杆机构,摆角机械设计教程-平面四杆机构,行程速比系数机械设计教程-平面四杆机构,设计曲柄摇杆机构。

设计步骤如下:

1、根据行程速比系数机械设计教程-平面四杆机构计算极位夹角机械设计教程-平面四杆机构

机械设计教程-平面四杆机构

2、做摇杆的两个极限位置

任选一点D,并按摇杆CD的长度机械设计教程-平面四杆机构和摆角机械设计教程-平面四杆机构,画出摇杆的两个极限位置机械设计教程-平面四杆机构机械设计教程-平面四杆机构

3、做辅助圆

连接机械设计教程-平面四杆机构机械设计教程-平面四杆机构,并作机械设计教程-平面四杆机构,做机械设计教程-平面四杆机构,得机械设计教程-平面四杆机构机械设计教程-平面四杆机构的交点P。做机械设计教程-平面四杆机构的外接圆,则圆弧机械设计教程-平面四杆机构上任一点A与机械设计教程-平面四杆机构机械设计教程-平面四杆机构的连线夹角都等于机械设计教程-平面四杆机构

4、计算各构件的长度

设曲柄长度为机械设计教程-平面四杆机构,连杆长度为机械设计教程-平面四杆机构,则机械设计教程-平面四杆机构机械设计教程-平面四杆机构,故机械设计教程-平面四杆机构机械设计教程-平面四杆机构于是,以机械设计教程-平面四杆机构

为圆心,以机械设计教程-平面四杆机构为半径做弧交机械设计教程-平面四杆机构机械设计教程-平面四杆机构,则得机械设计教程-平面四杆机构机械设计教程-平面四杆机构

机械设计教程-平面四杆机构

解析法设计平面四杆机构

实验法设计平面四杆机构

小结:

平面连杆机构设计

作业与思考:

设计一偏置曲柄滑块机构,已知滑块的行程速度变化系数K=1.5,滑块的冲程lC1C2=50mm,导路的偏距e=20mm,曲柄长度lAB和连杆长度lBC如何计算?

分享到:

暂无评论,来添加一个吧。

取消回复欢迎 发表评论:

请填写验证码