铰链四杆机构基本形式和特性.ppt

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1、CopyRight ZDJ案例导入案例导入 案例分析：案例分析：如图所示为缝纫机踏板机构，为其机构运动如图所示为缝纫机踏板机构，为其机构运动简图和结构示意图。缝纫机传动路线为简图和结构示意图。缝纫机传动路线为:操作者踩踏踏板使操作者踩踏踏板使摇杆摇杆1 1（原动件）往复摆动（原动件）往复摆动连杆连杆2 2驱驱曲柄曲柄3 3（从动件）（从动件）带动带轮使机头主轴连续转动。带动带轮使机头主轴连续转动。缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构问题：（问题：（1 1）各构件的长度如何才能保证实现相关的运动？）各构件的长度如何才能保证实现相关的运动？（2 2）该机构在工作时，出现卡死现象如何处理？）该机构在工作时，

2、出现卡死现象如何处理？CopyRight ZDJ平面连杆机构平面连杆机构铰链四杆机构形式及应用铰链四杆机构形式及应用 1铰链四杆铰链四杆机构的特性机构的特性2四杆机构的曲柄存在条件四杆机构的曲柄存在条件3CopyRight ZDJ教学目标教学目标u了解平面四杆机构的基本类型、应用。u熟练掌握铰链四杆的类型的判断。u理解平面四杆的工作特性。教学重点和难点教学重点和难点u铰链四杆机构类型的判断。u平面四杆机构的基本特性。教学目标、教学目标、重难点重难点CopyRight ZDJ平面连杆机构平面连杆机构特点特点一、平面连杆机构特点一、平面连杆机构特点 定义定义:全由低副（转动副、移动副）构成的平面机

3、构全由低副（转动副、移动副）构成的平面机构 特点：特点：面接触，承载能力强，耐磨损；面接触，承载能力强，耐磨损；易于制造和获得较高的制造精度；易于制造和获得较高的制造精度；能实现多种运动规律。能实现多种运动规律。缺点：缺点：效率低；效率低；累计运动误差较大；累计运动误差较大；高速运转时不平衡动载荷较大，且难于消除。高速运转时不平衡动载荷较大，且难于消除。CopyRight ZDJ3.1 铰链四杆机构的类型铰链四杆机构的类型 平面铰链四杆机构：平面铰链四杆机构：构件间均用用转动副相连的平面四构件间均用用转动副相连的平面四杆机构。如：杆机构。如：脚踏式脱粒机脚踏式脱粒机 脚踏式脱粒机脚踏式脱粒机C

4、opyRight ZDJ二、铰链四杆机构组成二、铰链四杆机构组成 （1 1）机架：机架：机构中固定不动的构件。机构中固定不动的构件。（2 2）连架杆连架杆：与机架连接的构架。：与机架连接的构架。曲柄：曲柄：若能绕机架作整周转动的连架杆则称为曲柄。若能绕机架作整周转动的连架杆则称为曲柄。摇杆摇杆：只能绕着机架在一定范围内摆动的连架杆：只能绕着机架在一定范围内摆动的连架杆。（3 3）连杆连杆：不直接与机架相连的构件。：不直接与机架相连的构件。3.1 铰链四杆机构的类型铰链四杆机构的类型CopyRight ZDJ三、三、基本形式及其应用基本形式及其应用 在铰链四杆机构中，按连架杆在铰链四杆机构中，按

5、连架杆能否作整周转动能否作整周转动，可将铰，可将铰链四杆机构分为链四杆机构分为：铰链四铰链四杆机构杆机构双曲柄双曲柄机构机构曲柄摇杆曲柄摇杆机构机构双摇杆双摇杆机构机构3.1 铰链四杆机构的类型铰链四杆机构的类型CopyRight ZDJ1 1、曲柄摇杆机构、曲柄摇杆机构 （1 1）概念概念：铰链四杆机构的两个连架杆中，若一个是曲：铰链四杆机构的两个连架杆中，若一个是曲柄，另一个是摇杆，则称为柄，另一个是摇杆，则称为曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构。（2 2）作用）作用：回转运动与往复摆动转换。：回转运动与往复摆动转换。雷达天线俯仰机构雷达天线俯仰机构 汽车雨刮机构汽车雨刮机构搅拌器中搅拌机构搅拌器中

6、搅拌机构 应用举例应用举例3.1 铰链四杆机构的类型铰链四杆机构的类型CopyRight ZDJ搅拌机构搅拌机构雨刮机构雨刮机构雷达天线俯仰机构雷达天线俯仰机构 3.1 铰链四杆机构的类型铰链四杆机构的类型CopyRight ZDJ2 2、双曲柄机构、双曲柄机构 （1 1）概念：）概念：具有两个曲柄的铰链四杆机构。具有两个曲柄的铰链四杆机构。（2 2）作用）作用：转动转动-转动，通常二转速不相等转动，通常二转速不相等 惯性筛机构惯性筛机构平行双曲柄机构平行双曲柄机构反平行双曲柄机构反平行双曲柄机构 应用举例应用举例3.1 铰链四杆机构的类型铰链四杆机构的类型CopyRight ZDJ惯性筛惯性

7、筛3.1 铰链四杆机构的类型铰链四杆机构的类型CopyRight ZDJ平行双曲柄机构（运动不确定性）平行双曲柄机构（运动不确定性）3.1 铰链四杆机构的类型铰链四杆机构的类型CopyRight ZDJ图图3-113-11车门启闭机构（车门启闭机构（反向双曲柄机构）反向双曲柄机构）a)1a)1、3 3曲柄曲柄2 2连杆连杆4 4机架机架b)1b)1、3 3车门车门2 2连杆连杆3.1 铰链四杆机构的类型铰链四杆机构的类型CopyRight ZDJ3 3、双摇杆机构、双摇杆机构 （1 1）概念）概念：铰链四杆机构的两个连架杆若都是摇杆。：铰链四杆机构的两个连架杆若都是摇杆。（2 2）作用）作用：

8、将一种摆动转换为另一种摆动。：将一种摆动转换为另一种摆动。飞机起落架飞机起落架港口起重机变幅机构港口起重机变幅机构反前轮转向机构反前轮转向机构 应用举例应用举例3.1 铰链四杆机构的类型铰链四杆机构的类型CopyRight ZDJ飞机起落架飞机起落架起重机变幅机构起重机变幅机构3.1 铰链四杆机构的类型铰链四杆机构的类型CopyRight ZDJ汽车前轮转向机构汽车前轮转向机构3.1 铰链四杆机构的类型铰链四杆机构的类型CopyRight ZDJ3.2 平面四杆机构的特性平面四杆机构的特性-急回特性急回特性一、相关一、相关名词名词 极位夹角极位夹角 机构从动件处于两极限位置时，主动件在对机构从

9、动件处于两极限位置时，主动件在对应位置所夹的锐角。应位置所夹的锐角。极限位置极限位置1连杆与曲柄拉伸共线连杆与曲柄拉伸共线极限位置极限位置2连杆与曲柄重叠共线连杆与曲柄重叠共线 最大摆角最大摆角：摇杆在两：摇杆在两个极限位置间的夹角个极限位置间的夹角B2C2 B1C1AD 180-180+CopyRight ZDJ B2C2 B1C1AD 180-180+急回特性急回特性：当主动：当主动件等速转动，作往复运件等速转动，作往复运动的从动件在空回行程动的从动件在空回行程的平均速度大于工作行的平均速度大于工作行程平均速度的特性。程平均速度的特性。曲柄转角曲柄转角曲柄转速曲柄转速 所需时间所需时间摇杆

10、摆角摇杆摆角摇杆平均角速度摇杆平均角速度工作行程工作行程(慢行程慢行程)1 1=180 t1 m1 t1 返回行程返回行程(快行程快行程)2 2=180=180 t2 m2 t2结果比较结果比较 1 1 2 2相等t1t2相等 m10K1有急回特性，K 急 回特 性越显著。=0K=1，无急回特性。18011KK3.2 平面四杆机构的特性平面四杆机构的特性-急回特性急回特性CopyRight ZDJ1、压力角、压力角 从动件上的作用力从动件上的作用力F F与该点速度与该点速度v vc c所夹锐角所夹锐角称为机构称为机构的压力角。的压力角。F F 的两个分力：的两个分力：有害分力有害分力 有效分力

11、有效分力压力角越小，有效分力越大。压力角越小，有效分力越大。cosFFt3.2 平面四杆机构的特性平面四杆机构的特性-传动传动特性特性sinFFnCopyRight ZDJ2、传动角、传动角（1 1）定义：）定义：压力角压力角的余角即的余角即+=90=90称为传动角。称为传动角。讨论讨论:（）FnFn传力性能差。传力性能差。（）FnFn传力性能好。传力性能好。（2 2）设计要求）设计要求 传动角愈大，机构的传力性能愈好，反之则不利于机构传动角愈大，机构的传力性能愈好，反之则不利于机构中力的传递。机构运转过程中，传动角是变化的，机构出现中力的传递。机构运转过程中，传动角是变化的，机构出现最小传动

12、角的位置正好是传力效果最差的位置。最小传动角的位置正好是传力效果最差的位置。3.2 平面四杆机构的特性平面四杆机构的特性-传动传动特性特性 minCopyRight ZDJ在在ABD和和BCD中，分别有中，分别有 cos2cos2222222bccbladdalBDBD联立求解得联立求解得bcaddacb2cos2cos2222 有最小值（或最大值。），（或）时，（或11cos1800oo（3 3）最小传动角确定）最小传动角确定 可能发生在主动曲柄与机架两次共线（可能发生在主动曲柄与机架两次共线（ABAB，ABAB）的位置之一处，即）的位置之一处，即 处。处。）（或oo1800min3.2 平

13、面四杆机构的特性平面四杆机构的特性-传动传动特性特性CopyRight ZDJ (1)(1)死点的概念死点的概念 曲柄摇杆机构中，当摇杆为主动件时，当连杆与从动曲曲柄摇杆机构中，当摇杆为主动件时，当连杆与从动曲柄共线时，机构的传动角柄共线时，机构的传动角0 0，此时主动件，此时主动件CD CD 通过连杆通过连杆作用于从动曲柄作用于从动曲柄ABAB上的力恰好通过其回转中心，所以出现了上的力恰好通过其回转中心，所以出现了不能使构件不能使构件ABAB转动的转动的顶死顶死现象，机构的这种位置称为现象，机构的这种位置称为死点位死点位置或死点置或死点。3.2 平面四杆机构的特性平面四杆机构的特性-死点死点

14、特性特性CopyRight ZDJ(2)(2)死点位置的利弊死点位置的利弊 利利：在工程中也常常应用死点位置实现工作要求。如快：在工程中也常常应用死点位置实现工作要求。如快速夹具、折叠椅机构、飞机起落架等。速夹具、折叠椅机构、飞机起落架等。夹具机构夹具机构3.2 平面四杆机构的特性平面四杆机构的特性-死点死点特性特性CopyRight ZDJ 弊：机构有死点，从动件出现卡死或运动方向不确定弊：机构有死点，从动件出现卡死或运动方向不确定现象，对传动不利，如缝纫机的脚踏机构。现象，对传动不利，如缝纫机的脚踏机构。缝纫机的脚踏机构缝纫机的脚踏机构3.2 平面四杆机构的特性平面四杆机构的特性-死点死点

15、特性特性CopyRight ZDJ(3)(3)克服死点的方法克服死点的方法 （1 1）增大从动件的质量，利用惯性度过死点位置。增大从动件的质量，利用惯性度过死点位置。（2 2）在从动曲柄上施加外力或安装飞轮以增加惯性。）在从动曲柄上施加外力或安装飞轮以增加惯性。（3 3）采用相同的机构错位排列。）采用相同的机构错位排列。火车车轮联动装置火车车轮联动装置缝纫机的脚踏机构缝纫机的脚踏机构3.2 平面四杆机构的特性平面四杆机构的特性-死点死点特性特性CopyRight ZDJ3.3 铰链四杆机构曲柄存在条件铰链四杆机构曲柄存在条件 在在 中中 在在 中中整理得整理得 dacaba将式将式、中的三个不

16、等中的三个不等式两两相加，化简后得式两两相加，化简后得 DCB11DCB22bdcadcbabadccadbcbda)()(、曲柄存在条件、曲柄存在条件 最短杆与最长杆长之和小于或等于其余两杆长之和；最短杆与最长杆长之和小于或等于其余两杆长之和；连架杆与机架中必有一杆为最短杆。连架杆与机架中必有一杆为最短杆。CopyRight ZDJ2 2、铰链四杆机构基本类型的判别方法、铰链四杆机构基本类型的判别方法（1 1）满足杆长和条件，即）满足杆长和条件，即若以最短构件相邻边为机架时，机构为曲柄摇杆机构；若以最短构件相邻边为机架时，机构为曲柄摇杆机构；若以最短构件为机架，则机构为双曲柄机构；若以最短构件为机架，则机构为双曲柄机构；若以最短构件对边为机架，则机构为双摇杆机构。若以最短构件对边为机架，则机构为双摇杆机构。（2 2）不满足杆长和条件，则无论取哪个构件为机架均为双摇）不满足杆长和条件，则无论取哪个构件为机架均为双摇杆机构。杆机构。llll minmax3.铰链四杆机构类型铰链四杆机构类型判别判别CopyRight ZDJ、案例分析、案例分析如图所示的铰链四杆机构如图所示的铰链四杆机构A