模块二任务二 铰链四杆机构的类型及演化（课件）-《机械基础》同步教学（机工教育）

教学目标 知识目标 1.掌握曲柄存在的条件； 2.掌握判断铰链四杆机构类型的方法； 3.掌握铰链四杆机构演化的类型； 4.掌握平面连杆机构的基本特性。 能力目标 1.具有分析和应用铰链四杆机构演化各机构的能力； 2.具有分析和应用各种机构运动特性的能力。 素养目标 1.培养学生标准意识和规范意识； 2.培养学生严谨细心、爱岗敬业、精益求精的工匠精神。 模块二 平面机构 任务二 铰链四杆机构的类型及演化 【学习重点与难点】 1.铰链四杆机构的基本类型及判别； 2.曲柄滑块机构、导杆机构等的演化； 3.平面连杆机构的基本特性。 【相关知识】 一、平面连杆机构的特点、应用和基本类型 所有构件均作平行于某一平面运动的连杆机构，称为平面连杆机构。如果所有低副均为转动副，这种平面四杆机构称为铰链四杆机构。 （一）铰链四杆机构的基本类型及其应用 组成：机架、连架杆、连杆。 能绕固定铰链中心作整周转动的连架杆称为曲柄；不能绕机架作整周转动，只能在一定角度范围内摆动的连架杆称为摇杆。 按连架杆运动形式的不同，可将铰链四杆机构分为三种基本形式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。 1.曲柄摇杆机构及其应用 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，则称此四杆机构为曲柄摇杆机构，如图所示。 曲柄摇杆机构 曲柄摇杆机构的应用： （a）雷达天线俯仰机构 （b）搅拌机构 （c）缝纫机踏板机构 2.双曲柄机构及其应用 在铰链四杆机构中，若两连架杆相对机架都是作整周回转的曲柄，则此四杆机构称为双曲柄机构。 双曲柄机构及应用： 平行双曲柄机构及应用： 机车车轮联动机构 惯性筛机构 反向平行双曲柄机构 公共汽车的车门启闭机构 反向平行双曲柄机构及应用： 3.双摇杆机构及其应用 在铰链四杆机构中，若两连架杆均为摇杆，则此四杆机构称为双摇杆机构，如图所示。 双摇杆机构 双摇杆机构及应用： 鹤式起重机 飞机起落架 （1）以最短杆的相邻杆为机架时得到曲柄摇杆机构。 （2）以最短杆为机架时得到双曲柄机构。 以最短杆的对边杆为机架时得到双摇杆机构。 若机构不满足杆长和条件，则无论以哪个构件为机架，都只能为双摇杆机构。 铰链四杆机构不存在曲柄，即双摇杆机构： （二）铰链四杆机构曲柄存在的条件及判断方法 铰链四杆机构曲柄存在的条件： 1.长度和条件： 2.最短杆条件：连架杆和机架中必有一杆为最短杆。 （1）以最短杆的相邻杆为机架时得到曲柄摇杆机构。 （2）以最短杆为机架时得到双曲柄机构。 二、平面四杆机构的演化 （一）转动副转化成移动副 曲柄滑块机构的演化过程： （a） （c）对心曲柄滑块机构 （b） （d）偏置曲柄滑块机构 （二）取不同构件为机架 1.导杆机构 如果将图2-32（c）所示的曲柄滑块机构中的构件AB作为机架，构件BC成为曲柄，滑块沿导杆移动并做平面运动，则可得到导杆机构。 （1）当AB ＞ BC，为摆动导杆机构，如图所示。 摆动导杆机构 （2）当AB≤BC，为转动导杆机构，如图所示。 转动导杆机构 2.摇块机构 如果选连杆BC作为机架，滑块只能绕C点转动，则可得如图所示的摇块机构，常用于卡车车厢翻斗机构中。 翻斗机构 3.定块机构 如果取滑块C为机架，AB为主动件，导杆AC作往复移动，此机构称为定块机构，又称移动导杆机构，如图所示。 三、平面四杆机构的基本特性 （一）急回特性 在曲柄摇杆机构中，曲柄转动一周的过程中，有两次与连杆共线。这时摇杆分别处于左、右两个极限位置DC1、DC2。DC1与DC2所夹的锐角称为摇杆的摆角，记为Ψ；θ为摇杆处于两极限位置时，曲柄两对应位置所在直线间所夹的锐角，称为极位夹角。 当曲柄等速转动，摇杆来回摆动的快慢不同，返回时的速度较快，四杆机构的这种特性称为机构的急回特性。机构的急回特性通常用行程速比系数K来表示，即： 总结：只要θ＞0，则K＞1，机构就存在急回特性；极位夹角θ越大，K值也越大，急回特性也越显著。当θ=0，即K=1时，机构没有急回特性。 急回特性应用之一： 牛头刨床 （二）压力角α和传动角γ 作用于从动件CD的力F与CD 杆上C点的速度vc之间所夹的锐角α称为压力角α。F的两个分力中Fn是有害分力，Ft是有效分力。压力角α越小，有效分力越大，有害分力越小，机构越省力，效率越高，所以压力角α 是判断机构传力性能的重要参数。传动角γ 是压力角α 的余角，也是判断机构传力性能的参数。机构的传动角γ越大，传力性能越好。显然传动角γ愈大愈好，理想情况是γ =90°。 铰链四杆机构的压力角α和传动角γ 为了保证机构的正常传动，通常应使传动角γ的最小值γmin大于或等于其许用值[γ]。最小传动角的许用值与其受力情况、运动副间隙的大小、摩擦、速度等因素有关。一般机械中，推荐γ=40 °～50 °。对于传递功率大的机构，如冲床、鄂式破碎机中的主要执行机构，为使工作时得到更大效率，可取γmin = [γ] ≥ 50 °。对于一些非传力机构，如控制、仪表等机构，也可取= [γ] ≤ 40 °，但不能过小。 铰链四杆机构的压力角α和传动角γ （三）机构的死点位置 如图所示的曲柄摇杆机构中，如果摇杆CD为主动件，当机构运动到连杆BC与从动曲柄AB共线时，若不考虑惯性力、重力和运动副中的摩擦力，则主动件CD通过连杆作用于从动件曲柄AB上的力刚好通过其转动中心而出现“卡死”现象。此时无论怎样加大驱动力，均不能仅靠驱动力的作用使从动件运动，这种特性称为机构的死点位置。 曲柄摇杆机构的死点位置 对传动而言，死点的存在是不利的。为了顺利通过死点位置，使机构继续正常运转，可采用以下方法： 1.采用错位排列的方法，将两组机构的死点位置互相错开，从而使曲柄始终获得有效的驱动力矩，如图所示机车车轮联动机构两组车轮的错位装置。 2.在输出件上安装飞轮，利用其惯性通过死点位置，如缝纫机的踏板为主动件时，与曲柄固连的大带轮即起飞轮的作用。 车轮的错位装置 在实际机械中，也常利用死点位置来实现一定的工作要求。 飞机起落架 钻床夹具 $$