1.4 四杆机构的基本特性（课件）《机械基础》（机工版·第2版）同步精品课堂

1.4 四杆机构的基本特性 《机械基础》（机工版） 同步精品课堂—中职专业课 1 学习目标 01 03 02 认识急回特性，了解其参数及应用。 理解压力角的定义。 了解“死点”的产生及其克服方法。 新知学习 情景导入 同学们看这台老式缝纫机，踩踏板时针头快速上下动，手转飞轮时却发现，针头向下扎得慢、向上抬得快——这就是四杆机构的急回特性，能帮机器省时间。再看剪铁皮的剪子，握着把手发力时，刀刃是不是总能牢牢咬住铁皮？这背后是压力角在帮忙，角度越小越省力。但如果把剪子张到最大再使劲，是不是突然感觉“卡壳”了？这就是死点位置在捣乱。今天咱们就来拆透这些藏在机器里的小秘密！ 新知学习 在图1-31所示的曲柄摇杆机构中，当主动曲柄AB在位置AB1与连杆BC成一直线时从动件DC处于左极限位置DC1；当主动曲柄AB在位置AB2与连杆BC成一直线时，从动件DC处于右极限位置DC2。摇杆两极限位置间的夹角称为摇杆的摆角，用表示。当摇杆处于两极限位置时，对应的主动曲柄两位置之间所夹的锐角称为极位夹角，用θ表示。 新知学习 一、急回特性 新知学习 当曲柄 AB 以等角速度ω从位置AB1顺时针方向 转过角φ1到达 AB2位置时，摇杆由左极限位置 DC1摆动到右极限位置DC2，摇杆摆角为屮。当 曲柄AB 继续以等角速度ω顺时针方向转过角φ2 到 AB1位置时，摇杆由右极限位置DC2摆回到左极限位置DC1，其摆角仍为屮。曲柄相应转角φ1和φ2为 φ1=180°+θ φ2=180°-θ 新知学习 一、急回特性 新知学习 机构有无急回特性，取决于行程速比系数K的数值。若K>1，则机构具有急回特性且K值越大，急回特性越显著，也就是从动件空回行程越快：当K=1时，机构无急回特性。 行程速比系数K与极位夹角θ有关：若θ=0°， 则K=1，机构无急回特性；若θ>0°则机构有 急回特性，且θ越大，急回特性越显著。 图1-32中分别标出了偏置曲柄滑块机构和摆 动导杆机构的极位夹角θ，以及当主动曲柄按 图示方向回转时从动件的急回运动方向。 新知学习 一、急回特性 新知学习 在图1-33所示的铰链四杆机构中，主动件1经连杆2推 动从动件3摆动，若不计构件质量和运动副中的摩擦， 则连杆2为二力构件。从动件上C点所受力的方向(沿连 杆BC)与C点的运动速度vc方向(与CD垂直)间所夹的锐 角α称为压力角。由图可知，力F沿vc方向的分力F1=Fcosα，它能推动从动件做功，是有效分力；其沿vc垂直方向的分力Fn=Fsinα，产生摩擦阻力，是有害分力。压力角越小，有效分力越大，有害分力越小，机构越省力，效率也越高，所以压力角α是判别机构传力性能的重要参数。 新知学习 二、压力角 新知学习 工程中，为了度量方便，常将压力角的余角γ称为传动角，即γ=90°-α。很明显，机构的传动角越大，则传力性能越好，反之机构的传力性能就越差，当传动角过小时，机构将产生自锁现象。机构运动时，α、γ随从动件位置的变化而变化。为了保证机构有良好的传力性能，要限制工作行程的最大压力角 αmax或最小传动角γmin。对于一般机械，αmax<50°或γmin>40°对于大功率机械，αmax<40°或 γmin≥50°。 新知学习 二、压力角 新知学习 提示：理论推导可以证明，在曲柄摇杆机构中，最小传动角会出现在曲柄 AB与机架 AD 共线的两个位置上，两者中的较小者即为该机构的最小传动角γmin。在曲柄滑块机构中，最大压力角 αmax会出现在曲柄与滑槽中心线垂直的位置。 在图1-34所示的曲柄摇杆机构中，若以摇杆DC为主动件，曲柄AB为从动件，则当连杆BC与从动件AB共线时，传动角γ=90°(压力角α=90°)。这时连杆BC作用于从动件曲柄 AB上的力F通过其转动中心，转动力矩为零，从动件不转，机构停顿。机构的这种位置，称为死点位置。图1-35 所示为双摇杆机构的死点位置。 新知学习 三、死点位置 新知学习 新知学习 三、死点位置 新知学习 一般来说，用作传动的机构有死点是不利的，工作中应采取相应措施使机构能顺利通过死点位置。常采用的方法有三种。 一是利用从动件本身的质量或附加一转动惯量较大的飞轮，依靠其惯性来通过死点位置，例如，缝纫机就是借助带轮的惯性通过死点位置的。 二是增设辅助构件，如图1-14所示机车车轮联动装置，利用了平行四边形机构两曲柄回转方向相同、角速度相等的特点，使从动车轮具有完全相同的运动，为了防止这种机构在运动过程中变为反向平行双曲柄机构，增设了一个辅助构件(曲柄EF)。 新知学习 三、死点位置 新知学习 三是采取多组机构错列的方式，如图1-36所示，左、右两组车轮采用错列结构，使左、右两组车轮的曲柄相错 90°，从而保证了车轮的正常回转。 工程中，有时也利用死点位置的特性来实现某些工作要求。图1-37所示为一种钻床连杆式快速夹具。当工件被夹紧时，铰链中心B、C、D共线，无论工件加在杆1上的反作用力T多大，都不能使杆3转动，这就保证了在去掉外力F之后，夹具仍能可靠地夹紧工件。当需要取出工件时，只需向上扳动手柄，使机构脱出死点位置即可。 新知学习 三、死点位置 新知学习 随堂练习 （1）什么是四杆机构的急回特性？请举一个生活中的例子。 （2）压力角对四杆机构的工作有什么影响？ 课堂练习 答案：B 解析：平行四边形机构运动特性是两曲柄匀速同向转动，无急回特性；双摇杆机构（一般情况）、对心曲柄滑块机构也无急回特性。只有曲柄摇杆机构，当曲柄为主动件时，摇杆空回行程平均速度大于工作行程平均速度，具有急回特性。 1. 下列机构具有急回特性的是（ ）。 A. 平行四边形机构 B. 曲柄摇杆机构 C. 双摇杆机构 D. 对心曲柄滑块机构 课堂练习 答案：D 解析：在曲柄滑块机构中，当滑块为主动件，曲柄为从动件时，曲柄与连杆会出现共线位置，此时驱动力矩为零，机构处于死点位置；若曲柄为主动件，不会出现死点，连杆、连架杆作为主动件不符合曲柄滑块机构死点产生条件。 2. 曲柄滑块机构若存在“死点”位置，则主动件为（ ）。 A. 曲柄 B. 连杆 C. 连架杆 D. 滑块 课堂练习 答案：A 解析：极位夹角θ是曲柄摇杆机构中，摇杆处于两极限位置时，曲柄对应两位置所夹的锐角。当θ＞0时，机构具有急回特性；θ = 0时，无急回特性，所以有急回特性时极位夹角应大于0 。 3. 曲柄摇杆机构有急回特性时，极位夹角θ应（ ）。 A. >0 B. ≥0 C. <0 D. ≤0 课堂练习 答案：D 解析：平行四边形机构，当以一边为主动件，对边为从动件时，可能出现死点（如运动不确定情况 ）；曲柄为从动件的曲柄摇杆机构，摇杆为主动件时会有死点；双摇杆机构在特定主动件驱动下也可能有死点；而两曲柄长度不等的双曲柄机构，主动曲柄做等速转动，从动曲柄做变速转动，不存在死点位置，因为始终有曲柄作为主动件提供有效驱动力矩。 4. 下列机构没有“死点”位置的是（ ）。 A. 平行四边形机构 B. 曲柄为从动件的曲柄摇杆机构 C. 双摇杆机构 D. 两曲柄长度不等的双曲柄机构 课堂练习 答案：C 解析：A选项摇杆为主动件只是死点出现的一种工况条件，不是根本原因；B选项是死点产生的现象，不是原因；D选项安装飞轮是解决死点危害的方法，不是死点产生的原因。根本原因是当机构处于死点位置时，施加在从动件上的力通过其转动中心，导致驱动力矩为零，机构无法正常转动。 5. 曲柄摇杆机构产生“死点”位置的根本原因是（ ）。 A. 摇杆为主动件 B. 从动件运动不确定或卡死 C. 施加在从动件上的力通过从动件的转动中心 D. 没有在曲柄上安装一个质量较大的飞轮 课堂练习 答案：B 解析：在曲柄摇杆机构中，曲柄转动具有惯性，当机构处于死点位置时，可借助曲柄的惯性（通常会在曲柄轴上设置飞轮来增大惯性 ）顺利通过死点；摇杆是从动件（死点时易卡死 ），连杆是传力构件，主动件在死点时无法有效驱动，所以利用惯性通过死点的是曲柄。 6. 曲柄摇杆机构中，利用惯性来通过机构“死点”位置的构件是（ ）。 A. 摇杆 B. 曲柄 C. 连杆 D. 主动件 课堂练习 答案：C 解析：飞机起落架、夹紧机构、电器开关分合闸机构可利用死点特性实现锁定/可靠动作；牛头刨床横向进给机构需连续平稳运动，死点会阻碍运动，不能利用。 7.不能利用“死点”特性来工作的机构是（ ）。 A. 飞机起落架 B. 夹紧机构 C. 牛头刨床横向进给机构 D. 电器开关分合闸机构 课堂练习 答案：B 解析：曲柄摇杆机构中，机架为80mm（最长杆 ），杆2为曲柄（40mm，最短杆 ），极位夹角θ对应几何关系：机架长度是曲柄2倍，θ = 90°。根据急回系数公式 代入θ = 90°，得 K=2 ，选B。 8.如图1 - 17所示机构，杆2为主动件，做等速转动。已知杆2长度40mm，机架1长度80mm，该机构急回特性系数K等于（ ）。 A. 1.4 B. 2 C. 3 D. 1 课堂小结 感谢观看 $$