第二章 平面连杆机构

第二章平面连杆机构

案例导入:通过雷达天线、汽车雨刮器、搅拌机等实际应用得机构分析引入四杆机构得概念,介绍四杆机构得组成、基本形式与工作特性。

第一节铰链四杆机构

一、铰链四杆机构得组成与基本形式

1、铰链四杆机构得组成

如图1-14所示,铰链四杆机构就是由转动副将各构件得头尾联接起得封闭四杆系统,并使其中一个构件固定而组成。被固定件4称为机架,与机架直接铰接得两个构件1与3称为连架杆,不直接与机架铰接得构件2称为连杆。连架杆如果能作整圈运动就称为曲柄,否则就称为摇杆。

2、铰链四杆机构得类型

铰链四杆机构根据其两个连架杆得运动形式得不同,可以分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构与双摇杆机构三种基本形式。

(1)曲柄

摇杆机构。在

铰链四杆机构

中,如果有一

个连架杆做循

环得整周运动

而另一连架杆

作摇动,则该

机构称为曲柄图2-1 雷达天线调整机构图2-2 汽车雨刮器图2-3 搅拌机

摇杆机构。如

图2-1所示曲柄摇杆机构,就是雷达天线调整机构得原理图,机构由构件AB、BC、固连有天线得CD及机架DA组成,构件AB可作整圈得转动,成曲柄;天线3作为机构得另一连架杆可作一定范围得摆动,成摇杆;随着曲柄得缓缓转动,天线仰角得到改变。如图2-2所示汽车刮雨器,随着电动机带着曲柄AB转动,刮雨胶与摇杆CD一起摆动,完成刮雨功能。如图2-3所示搅拌器,随电动机带曲柄AB转动,搅拌爪与连杆一起作往复得摆动,爪端点E 作轨迹为椭圆得运动,实现搅拌功能。

图2-4 惯性筛工作机构

(2)双曲柄机构。在铰链四杆机构中,两个连架杆均能做整周得运动,则该机构称为双曲柄机构。如图2-4所示惯性筛得工作机构原理,就是双曲柄机构得应用实例。由于从动曲柄3与主动曲柄1得长度不同,故当主

动曲柄1匀速回

转一周时,从动

曲柄3作变速回

转一周,机构利用这一特点使筛子6作加速往复运动,提高了工作性能。当两曲柄得长度相等且平行布置时,成了平行双曲柄机构,如图2-5a)所

示为正平行双曲柄

机构,其特点就是两曲柄转向相同与转速相等及连杆作平动,因而应用广泛。火车驱动轮联动机构利用了同向等速得特点;路灯检修车得载人升斗利用了平动得特点,如图2-6a 、b)所示。如图2-5b)

为逆平行双曲柄机构,具有两曲柄反向不等速得特点,车门得启闭机构利用了两曲柄反向转动得特点,如图2-6c)所示。

(3)双摇杆机构。两根连架杆均只能在不足一周得范围内运动得铰链四杆机构称为双摇杆机构。如图2-7所示为港口用起重机吊臂结构原理。其中,ABCD 构成双摇杆机构,AD 为机架,在主动摇杆AB 得驱动下,随着机构得运动连杆BC 得外伸端点M 获得近似直线得水平运动,使吊重Q 能作水平移动而大大节省了移动吊重所需要得功率。图2-8所示为电风扇摇头机构原理,电动机外壳作为其中得一根摇杆AB,蜗轮作为连杆BC,构成双摇杆机构ABCD 。蜗杆随扇叶同轴转动,带动BC 作为主动件绕C 点摆动,使摇杆AB 带电动机及扇叶一起摆动,实现一台电动机同时驱动扇叶与摇头机构。图2-9所示得汽车偏转车轮转向机构采用了等腰梯形双摇杆机构。该机构得两根摇杆AB 、CD 就是等长得,适当选择两摇杆得长度,可以使汽车在转弯时两转向轮轴线近似

相交于其它两轮轴线延长线某点P,汽车整车绕瞬时中心P 点转动,获得各轮子相对于地面作近似得纯滚动,以减少转弯时轮胎得磨损。

图2-7 起重机吊臂结构原理

图2-5 平行双曲柄机构

图2-6 平行双曲柄机构得应用

图2-9 汽车转向机构 图2-8 电风扇摇头机构

二、铰链四杆机构中曲柄存在得条件

1、铰链四杆机构中曲柄存在得条件

铰链四杆机构得三种基本类型得区别在于机构中就是否存在曲柄,存在几个曲柄。机构中就是否存在曲柄与各构件相对尺寸得大小以及哪个构件作机架有关。可以证明,铰链四杆机构中存在曲柄得条件为: 条件一:最短杆与最长杆长度之与不大于其余两杆长度之与。

条件二:连架杆或机架中最少有一根就是最短杆。

2、铰链四杆机构基本类型得判别准则

(1)满足条件一但不满足条件二得就是双摇杆机构;

(2)满足条件一而且以最短杆作机架得就是双曲柄机构;

(3)满足条件一而且最短杆为连架杆得就是曲柄摇杆机构;

(4)不满足条件一就是双摇杆机构。

【实训例2-1】铰链四杆机构ABCD如图2-10所示。请根据基本类型判别准则,说明机构分别以AB、BC、CD、AD各杆为机架时属于何种机构。

解:经测量得各杆长度标于图2-10,分析题目给出铰链四杆机构知,最短杆为AD = 20,最长杆为CD = 55,其余两杆AB = 30、BC = 50。

因为AD＋CD = 20＋55 = 75

AB＋BC = 30＋50 = 80 ＞L min＋L max

故满足曲柄存在得第一个条件。

1)以AB或CD为机架时,即最短杆AD成连架杆,故为曲柄摇杆机构;

2)以BC为机架时,即最短杆成连杆,故机构为双摇杆机构;

3)以AD为机架时,即以最短杆为机架,机构为双曲柄机构。

图2-10

第二节平面四杆机构得其它形式

一、曲柄滑块机构

在图2-11a)所示得铰链四杆机构ABCD中,如果要求C点运动轨迹得曲率半径较大甚至就是C点作直线运动,则摇杆CD得长度就特别长,甚至就是无穷大,这显然给布置与制造带来困难或不可能。为此,在实际应用中只就是根据需要制作一个导路,C点做成一个与连杆铰接得滑块并使之沿导路运动即可,不再专门做出CD杆。这种含有移动副得四杆机构称为滑块四杆机构,当滑块运动得轨迹为曲线时称为曲线滑块机构,当滑块运动得轨迹为直线时称为直线滑块机构。直线滑块机构可分为两种情况:如图2-11b)所示为偏置曲柄滑块机构,导路与曲柄转动中心有一个偏距e;当e= 0即导路通过曲柄转动中心时,称为对心曲柄滑块机构,如图2-11c)所示。由于对心曲柄滑块机构结构简单,受力情况好,故在实际生产中得到广泛应用。因此,今后

如果没有特别

说明,所提得

曲柄滑块机构

即意指对心曲

柄滑块机构。

应该指出,

滑块得运动轨

迹不仅局限于

圆弧与直线,

还可以就是任

图2-11 曲柄滑块机构

意曲线,甚至可以就是多种曲线得组合,这就远远超出了铰链四杆机构简单演化得范畴,也使曲柄滑块机构得应用更加灵活、广泛。

图2-12所示为曲柄滑块机构得应用。图2-12a)所示为应用于内燃机、空压机、蒸汽机得活塞－连杆－曲柄机构,其中活塞相当于滑块。图2-12b)所示为用于自动送料装置得曲柄滑块机构,曲柄每转一圈活塞送出一个工件。当需要将曲柄做得较短时结构上就难以实现,通常采用图2-12c)所示得偏心轮机构,其偏心圆盘得偏心距e 就就是曲柄得长度。这种结构减少了曲柄得驱动力,增大了转动副得尺寸,提高了曲柄得强度与刚度,广泛应用于冲压机床、破碎机等承受较大冲击载荷得机械中。

二、导杆机构

在对心曲柄滑块机构中,导路就是固定不动得,如果将导路做成导杆4铰接于A 点,使之能够绕A 点转动,并使AB 杆固定,

就变成了导杆机构,如图2-13所示。当AB ＜BC 时,导杆能够作整周得回转,称旋转导杆机构,如图2-13a ＝所示。当AB ＞BC 时导杆4只能作不足一周得回转,称摆动导杆机构,如图2-13b)所示。

导杆机构具有很好得传力性,在插床、刨床等要求传递重载得场合得到应用。如图2-14a)所示为插床得工作机构,如图2-14b)所示为牛头刨床得工作机构。

三、摇块机构与定块机构

在对心曲柄滑块机构中,将与滑块铰接得构件固定成机架,使滑块只能摇摆不能移动,就成为摇块机构,如图2-15a)所示。摇块机构在液压与气压传动系统中得到广泛应用,如图2-15b)所示为摇块

图2-13 导杆机构

图2-14 导杆机构得应用

图2-15 摇块机构及其应用

图2-12 曲柄滑块机构得应用

图2-16定块机构及其应用

机构在自卸货车上得应用,以车架为机架AC,液压缸筒3与车架铰接于C 点成摇块,主动件活塞及活塞杆2可沿缸筒中心线往复移动成导路,带动车箱1绕A 点摆动实现卸料或复位。将对心曲柄滑块机构中得滑块固定为机架,就成了定块机构,如图2-16a)所示。图2-16b)为定块机构在手动唧筒上得应用,用手上下扳动主动件1,使作为导路得活塞及活塞杆4沿唧筒中心线往复移动,实现唧水或唧油。表2-1给出了铰链四杆机构及一、运动

特性 所示得曲柄摇杆机构中,设曲柄AB 为主动件。曲柄在旋转过程中每周有两次与连杆重叠,如图2-17中得B 1AC 1与AB 2C 2两位置。这时得摇杆位置C 1D 与C 2D 称为极限位置,简称极位。C 1D 与C 2D 得夹角称为最大摆角。曲柄处于两极位AB 1与AB 2得夹角锐角θ称为极位夹角。设曲柄以等角速度ω1顺时针转动,从AB 1转到AB 2与从AB 2到AB 1所经过得角度为(π＋θ)与(π－θ),所需得时间为t 1与t 2 ,相应得摇杆上C 点经过得路线为C 1C 2弧与C 2C 1弧,C 点得线速度为v 1与v 2 ,显然有t 1＞t 2 ,v 1＜v 2 。这种返回速度大于推进速度得现象称为急回特性,通常用v 1与v 2得比值K 来描述急回特性,K 称为行程速比系数,即

K = (2-1)

或有 (2-2)

可见,θ越大K 值就越大,急回特性就越明显。在机械设计时可根据需要先设定K 值,然后算出θ值,再由此计算得各构件得长度尺寸。

急回特性在实际应用中广泛用于单向工作得场合,使空回程所花得非生产时间缩短以提高生产率。例如牛头刨床滑枕得运动。

表2-1 铰链四杆机构及其演化主要形式对比

固定构件

铰链四杆机构

含一个移动副得四杆机构(e =0)

4

曲柄摇 杆机构

曲柄滑 块机构

1

双曲柄 机构

转动导 杆机构

2

曲柄摇 杆机构

摇块 机构

摆动导 杆机构

3

双摇杆 机构

定块 机构

图2-17 曲柄摇杆机构得运动特性

二、传力特性

1、压力角与传动角

在工程应用中连杆机构除了要满足运动要求外,还应具有良好得传力性能,以减小结构尺寸与提高机械效率。下面在不计重力、惯性力与摩擦作用得前提下,分析曲柄摇杆机构得传力特性。如图2-18所示,主动曲柄得动力通过连杆作用于摇杆上得C 点,驱动力F 必然沿BC 方向,将F 分解为切线方向与径向方向两个分力F t 与F r ,切向分力F t 与C 点得运动方向v c 同向。

由图知

F t = F 或 F t = F

F r = F 或 F r = F

α角就是F t 与F 得夹角,称为机构得压力角,即驱动力F 与C 点得运动方向得夹角。α随机构得不同位置有不同得值。它表明了在驱动力F 不变时,推动摇杆摆动得有效分力F t 得变化规律,α越小F t 就越大。

压力角α得余角γ就是连杆与摇杆所夹锐角,称为传动角。由于γ更便于观察,所以通常用来检验机构得传力性能。传动角γ随机构得不断运动而相应变化,为保证机构有较好得传力性能,应控制机构得最小传动角γmin 。一般可取γmin ≥40°,重载高速场合取γmin ≥50°。曲

柄摇杆机构得最小传动角出现在曲柄与机架共线得两个

位置之一,如图2-18所示得B 1点或B 2点位置。

偏置曲柄滑块机构,以曲柄为主动件,滑块为工作件,传动角γ为连杆与导路垂线所夹锐角,如图2-19所示。最小传动角γmin 出现在曲柄垂直于导路时得位置,并且位于与偏距方向相反一侧。对于对心曲柄滑块机构,即偏距e = 0 得情况,显然其最小传动角γmin 出现在曲柄垂直于导路时得位置。

对以曲柄为主动件得摆动导杆机构,因为滑块对导杆得作用力始终垂直于导杆,其传动角γ恒为90°,即γ = γmin = γmax =90°,表明导杆机构具有最好得传力性能。

2、止点

从F t = F cos α知,当压力角α = 90°时,对从动件得作用力或力矩为零,此时连杆不能驱动从动件工作。机构处在这种位置称为止点,又称死点。如图2-20a)所示得曲柄摇杆机构,当从动曲柄AB 与连杆BC 共线时,出现压力角α = 90°,传动角γ = 0。如图2-20b)所示得曲柄滑块机构,如果以滑块作主动,则当从动曲柄AB 与连杆BC 共线时,外力F 无法推动从动曲柄转动。机构处于止点位置,一方面驱动力作用降为零,从动件要依靠惯性越过止点;另一方面就是方向不定,可能因偶然外力得影响造成反转。

四杆机构就是否存在止点,取决于从动件就是否与连杆共线。例如上述图2-20a)所示得曲柄摇杆机构,

图2-18 曲柄摇杆机构得压力角与传动角

图2-19 曲柄滑块机构得传动角

图2-20 平面四杆机构得止点位置

如果改摇杆主动为曲柄主动,则摇杆为从动件,因连杆BC 与摇杆CD 不存在共线得位置,故不存在止点。又例如前述图2-20b )所示得曲柄滑块机构,如果改曲柄为主动,就不存在止点。

止点得存在对机构运动就是不利得,应尽量避免出现止点。当无法避免出现止点时,一般可以采用加大从动件惯性得方法,靠惯性帮助通过止点。例如内燃机曲轴上得飞轮。也可以采用机构错位排列得方法,靠两组

机构止点位置差得作用通过各自得止点。

在实际工程应用中,有许多场合就是利用止点位置来实现一定工作要求得。

如图2-21a)所示为一种快速夹具,

要求夹紧工件后夹紧反力不能自动松开夹具,所以将夹头构件1瞧成主动件,当连杆2与从动件3共线时,机构处于止点,夹紧反力N 对摇杆3得作用力矩为零。这样,无论N 有多大,也无法推动摇杆3而松开夹具。当我们用手搬动连杆2得延长部分时,因主动件得转换破坏了止点位置而轻易地松开工件。如图2-21b)所示为飞机起落架处于放下机轮得位置,地面反力作用于机轮上使AB 件为主动件,从动件CD 与连杆BC 成一直线,机构处于止点,只要用很小得锁紧力作用于CD 杆即可有效地保持着支撑状态。当飞机升空离地要收起机轮时,只要用较小力量推动CD,因主动件改为CD 破坏了止点位置而轻易地收起机轮。此外,还有汽车发动机盖、折叠椅等。

第四节 平面四杆机构运动设计简介

四杆机构得设计方法有图解法、试验法、解析法三种。本节仅介绍图解法。 一、按给定得连杆长度与位置设计平面四杆机构

1、按连杆得预定位置设计四杆机构 【例2-2】 已知连杆BC 得长度与依次占据得三个位置B 1C 1、B 2C

2、B 3C 3 ,如图2-22所示。求确定满足上述条件得铰链四杆机构得其它各杆件得长度与位置。

解:显然B 点得运动轨迹就是由B 1、B 2、B 3三点所确定得圆弧,C 点得运动轨迹就是由C 1、C 2、C 3三点所确定得圆弧,分别找出这两段圆弧得圆心A 与D,也就完成了本四杆机构得设计。因为此时机架AD 已定,连架杆CD 与AB 也已定。具体作法如下:

(1)确定比例尺,画出给定连杆得三个位置。实际机构往往要通过缩小或放大比例后才便于作图设计,应根据实际情况选择适当得比例尺,见式(1-1)。

(2)连结B 1B 2、B 2B 3 ,分别作直线段B 1B 2与B 2B 3

得垂直平分线b 12与b 23(图中细实线),此两垂直平分线得交点A 即为所求B 1、B 2、B 3三点所确定圆弧得圆心。

(3)连结C 1C 2、C 2C 3,分别作直线段C 1C 2与C 2C 3得垂直平分线c 12、c 23(图中细实线)交于点D,即为所求

图2-22 按连杆得三个预定位置设计四杆机构

图2-21 机构止点位置得应用

C1、C2、C3三点所确定圆弧得圆心。

(4)以A点与D点作为连架铰链中心,分别连结AB3、B3C3、C3D(图中粗实线)即得所求四杆机构。从图中量得各杆得长度再乘以比例尺,就得到实际结构长度尺寸。

在实际工程中,有时只对连杆得两个极限位置提出要求。这样一来,要设计满足条件得四杆机构就会有很多种结果,这时应该根据实际情况提出附加条件。

【实训例2-3】如图2-23所示得加热炉门启闭机构,图中Ⅰ为炉门关闭位置,使用要求在完全开启后门背朝上水平放置并略低于炉口下沿,见图中Ⅱ位置。

解:把炉门当作连杆BC,已知得两个位置B1C1与B2C2 ,B与C 已成为两个铰点,分别作直线段B1B2、C1C2得平分线得b12与c12 ,另外两铰点A与D就在这两根平分线上。为确定A、D得位置,根据实际安装需要,希望A、D两铰链均安装在炉得正壁面上即图中yy位置,yy 直线分别与b12、c12相交点A与D即为所求。

二、按给定得行程速比系数设计四杆机构

设计具有急回特性得四杆机构,一般就是根据运动要求选定行程速比系数,然后根据机构极位得几何特点,结合其她辅助条件进行设计。

【实训例2-4】已知行程速比系数K,摇杆长度l CD,最大摆角,请用图解法设计此曲柄摇杆机构。

解:设计过程如图2-24所示,具体步骤:

(1)由速比系数K计算极位角θ。由式(2-2)知

(2)选择合适得比例尺,作图求摇杆得极限位置。取摇杆长度l CD除以比例尺得图中摇杆长CD,以CD为半径、任定点D为圆心、任定点

图2-23 加热炉门四杆机构设计

C1为起点做弧C,使弧C所对应得圆心角等于或大于最大摆角,连接D点与C1点得线段C1D为摇杆得一个极限位置,过D点作与C1D夹角等于最大摆角得射线交圆弧于C2点得摇杆得另一个极限位置C2D。

(3)求曲柄铰链中心。过C1点在D点同侧作C1C2得垂线H,过C2点作与D点同侧与直线段C1C2夹角为(900－θ)得直线J交直线H于点P,连接C2P,在直线段C2P上截取C2P/2得点O,以O点为圆点、OP为半径,画圆K ,在C1C2弧段以外在K上任取一点A为铰链中心。

(4)求曲柄与连杆得铰链中心。连接A、C2点得直线段AC2为曲柄与连杆长度之与,以A点为圆心、AC1为半径作弧交AC2于点E,可以证明曲柄长度AB = C2E/2,于就是以A点为圆心、C2E/2为半径画弧交AC2于点B2为曲柄与连杆得铰接中心。

(5)计算各杆得实际长度。分别量取图中AB2、AD、B2C2得长度,计算得:

曲柄长l AB =AB2,连杆长l BC=B2C2 ,机架长l AD =AD。

习题二

2-1 铰链四杆机构按运动形式可分为哪三种类型？各有什么特点？试举出它们得应用实例。

图2-24按行程速比系数设计四杆机构

图2-25

2-2 铰链四杆机构中曲柄存在得条件就是什么？

2-3 机构得急回特性有何作用？判断四杆机构有无急回特性得根据就是什么？

2-4 题图所示得铰链四杆机构中,各构件得长度已知,问分别以a、b、c、d为机架时,各得什么类型得机构？

2-5 标注出各机构在题图所示位置得压力角与传动角。

实训二设计平面四杆机构

1、实训目得

掌握平面四杆机构得图解设计方法,初步了解与掌握计算机辅助设计在平面四杆机构设计中得应用。

2、实训内容与要求

(1)设计一铰链四杆机构,已知摇杆长L C D= 0、12m , 摆角＝45°,机架长L AD = 0、10m,行程速比系数K=1、4,试用图解法求曲柄与连杆得长度。

(2)使用图解法设计一摆动导杆机构。已知行程速比系数K=1、5,机架长L AD=0、18m。

可自选一题目,采用计算机辅助设计(用AutoCAD图解设计)。

3、实训过程。参考实训例2-4。

4、采用AutoCAD图解设计得实训步骤

按照自选好得题目初步构思、拟定作图步骤,然后上机操作:①进入AutoCAD工作界面;②按作图步骤作

图;③利用查询功能测出设计结果;④保存设计结果。

平面连杆机构及其设计答案复习进程

第八章平面连杆机构及其设计 一、填空题： 1.平面连杆机构是由一些刚性构件用转动副和移动副连接组成的。 2.在铰链四杆机构中，运动副全部是低副。 3.在铰链四杆机构中，能作整周连续回转的连架杆称为曲柄。 4.在铰链四杆机构中，只能摆动的连架杆称为摇杆。 5.在铰链四杆机构中，与连架杆相连的构件称为连杆。 6.某些平面连杆机构具有急回特性。从动件的急回性质一般用行程速度变化系数表示。 7.对心曲柄滑块机构无急回特性。 8.平行四边形机构的极位夹角θ=00，行程速比系数K= 1 。 9.对于原动件作匀速定轴转动，从动件相对机架作往复直线运动的连杆机构，是否有急回 特性，取决于机构的极位夹角是否为零。 10.机构处于死点时，其传动角等于0?。 11.在摆动导杆机构中，若以曲柄为原动件，该机构的压力角α=00。 12.曲柄滑块机构，当以滑块为原动件时，可能存在死点。 13.组成平面连杆机构至少需要 4 个构件。 二、判断题： 14.平面连杆机构中，至少有一个连杆。（√） 15.在曲柄滑块机构中，只要以滑块为原动件，机构必然存在死点。（√） 16.平面连杆机构中，极位夹角θ越大，K值越大，急回运动的性质也越显著。（√） 17.有死点的机构不能产生运动。（×） 18.曲柄摇杆机构中，曲柄为最短杆。（√） 19.双曲柄机构中，曲柄一定是最短杆。（×） 20.平面连杆机构中，可利用飞轮的惯性，使机构通过死点位置。（√） 21.在摆动导杆机构中，若以曲柄为原动件，则机构的极位夹角与导杆的最大摆角相等。 （√） 22.机构运转时，压力角是变化的。（√） 三、选择题：

23.铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和 A 其他两杆之和。 A ≤ B ≥ C > 24.铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆之和，而 充分条件是取 A 为机架。 A 最短杆或最短杆相邻边 B 最长杆 C 最短杆的对边。 25.铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，当以 B 为机架时， 有两个曲柄。 A 最短杆相邻边 B 最短杆 C 最短杆对边。 26.铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，当以 A 为机架时， 有一个曲柄。 A 最短杆相邻边 B 最短杆 C 最短杆对边。 27.铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，当以 C 为机架时， 无曲柄。 A 最短杆相邻边 B 最短杆 C 最短杆对边。 28.铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和 B 其余两杆长度之和，就一定是双摇杆 机构。 A < B > C = 29.对曲柄摇杆机构，若曲柄与连杆处于共线位置，当 C 为原动件时，此时机构处在死点位 置。 A 曲柄 B 连杆 C 摇杆 30.对曲柄摇杆机构，若曲柄与连杆处于共线位置，当 A 为原动件时，此时为机构的极限 位置。 A 曲柄 B 连杆 C 摇杆 31.对曲柄摇杆机构，当以曲柄为原动件且极位夹角θ B 时，机构就具有急回特性。 A <0 B >0 C =0 32.对曲柄摇杆机构，当以曲柄为原动件且行程速度变化系数K B 时，机构就具有急 回特性。 A <1 B >1 C =1 33.在死点位置时，机构的压力角α= C 。 A 0 o B 45o C 90o 34.若以 B 为目的，死点位置是一个缺陷，应设法通过。 A 夹紧和增力B传动 35.若以 A 为目的，则机构的死点位置可以加以利用。 A 夹紧和增力；B传动。

7.实验七 机构创新组合设计实验

实验七机构创新组合设计实验 一、实验目的 1、加深学生对平面机构的组成原理认识,进一步了解机构组成及运动特性。 2、训练学生的工程实践动手能力。培养学生创新意识及综合设计的能力。 二、实验设备及工具 1、JKZB-Ⅱ机构创新组合设计实验台。附件：齿轮、齿条、槽轮、凸轮、转动轴、连杆、各种连接组合零部件等。 2、装拆工具：十字起子、活动扳手、内六角扳手、钢板尺、卷尺等。 3、学生自备草稿纸、笔、绘图工具等。 三、实验要求 1、每2～3人一组,每一组实验前拟一份机构运动设计方案,实验后提交新设计方案. 2、完成实验后各组将机械零部件“物还原位”,老师验收后方可离去. 3、每人完成一份实验报告。 四、实验原理和方法 根据平面机构的组成原理：任何平面机构都可以由若干个基本杆组依次联接到原动件和机架上而构成，故可通过选定的机构类型，拼装该机构并进行分析。 １

五、实验内容 1、自行到实验室熟悉本实验中的实验装置，各种零部件、装拆工具的功能；了解机构的拼接方法，拟订自已的机构运动方案的拼接步骤。 2、自拟或课本提供的机构运动方案做为拼接对象。 3.拼接机构,将各基本杆组按运动传递规律顺序拼接到原动件和机架上。 4．绘制运动简图，分析所拼接的平面机构。 5．根据平面机构的组成原理，利用常用的零部件拼接调整，设计一种具有新型的带发明创造性的组合机构。每一组提交一份机构创新设计方案。 6．最后把组合机构安装在实验平台上，进行测试分析、运动分析、实验结果分析、拟定这次实验的步骤，并写出实验报告。 六、实验方法与步骤 1.学生使用“机构创新组合设计实验台”提供的各种零件。按照自己的运动方案简图，先在桌面上进行机构的初步试验组装，这一步的目的是杆件分层。一方面为了使各个杆件在互相平行的平面内运动，一一方面为了避免各个杆件，各个运动副之间发生运动干涉。 2.按照上一步骤试验好的分层方案，从最里层开始，依次将各个杆件组装连接到机架上。选取构件杆，连接转动副或移动副。凸轮。齿轮。齿条与杆件用转动副连接，凸轮。齿轮。齿条与杆件用移动副连接，杆件以转动副的形式与机架相连，杆件以移动副的形式与机架相连，最后组装连接输入转动的原动件或输入移动的原动件。 3.根据输入运动的形式选择原动件。若输入运动为转动（工程实际中以柴油机，电动机等为动力的情况），则选用双轴承式主动定铰链轴或蜗杆为原动件，并使用电机通过软轴联轴器进行驱动。若输入运动为移动（工程实际中以油缸，气缸等为动力的情况），可选用适当行程的气缸驱动，用软管连接好气缸，气控组件和空气压缩机并进行空载形成实验。 4.试用手动的方式摇动或推动原动件，观察整个机构各个杆，副的运动，确定运动没有干涉后，安装电动机，用柔性联轴节将电机与机构相连，或安装气缸，用附件将气缸与机构相连。 5.检查无误后，接通电源试机 6.观察机构系统的运动，对机构系统的工作到位情况，运动学及动力学特性作出定性的分析和评价。一般包括如下几个方面： ①各个杆、副是否发生干涉 ②有无形成运动副的两构件的运动不在一个平面，因而出现摩擦力过大的现象 ③输入转动的原动件是否为曲柄。 ２

机构运动创新设计..

课程设计报告 学生姓名：________________ 学号：_________________ 学院: ______________________________________________ 班级: ______________________________________________ 题目: _______________ 机构运动创新设计______________

2015年1月5日 目录 、概述................................. 1 .....................................................

一、概述： 机构运动方案创新设计是各类复杂机械设计中决定性的一步，机构的设计选型一般先通过作图和计算来进行，一般比较复杂的机构都有多个方案，需要制作模型来试验和验证，多次改进后才能得到最佳的方案和参数。本实验所用搭接试验台能够任意选择平面机构类型，组装调整机构尺寸等功能，能够比较直观、方便的搭接、验证、调试、改进、确定设计方案，较好地改善了在校学生对平面机构的学习和设计一般只停留在理论设计“纸上谈兵”的状况二、课程设计目的： 1、培养学生对连杆机构的理解掌握与创新设计能力，加强学生的工程实践背景的训练，拓宽学生的知识面，培养学生的创新意识、综合设计及工程实践动手能力。 2 、通过机构的拼接，在培养工程实践动手能力的同时，要求学生在拼装一个已有模型之外，自己通过对现实生产和生活中的连杆机构机械产品的观察和理解，通过试验台设备进行拼装和仿真。通过解决实际问题，促进学生理论联系实际，学以致用；锻炼学生独立思考能力和动手能力。 3 、加深学生对连杆机构组成原理的认识，进一步掌握连杆机构的创新设计方法。 4、学习机构运动简图的测绘与自由度的计算。 三、课程设计要求和内容： 实验设备和工具 CQJP-D 机构运动创新设计方案拼装及仿真实验台，包括组成机构的各种运动副、构件、动力源及一套实验工具（扳手、螺丝刀）。其中构件包括机架、连杆、圆柱齿轮、齿条、凸轮及从动件、槽轮及拨盘和皮带轮等；运动副包括转动副、移动副、齿轮副、槽轮副等。 实验原理 平面机构是由各个杆组依次联结到机架和原动件上形成的。机构具有确定运动的条件是机构的自由度大于零，且原动件数和机构的自由度相等。所拼接的机构必须满足以上两个条件。将主要由连杆构成的连杆机构（可加入一个其他类型构件如齿轮、凸轮、槽轮等）进行拼装，计算分析其自由度后，输入动力源进行 机构运行。实验内容与步骤

第2章 平面连杆机构

第2章平面连杆机构 题2-1 试根据图2.14 中标注尺寸判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆机构、双曲柄机构，还是双摇杆机构。 a ） b ） c ） d ） 图2.14 题2-2 试运用铰链四杆机构有整转副的结论，推导图2.15 所示偏置导杆机构成为转动导杆机构的条件（提示：转动导杆机构可视为双曲柄机构）。 图2.15 题2-3 画出图2.16 所示各机构的传动角和压力角。图中标注箭头的构件为原动件。 图2.16 题2-4 已知某曲柄摇杆机构的曲柄匀速转动，极位夹角为，摇杆工作行程须时7s 。试问：

（1 ）摇杆空回行程需几秒？（2 ）曲柄每分钟转速是多少？ 题2-5 设计一脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构，要求踏板在水平位置上下各摆，且 ，。（1 ）试用图解法求曲柄和连杆的长度；（2 ）用公式（2-3 ）和（2-3 ）′ 计算此机构的最小传动角。 图2.17 题2-5 解图 题2-6 设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度，摆角，摇杆的行程速度变化系数。（1 ）用图解法确定其余三杆的尺寸；（ 2 ）用公式（ 2 — 3 ）和（2-3 ）′确定机构 最小传动角（若，则应另选铰链A 的位置，重新设计）。 题2-7 设计一曲柄滑块机构。已知滑块的行程，偏距，行程速度变化系数。求曲柄和连杆的长度。 图2.19 题2-8 设计一导杆机构。已知机架长度，行程速度变化系数，求曲柄长度。

图2.20 题2-9 设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度，摆角，摇杆的行程速度变化系数 ，且要求摇杆的一个极限位置与机架间的夹角，试用图解法确定其余三杆的长度。 图2.21 题2-10 设计一铰链四杆机构作为加热炉门的启闭机构。已知炉门上的两活动铰链中心距为，炉门打开后成水平位置时，要求炉门温度较低的一面朝上（如虚线所示），设固定铰链 安装在轴线上，其相关尺寸如图所示，求此铰链四杆机构其余三杆的长度。 图2.22 题2-11 设计一铰链四杆机构。已知其两连架杆的四组对应位置间的夹角为，

第二章平面连杆机构

第二章 平面连杆机构 案例导入：通过雷达天线、汽车雨刮器、搅拌机等实际应用的机构分析引入四杆机构的概念，介绍四杆机构的组成、基本形式和工作特性。 第一节铰链四杆机构 一、铰链四杆机构的组成和基本形式 1.铰链四杆机构的组成 如图1-14所示，铰链四杆机构是由转动副将各构件的头尾联接起的封闭四杆系统，并使其中一个构件固定而组成。被固定件4称为机架，与机架直接铰接的两个构件1和3称为连架杆，不直接与机架铰接的构件2称为连杆。连架杆如果能作整圈运动就称为曲柄，否则就称为摇杆。 2.铰链四杆机构的类型 铰链四杆机构根据其两个连架杆的运动形式的不同，可以分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本形式。 (1)曲柄摇杆 机构。在铰链四杆 机构中，如果有一 个连架杆做循环的 整周运动而另一连 架杆作摇动，则该 机构称为曲柄摇杆 机构。如图2-1所 示曲柄摇杆机构， 是雷达天线调整机 构的原理图，机构由构件AB、BC、固连有天线的CD及机架DA组成，构件AB可作整圈的转动，成曲柄；天线3作为机构的另一连架杆可作一定范围的摆动，成摇杆；随着曲柄的缓缓转动，天线仰角得到改变。如图2-2所示汽车刮雨器，随着电动机带着曲柄AB转动，刮雨胶与摇杆CD一起摆动，完成刮雨功能。如图2-3所示搅拌器，随电动机带曲柄AB转动，搅拌爪与连杆一起作往复的摆动，爪端点E作轨迹为椭圆的运动，实现搅拌功能。 图2-1 雷达天线调整机构图2-2 汽车雨刮器图2-3 搅拌机 图2-4 惯性筛工作机构

(2)双曲柄机构。在铰链四杆机构中，两个连架杆均能做整周的运动，则该机构称为双曲柄机构。如图2-4 所示惯性筛的工作机构原理，是双曲柄机构的应用实例。由于从动曲柄3与主动曲柄1的长度不同，故当主动曲柄1匀速回转一周时，从动曲柄3作变速回转一周，机构利用这一特点使筛子6作加速往复运动，提高了工作性能。当两曲柄的长度相等且平行布置时，成了平行 双曲柄机构，如图 2-5a ）所示为正平行双曲柄机构，其特点是两曲柄转向相同和转速相等及连杆作平动，因而应用广泛。火车驱动轮联动机构利用了同向等速的特点；路灯检修车的载人升斗利用了平动的特点，如图2-6a 、b)所示。如图2-5b)为逆平行双曲柄机构， 具有两曲柄反向不等速的特点，车门的启闭机构利用了两曲柄反向转动的特点，如图2-6c)所示。 (3)双摇杆机构。两根连架杆均只能在不足一周的范围内运动的铰链四杆机构称为双摇杆机构。如图2-7所示为港口用起重机吊臂结构原理。其中，ABCD 构成双摇杆机构，AD 为机架，在主动摇杆AB 的驱动下，随着机构的运动连杆BC 的外伸端点M 获得近似直线的水平运动，使吊重Q 能作水平移动而大大节省了移动吊重所需要的功率。图2-8所示为电风扇摇头机构原理，电动机外壳作为其中的一根摇杆AB ，蜗轮作为连杆BC ，构成双摇杆机构ABCD 。蜗杆随扇叶同轴转动，带动BC 作为主动件绕C 点摆动，使摇杆AB 带电动机及扇叶一起摆动，实现一台电动机同时驱动扇叶和摇头机构。图2-9所示的汽车偏转车轮转向机构采用了等腰梯形双摇杆机构。该机构的两根摇杆AB 、CD 是等长的，适当选择两摇杆的长度，可以使汽车在转弯时两转向轮轴线近似相交 于其它两轮轴线延长线某点P ，汽车整车绕瞬时中心P 点转动，获得各轮 子相对于地面作近似的纯滚动，以减少转弯时轮胎的磨损。 二、铰链四杆机构中曲柄存在的条件 1.铰链四杆机构中曲柄存在的条件 铰链四杆机构的三种基本类型的区别在于机构中是否存在曲柄，存在几个曲柄。机构中是否存在曲柄与各构件相对尺寸的大小以及哪个构件作机架有关。可以证明，铰链四杆机构中存在曲柄的条件为： 条件一：最短杆与最长杆长度之和不大于其余两杆长度之和。 条件二：连架杆或机架中最少有一根是最短杆。 图2-7 起重机吊臂结构原理 图2-5 平行双曲柄机构 图2-6 平行双曲柄机构的应用 图2-9 汽车转向机构 图2-8 电风扇摇头机构

连杆机构创新设计在机械工程实际中的应用

连杆机构创新设计在机械工程实际中的应用 发表时间：2017-07-05T11:21:33.760Z 来源：《防护工程》2017年第4期作者：陶海涛 [导读] 本文作者裁判能够连杆机构的定义出发，分析了连杆机构创新设计在机械工程实际中的应用。 浙江红旗机械有限公司浙江 313200 摘要：连杆机构的常用方法连杆机构的运动学分析包括位置分析、速度分析和加速度分析三个方面，其基础是力学中的运动学，现在己形成了较为成熟的连杆机构分析方法。机械产品通过创新设计，利用换代从根本解决产品更新问题。本文作者裁判能够连杆机构的定义出发，分析了连杆机构创新设计在机械工程实际中的应用。 关键词：连杆机构；创新设计；机械工程；应用 1 连杆机构及平面连杆机构 1.1 连杆机构概述 连杆机构又称低副机构，是机械的组成部分中的一类，指由若干有确定相对运动的构件用低副联接组成的机构。 平面连杆机构中最基本也是应用最广泛的一种型式是由四个构件组成的平面四杆机构。由于机构中的多数构件呈杆状，所以常称杆状构件为杆。低副是面接触，耐磨损；加上转动副和移动副的接触表面是圆柱面和平面，制造简便，易于获得较高的制造精度。连杆机构广泛应用于各种机械和仪表中。根据构件之间的相对运动为平面运动或空间运动，连杆机构可分为平面连杆机构和空间连杆机构。根据机构中构件数目的多少分为四杆机构、五杆机构、六杆机构等，一般将五杆及五杆以上的连杆机构称为多杆机构。当连杆机构的自由度为1时，称为单自由度连杆机构；当自由度大于1时，称为多自由度连杆机构。 根据形成连杆机构的运动链是开链还是闭链，亦可将相应的连杆机构分为开链连杆机构（机械手通常是运动副为转动副或移动副的空间开链连杆机构）和闭链连杆机构。单闭环的平面连杆机构的构件数至少为4，因而最简单的平面闭链连杆机构是四杆机构，其他多杆闭链机构无非是在其基础上扩充杆组而成；单闭环的空间连杆机构的构件数至少为3，因而可由三个构件组成空间三杆机构。 1.2 平面连杆机构 最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的，称为平面四杆机构。它的应用非常广泛，而且是组成多杆机构的基础。 由若干个刚性构件通过低副（转动副、移动副）)联接，且各构件上各点的运动平面均相互平行的机构，又称平面低副机构。低副具有压强小、磨损轻、易于加工和几何形状能保证本身封闭等优点，故平面连杆机构广泛用于各种机械和仪器中。与高副机构相比，它难以准确实现预期运动，设计计算复杂。 平面连杆机构中最常用的是四杆机构，它的构件数目最少，且能转换运动。多于四杆的平面连杆机构称多杆机构，它能实现一些复杂的运动，但杆多且稳定性差。 2 连杆机构运动学分析的常用方法 连杆机构的平面机构的机构，是将平面机构的位置分析问题归纳为求解三角形问题，并利用矢量方法来描述平面连杆机构的运动及动力分析，以机构中的“阿苏尔杆组”为基本单元，根据基本单元编制运动分析子程序，对每一基本杆组进行运动分析，解决了机械杆组的机构分析问题。同时把平面机构看成由一些相互约束的基点构成的系统，建立起数学模型，通过及诶额的运动分析，建立约束非线性方程组，需要引用数值解法各有特点，。针对连杆机构创新设计虚拟仿真的需要，选择基本杆组，调用相应的杆组程序对整个机构进行分析，在分析机构运动时，通过逐次求解各基本杆组来完成。建立不同机械运动分析的数学模型，随后编制成通用子程序，对速度及加速度等运动参数进行求解。快速求解出各点的运动参数。机构运动分析中构件之间应该满足装配条件，否则将不能进行正常的运动，为此建立构件库，形成机构运动简图符号库，由机构三维参数化实体模型库组成，如连杆的厚度。构件之间的拼接通过机构运动简图中构件之间的拼接关系直接生成，显示机械构件的编辑窗口进行参数的编辑。取两个构件上需要拼接的运动副来进行，把构件节点与提供的树映射 TreeMap 类，对所涉及的机构进行干涉检测。 3 连杆机构在机械工程实际工作中的具体应用 3.1 ANSYS软件对于机械工程结构的设计 合理的设计应该确保在各种环境下，使机械精确地保持形状和姿态。采用经验类比设计与简化计算相结合的方法，防止出现机械加工的产品成本高的问题，在当前客户要求越来越多样化的情况下，采用功能强大的ANSYS软件进行设计分析已成为可能，对建立的实体模型自动进行有限元网格的划分，提供了有限元计算的优异分析功能，可获得良好的计算精度。建立设计模型。进行有限元机械划分。建立边界条件，计算节点载荷，组成整体刚阵，求解有限元方程。建立实体模型，并输入需要产品材料特性，减少数量级的偏差。确定坐标系，可以完成计算中所有的前处理过程。 3.2 基于功能分析的创新设计机构系统设计 分析执行构件的运动形式，机械的连续旋转运动，往复摆动，往复移动和特殊功能运动，记录每分钟转位次数，运动系间歇转动数每分钟转角大小，满足机械运动规律的要求，适当设置调整环节。利用基本杆组法以机构中不可再分的运动链作为机构的基本单元，按单元编制通用的运动分析子程序，在分析进行机构运动后，将机构划分成基本杆组后对每一基本杆组进行运动分析，对整个根据工艺受力大小，制造加工难易进行比较，然后择优而取。曲柄摇杆机构的齿条齿轮机构及输出运动能够实现往复摆动，间歇往复摆动的组合机构可以实现间歇往复摆动，通过控制驱动液压缸，实现间歇往复摆动。利用连杆曲线的平面连杆机构，从动件凸轮机构，实现机械间歇往复移动。 3.3 在产品设计系统方面的创新 随着计算机辅助概念设计的研究,一些大型的CAD商品化软件中,生成高精度的曲面几何模型,并直接传送到机械设计和原型制造中,实现从符号描述到几何表示的映射,并对产品的相似实例进行评价与修改,进而获得产品概念设计的优化解。识别机构中的构件是否等于机构的原动件的数目,判定机构的运动确定性,构件中要对局部自由度、虚约束适当处理以便正确计算出机构的自由度。机械主动件做有规律运动,位置确定的运动时,每一个位置机构所有构件都是可行的。程序在计算位置并绘制机构运动过程中,评估机构运动分析中构件之间装配条件,杆

平面连杆机构

第二章 平面连杆机构 1.平面连杆机构是各构件都是用平面低副（回转副和移动副）联接起来的机构。又称平面低副机构。 2.铰链四杆机构是全部用转动副相连的平面四杆机构。 3.铰链四杆机构可分为三种基本形式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。 4.曲柄滑块机构是改变曲柄摇杆机构中 摇杆尺寸为无穷大时 形成的。 5.连杆机构中，传动角和压力角之和为__90°_。 6.连杆机构中，传动角 越大 ，机构传动能力越好。 7.所有构件都在相互平行的平面内运动的机构称为 平面机构 。 8.设计连杆机构时,为了具有良好的传动性能,应使 压力角小、传动角大 。 9.取最短杆的邻边为机架时，机架上只有一个整转副，得到 曲柄摇杆机构 。 10.取最短杆为机架时，机架上有两个整转副，得到 双曲柄机构 。 11.取最短杆的对边为机架时，机架上没有整转副，得到 双摇杆机构 。 12.平面四杆机构中，如存在急回运动特性，则其行程速比系数 Ａ 。 A 、K ＞1 B 、K ＝1 C 、K ＜1 D 、K ＝0 13.在曲柄摇杆机构中，当摇杆为主动件，且 Ｂ 处于共线位置时，机构处于死点位置。 A 、曲柄与机架 B 、曲柄与连杆 C 、连杆与摇杆 D 、连杆与机架 14.曲柄摇杆机构的急回运动特性系数K=1.5，则极位夹角是 C 。 A 、o 15=θ B 、o 36=θ C 、o 24=θ 15.某机构中，需要将原动机的回转运动转化为直线往复运动，应选 D 机构。 A 、双曲柄机构 B 、摆动导杆机构 C 、双摇杆机构 D 、曲柄滑块机构 16.平面四杆机构工作时，其传动角 Ｃ 。 A 、始终为９０ B 、始终为０ C 、是变化值 D 、为４５ 17.说明什么是曲柄摇杆机构的死点位置？它对机构有何影响？ 答：在曲柄摇杆机构中，如以摇杆为原动件，当摇杆摆到极限位置时，曲柄与连杆共线，如不计各杆的质量及运动副的摩擦，连杆为二力杆，此时连杆施加在曲柄上的力通过曲柄的转动中心，而造成曲柄不能转动。机构的这种位置称为死点位置。 死点位置会使机构的从动件出现卡死或运动不确定现象。 18.铰链四杆机构有整转副存在的条件是什么？有整转副存在一定有曲柄存在否？ 答：铰链四杆机构有整转副的条件是：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。整转副是由最短杆与其邻边组成的。 有整转副不一定有曲柄存在，只有它处于机架上才能形成曲柄。

平面连杆机构及其设计(参考答案)

一、填空题： 1．平面连杆机构是由一些刚性构件用低副连接组成的。 2．由四个构件通过低副联接而成的机构成为四杆机构。 3．在铰链四杆机构中，运动副全部是转动副。 4．在铰链四杆机构中，能作整周连续回转的连架杆称为曲柄。 5．在铰链四杆机构中，只能摆动的连架杆称为摇杆。 6．在铰链四杆机构中，与连架杆相连的构件称为连杆。 7．某些平面连杆机构具有急回特性。从动件的急回性质一般用行程速度变化系数表示。 8．对心曲柄滑快机构无急回特性。9．偏置曲柄滑快机构有急回特性。 10．对于原动件作匀速定轴转动，从动件相对机架作往复运动的连杆机构，是否有急回特性，取决于机构的极位夹角是否大于零。 11．机构处于死点时，其传动角等于０。12．机构的压力角越小对传动越有利。 13．曲柄滑快机构，当取滑块为原动件时，可能有死点。 14．机构处在死点时，其压力角等于９０o。 15．平面连杆机构，至少需要４个构件。 二、判断题： 1．平面连杆机构中，至少有一个连杆。（√） 2．平面连杆机构中，最少需要三个构件。（×） 3．平面连杆机构可利用急回特性，缩短非生产时间，提高生产率。（√） 4．平面连杆机构中，极位夹角θ越大，K值越大，急回运动的性质也越显著。（√） 5．有死点的机构不能产生运动。（×） 6．机构的压力角越大，传力越费劲，传动效率越低。（√） 7．曲柄摇杆机构中，曲柄为最短杆。（√） 8．双曲柄机构中，曲柄一定是最短杆。（×） 9．平面连杆机构中，可利用飞轮的惯性，使机构通过死点位置。（√） 10．平面连杆机构中，压力角的余角称为传动角。（√） 11．机构运转时，压力角是变化的。（√） 三、选择题： 1．铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和 A 其他两杆之和。 A <=； B >=； C > 。 2．铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆之和，而充分条件是取 A 为机架。 A 最短杆或最短杆相邻边； B 最长杆； C 最短杆的对边。3．铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，当以 B 为机架时，有两

实验五 平面连杆机构创新设计实验

实验五平面连杆机构创新设计实验 一、实验目的 设计平面机构，并对所设计的机构进行拼接，完成机构特有的运动特性。二、实验仪器 8个创新组合实验台 三、实验要求 （1）每组设计两种不同的机构，其中一种机构从选题部分设计题目中进行选择，另一种机构自行命题，可以来源于参考书、网络或者现实生活中的机构，要求至少有两种基本连杆机构。要求在设计过程中利用一种创新设计方法对方案进行分析。 （2）每种机构都能实现其特定的运动特性。例如，牛头刨床要实现急回运动。通过查阅资料确定机构的运动特性。 （3）在报告上绘制初始方案的机构运动简图。 （4）实验报告请自行打印，将设计方案在课前准备好，填写到报告上。 （5）每班分成7-8组，每组3-4人。 （6）实验时自备三角板、圆规和草稿纸等文具。 四、选题部分设计题目：（每组任选一个） 蒸汽机机构、精压机机构、牛头刨床机构、插床机构、筛料机构、行程放大机构。 机构具体要求： （一）蒸汽机机构： 要求：1.实现活塞的往复运动； 2.运动传递由电机→曲柄→……→滑块。 （二）精压机机构 要求：构件平稳下压，物料受载均衡 （三）牛头刨床主切削运动机构 要求：具有急回特性,运动传递由电机→齿轮减速→导杆→……→滑块 （四）插床机构

要求：1.具有急回特性。 2.插刀实现大行程往复运动。 3. 运动传递由电机→齿轮减速→原动件曲柄→……→输出件插刀 （五）筛料机构 要求：1.具有急回特性。 2.加速度变化较大。 （六）行程放大机构： 要求：实现行程放大 五、报告要求 选题报告要求： （一）选题机构名称； （二）选题机构运动要求及特点； （三）利用功能分析法及设计目录对设计方案进行简单分析； （四）设计的机构简图； （五）实验中机构运动状况分析； （六）改进后的机构简图。 自命题报告要求： （一）命题机构名称； （二）命题机构运动要求及特点； （三）对设计方案进行简单分析； （四）所设计的结构简图； （五）实验中机构运动状况分析； （六）改进后的结构简图。

第二章平面连杆机构和设计与分析报告

第二章平面连杆机构及其设计与分析 §2-1 概述 平面连杆机构（全低副机构）:若干刚性构件由平面低副联结而成的机构。 优点： （1）低副，面接触，压强小，磨损少。 （2）结构简单，易加工制造。 （3）运动多样性，应用广泛。 曲柄滑块机构：转动－移动 曲柄摇杆机构：转动－摆动 双曲柄机构：转动－转动 双摇杆机构：摆动－摆动 （4）杆状构件可延伸到较远的地方工作（机械手） （5）能起增力作用（压力机） 缺点： （1）主动件匀速，从动件速度变化大，加速度大，惯性力大，运动副动反力增加，机械振动，宜于低速。 （2）在某些条件下，设计困难。 §2-2平面连杆机构的基本结构与分类 一、平面连杆机构的基本运动学结构 铰链四杆机构的基本结构 1．铰链四杆机构 所有运动副全为回转副的四杆机构。Array AD－机架 BC－连杆 AB、CD－连架杆 连架杆：整周回转－曲柄 往复摆动－摇杆

2．三种基本型式 （1）曲柄摇杆机构 定义：两连架杆一为曲柄，另一为摇杆的铰链四杆机构。 特点：?、β0～360°, δ、ψ＜360° 应用：鳄式破碎机缝纫机踏板机构揉面机（2）双曲柄机构 定义：两连架杆均作整周转动的铰链四杆机构。 由来：将曲柄摇杆机构中曲柄固定为机架而得。 应用特例：双平行四边形机构（P35），天平 反平行四边形机构（P45） 绘图机构 （3）双摇杆机构 定义：两连架杆均作往复摆动的铰链四杆机构。 由来：将曲柄摇杆机构中摇杆固定为机架而得。 应用：翻台机构，夹具，手动冲床 飞机起落架，鹤式起重机 二．铰链四杆机构具有整转副和曲柄存在的条件 上述机构中，有些机构有曲柄，有些没有曲柄。机构有无曲柄，不是唯一地由取哪个构件为机架决定，机构有曲柄的首要条件是：机构中各构件长度间应满足一定的尺寸关系，该条件是首要条件。 然后，再看以哪个构件作为机架。 下面讨论机构中各构件长度间应满足的尺寸关系。铰链四杆机构曲柄存在的条件

机构运动创新设计..

课程设计报告 学生姓名:学号： 学院: 班级: 题目: 机构运动创新设计 指导教师：苏天一 2015 年 1 月5日

目录 一、概述 1 二、课程设计目的 1 三、课程设计要求和内容 1 四、原始数据及技术参数 2 五、设计原理及设备 2 六、机构自由度计算 5 七、机构动力分析与计算 7 八、机构运动分析与计算 9 十、参考文献 12

一、概述： 机构运动方案创新设计是各类复杂机械设计中决定性的一步，机构的设计选型一般先通过作图和计算来进行，一般比较复杂的机构都有多个方案，需要制作模型来试验和验证，多次改进后才能得到最佳的方案和参数。本实验所用搭接试验台能够任意选择平面机构类型，组装调整机构尺寸等功能，能够比较直观、方便的搭接、验证、调试、改进、确定设计方案，较好地改善了在校学生对平面机构的学习和设计一般只停留在理论设计“纸上谈兵”的状况 二、课程设计目的： 1、培养学生对连杆机构的理解掌握与创新设计能力，加强学生的工程实践背景的训练，拓宽学生的知识面，培养学生的创新意识、综合设计及工程实践动手能力。 2、通过机构的拼接，在培养工程实践动手能力的同时，要求学生在拼装一个已有模型之外，自己通过对现实生产和生活中的连杆机构机械产品的观察和理解，通过试验台设备进行拼装和仿真。通过解决实际问题，促进学生理论联系实际，学以致用；锻炼学生独立思考能力和动手能力。 3、加深学生对连杆机构组成原理的认识，进一步掌握连杆机构的创新设计方法。 4、学习机构运动简图的测绘与自由度的计算。 三、课程设计要求和内容： 实验设备和工具 CQJP-D机构运动创新设计方案拼装及仿真实验台，包括组成机构的各种运动副、构件、动力源及一套实验工具（扳手、螺丝刀）。其中构件包括机架、连杆、圆柱齿轮、齿条、凸轮及从动件、槽轮及拨盘和皮带轮等；运动副包括转动副、移动副、齿轮副、槽轮副等。 实验原理 平面机构是由各个杆组依次联结到机架和原动件上形成的。机构具有确定运动的条件是机构的自由度大于零，且原动件数和机构的自由度相等。所拼接的机构必须满足以上两个条件。将主要由连杆构成的连杆机构（可加入一个其他类型构件如齿轮、凸轮、槽轮等）进行拼装，计算分析其自由度后，输入动力源进行

第二章 平面连杆机构

第二章 平面连杆机构 案例导入：通过雷达天线、汽车雨刮器、搅拌机等实际应用的机构分析引入四杆机构的概念，介绍四杆机构的组成、基本形式和工作特性。 第一节 铰链四杆机构 一、铰链四杆机构的组成和基本形式 1.铰链四杆机构的组成 如图1-14所示，铰链四杆机构是由转动副将各构件的头尾联接起的封闭四杆系统，并使其中一个构件固定而组成。被固定件4称为机架，与机架直接铰接的两个构件1和3称为连架杆，不直接与机架铰接的构件2称为连杆。连架杆如果能作整圈运动就称为曲柄，否则就称为摇杆。 2.铰链四杆机构的类型 铰链四杆机构根据其两个连架杆的运动形式的不同，可以分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本形式。 (1)曲柄摇杆机构。在铰链四杆机构中，如果有一个连架杆做循环的整周运动而另一连架杆作摇动，则该机构称为曲柄 摇杆机构。如图2-1所示曲 柄摇杆机构，是雷达天线调整机构的原理图，机构由构件AB 、BC 、固连有天线的CD 及机架DA 组成，构件AB 可作整圈的转动，成曲柄；天线3作为机构的另一连架杆可作一定围的摆动，成摇杆；随着曲柄的缓缓转动，天线仰角得到改变。如图2-2所示汽车刮雨器，随着电动机带着曲柄AB 转动，刮雨胶与摇杆CD 一起摆动，完成刮雨功能。如图2-3所示搅拌器，随电动机带曲柄AB 转动，搅拌爪与连杆一起作往复的摆动，爪端点E 作轨迹为椭圆的运动，实现搅拌功能。 (2)双曲柄机构。在铰链四杆机构中，两个连架杆均能做整周的运动，则该机构称为双曲柄机构。如图2-4所示惯性筛的工作机构原理，是双曲柄机构的应用实例。由于从动曲柄3与主动曲柄1的长度不同，故当主动曲柄1匀速回转一周时，从动曲柄3作变速回转一周，机构利用这一特点使筛子6作加速往复运动，提高了工作性能。当两曲柄的长度相等且平行布置时，成了 平行双曲柄机构，如图2-5a ）所示为正平行双曲柄机 构，其特点是两曲柄转向相同和转速相等及连杆作平 动，因而应用广泛。火车驱动轮联动机构利用了同向等速的特点；路灯检修车的载人升斗利用了平动的特点，如图2-6a 、b)所示。如图2-5b)为逆平行双曲柄机构， 图2-1 雷达天线调整机构 图2-2 汽车雨刮器 图2-3 搅拌机 图2-4 惯性筛工作机构

第七章 机构创新设计

第七章机构创新设计 第一节同轨迹连杆机构 第二节 新型内燃 机的开发 第三节 联轴器的 创新设计 第四节 抓斗的原 理方案创 新设计 第五节 过载保护 装置的机 械结构设 计 实例 第一节同轨迹连杆机构 同轨迹四连杆机构是指自由度 f相同、输入构件的运动规律相同、输出构件上的一点轨迹相同的一组连杆机构，但这组连杆机构的运动学尺寸不同，所以其受力状态、动态性能有巨大差异。因而，同轨迹连杆机构的形成方法是机构创新设计的重要方法之一。 形成同轨迹连杆机构的罗伯特－契贝谢夫定理是由美国数学家萨姆尔·罗伯特于1875年和俄国学者契贝谢夫于1878年分别发现的，因此称为“罗伯特－契贝谢夫定理”。该定理的内容是：由一个四杆铰链机

构发生的一条连杆曲线，还可以由另外两个四杆铰链机构发生出来。或表述为同一连杆曲线，可以用三个不同的机构来实现。 1.连杆点k位于连杆两铰链连线上的同迹连杆机构 图形缩放原理如下图7－1a所示为一平行四边形机构，由平行四边形obkd与机架在o点铰接而成。a点为bk杆延长线上的一点。连接ao 得交点c。当a点沿任意给定轨迹运动时，c点将给出与a点相似但缩小了的轨迹。⑴ao除以co与ab除以kb的值是相等的为常数m（射线定理）。⑵当此四边形作为一刚体绕o转动一角度时，a点转到a'，按射线定理有aa'与cc'的比值与ao与co的比例等于常数m。a点的一切运动都是这两部分运动的合成。因此c点的运动是以缩小的比例模拟a 点的运动，反之亦然。

图7－1 连杆点k在连杆线上的同还连杆机构

第一个同迹连杆机构设计如图7－1b所示，在原始机构上作平行四边形导引机构bodk。曲柄c0cdo为所示的第一个同迹连杆机构，k为连杆cd延长线上的点。所示曲柄拉摇杆机构的尺寸，如图中下面的公式。 第二个同迹连杆机构设计如图7－1c所示，在原始机构上作平行四边形导引机构a0ake。双摇杆机构a0efco为所求的第二个同迹连杆机构。第三个同迹连杆机构设计如图7－1d所示，co是两具同迹连杆机构中共同的新机架的固定铰链点，机架的三个固定铰链点a0与o，a0与co，o与co。 2.任意连杆点 k的同迹连杆机构 在图7－2a中，四杆机构a0a1b1b0为a1b1上有附加连杆点k的原始机构。由罗伯特－契贝谢夫定理决定的另两个四杆机构为a0a2c2c0

平面连杆机构运动分析

大作业（一） 平面连杆机构的运动分析 班级： 姓名：姓名：姓名： 指导教师： 完成日期：

一、题目及原始数据 、平面连杆机构的运动分析题目： 如图所示，为一平面六杆机构。设已知各构件的尺寸如表 所示，又知原动 件1以等角速度1ω= 1rad/s 沿逆时针方向回转，试求各从动件的角位移、角速 度及角加速度以及位移E 点的位移、速度及加速度的变化情况。 表 平面六杆机构的尺寸参数 2'l =65mm,G x =,G y = 题 号 1l 2l 3l 4l 5l 6l α A B C 1-A 25 60° 1l = 1l =24 1l = 要求每组（每三人为一组，每人一题）至少打印一份源程序，每个同学计 算出原动件从 0o到 360o时（计算点数 N=36）所要求各运动变量的大小，并绘出各组应的运动线图以及 E 点的轨迹曲线。 图

v1.0 可编辑可修改 二、平面连杆机构运动分析方程 、位移方程： 4312l4cos cos l1cos 0h θθθ--= 43311l4sin s sin l1sin 0h θθθ+--= 43l4cos l3cos s c 0θθ+-?= 43l4sin l3 sin h 0θθ+-= []3 43c v v ωω 、速度方程： 34333 4331434 3 cos l4sin s sin 0sin l4cos s cos 0V 0l4sin l3sin 10 l4cos l3cos 0θθθθ θθθθθθ--????? ?=??---???? []211V l1sin l1cos 00θθ=- []3343V c v v ωω= 3V V1\V2= 、加速度方程： 3344333333 4433333 111443344 33 sin 14cos v sin s cos 014sin ?v cos s sin 0014cos 13cos 00 14sin 13sin 0A ωθωθθωθω ωθθωθωθωθωθωθ+????--+? ?=?????? []112343c A =v v ωω 11111112A A A =? []1211A l1cos l1sin 00θθ=-- 11112A A A =+

平面机构创新设计实验

实验七平面机构创新设计实验 一、实验目的 1.加深对机构组成原理的认识；进一步了解机构组成及其运动特征； 2．训练实践动手能力，创新意识和综合设计的能力。 二、实验设备及工具 1.平面机构设计组合创新实验台； 2.活动扳手，固定扳手，内六角扳手，螺丝刀，安装锤、小油壶，直尺。 三、实验台结构 1.组合机架 组合机架是该实验台的主体，由底座和活动安装条部件两部分组成。 a．底座部分：主要起支承支架，安装电机板和电机用，与支架焊接组装为一整体。电机可在底座上作左、右、前、后调整移动。 b．活动安装条部分：在底座支架上，垂直装有二根方管立柱，其底部与底座部份焊接成一整体，可将其支架承受的力传递到实验台上，减少架体的受力变形。在支架体上采用滑条将5根活动安装条水平方向用螺栓与架体相联，实现左右灵活移动，在安装条上又安装若干个滑动块，且滑动块可随活动条上、下移动，调整任意间距。

2.组件清单 包括组成机构的各种运动副、构件、动力源。其中 1）直线电机：10㎜/s，配直线电机控制器，根据主动滑块移动的距离，调节两行程开关的相对位置来调节齿条或滑块往复运动距离，但调节距离不得大于400㎜；注意：机构拼接未运动前，应先检查行程开关与装在主动滑块座上的行程开关碰块的相对位置，以保证换向运动能正确实施，防止机件损坏； 2）旋转电机：10r/min，沿机架上的长形孔可改变电机的安装位置。 序 号 名称示意图规格数量备注 1 齿轮 M=2, α=20° Z=28、34、 42、51 各3 共12 D=56㎜; 68㎜; 84㎜; 102㎜ 2 凸轮基圆R=18 升回行程 20㎜ 3 凸轮推回程均为正 弦加速度运动规律 3 齿条 M=2 α=20° 4 单根齿条全长为 400㎜ 4 齿条护板8 用于防止齿轮在齿条上滑出 5 槽轮4槽 1 间隙机构的从动件， 6 拨盘双销 1 间隙机构的主动件 7 主动轴L=15㎜ 20㎜ 35㎜ 50㎜ 65㎜ 4 4 4 4 2

机械设计第2章平面连杆机构

第二章平面连杆机构 案例导入：通过雷达天线、汽车雨刮器、搅拌机等实际应用的机构分析引入四杆机构的概念，介绍四杆机构的组成、基本形式和工作特性。 第一节铰链四杆机构 一、铰链四杆机构的组成和基本形式 1. 铰链四杆机构的组成 如图1-14所示，铰链四杆机构是由转动副将各构件的头尾联接起的封闭四杆系统， 并使其中一个构件固定而组成。被固定件4称为机架，与机架直接铰接的两个构件1和3称为连架杆，不直接与机架铰接的构件2称为连杆。连架杆如果能作整圈运动就称为 曲柄，否则就称为摇杆。 2. 铰链四杆机构的类型 铰链四杆机构根据其两个连架杆的运动形式的不同，可以分为曲柄摇杆机构、双曲 柄机构和双摇杆机构三种基本形式。 (1) 曲柄摇杆机构。在铰链四杆机构中，如果有一个 连架杆做循环的整周运动而另一连架杆作摇动，则该机构称为曲柄摇杆机构。如图2-1所示曲柄摇杆机构，是雷达天线调整机构的原理图，机构由构件AB、BC、固连有天线 的CD及机架DA组成，构件AB可作整圈的转动，成曲柄；天线3作为机构的另一连架杆可作一定范围的摆动，成摇杆；随着曲柄的缓缓转动，天线仰角得到改变。如图2-2 所示汽车刮雨器，随着电动机带着曲柄AB转动，刮雨胶与摇杆CD 一起摆动，完成刮雨功能。如图2-3所示搅拌器，随电动机带曲柄AB转动，搅拌爪与连杆一起作往复的摆动，爪端点E作轨迹为椭圆的运动，实现搅拌功能。 (2) 双曲柄机构。在铰链四杆机构中， 两个连架杆均能做整周的运动，则该机构称为双曲柄机 构。如图2-4所示惯性筛的 图2-4惯性筛工作机构

工作机构原理，是双曲柄机构的应用实例。由于从动曲柄3与主动曲柄1的长度不同， 故当主动曲柄1匀速回转一周时，从动曲柄3作变速回转一周，机构利用这一特点使筛 子6作加速往复运动，提高了工作性能。当两曲柄的长度相等且平行布置时，成了平行双曲柄机构，如图2-5a)所示为正平行双曲柄机构，其特点是两曲柄转向相同和转速相等及连杆作平动，因而应用广泛。火车驱动轮联动机构利用了同向等速的特点；路灯检修车的载人升斗利用了平动的特点，如图2-6a、b)所示。如图2-5b)为逆平行双曲柄机构， 具有两曲柄反向不等速的特点，车门的启闭机构利用了两曲柄反向转动的特点，如图2-6c) 所示。 (3) 双摇杆机构。两根连架杆均只能在不足一周的范围内运动的铰链四杆机构称为双摇杆机构。如图2-7 所示为港口用起重机吊臂结构原理。其中，ABCD构 成双摇杆机构，AD为机架，在主动摇杆AB的驱动下，随着机构的运动连杆BC的外伸端点M获得近似直线的水平运动，使吊重Q能作水平移动而大大节省了移动吊重所需要的功率。图2-8所示为电风扇摇头 机构原理，电动机外壳作为其中的一根摇杆AB，蜗 轮作为连杆BC,构成双摇杆机构ABCD。蜗杆随扇叶同轴转b) 图2-5平行双曲柄机构 图2-6 平行双曲柄机构的应用