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铰链四杆机构各类变形情况(精品)

发布日期:2020-10-20 13:29 作者:赌钱网址 点击:

  2.1 铰链四杆机构的基本类型及运动特性 一一、、铰链铰链四杆机四杆机构构的基本的基本类类型型         铰链铰链四杆机四杆机构构:: 所有运动副均为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构。它是平面四杆机构的基本型式。机构中各构件名称如下:     机架机架--构件4;连连架杆架杆--直接与机架相连的构件1和3;连连杆杆--不直接与机架相连的构件2。     其中:连架杆1为曲柄  (能做整周回转的连架杆);连架杆3为摇杆  ( 仅能在某一角度范围内往复摆动的连架杆)。转动副A、B为 整转副,转动副C、D为摆动副 。     在铰链四杆机构中,按连架杆能否作整周...

  2.1 铰链四杆机构的基本类型及运动特性 一一、、铰链铰链四杆机四杆机构构的基本的基本类类型型 铰链铰链四杆机四杆机构构:: 所有运动副均为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构。它是平面四杆机构的基本型式。机构中各构件名称如下: 机架机架--构件4;连连架杆架杆--直接与机架相连的构件1和3;连连杆杆--不直接与机架相连的构件2。 其中:连架杆1为曲柄 (能做整周回转的连架杆);连架杆3为摇杆 ( 仅能在某一角度范围内往复摆动的连架杆)。转动副A、B为 整转副,转动副C、D为摆动副 。 在铰链四杆机构中,按连架杆能否作整周转动,将四杆机构分为3种基本型式。 ((1 1))曲柄曲柄摇摇杆机杆机构构 在铰链四杆机构中,若两连架杆中有一个为曲柄,另一个为摇杆,则称为曲柄摇杆机构。 应应用用实实例例:: 缝纫机踏板机构: 搅拌器机构: 页码,1/132.1 铰链四杆机构的基本类型及运动特性2012-8-14((2 2))双双曲柄机曲柄机构构 在铰链四杆机构中,若两连架杆均为曲柄,称为双曲柄机构。 通常情况下,当主动曲柄连续等速转动时,从动曲柄一般不等速转动。 应应用用实实例例:: 惯性筛机构: 两两种种特殊 的特殊 的双双曲柄机曲柄机构构::正平行四边形机构和反平行四边形机构 a.正平行四边形机构 在双曲柄机构中,若两对边构件长度相等且平行,则称为正平行四边形机构。 页码,2/132.1 铰链四杆机构的基本类型及运动特性2012-8-14正平行四边形机构的两曲柄的转向不仅相同,而且转速相等。 正平行四边形机构有一个位置不确定问题 :如图示,当主动曲柄AB转到AB1位置时,从动曲柄有两种运动可能,一种按原方向转动,一种反向转动。 解快方法: ①加惯性轮 利用惯性维持从动曲柄转向不变。 ②加虚约束 通过虚约束保持平行四边形,如机车车轮联动的平行四边形机构。 b.反平行四边形机构 两曲柄长度相同,而连杆与机架不平行的铰链四杆机构,称为反平行四边形机构。如图示。 页码,3/132.1 铰链四杆机构的基本类型及运动特性2012-8-14应应用用实实例例:: 汽车车门开闭机构: ((3 3))双双摇摇杆机杆机构构 在铰链四杆机构中,若两连架杆均为摇杆,则称为双摇杆机构。 应应用用实实例例:: 鹤鹤式起重机机式起重机机构构:: 当主动摇杆摆动时,从动摇杆也随之摆动,位于连杆延长线上的重物悬挂点将沿近似水平直线移动。 特殊的特殊的双双摇摇杆机杆机构构:: 等腰梯形机等腰梯形机构构::在双摇杆机构,如果两摇杆长度相等,则称为等腰梯形机构。 应应用用实实例例:: 汽车前轮转向机构: 页码,4/132.1 铰链四杆机构的基本类型及运动特性2012-8-14二二、、四杆机四杆机构构的的运动运动特性特性 1.1.转动转动副副为为整整转转副的副的条条件件 机构中具有整转副的构件是关键构件,因为只有这种构件才有可能用电机等连续转动的装置来驱动。若具有整转副的构件是与机架铰接的连架杆,则该构件即为曲柄。 以图示的铰链四杆机构为例,说明转动副为整转副的条件: 在图中,设d a,在杆1绕转动副A转动过程中,铰链点B与D之间的距离g是不断变化的,当B点到达图示点B1和B2两位置时,值分别达到最大值 gmax=d +a 和最小值 gmin=d -a。 如要求杆1能绕转动副A相对杆4作整周转动,则杆1应通过AB1和AB2这两个关键位置,即可以构成三角形B1C1D和三角形B2C2D。 根据三角形构成原理,设ad,由△B1C1D,有 由上述3式两两相加可得: , , 当ad,同理可得:由此三式两两相加推得: , 可以看出,组成整转副的两构件中,必有一个是最短杆。 转动转动副副为为整整转转副的副的条条件件:: 在铰链四杆机构中,如果某个转动副能成为整转副,则它所连接的两个构件中,必有一个为最短杆,且 最短杆与最长杆长度之和必小于或等于其它两杆长度之和。 注注::在有整转副存在的铰链四杆机构中,最短杆两端的转动副均为整转副。 此机构取不同的构件作机架时,会得到的机构: (1)若取最短杆为机架------双曲柄机构; (2)若取最短杆的任一相邻的构件为机架------曲柄摇杆机构; 页码,5/132.1 铰链四杆机构的基本类型及运动特性2012-8-14(3)若取最短杆对面的构件为机架------双摇杆机构。 如果四杆机构不满足杆长之和条件,则不论选取哪个构件为机架,所得机构均为双摇杆机构。 需要指出需要指出::在这种情况下所形成的双摇杆机构与上述双摇杆机构不同,它不存在整转副。 由于曲柄滑块机构和导杆机构均是由铰链四杆机构演化而来,故按照同样的思路和方法,可得出这两种机构具有整转副的条件。 2.2.急回特性急回特性 在图示的曲柄摇杆机构中,当主动曲柄1位于B1A而与连杆2成一直线以等角速度1逆时针转过角1而与连杆2重叠时,曲柄到达位置B2A,而摇杆3则到达其左极限位置C2D。当曲柄继续转过角2而回到位置B1A时,摇杆3则由左极限位置C2D 摆回到右极限位置C1D。从动件的往复摆角均为 。由图可以看出,曲柄相应的两个转角1和2为: 式中,为摇杆位于两极限位置时曲柄两位置所夹的锐角,称为极极位位夹夹角角。 急回特性急回特性:摇杆回程平均速度大于工件行程的平均速度。 表示急回特性的程度用行程速比系数K表示,则 如已知K,即可求得极位夹角,即 上述分析表明:当曲柄摇杆机构在运动过程中出现极位夹角时,则机构具有急回运动特性。而且角愈大,K值愈大,机构的急回运动特性也愈显著。 下图(a)和(b)分别表示偏置曲柄滑块机构和摆动导杆机构的极位夹角。用式(3.3)同样可以求得相应的行程速度变化系数K。 2ttKmm 11180KK页码,6/132.1 铰链四杆机构的基本类型及运动特性2012-8-14运动运动的的连续连续性性 机构具有运动的连续性:当主动件连续运动时,从动件也能连续地占据预定的各个位置。 图示的曲柄摇杆机构中,当主动件曲柄AB连续地转动时,从动件摇杆CD 可以占据在其摆角或内的某一预定的位置。 角度或所决定的从动件运动范围称为运动本不可能进入角度 或  所决定的区域,这个区域称为运动的非可行域。 运动的可行域的可行域(图中阴影区域)。由图可知,从动件摇杆根 注注::从动件摇杆只能在某一可行域内运动,而不可能从一个可行域跃入另一个可行域内。在设计曲柄摇杆机构时,不能要求从动摇杆在两个不连通的可行域内运动。 可行域的范围受机构中构件长度的影响。当已知各构件的长度后,可行域可以用作图法求得,如图示。 (a)(b)页码,7/132.1 铰链四杆机构的基本类型及运动特性2012-8-14图中rmax=a+b,rmin=b-a。至于摇杆究竟能在哪个可行域内运动,则取决于机构的初始位置。 综上所述,我们可知:在铰链四杆机构中,若机构的可行域被非可行域分隔成不连续的几个域,而从动件各给定位置又不在同一个可行域内,则机构的运动必然是不连续的。 解解:: (1) 如果能成为曲柄摇杆机构,则机构必须满足“最长杆与最短杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和,且AB为最短杆”。则有 LAB + LBC LCD + LAD 代入各杆长度值,得 LAB 20mm (2) 如果能成为双曲柄机构,则应满足“最长杆与最短杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和,且杆AD为最短杆”。则 1) 若BC为最长杆,即LAB 100mm,则LBC+ LAD LAB + LCD LAB 80mm 例例1 1:件。 : 在图中已知 LBC =100mm, LCD =70mm, LAD =50mm,AD为固定 (1) 如果该机构能成为曲柄摇杆机构,且AB 为曲柄,求 lAB的值; (2) 如果该机构能成为双曲柄机构,求LB 的值; (3) 如果该机构能成为双摇杆机构,求LAB 的值。 页码,8/132.1 铰链四杆机构的基本类型及运动特性2012-8-14所以 80mmLAB 100mm 2) 若AB为最长杆,即LAB 100mm,则 LAB + LAD LBC + LCD LAB 120mm 所以 100mmLAB 120mm 将以上两种情况进行分析综合后,LAB 的值应在以下范围内选取,即 80mmLAB 120mm (3) 若能成为双摇杆机构,则应分两种情况分析。第一种情况:机构各杆件长度满足“杆长之和条件”,但以最短杆的对边为机架;第二种情况:机构各杆件长度不满足“杆长之和条件”。在本题目中,AD已选定为固定件,则第一种情况不存在。下面就第二种情况进行分析。 1) 当LAB 50mm,AB为最短杆,BC为最长杆 LAB + LBC LCD + LAD LAB 20mm 即 20mmLAB 50mm 2) 当LAB [50,70)以及 LAB [70,100)时,AD为最短杆,BC为最长杆,则 LAD + LBC LAB + LCD LAB 80mm 即 50mm LAB 80mm 3) 当 LAB 100时,AB 为最长杆,AD 为最短杆,则 LAB + LAD + LCD LAB 120 mm 另外,AB增大时,还应考虑到,BC与CD成伸直共线时,需构成三角形的边长关系,即 LAB ( LBC + LCD ) + LAD LAB 220 mm 则 120 mm LAB 220 mm 综合以上情况,可得LAB 的取值范围为: 页码,9/132.1 铰链四杆机构的基本类型及运动特性2012-8-14除以上分析方法外,机构成为双摇杆机构时,LAB 的取值范围亦可用以下方法得到:对于以上给定的杆长,若能构成一个铰链四杆机构,则它只有三种类型:曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。故分析出机构为曲柄摇杆机构、双曲柄机构时LAB 的取值范围后,在0~220mm之内的其余值即为双摇杆机构时LAB 的取值范围。 例例2 2:: 图示的插床用转动导杆机构(导杆AC 可作整周转动),已知LAB =50mm, LAD =40mm,行程速度变化系数K=2。求曲柄BC的长度LBC 及插刀P的行程s。 解解:程 s为AD与DP伸直共线 之间沿AP 线之距离(如图所示)。通过分析可知, : 此六杆机构由一个对心曲柄滑块机构和一个转动导杆机构组成。由于AC可作整周回转,故P点的行s =2LAD=80mm。 由极位夹角的概念可知,当从动件上P点位于其位置P1和 P2 时,相应的主动件BC 处于 BC1和 BC2 两位置, BC1 与 BC2 所夹之锐角即为极位夹角 ,此处 为60 ,则 LBC = LAB /cos60 =100mm。 通过本题的分析应有两点收获: (1) 对心曲柄滑块机构及转动导杆机构均无急回特性,但当它们组合后就可以有急回特性,机构是否具有急回特性应具体情况具体分析; (2) 分析机构是否具有急回特性时,应从急回特性的概念出发,找机构的极位夹角,从而确定机构是否有急回特性。 三三、、压压力角力角与与传动传动角角 页码,10/132.1 铰链四杆机构的基本类型及运动特性2012-8-14在图示的铰链四杆机构中,如果不计惯性力、重力、摩擦力,则连杆2是二力构件,由主动件1经过连杆2作用在从动件3上的驱动力 F的方向将沿着连杆2的中心线BC。力 F 可分解为两个分力:沿着受力点C的速度c方向的分力Ft和垂直于c方向的分力Fn。设力F与着力点的速度c方向之间所夹的锐角为,则 其中,沿c方向的分力Ft 是使从动件转动的有效分力,对从动件产生有效回转力矩;而Fn 则是仅仅在转动副 D 中产生附加径向压力的分力。由上式可知:越大,径向压力Fn 也越大,故称角为压角角。压力角的余角称为传动传动角角,用表示,=90- 。显然, 角越大,则有效分力Ft 越大,而径向压力Fn 越小,对机构的传动越有利。因此,在连杆机构中,常用传动角的大小及其变化情况来衡量一机构传力性压力力能的优劣。 在机构的运动过程中,传动角的大小是变化的。当曲柄AB转到与机架AD重叠共线时,传动角将出现极值和(传动角总取锐角)。这两个值的大小为 比较这两个位置时的传动角,即可求得最小最小传动传动角角min。 为了保证机构具有良好的传力性能,设计时通常应使min40;对于高速和大功率的传动机械,应使min50。 四四、、始始点点位置位置 页码,11/132.1 铰链四杆机构的基本类型及运动特性2012-8-14死死点点位置位置:在图示的曲柄摇杆机构中,设摇杆 CD 为主动件,则当机构处于图示的两个虚线位置之一时,连杆与曲柄在一条直线上,出现了传动角 = 0的情况。这时主动件CD 通过连杆作用于从动件AB 上的力恰好通过其回转中心,所以将不能使构件AB 转动而出现顶死现象。机构的此种位置称为死点位置。 对于传动机构来说,机构有死点是不利的,应该采取措施使机构能顺利通过死点位置。 克服死克服死点点:: a. 利用从动件的惯性来通过死点位置,例如缝纫缝纫机踏板机机踏板机构构就是借助于带轮的惯性通过死点位置的; b. 采用机构错位排列的方法,即将两组以上的机构组合起来,而使各组机构的死点位置相互错开。如汽汽车车轮联动车车轮联动机机构构,就是由两组曲柄滑块机构组成的,而两者的曲柄位置相互错开90。 利用死利用死点点:在工程实际中,不少场合也利用机构的死点位置来实现一定的工作要求。 夹紧工件用的连连杆式快速杆式快速夹夹具具是利用死点位置来夹紧工件的。在连杆2的手柄处施以压力F 将工件夹紧后,连杆BC 与连架杆CD 成一直线。撤去外力F 之后,在工件反弹力T 作用下,从动件3处于死点位置。即使此反弹力很大,也不会使工件松脱。 页码,12/132.1 铰链四杆机构的基本类型及运动特性2012-8-14图示为飞机起落架处于放下机轮的位置,此时连杆BC 与从动件CD 位于一直线上。因机构处于死点位置,故机轮着地时产生的巨大冲击力不会使从动件反转,从而保持着支撑状态。 页码,13/132.1 铰链四杆机构的基本类型及运动特性2012-8-14

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