机械设计中必须掌握平面机构的要点知识！
【每日学机器】第85期，今天我们聊聊在机器设计中，我们必须掌握平面机构的要点知识！若构成机构的全部构件都在同一平面或相互平行的平面内运动，则称该机构为平面机构。 机构是具有确定运动的构件系统，其构成要素有构件和运动副。全部构件的运动平面都相互平行的机构亦称为平面机构，否则称为空间机构。
构件是机构彼此相对运动的运动单元体。一个构件可以是一个单独制造的零件，如连杆；也可以是由若干零件联接组成的组合体。
机构中各个构件之间必须有确定的相对运动，因此，构件的毗连既要使两个构件直接打仗，又能产生一定的相对运动，这种直接打仗的活动毗连称为运动副。轴承中的滚动体与内外圈的滚道，啮合中的一对齿廓、滑块与导轨)，均保持直接打仗，并能产生一定的相对运动，因而都组成了运动副。
3、平面机构运动简图
工程上通常不考虑构件的外形、截面尺寸和运动副的现实布局，只用规定的简朴线条和符号表现机构中的构件和运动副，并按一定的比例画出表现各运动副的相对位置及它们相对运动干系的图形，这种表现机构各构件之间相对运动干系的简朴图形，称为机构运动简图。机构运动简图保持了其现实机构的运动特征，它简明地表达了现实机构的运动环境。
平面机构运动简图的绘制步骤：
分析机构的布局和运动环境，找出主动件、从动件和机架，确定运动干系；
确定机构中构件的数量和运动副的类型及数量；
选择视图平面；
选定适当的比例尺，绘制机构运动简图；
4、铰链四杆机构
全部用转动副将四个构件联接起来的四杆机构称为铰链四杆机构。它是四杆机构的最根本的情势，别的情势的四杆机构都可看作是在它的基础上演化而成。
铰链四杆机构中，凭据连架杆运动情势的差别，可分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种根本情势。
5、铰链四杆机构的演化
通过连杆机构的倒置、改变各杆相对长度或改变运动副情势等方法，由铰链四杆机构演化而来，典范实例是曲柄摇杆机构演化为曲柄滑块机构。
曲柄滑块机构是用曲柄和滑块来实现转动和移动相互转换的平面连杆机构，也称曲柄连杆机构。
曲柄滑块机构中与机架组成移动副的构件为滑块，通过转动副A、B联接曲柄和滑块的构件为连杆。
应用领域及作用：
内燃机中的曲轴为曲柄、连杆为连杆，活塞为滑块。作用是将燃烧后的空气产生的压力动员活塞的直线运动转换为回转运动，发动机就转了。
空气压缩机：曲轴为曲柄、连杆为连杆，活塞为滑块，其中的作用是将回转运动转换为直线运动，压缩空气。
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曲柄滑块机构的定义
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2-平面连杆机构
第2章 平面四杆机构电子科技大学 凌丹机械电子工程学院本章内容1平面四杆机构的基本类型2平面四杆机构的基本特性3平面四杆机构的设计机械电子工程学院§2-1 平面四杆机构的基本类型平面连杆机构－平面机构+低副联接 (转动、移动副) 最常用→平面四杆机构（ 四个构件→四根杆) 平面连杆机构的优点承受能力高、耐磨损 结构简单、加工方便、制造精度高 可满足多种运动规律、运动轨迹的要求平面连杆机构的缺点不易精确实现复杂的运动规律，且设计较为复杂 。 当构件数和运动副数较多时，效率较低 。基本类型 →铰链四杆机构（全由转动副相联）机械电子工程学院§2-1 平面四杆机构的基本类型一、铰链四杆机构 定义：全部用转动副相连的平面四杆机构。 机架 组成: 分类:连架杆连杆整转副 机架 曲柄摆动副摇杆三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、 双摇杆机构机械电子工程学院§2-1 平面四杆机构的基本类型1. 曲柄摇杆机构定义：在两连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆。运动特点：一般曲柄主动，将连续转 动转换为摇杆的摆动 ，也 可摇杆主动，曲柄从动。应用举例： 颚式破碎机机构、牛头刨床横向进给机构、搅 面机、卫星接收装置、缝纫机脚踏板机构、自 行车、走步机、送料机构，等等。机械电子工程学院摇杆 曲柄C 2 B 1 A 4摇杆3 D曲柄雷达调整机构插刀往复机构机械电子工程学院§2-1 平面四杆机构的基本类型曲柄摇杆机构应用实例机械电子工程学院§2-1 平面四杆机构的基本类型2.双曲柄机构： 定义：两连杆架均为曲柄的四杆机构。 运动特点：从动曲柄变速回转应用举例：惯性筛、插床机构、 机车驱动轮联动机构、 车门开闭机构机械电子工程学院§2-1 平面四杆机构的基本类型机械电子工程学院§2-1 平面四杆机构的基本类型机车驱动轮联动机构：平行四边形机构(也称平行双曲柄机构)。两个特性 ：①两曲柄同速同向转动； ②连杆作平动。机械电子工程学院§2-1 平面四杆机构的基本类型3. 双摇杆机构：两连杆架均为摇杆的四杆机构炉门开启机构港口起重机、飞机起落架、车辆的前轮转向机构 应用举例：机械电子工程学院机械电子工程学院机械电子工程学院§2-1 平面四杆机构的基本类型飞机起落架机械电子工程学院§2-1 平面四杆机构的基本类型铰链四杆机构的演化 演化常用的方式①改变运动副类型；②选不同构件作机架；③改变相对杆长。机械电子工程学院§2-1 平面四杆机构的基本类型二、含一个移动副的四杆机构① 曲柄滑块机构曲线导轨曲柄滑块机构 曲柄摇杆机构变摇杆 为滑块摇杆尺寸 为无穷大对心曲柄滑块机构e=0偏心曲柄滑块机构机械电子工程学院§2-1 平面四杆机构的基本类型机械电子工程学院§2-1 平面四杆机构的基本类型② 导杆机构 改变曲柄滑块机构中的固定构件l2 ? l12杆 1 为 机 架曲柄滑块 机构 （曲柄）转动 导杆机构最短杆为机架 滑块沿杆4滑动并一起转动机械电子工程学院1l1 ? l2（曲柄）摆动导杆机构滑块沿杆4滑动并一起摆动机械电子工程学院§2-1 平面四杆机构的基本类型③ 摇块机构 改变曲柄滑块机构中的固定构件杆 2 为 机 架21 4摇块机构3卡车车厢举升机构 与滑块组成转动副的构件为机架 滑块摆动，杆4沿滑块滑动。机械电子工程学院§2-1 平面四杆机构的基本类型④ 定块机构 改变曲柄滑块机构中的固定构件滑块为机架机械电子工程学院对心曲柄滑块机构因导路的中线通过曲柄的回转中心而得名。该机构能把回 转运动转换为往复直线运动或作相反的转变，广泛应用于蒸 汽机、内燃机、空压机以及各种冲压机器中。机械电子工程学院转动导杆机构该机构是通过将曲柄滑块机构中的曲柄固定演化而成， 它可将主动件的匀速回转转化为导杆的非匀速转动。机械电子工程学院摆动导杆机构该机构具有急回运动性质，且其传动角始终为90度，具 有最好的传力性能，常用于牛头刨床、插床和送料装置中。机械电子工程学院定块机构该机构是通过将曲柄滑块机构中的滑块固定而演化得出， 它可把主动件的回转或摆动转化为导杆相对于滑块的往复移动。机械电子工程学院摇块机构该机构是通过将曲柄滑块机构中的连杆固定而演化得出， 它可把主动件的匀速回转运动转化为导杆相对于滑块的往复移 动并随滑块摆动的形式。机械电子工程学院§2-1 平面四杆机构的基本类型三、 具有偏心轮的四杆机构曲柄 回转副B (半径↑) ＞曲柄长AB(曲柄很短时→偏心轮机构)→偏心距=ｅ=曲柄长铰链四杆、曲柄滑块机构→(扩大回转副) 偏心轮机构增大轴颈尺寸，提高偏心轴的强度和刚度。机械电子工程学院正弦机构该机构是具有2个移动副的四杆机构，因从动件的位移 与原动曲柄的转角的正弦成正比而得名，常用于缝纫机下 针机构和其他计算装置中。机械电子工程学院椭圆规动杆联接两回转副，固定导杆联接两移动副，导杆呈 十字形，动杆上各点轨迹为长短径不同的椭圆。机械电子工程学院机械电子工程学院本章内容1平面四杆机构的基本类型2平面四杆机构的基本特性3平面四杆机构的设计机械电子工程学院§2-2 平面链四杆机构有基本特性有整转副的条件 急回特性 压力角和传动角 死点位置机械电子工程学院§2-2 平面链四杆机构有基本特性一、铰链四杆机构有曲柄(整转副)的条件设a＜d，则当AB 杆能绕轴A 相对于AD 杆作整周转动时，AB 杆必须占据与 AD 杆共线的两个位置在△B’’C’’D中b ≤(d-a)+c即 a+b≤d+c 即 a+c≤d+bc≤(d-a)+b在△B’C’D中a+d≤b+c 将式两两相加，可得a≤d，a≤b，a≤c机械电子工程学院一、铰链四杆机构有曲柄(整转副)的条件铰链四杆机构有一个曲柄的条件： (1) 最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆长度之和； (2) 最短杆为连架杆。机械电子工程学院一、铰链四杆机构有曲柄(整转副)的条件 判断方法杆长条件 机架条件 最短杆相邻的杆为机架 机构类型 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构（I） 双摇杆机构（II）满足杆长之 和条件最短杆本身为机架 最短杆相对的杆为机架不满足杆长 之和条件机械电子工程学院任意杆为机架例题判断下列铰链四杆机构的类型四杆机构符合有整转副的杆长条件：70 ? 40 ? 110 ? 60 ? 55 ? 115a、b 取最短杆邻边为机架，是曲柄摇杆机构c 取最短杆为机架，是双曲柄机构d 取最短杆的对边为机架，是双摇杆机构机械电子工程学院机械电子工程学院二、曲柄摇杆机构的主要特性 急回运动: → 工作行程时间＞空回行程时间? 曲柄AB在转过一周的过程中，有两次与连杆BC共线。摇杆CD的位置分别为其最左和最右极限位置。C1 2 B 3?CC2C1D 与 C2D 之间的夹 角 ? 称 为摇杆的摆角。 B1C1 与 B2C2 之间的夹角 ? 称 为极位夹角（即摇杆处于极 限位置时，对应曲柄两位置 之间所夹锐角）。???1 AB2 D??B14机械电子工程学院二、曲柄摇杆机构的主要特性C1 2 B 3?CC2?曲柄匀速转动，?1 &?2,显然：t1& t2摇杆上C点的平均速度在两个行程 中不同。Vc1&Vc2 摇杆摆回的速度大于工作行程 的速度，摇杆的这种运动性质 称为急回运动。 意义：减少往复式运动机构的空回 行程时间，提高劳动生产率。??1 AB2 D??B14第1行程 时间 t1 曲柄 AB1~AB2 ?1 摇杆 C1D~C2D ? 第2行程 时间t2 曲柄 AB2~AB1 ?2 摇杆 C2D~C1D ?机械电子工程学院二、曲柄摇杆机构的主要特性行程速比系数输出件空回行程的平均速度 K? 输出件工作行程的平均速度v2 C1C2 / t 2 t1 ?1t1 ?1 180? ? ? ? ? K? ? ? ? v1 C1C2 / t1 t 2 ?1t2 ?2 180? ? ?C1 C C2 3?只要 θ ≠ 0 ， 就有K&12 B???1 AB2 D??B1机械电子工程学院4二、曲柄摇杆机构的主要特性行程速比系数设计新机构时，往往先给定K值，于是:K ?1 ? ? 180? K ?1θ越大，K值越大，急回性质越明显。C1 2 B 3?CC2???1 AB2 D??B1机械电子工程学院4平面四杆机构能具有急回运动特性的条件？1）原动件做匀角速度整周转动； 2）输出件具有正、反行程的往复运动； 3）极位夹角θ&0。机械电子工程学院2.曲柄滑块机构中，原动件AB以 ?1等速转动对心曲柄滑块机构? ? 0 ,无急回特性机械电子工程学院偏置曲柄滑块机构? ?0机械电子工程学院,有急回特性。3. 曲柄摆动导杆机构? ??机械电子工程学院有急回特性3. 曲柄摆动导杆机构? ??机械电子工程学院有急回特性三、 压力角与传动角1. 压力角与传动角压力角： 在不计摩擦力、重力、惯性力的条件下，机 构中驱使输出件运动的力的方向线与输出件 上受力点的速度方向线所夹的锐角。 传动角： 压力角的余角。 F2F1 ? F cos?F F1vc??F2 ? F sin ?α越小，传力越好。 γ越大，传力越好。? min ? ?? ?机械电子工程学院2. 四杆机构的最小传动角位置（1 ）铰链四杆机构中，原动件为AB当δ为锐角时，? ??当δ为钝角时， ? ? 180 ? ? ?以AB为原动件的曲柄摇杆机构：机械电子工程学院? ? min ? ? ? , (180 ? ? max ) ? ? min ? min2. 四杆机构的最小传动角位置当曲柄和机架处于两共线位置时，连杆和输出件的夹角 最小和最大（ ? min , ? max ）。? ? min ? ? ? , (180 ? ? max ) ? ? min ? min以曲柄为原动件的曲柄摇杆机构，当曲柄和机架处 于两共线位置之一时，出现最小传动角。机械电子工程学院四、死点位置曲柄摇杆机构中取摇杆为主动件时，当曲柄与连杆共线 时，连杆对从动件曲柄的作用力通过转动中心A，传动角为 零，力矩为零，称为死点位置。机械电子工程学院四、死点位置死点的利用：当工件被夹紧后，BCD成一直线，机构处于死点位置，即 使工件的反力很大，夹具也不会自动松脱，该例为利用死点位 置的自锁特性来实现工作要求的。机械电子工程学院例在图示铰链四杆机构中，已知铰链四杆机构各构件的长度分别为 LAB=20mm，LBC=60mm，LCD=85mm，LAD=50mm，要求：（1） 试确定该机构是否有曲柄？（2）若以AB为原动件，试画出该机 构在图示位置时的压力角。解: (1)l AB ? lBC ? 105 mm ? lCD ? l AD ? 110 mm又AD为机架 所以该机构存在曲柄，构 件AB就是曲柄。机械电子工程学院本章内容1平面四杆机构的基本类型2平面四杆机构的基本特性3平面四杆机构的设计机械电子工程学院?作业 2-12-3机械电子工程学院
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