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铰链四杆机构的类型及应用

2012-07-16  梦泽赤子

课题: 4.1 铰链四杆机构的类型及应用

4.2 铰链四杆机构的曲柄存在条件

4.3 铰链四杆机构的演化

目的任务:熟悉四杆机构的类型,了解演化过程,能够利用曲柄存在条件判断铰链四杆机构的类型。

重点:四杆机构的类型及应用    难点:曲柄存在条件

教学方法:各种教学素材

4.1 铰链四杆机构的类型及应用


4.1.1 铰链四杆机构的类型

    由转动副联接四个构件而形成的机构,称为铰链四杆机构,奴图所示。图中固定不动的构件AD是机架;与机架相连的构件AB、CD称为连架杆;不与机架直接相连的构件BC称为连杆。连架杆中,能作整周回转的称为曲柄,只能作往复摆动的称为摇杆。根据两连架杆中曲柄(或摇杆)的数目,铰链四杆机构可分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。

铰链四杆机构

一、曲柄摇杆机构 
      两连架杆中一为曲柄、一为摇杆的铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。曲柄摇杆机构的作用是将曲柄的回转运动转换成摇杆的往复摆动。如图所示的雷达、汽车前窗刮雨器与搅拌机均为曲柄摇杆机构的应用。

雷 达

汽车前窗刮雨器

             搅拌机

缝纫机(动画)

飞剪

二、双曲柄机构 

    两连架杆均为曲柄的四杆机构称为双曲柄机构 。如图所示的惯性筛即为双曲柄机构 的应用。

惯性筛

   

    双曲柄机构中,当两曲柄长度相等,连杆与机架的长度也相等时,称为平行双曲柄机构(平行四边形机构)。如图所示的机车车轮联动机构,就是平行双曲柄机构的具体应用。它能保证被联动的各轮与主动轮作相同的运动。

运动的不确定性

机车车轮联动机构

    此外,还有反平行四边形机构。如公共汽车车门启闭机构。当主动曲柄AB转动时,通过连杆BC使从动曲柄CD朝相反方向转动,从而保证两扇车门同时开启和关闭。

公共汽车车门启闭机构

三、双摇杆机构 

      两连架杆均为摇杆的四杆机构称为双摇杆机构 。如图所示的起重机、飞机起落架即为双摇杆机构的应用。

起重机

飞机起落架(实景)

4.2 铰链四杆机构的曲柄存在条件


    图示曲柄摇杆机构中,设各杆长度依次为l1、l2、l3、l4,且l1<l4。假定AB为曲柄,则曲柄AB回转一周过
程中,必有两次与连杆BC处于共线。据三角形两边之和大于第三边的定理,由△AC2D有
          l3+l4>l1+l2
由△AC1D有
         l2-l1+l4>l3
         
l2-l1+l3>l4
将上列三式整理,并考虑到四个杆件同时共线的情况,可得
          l1+l2≤l3+l4
          
l1+l3≤l2+l4
          
l1+l4≤l2+l3
     将上三式两两相加,化简得
          l1≤l2
          
l1≤l3
          
l1≤l

铰链四杆机构存在一个曲柄的条件是:

(一)最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。

(二)曲柄为最短杆。

       铰链四杆机构存在曲柄的条件是:

(一)最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。

(二)机架或连架杆为最短杆。

例题:

取不同构件为机架

4.3 铰链四杆机构的演化


一、曲柄滑块机构

铰链四杆机构的演化:扩大转动副,使转动副变成移动副。

对心曲柄滑块机构

偏置曲柄滑块机构

工程应用实例

发动机运动动画

 

二、偏心轮机构

铰链四杆机构的演化:扩大运动副。
   在曲柄滑块机构(曲柄摇杆机构)中,若曲柄很短,可将转动副B的尺寸扩大到超过曲柄长度,则曲柄AB就演化成几何中心B不与转动中心A重合的圆盘,该圆盘称为偏心轮,含有偏心轮的机构称为偏心轮机构。

偏心轮机构

    偏心轮机构结构简单,偏心轮轴颈的强度和刚度大,广泛用于曲柄长度要求较短、冲击在和较大的机械中,如图所示为用于破碎机中的偏心轮机构。

颚式破碎机

三、导杆机构

(一)转动导杆机构

曲柄滑块机构中,当将曲柄改为机架时,就演化成图示的转动导杆机构。

小型刨床(点击图像)

选择不同的构件作为机架得到的演化机构

(二)摆动导杆机构

摆动导杆机构

牛头刨床机构

四、摇块机构

 

自卸卡车的翻斗机构

应用

四、移动导杆机构


移动导杆机构应用

曲柄滑块机构演化

五、曲柄移动导杆机构

   两个移动副代替铰链四杆机构中的两个转动副,便可得到三种不同型式的四杆机构,如图曲柄移动导杆机构(正弦机构)、双转块机构和双滑块机构。

曲柄移动导杆机构

双转块机构  动画

双滑块机构(椭圆规)

 

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