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::第4章 平面连杆机构及其设计 ::

2013-08-05  圣人小童
教学目标:
  • 平面连杆机构是由一些简称“杆”的构件用平面低副相互连接而成,故又称平面低副机构。平面连杆机构被广泛地应用,近年来,随着电子计算机应用的普及,设计方法的不断改进,平面连杆机构的应用范围还在进一步扩大。本章的教学将使读者了解平面连杆机构的基本形式及其演化;对平面四杆机构的一些基本知识(包括曲柄存在的条件、急回运动及行程速比系数、传动角及死点、运动的连续性等)有明确的概念;能够按已知连杆的3个位置、两连架杆的对应位置关系和行程速比系数等要求设计平面四杆机构。
教学重点和难点:
  • 平面四杆机构的一些基本知识。
  • 按已知连杆的3个位置、两连架杆的对应位置关系和行程速比系数等要求设计平面四杆机构。
案例导入:
  • 我们知道,用3根木条钉成的木框是稳定的,即使把钉子换成转动副(铰链),三角形也不会运动。而用4根木条钉成的木框是不稳固的,如果把钉子换成铰链,四边形即可以运动了(如图4-1所示)。依次类推,五边形等也都是可以运动的。因此我们说:三角形是不能运动的最基本图形,而四边形是能运动的最基本图形。把四边形各顶点装上铰链,把一边作为机架,即构成平面四杆机构。因此,四杆机构是最基本的连杆机构。复杂的多杆机构(多边形)也可由其组成。通过本章的学习,读者将了解这种最基本机构的特性,认识这类机构千变万化的应用并掌握其设计方法。

图4-1 三角形的稳定和四杆机构

  • 4.1 铰链四杆机构的基本形式及应用
  • 4.2 铰链四杆机构的传动特性
  • 4.3 铰链四杆机构的曲柄存在条件
  • 4.4 铰链四杆机构的演化
  • 4.5 平面四杆机构的设计
  • 4.6 实验与实训
  • 4.7 习 题
4.1 铰链四杆机构的基本形式及应用

4.1.1 曲柄摇杆机构

4.1.2 双曲柄机构

4.1.3 双摇杆机构

  • 连杆机构的优点是运动副为面接触,压强较小,磨损较轻,便于润滑,故可承受较大载荷;低副几何形状简单,加工方便;能实现较复杂的运动轨迹,因此,平面连杆机构在各种机器及仪器中得到广泛应用。其缺点是运动副的制造误差会引起误差累积较大,致使惯性力较大;不易实现精确的运动规律,因此,连杆机构不适宜高速传动。
  • 运动副均采用转动副的四杆机构称为铰链四杆机构,如图4-1所示。图中固定不动的构件4称为机架;与机架相连的构件1和构件3称为连架杆,其中,作整周转动的连架杆称为曲柄,只能在某一角度范围内往复摆动的连架杆称为摇杆;不与机架直接相连的构件2称为连杆,它作平面复合运动。
  • 铰链四杆机构按两连架杆的运动形式不同分为3种基本形式:曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。
4.1.1 曲柄摇杆机构
  • 在铰链四杆机构中,若两个连架杆,一个为曲柄,另一个为摇杆,则该机构称为曲柄摇杆机构。
  • 曲柄摇杆机构的用途很广。如图4-2所示缝纫机的踏板机构、如图4-3所示雷达天线俯仰机构及如图4-4所示的搅拌器机构等。

图4-2 缝纫机的踏板机构

图4-3 雷达天线俯仰机构

图4-4 搅拌器机构

4.1.2 双曲柄机构
  • 在铰链四杆机构中,两连架杆均为曲柄时称为双曲柄机构。在双曲柄机构中,用得最多的是平行双曲柄机构。如图4-5(a)所示为正平行四边形机构,两个连架杆AB和CD以相同的角速度沿同一方向转动,如图4-6所示为高空作业车升降机构。如图4-5(b)所示为反平行四边形机构,即当曲柄1等速转动时,另一曲柄3作反向变速转动,如图4-7所示为汽车车门启闭机构。
 

图4-5 平行四边形机构

(a) 正平行四边形机构      (b) 反平行四边形机构

图4-6 高空作业车升降机构

图4-7 汽车车门启闭机构

4.1.3 双摇杆机构
  • 两连架杆都是摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。如图4-8所示的鹤式起重机就采用了这种机构。在该机构中,构件1和构件3都是摇杆,当摇杆1摆动时,连杆2上悬挂货物的E点便在近似的水平直线上移动,可避免由于货物的升降引起能量消耗。
  • 在双摇杆机构中,若两摇杆长度相等则成为等腰梯形机构,在汽车及拖拉机中,常采用这种机构操纵前轮的转向,如图4-9所示,此机构的特点是两摇杆的摆角不相等。当车辆转向时,就有可能实现在任意位置都能使两前轮轴线的交点O落在后轮轴线的延长线上,从而使车辆转弯时,4个车轮都在地面上作纯滚动,避免轮胎因滑动而引起磨损。

图4-8 鹤式起重机

图4-9 汽车前轮转向机构

4.2 铰链四杆机构的传动特性

4.2.1 急回运动和行程速比系数

4.2.2 压力角和传动角

4.2.3 死点位置

4.2.1 急回运动和行程速比系数
  • 在如图4-10所示的曲柄摇杆机构中,当主动曲柄1位于B1A而与连杆2成一直线时,从动摇杆3位于右极限位置C1D。当曲柄1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ψ。由图4-10可以看出,曲柄相应的两个转角?1和?2为
  • 1=180? θ
  • 2=180?-θ
  • 式中θ为摇杆位于两极限位置时曲柄两位置所夹的锐角,称为极位夹角。
  • 由于?1>?2,因此曲柄以等角速度?1转过这两个角度时,对应的时间t1>t2,并且?1/?2=t1/t2。而摇杆3的平均角速度为
  • ?m1=ψ/t1, ?m2=ψ/t2
  • 显然,?m1<?m2,即从动摇杆往复摆动的平均角速度不等,一慢一快,这样的运动称为急回运动。在生产中,常利用这个性质来缩短生产时间,提高生产率。从动摇杆的急回运动程度可用行程速比系数K来描述,即

图4-10 曲柄摇杆机构的急回运动

4.2.2 压力角和传动角
  • 在如图4-11所示的曲柄摇杆机构中,若忽略各杆的质量和运动副中的摩擦,原动件曲柄1通过连杆2作用在从动摇杆3上的力F沿BC方向。从动件所受压力F与受力点速度vc之间所夹的锐角?称为压力角,它是反映机构传力性能好坏的重要标志。在实际应用中,为度量方便,常以压力角?的余角??(即连杆和从动摇杆之间所夹的锐角)来判断连杆机构的传力性能,??角称为传动角。因??=90?-?,故???越小,??越大,机构的传力性能越好。当机构处于连杆与从动摇杆垂直状态时,即??=90?,对传动最有利。
  • 在机构运转过程中,传动角??(或压力角?)是变化的,为了保证机构能正常工作,常取最小传动角?min大于或等于许用传动角[??],[??]的选取与传递功率、运转速度、制造精度和运动副中的摩擦等因素有关。对于一般传动[??]=40?;高速和大功率传动[??]=50?。曲柄摇杆机构的最小传动角?min出现在图中的曲柄与机架共线的位置即AB?或AB??处。

图4-11 四杆机构的压力角和传动角

4.2.3 死点位置
  • 在如图4-12所示的曲柄摇杆机构中,当以摇杆3作为原动件,而曲柄1为从动件,在摇杆处于极限位置C1D和C2D时,连杆与曲柄两次共线。若忽略各杆的质量,则这时连杆传给曲柄的力,将通过铰链中心A,此力对A点不产生力矩,因此,不能使曲柄转动。机构的该位置称为死点位置。
  • 当机构处于死点位置时,具有以下两个特点。
  • (1) 当传动角? = 0,机构发生自锁,从动件会出现卡死现象。
  • (2) 如果受到某些突然外力的影响,从动件会产生运动方向不确定现象。
  • 如图4-2所示缝纫机的踏板机构是以摇杆为原动件,使用者会感到有时出现踏不动或倒车现象,这是由于机构处于死点位置引起的,可借助飞轮的惯性作用,使曲柄越过死点位置继续转动。
  • 在生产中,也可利用机构在死点位置的自锁特性,使机构具有安全保险作用。如图4-13所示的飞机起落架机构,轮子着陆后,构件BC和CD成一直线,传给构件CD的力通过铰链中心D点,不论该力有多大,均不会使起落架折回。同理,图4-14的钻床夹具,当工件夹紧后,不论反力T有多大,都不会使构件CD转动而将工件松脱。

图4-12 曲柄摇杆机构的死点

图4-13 飞机起落架机构

图4-14 夹具的夹紧机构

4.3 铰链四杆机构的曲柄存在条件

图4-15 铰链四杆机构的曲柄存在条件

  • 由此得到铰链四杆机构中存在惟一曲柄的条件为:
  • (1) 曲柄为最短杆。
  • (2) 最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。
  • 上述条件(2)称为杆长条件,是铰链四杆机构中存在曲柄的必要条件,当铰链四杆机构中各杆长度满足杆长条件时,根据相对运动原理可知,取不同杆为机架,即可得到不同形式的铰链四杆机构。如:
  • (1) 若取最短杆为机架,该机构为双曲柄机构。
  • (2) 若取最短杆的任一相邻杆为机架,该机构为曲柄摇杆机构。
  • (3) 若取最短杆的相对杆为机架,该机构为双摇杆机构。
  • 当铰链四杆机构中各杆长度不满足杆长条件时,无论取哪一杆为机架(如图4-16所示),该机构均为双摇杆机构,例如图4-9所示汽车前轮转向机构。

图4-16 取不同的构件为机架

4.4 铰链四杆机构的演化

4.4.1 含有一个移动副的平面四杆机构

4.4.2 含有两个移动副的平面四杆机构

4.4.3 含有偏心轮的平面四杆机构

  • 铰链四杆机构是平面四杆机构的最基本型式,在工程实践中还广泛应用着其他型式的四杆机构,它们可以看作是由铰链四杆机构演化派生而来。
4.4.1 含有一个移动副的平面四杆机构
  • 1. 曲柄滑块机构
  • 在如图4-17(a)所示的曲柄摇杆机构中,转动副C的运动轨迹是以D点为圆心,以摇杆3的长度lCD为半径的圆弧。若将摇杆3做成滑块的形式,并将其与机架的联结做成移动副,如图4-17(b)所示,这样,曲柄摇杆机构演化成曲线导路的曲柄滑块机构,显然,其运动性质并未改变。
  • 若将摇杆3的长度lCD增大,则C点的轨迹将趋于平直。当lCD增至无穷大时,滑块3的曲线导路的曲率中心D将位于无穷远处,滑块3的导路将变成直线导路,曲柄摇杆机构演化成常用的曲柄滑块机构。这类机构在内燃机、冲床、空气压缩机及往复式水泵等机械中得到广泛应用。
  • 如图4-17(c)所示中,导路中心不通过曲柄转动中心A,图中e为偏距,称为偏置曲柄滑块机构,而导路中心通过曲柄转动中心A时,偏距e=0,称为对心曲柄滑块机构(如图4-18所示)。当曲柄匀速转动时,偏置曲柄滑块机构可实现急回运动。
  • 如前所述,对存在曲柄的铰链四杆机构,选取不同的构件为机架,可得到不同形式的机构,如图4-16所示。同理,对于曲柄滑块机构,当选取不同构件作为机架时,同样也可得到不同形式的机构。
  • 2. 导杆机构
  • 如图4-18(a)所示的曲柄滑块机构,若改取杆1为固定构件,即得图4-18(b)所示导杆机构。杆4称为导杆,滑块3相对导杆滑动并一起绕A点转动,通常取杆2为原动件。如图4-18(b)所示中,杆2的长度l2大于杆1的长度l1,两连架杆2和4均可相对于机架1整周回转,称为曲柄转动导杆机构,或转动导杆机构;当l2<l1时,导杆4只能往复摆动,称为曲柄摆动导杆机构,或摆动导杆机构(如图4-19所示)。导杆机构常用于牛头刨床、插床和回转式油泵之中。

图4-18 曲柄滑块机构的演化

(a)    (b)    (c)    (d)

图4-19 摆动导杆机构

  • 3. 摇块机构和定块机构
  • 在图4-18(a)所示曲柄滑块机构中,若取杆2为固定构件,即可得图4-18(c)所示摆动滑块机构,或称摇块机构。这种机构广泛应用于摆缸式内燃机和液压驱动装置中。如图4-20所示的前举升自卸汽车,它的翻转卸料机构就是这种摆动滑块机构,当油缸中的压力油推动活塞杆运动时,车厢便绕回转副中心倾斜,实现物料自动卸下。
  • 在如图4-18(a)所示的曲柄滑块机构中,若取杆3为固定构件,即可得图4-18(d)所示移动导杆机构,或称定块机构。如图4-21所示的液压千斤顶就使用了这种机构,定块机构常用于抽水唧筒和抽油泵中。

图4-20 前举升自卸汽车

图4-21 液压千斤顶

4.4.2 含有两个移动副的平面四杆机构
  • 以上讨论的仅是铰链四杆机构的一个转动副转化为移动副后,再经过其他途径演化而成的几种派生机构。如果以两个移动副替换铰链四杆机构中的两个转动副,当取不同的构件为机架时,可以得到4种不同形式的含有两个移动副的平面四杆机构,如表4-1所示。
4.4.3 含有偏心轮的平面四杆机构
  • 在图4-22(a)所示的曲柄摇杆机构中,当主动曲柄AB很短时,由于结构强度,装配、制造工艺等方面的要求,需将转动副B扩大,使转动副B包含转动副A,此时,曲柄就演化成回转轴线在A点的偏心轮,图4-22(c)所示中转动中心A与几何中心B间的距离e称为偏心距,它等于曲柄的长度。
  • 通过扩大转动副得到的偏心轮机构,其相对运动不变,图4-22(c)所示的机构运动简图仍然为图4-22(a)所示。同理,可将图4-22(b)所示曲柄滑块机构中的转动副B扩大,得到如图4-22(d)所示的偏心轮机构。
  • 把曲柄做成偏心轮,增大了轴颈的尺寸,提高偏心轴的强度和刚度,而且当轴颈位于轴的中部时,便于安装整体式连杆,使结构简化。偏心轮机构广泛应用于曲柄销轴受较大冲击载荷或曲柄长度较短的机械中,如破碎机(如图2-15所示)、冲床、剪床及内燃机等。
  • 对于平面四杆机构的演化形式,可以利用前面所介绍的知识,对上述机构就曲柄存在条件,急回运动特性,压力角、传动角和死点位置等进行分析。
4.5 平面四杆机构的设计

4.5.1 图解法设计四杆机构

4.5.2 实验法设计四杆机构

4.5.3 用解析法设计四杆机构

  • 连杆机构设计的基本问题是根据给定的运动要求选定机构的形式,并确定其各构件的尺度参数。为了使机构设计的合理、可靠,通常还需要满足结构条件(如是否存在曲柄、合适的杆长比、合理的运动副结构等)、动力条件(如最小传动角)和运动连续条件等。
  • 在工程实践中,由于机械的用途和性能要求的不同,对连杆机构设计的要求是多种多样的,但这些设计要求,一般可归纳为以下3类问题。
  • (1)满足预定的运动规律要求。即要求两连架杆的转角能够满足预定的对应关系,或者要求在原动件运动规律一定的条件下,从动件能够准确地或近似的满足预定的运动规律要求。
  • (2)满足预定的连杆位置要求。即要求连杆能依次占据一系列的预定位置。因这类问题要求机构能引导连杆按一定方位通过预定位置,故又称刚体导引问题。
  • (3)满足预定的轨迹要求。即要求在机构运动过程中,连杆上某点能实现预定的轨迹。例如图4-8所示的鹤式起重机机构,为避免被吊运货物作不必要的上下起伏,连杆上吊钩滑轮中心E点应沿水平直线移动,就属于这类问题。
  • 平面四杆机构的设计方法有解析法、图解法和实验法。
4.5.1 图解法设计四杆机构
  • 用图解法设计四杆机构,是四杆机构设计的一种基本方法,对于设计要求比较简单、设计精度要求一般的情况,更显得简便易行。下面介绍两种不同的设计要求下的设计方法。

图4-23 按K值设计曲柄摇杆机构

  • (5)作△C1PC2的外接圆,在圆上任选一点A,并分别与C1、C2相连,则?C1AC2=?C1PC2=?(同一圆弧的圆周角相等),A点即为曲柄与机架组成的固定铰链中心。
  • (6)以A为圆心,以C2A为半径作圆弧,交C1A于E,以A为圆心,以为半径作圆,交C1A和C2A的延长线于B1和B2,B1和B2为摇杆在两极限位置时曲柄和连杆共线时的铰链B的位置。
  • 从而,该曲柄摇杆机构的曲柄长l1=AB1=AB2,连杆长l2=B1C1=B2C2,及l4=AD。
  • 由于A点是△C1PC2的外接圆上任选的一点,所以,若仅按行程速比系数K 设计,可得无穷多解。但曲柄的转动中心A不能选在FG弧段上,否则,机构将不满足运动的连续性要求,即此时机构的两个极限位置C1D和C2D将位于两个不连通的可行域内。A点位置不同,机构传动角的大小也不同。若曲柄的转动中心A选在C1G和C2F两弧段上,当A向G(F)靠近时,机构的最小传动角将随之减小。为了获得良好的传动质量,可按照最小传动角或其他辅助条件(如给定机架尺寸)确定A点的位置。
  • 图4-24给出了已知滑块行程H、偏心距e和行程速比系数K设计曲柄滑块机构的示例,设计的实质是确定铰链中心A点的位置,并定出曲柄和连杆的长度尺寸l1和l2。具体设计时,可根据滑块行程H确定滑块的极限位置C1和C2,类似摇杆的两个极限位置,设计步骤参照上述曲柄摇杆机构的设计即可。
  • 对于导杆机构,一般已知摆动导杆机构的机架长度l4和行程速比系数K。设计的实质是确定曲柄的长度尺寸l1。具体设计时,先按行程速比系数K
  • 求出极位夹角?,由于导杆机构的极位夹角与导杆的摆角相等,故在图纸上任选一点C作为导杆的转动中心,作出导杆的摆角φ,再作其角平分线,在其角平分线上取CA= l4,即得曲柄的转动中心A。过点A作导杆任一极限位置的垂线AB1(或AB2),该线段长即为曲柄的长度l1(如图4-25所示)。

图4-24 按K值设计曲柄滑块机构

图4-25 按K值设计导杆机构

  • 2. 按给定的连杆位置设计四杆机构
  • 图4-26(a)所示为一加热炉门启闭机构,加热时炉门位于E1位置,炉口关闭;取料时,炉门位于E2位置,如图中虚线位置所示。在这个实际问题中,可以把炉门固连在一个铰链四杆机构的连杆上,于是问题可以描述为:已知连杆的两个铰链点B、C,连杆BC的长度LBC及其两个位置B1C1和B2C2,要求确定连架杆与机架组成的固定铰链中心A和D的位置,并求出其余三杆的长度LAB、LCD和LAD。

图4-27 按给定连杆三位置设计四杆机构

4.5.2 实验法设计四杆机构
  • 由于连杆机构不易实现精确的运动规律,因此,对于运动要求比较复杂的四杆机构的设计,特别是对于按照给定轨迹设计四杆机构的问题,用实验法设计有时显得更为简便易行。下面介绍一种图谱法。
  • 四杆机构运动时,其连杆作平面运动,连杆平面上任一点的轨迹通常为封闭曲线。这些曲线称为连杆曲线,而平面连杆曲线是高阶曲线,所以设计四杆机构使其连杆上某点实现给定的任意轨迹,是十分复杂的。它随着连杆上点的位置和各构件的相对尺寸不同,它们的形状各异。为了便于设计,工程上常常利用事先编就的图谱,即从图谱中的某一曲线直接查出该四杆机构各杆的尺寸。这种实验方法称为图谱法。
  • 如图4-28所示为一描述连杆曲线的仪器模型。设原动件AB的长度为单位长度,而其余各构件相对于构件AB的相对长度则可以调节。在连杆上固定一块多孔薄板,板上钻有一定数量的小孔,代表连杆平面上不同点的位置。当机构曲柄AB转动时,板上的每个孔的运动轨迹就是一条连杆曲线,将连杆平面上各个点的连杆曲线记录下来(例如使用感光显影技术),便得到一组连杆曲线。依次改变BC、CD、AD相对AB的长度,就可得出许多组连杆曲线。将它们顺序整理编排成册,即成连杆曲线图谱。如图4-29所示为“四连杆机构分析图谱”中的一张。每一连杆曲线由72根长度不等的短线构成,每一短线表示原动曲柄转过5?时连杆上该点的位移。

图4-28 连杆曲线的绘制

  • 根据预期的运动轨迹进行设计时,可从图谱中查出形状与要求实现的轨迹相似的连杆曲线;然后,按照图上的文字说明,得出所求四杆机构各杆长度的比值;再用缩放仪求出图谱中的连杆曲线和所要求的轨迹之间相差的倍数,并由此确定所求四杆机构各杆的长度;最后,根据连杆曲线上的小圆圈与铰链B、C的相对位置,即可确定描绘轨迹之点在连杆上的位置。

图4-29 四连杆机构分析图谱中的连杆曲线

4.5.3 用解析法设计四杆机构
  • 解析法是以机构参数来表达各构件间的函数关系,以便按给定条件求解未知数。用解析法作平面机构的运动设计的关键是建立机构位置矢量封闭方程式。常用的解析法有矢量法、复数矢量法及矩阵法等。解析法求解精度高,能解决较复杂的问题。
  • 在用解析法设计连杆机构时,涉及到大量的数值运算,这种繁琐的计算工作可由计算机来完成。计算机辅助连杆机构设计的基本过程为:由设计者制定设计任务,选定连杆机构类型,建立设计的数学模型,选择算法并编制程序;由计算机完成数值计算、结果输出(数据与图形)和结果分析。
  • 目前已有连杆机构计算机辅助设计商业化软件,可以直接使用。
4.6 实验与实训
  • 实验目的
  • 了解平面连杆机构的应用。
  • 巩固平面机构结构分析的知识。
  • 培养创新意识和机构创新设计能力。
  • 实验内容
  • 实训1 本章的案例中提出,四根木条可以构成铰链四杆机构,现取出四根木条(10cm、15cm、20cm、24cm),顺序用大头针连接,组成平面连杆机构。
  • 实训要求
  • (1) 测量四根杆件的长度并做记录,计算最短杆与最长杆长度之和与其余两杆长度之和的关系。
  • (2) 分别以四根杆件为机架,演示观察两个连架杆的运动情况,记录下每次变换机架后,所得到的铰链四杆机构的类型。
  • (3) 当机构类型为曲柄摇杆机构时,演示观察机构的传动角的变化。
  • (4) 当机构类型为曲柄摇杆机构时,演示观察并确定机构的死点位置。
  • 实训2 高位中悬窗启闭机构设计(如图4-30所示)。
  • 窗扇外形尺寸为600mm?400mm(如图4-30(a)所示),可按比例缩小或放大,设计四杆机构,实现其启闭。
实训要求
  • (1) 窗扇可自窗框平面开启大于60?。
  • (2) 操纵窗扇启闭的平面连杆机构应能支持窗扇的重量,有一个原动件。
  • (3) 连杆机构必须具有良好的传动性能(即较大的传动角)。
  • (4) 窗扇在关闭位置时,连杆机构的所有部分不能延伸至窗槛外侧,延伸至室内的部分亦应尽可能小。
设计内容
  • (1) 确定机构运动方案,绘制机构简图。
  • (2) 机构运动设计,确定各构件运动尺寸。
  • (3) 利用模型(或实训1中的木条)搭接出实物机构,并进行运动效果的评价。
实验总结
  • 通过本章的实验和实训,读者应该能了解铰链四杆机构及其演化;对平面四杆机构的一些基本知识(包括曲柄存在的条件、急回运动及行程速比系数、传动角及死点)有明确的概念;能按已知连杆位置、行程速比系数等要求设计平面四杆机构。
4.7 习 题
  • 填空题
  • (1) 在铰链四杆机构中,运动副全部是________副。
  • (2)在铰链四杆机构中,与机架相连的杆称为________,其中作整周转动的杆称为________,作往复摆动的杆称为________,而不与机架相连的杆称为________。
  • (3) 铰链四杆机构的杆长为a=60mm,b=200mm,c=100mm,d=90mm。若以杆c为机架,则此四杆机构为________________。
  • (4) 机构的压力角越________对传动越有利。机构处在死点时,其压力角等于________。
  • (5) 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________是否大于零。
  • (6) 平面连杆机构的行程速比系数K=1.25是指工作与返回时间之比为________。
  • 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( )其他两杆之和。
  • A.小于等于 B.大于等于 C.大于
  • (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( )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) 一曲柄摇杆机构,若曲柄与连杆处于共线位置。则当( )为原动件时,称为 机构的死点位置。
  • A. 曲柄 B. 连杆 C. 摇杆
  • (4) 当极位夹角θ( )时,机构就具有急回特性。
  • A. <0 B. >0 C. =0
  • (5) 当行程速度变化系数K( )时,机构就具有急回特性。
  • A. <1 B. >1 C. =1
  • (6) 若以( )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) 判断一个平面连杆机构是否具有良好的传力性能,可以( )的大小为依据。
  • A. 传动角 B. 摆角 C. 极位夹角
  • 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3个构件。 ( )
  • (3) 平面四杆机构中若有曲柄存在,则曲柄必为最短杆。 ( )
  • (4) 双曲柄机构中,曲柄一定是最短杆。 ( )
  • (5) 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。 ( )
  • (6) 平面连杆机构中,极位夹角越大,K值越大,急回运动的性质也越显著。 ( )
  • (7) 机构的压力角越大,传力越费劲,传动效率越低。 ( )
  • (8) 平面连杆机构中,压力角的补角称为传动角。 ( )
  • (9) 有死点的机构不能产生运动。 ( )
  • (10) 在实际生产中,死点现象对工作都是不利的,必须加以克服。 ( )
  • 简答题
  • (1) 什么叫连杆、连架杆、连杆机构?
  • (2) 铰链四杆机构的基本类型有几种?分别是什么?
  • (3) 铰链四杆机构曲柄存在的条件是什么?
  • (4) 满足杆长条件的四杆机构,取不同构件为机架可以得到什么样的机构?
  • (5) 曲柄滑块、摇块、定块和导杆机构是不是四杆机构,为什么?
  • (6) 什么叫连杆机构的急回特性?它用什么来表达?
  • (7) 什么叫极位夹角?它与机构的急回特性有什么关系?
  • (8) 什么叫死点?它与机构的自由度F小于等于0有什么区别?
  • (9) 什么叫连杆机构的压力角、传动角?研究传动角的意义是什么?
  • (10) 曲柄摇杆机构最小传动角出现在什么位置上?如何判定?
  • 实作题
  • (1) 试根据图4-31所示中注明的尺寸判断各铰链四杆机构的类型。
  • (2) 在铰链四杆机构中,各杆的长度分别为a=28mm,b=52mm,c=50mm,d=72mm,取杆d为机架时,试用图解法:
  • ① 求该机构的极位夹角θ,摇杆c的最大摆角?。
  • ② 求该机构的最小传动角?min。
  • ③ 试讨论该机构在什么条件下具有死点位置,并绘图表示。
  • (3)设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度l3=100mm,摆角?=30?,摇杆的行程速比系数K=1.25。试根据最小传动角?min≥40?的条件确定其余三杆的尺寸。
  • (4) 设计一偏置曲柄滑块机构,已知滑块的行程速比系数K=1.5,滑块行程h=50mm,偏距e=20mm。试求曲柄柄长lAB和连杆长lBC(作图比例μl=2 mm / mm)。
  • (5)设计一个夹紧装置的铰链四杆机构,已知连杆BC的长度lBC=50mm,连杆的两个位置如图4-32所示,要求达到夹紧位置B2C2时,机构处于死点位置,摇杆C2D处于垂直位置。试设计该机构。

图4-31 铰链四杆机构

(a)    (b)    (c)    (d)

图4-32 夹紧机构设计

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