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第二章 铰链四杆机构,2-1 铰链四杆机构的组成和分类,什么叫铰链？,一物体A套在另一物体B 的一部分C上,物体A的运动受到C的限制，但A可以绕C在平面或空间内（C为球形）转动，物体A与B就构成铰链,生活中的铰链,铰链四杆机构在生活、生产中广泛用于动力的传递或改变运动的形式，例如公共汽车门的开启，汽车前窗刮雨器等都是利用铰链四杆机构来完成工作任务的。,刮雨器,汽车车门启闭系统,公共汽车车门启闭机构,公共汽车车门启闭机构,铲土机为了保证铲斗平行移动，防止泥土流出，采用了平面连杆机构。,认识一下吧,认识一下吧,本章要解决的问题铰链四杆机构是如何改变或传递运动的？杆与杆之间是怎么连接的？它的工作特性是什么？,一、铰链四杆机构的组成,铰链四杆机构： 全部用转动副相连的平面四杆机构。它是平面四杆机构的基本型式之一，其它型式的四杆机构可看作是在它的基础上通过演化而成的。,O1,A,B,O2,机架,连杆,连架杆,与机架用转动副相连接的构件,不直接与机架连接的构件,机构的固定构件,摇杆：只能绕机架作小180的某一角度摆动的连架杆,连架杆可分为,曲柄：能绕机架作整周转动的连架杆,二、铰链四杆机构的基本类型,根据两个连架杆能否成为曲柄，铰链四杆机构可分为三种基本形式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。,1.曲柄摇杆机构,特点：,连架杆,将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。,取不同的构件为机架时，可得三种不同性质的铰链四杆机构,取最短杆的邻杆为机架 曲柄摇杆机构,取最短杆的对杆为机架 双摇杆机构,取最短杆为机架 双曲柄机构,搅拌机、汽车前窗刮雨器等。,应用：,以摇杆为主动件,曲柄为从动件。,运动形式：,把摇杆的往复摆动转化为曲柄的整周回转运动,雷达机构,颚式破碎机,剪刀机,主动曲柄匀速转，从动曲柄变速转 。,2.双曲柄机构,特点：,连架杆,1.一般双曲柄机构（不等长双曲柄机构）,特点： 两曲柄不相等，主动曲柄等速转动，从动曲柄变速转动。应用：惯性筛,2.平行双曲柄机构：,特点：两曲柄相等、同向，角速度相等。,应用：火车车轮联动装置,3.反向双曲柄机构：,特点：两曲柄相等、反向，角速度不相等。,应用：车门启闭机构。,双曲柄机构的应用实例：,主动曲柄AB匀速转动，从动曲柄CD做变速转动并通过附加连杆CE带动筛子作变速往复直线运动，以使被筛物料获得较好的筛分效果。,惯性筛、挖掘机（平行四边形机构）、车门启闭机构（反平行四边形机构）等。,火车驱动轮连动机构,连杆与机架的长度相等且两曲柄长度相等，曲柄转向相同的双曲柄机构,机车车轮联动装置,平行双曲柄机构,传动特点：主动曲柄和从动曲柄均以相同角速度转动。,天平,利用平行双曲柄机构双曲柄的旋转方向和角度均相同的特性，保证两天平盘始终保持水平状态。,挖掘机,汽车门启闭机构,四杆机构成反向双曲柄机构。双曲柄的转向相反，角速度也不相同。牵动主动曲柄AB的延伸端E，能使两扇车门同时开启或关闭。,双曲柄插床,两个连架杆均为摇杆 。,双摇杆机构,特点：,车轮转向机构：,四杆件构成等腰梯形，按箭头方向牵动摇杆AB的延伸端E，可使两摇杆AB，CD同向摆动并带动两轮同时转向。,飞机起落架,飞机起落架,汽车自卸翻斗装置,判断下图铰链四杆机构类型,小结,1、铰链四杆机构的组成,机架,连杆,连架杆,曲柄,摇杆,2、铰链四杆机构的分类,（按连架杆运动形式不同分）,曲柄摇杆机构,仰俯式雷达搜索机构,搅拌机,双曲柄机构,不等长双曲柄机构,平行双曲柄机构,反向双曲柄机构,惯性筛,火车轮,汽车车门启闭系统,双摇杆机构,起重机,飞机起落架,课堂练习,1、铰链四杆机构分为, 、,三种基本类型，是根据,来划分的。,2、家用缝纫机踏板机构是,机构，它是以,为主动件的。,3、下列属于双曲柄机构的是（ ）,A 搅拌机,B 自动翻斗装置,C 港口起重机,D 汽车车门启闭机构,曲柄摇杆机构,双曲柄机构,双摇杆机构,两连架杆,曲柄摇杆,踏板,D,的运动形式不同,作业,画出剪板机的机构简图,曲柄摇杆机构具有一个曲柄和一个摇杆的铰链四杆机构,双曲柄机构具有两个曲柄的铰链四杆机构,双摇杆机构具有两个摇杆的铰链四杆机构,铰链四杆机构的三种基本形式,四杆机构中，要有曲柄存在，必须同时满足下列两个条件：,1.连架杆与机架中必有一个是最短杆；,2.最长杆和最短杆的长度之和小于等于其 他两杆长度之和,本节重点之一,曲柄存在的条件,最短杆AB为机架，此时为 ：,1.当a+dc+b时： a为最短杆；d为最长杆,与最短杆相对的杆CD为机架，此时为：,与最短杆相邻的杆AD为机架，此时为：,曲柄摇杆机构,双曲柄机构,双摇杆机构,铰链四杆机构三种基本形式的判别方法,无论哪根杆为机架都为:,双摇杆机构,2.当a+dc+b时：a为最短杆；d为最长杆,只形成双摇杆机构,归纳,满足杆长之和条件:最短杆为机架-双曲柄机构;最短杆的相邻杆为机架-曲柄摇杆机构;最短杆的相对杆为机架-双摇杆机构.不满足杆长之和条件： 无论以哪个杆作机架,均为双摇杆机构,铰链四杆机构类型的判别,15,10,15,25,双摇杆机构,双曲柄机构,不满足杆长之和条件,满足杆长之和条件,例题：如下图所示，判断铰链四杆机构属于哪种基本形式？,由已知可得： 230mm+130mm200mm+180mm 即AD+ AB BC+ CD 满足Lmax +LminL 1+L2,而且以最短杆相邻的杆为机架，,因此，该机构属于曲柄摇杆机构,ADmax=230mm, ABmin=130mm,练习1：判断各铰链四杆机构的基本形式,A：双曲柄机构,B：曲柄摇杆机构,C：双摇杆机构,D：双摇杆机构,AB或CD,以BC为机架，得到,以AD为机架，得到,双曲柄机构,双摇杆机构,得到曲柄摇杆机构,作为机架的杆是：,练习2,450,400,300,200,已知：AB450，BC400，CD300，AD200。问以哪个杆作为机架，可以得到曲柄摇杆机构？如果以杆BC作为机架，会得到什么机构？如果以杆AD作为机架，会得到什么机构？,例题3：,如图铰链四杆机构中AB=45mm,BC=100mm,CD=70mm,AD=120mm。,1）若以AD为机架，该机构为 机构；,45,100,120,70,A,B,C,D,2）若以AB为机架，该机构为 机构；,3）若以BC为机架，该机构为 机构；,4）若以CD为机架，该机构为 机构；,曲柄摇杆机构,曲柄摇杆机构,双摇杆机构,双曲柄机构,2、曲柄存在的条件及铰链四杆机构三 种基本形式的判别方法,总结,选择题：1、以下关于曲柄摇杆机构的叙述正确的是（ ）。 A、只能以曲柄为主动件 B、摇杆不可以作主动件 C、主动件既可能作整周旋转运动也可以作往复摆动 D、以上都不对 2、杆长不等的铰链四杆机构，若以最短杆为机架，则是（ ）机构？ A、曲柄摇杆机构 B、双曲柄机构 C、双摇杆机构 D、双曲柄机构或双摇杆机构 3在铰链四杆机构中，（ ）有无存在是机构基本形式的根本区别 A 机架 B 连杆 C 曲柄 4、若将曲柄摇杆机构中最短杆的对面杆改为机架，则得到（ ） A 双曲柄机构 B 双摇杆机构 C 曲柄摇杆机构,巩固练习,C,D,C,B,2-1 曲柄摇杆机构的基本性质,急回特性,如图所示为一曲柄摇杆机构其曲柄AB在转动一周的过程中，有两次与连杆BC共线。在这两个位置，铰链中心A与C之间的距离AC1和AC2分别为最短和最长，因而摇杆CD的位置C1D和C2D分别为两个极限位置。摇杆在两极限位置间的夹角称为摇杆的摆角。,急回特性,工作行程：DC2到DC1的过程。 空回行程：DC1到DC2的过程。 工作行程和空回行程摇杆的摆角相同。曲柄AB的转角 1=180+， 2=180-,设从动件摇杆CD工作行程所需时间为t1 ，C点的平均速度为v1，曲柄从B2转至B1的转角为1，则v1=C2C1/t1。,又设从动件摇杆CD空回行程所需时间为t2 ，C点的平均速度为v2，曲柄从B1转至B2的转角为2，则v2=C1C2/t2。,因为曲柄AB是以等角速度旋转，所以，t=/,故t1 t2， v2 v1，表明摇杆具有急回运动的特性，牛头刨床、往复式运输机等机械利用这种急回特性来缩短非生产时间，提高生产率。,急回运动特性可用行程速比系数K 表示，即,将上式整理后，可得极位夹角的计算公式：,由以上分析可知：极位夹角 越大，K 值越大，急回运动的性质越显著，但机构运动的平稳性也越差。因此应根据工作要求，恰当地选择K 值，在一般机械中 1K2。,式中，为摇杆处于两极限位置时，对应的曲柄 所夹的锐角，称为极位夹角。,死点位置,曲柄摇杆机构中，如以摇杆为原动件，曲柄为从动件，则当摇杆摆到极限位置C1D和C2D时，连杆与曲柄共线，则这时连杆加给曲柄的力将通过铰链中心A，此时驱动力的有效力为0。此力对A点不产生力矩，因此不能使曲柄转动。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的现象。这种缺陷可利用回转机构的惯性或添加辅助机构来克服。如家用缝纫机的脚踏机构，就是利用皮带轮的惯性作用使机构能通过死点位置。,双曲柄机构运动不确定性,如何去克服机构的止点位置？,通常利用从动件本身或飞轮的运动惯性来通过止点位置。（如缝纫机踏板机构）,但在工程实践中，有时也常常利用机构的死点位置来实现一定的工作要求，如图所示的工件夹紧装置，当工件5需要被夹紧时，就是利用连杆BC与摇杆CD形成的死点位置，这时工件经杆1、杆2传给杆3的力，通过杆3的传动中心D。此力不能驱使杆3转动。故当撤去主动外力P后，在工作反力N的作用下，机构不会反转，工件依然被可靠地夹紧。,利用死点夹紧工件的夹具,2-1 曲柄滑块机构,汽车发动机中的曲柄连杆机构，它是一个典型的曲柄滑块机构。活塞（滑块）为主动件，活塞的往复直线运动通过连杆转换成（曲柄）的连续回转运动，从而将动力输出。,曲柄滑块机构是又曲柄摇杆机构演化而来的。,1.曲柄滑块机构的演化过程,曲柄滑块机构是曲柄摇杆机构的一种演化形式，当摇杆的长度趋向于无穷大，连杆的长度又有限时，则C点就不会再沿圆弧往复运动，而是沿直线往复移动，也就是说，摇杆变成了沿导轨往复运动的滑块，成为下图所示的曲柄滑块机构。,曲柄滑块机构中，若曲柄为主动件，并作连续整周旋转时，通过连杆可以带动滑块作往复直线运动;反之，若滑块为主动件，则当滑块往复直线运动时，也可以通过连杆带动曲柄作整周连续旋转。但若滑块为主动件，当滑块运动到使连杆与曲柄共线的“死点”位置时，则需要考虑通过“死点”的相应措施,曲柄滑块机构,在上图中，滑块移动的距离为曲柄长度的两倍，即：H=2r。,如果需要滑块行程H很短，则曲柄长度相应地也要很短，此时，常使用偏心轮的偏心距e来代替曲柄的长度。这种机构就称为偏心轮机构。滑块的行程是偏心距的两倍。即H=2e。,飞轮,该机构为一对心曲柄滑块机构的应用形式，滑块为主动件，由于飞轮的惯性，使机构冲过了两个死点位置。,曲柄滑块机构应用,压力机,曲柄滑块机构应用,压力机,将曲柄的旋转运动转换为滑块的往复直线移动，成为压力机的工作机构。,将滑块（活塞）往复的直线移动转换为曲柄（曲轴）的旋转运动。,曲柄滑块送料装置,曲柄每转一周，滑块就从料槽中推出一个工件。,导杆机构,a 曲柄滑块机构 b 导杆机构 c 摆动滑块机构 d 固定滑块机构,摆动导杆机构-牛头刨床,滑枕带着刨刀，作直线住复运动的刨床，因滑枕前端的刀架形似牛头而得名。牛头刨床主要用于单件小批生产中刨削中小型工件上的平面、成形面和沟槽。,这是一个六杆机构，曲柄整周匀速转动，带动刨刀往复移动,该机构利用摆动导杆机构的急回特性使刨刀快速退回，以提高工作效率。,转动导杆机构,插床,插床与刨床一样，也是使用单刃刀具（插刀）来切削工件，但刨床是卧式布局，插床是立式布局。插床的生产率和精度都较低，多用于单件或小批量生产中加工内孔键槽或花键孔，也可以加工平面、方孔或多边形孔等，在批量生产中常被铣床或拉床代替。但在加工不通孔或有障碍台肩的内孔键槽时，就只有利用插床了。,插床导杆机构,利用摆动导杆机构的急回特性使插刀快速退回，以提高工作效率。,插齿机,该机构由两个四杆机构组成，粉红色的杆、红色杆、绿色杆、机架组成曲柄摇杆机构，绿色杆、橙色杆、黄色杆、机架组成摇杆滑块机构，当粉红色的曲柄匀速回转时，绿色杆作变速摆动，通过橙色的连杆使黄色的滑块向下切削时作近似匀速运动，往上则因曲柄摇杆机构的急回运动性质使插齿刀快速退回。,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。,摆动滑块机构（摇块机构）,摆动滑块机构（摇块机构）的应用,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。,定块机构的应用,曲柄滑块转变为双滑块,双滑块机构,该机构由曲柄滑块机构和摇杆滑块机构组成，曲柄绕A点匀速整周旋转，带动两滑块往复移动。,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。,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。,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,(1) 改变构件的形状和运动尺寸,1.曲柄滑块机构的演化过程,偏心曲柄滑块机构,对心曲柄滑块机构,曲柄摇杆机构,曲柄滑块机构,双滑块机构,正弦机构,=l sin ,设计：潘存云,(2)改变运动副的尺寸,(3)选不同的构件为机架,偏心轮机构,设计：潘存云,设计：潘存云,牛头刨床,应用实例:,小型刨床,设计：潘存云,(3)选不同的构件为机架,设计：潘存云,(3)选不同的构件为机架,手摇唧筒,这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法称为：,机构的倒置,例：选择双滑块机构中的不同构件 作为机架可得不同的机构,椭圆仪机构,正弦机构,