连杆机构-4.铰链四杆机构
铰链四杆机构的基本类型
双摇杆机构
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铰链四杆机构的应
曲柄摇杆机两连架杆。
连杆
连架杆 曲柄
连架杆 摇杆
机架
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三、铰链四杆机构的基本类型
根据两连架杆的是曲柄还是摇杆, 将铰链四杆机构分为:
❖ 曲柄摇杆机构 ❖ 双曲柄机构 ❖ 双摇杆机构
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曲柄摇杆机构
主动曲柄等速转动,从动摇 杆变速摆动。
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双曲柄机构
主动曲柄等速回转, 从动曲 柄变速回转。
特殊的双曲柄机构: 正平行四边形 反平行四边形
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平行四边形机构
正平行四边形
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反平行四边形
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双摇杆机构
主、从动摇杆等速摆动。
鹤式起重机
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双摇杆机构
飞机起落架
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铰链四杆机构的应用
曲柄摇杆机构
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铰链四杆机构的应用
5、铰链四杆机构 构件间用四个转动副相连的平面四杆机构。
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以下是铰链四杆机构?
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以下是铰链四杆机构?
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二、铰链四杆机构的组成
固定构件--机架:固定不动的杆; 可动构件 连架杆:以转动副与机架相连的杆;
曲柄:能整圈旋转的连架杆;
摇杆:只能绕运动副轴线摆动的连架杆;
动、移动)
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一、概 述
缺点: •累积误差大,不易准确实现复杂运动; •运动产生的惯性力难以平衡,因此常用 于低速场合。
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铰链四杆机构
铰链四杆机构1. 简介铰链四杆机构是一种常见的机械结构,由几个相互连接的四杆构成。
每个四杆通过铰链连接,形成一个闭合的链条。
铰链四杆机构具有多种应用领域,例如机械手臂、汽车悬挂系统和门窗等。
2. 构成元素铰链四杆机构由以下四个元素组成:2.1 铰链(Hinge)铰链是两个连接件通过一个固定的铰销相连的装置,可以实现两个连接件的旋转运动。
在铰链四杆机构中,多个铰链被用于连接四个杆件。
2.2 杆件(Link)杆件是构成铰链四杆机构的基本元素,通常是刚性材料制成的长条形物体。
每个杆件通过铰链连接到其他杆件,使整个机构能够进行运动。
2.3 驱动机构(Drive Mechanism)驱动机构是铰链四杆机构的动力来源,对机构进行驱动和控制。
常见的驱动机构包括电机、液压缸和气动马达等。
2.4 限位机构(Limiting Device)限位机构用于限制铰链四杆机构的运动范围,防止杆件超出可接受的运动范围。
常见的限位机构包括限位销和限位块等。
3. 工作原理铰链四杆机构的工作原理基于约束和运动连杆理论。
每个杆件都通过铰链与其他杆件连接,其中一个杆件作为固定支架,其他三个杆件可以进行旋转运动。
当驱动机构施加力或扭矩到其中一个杆件时,整个机构就会发生运动。
铰链四杆机构的运动可分为三个基本类型:3.1 平动平动是指铰链四杆机构中,连接杆件的铰链在运动时,机构表现为整体沿着一条直线移动。
这种运动适用于平移和夹紧操作。
3.2 翻转翻转是指铰链四杆机构中,连接杆件的铰链在运动时,机构表现为从一种位置翻转到另一种位置。
这种运动适用于平衡杆和力传递等操作。
3.3 旋转旋转是指铰链四杆机构中,连接杆件的铰链在运动时,机构表现为整体绕固定点旋转。
这种运动适用于电机驱动机构和夹具操作等。
4. 应用领域铰链四杆机构具有广泛的应用领域,包括但不限于以下几个方面:4.1 机械手臂铰链四杆机构可以用于构建机械手臂,实现复杂的运动和操作。
机械手臂广泛应用于工业生产线上,能够完成精密和重复的任务。
铰链四杆机构的三种基本类型判别流程
铰链四杆机构的三种基本类型判别流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成,希望大家下载以后,能够帮助大家解决实际的问题。
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四杆机构的组成
2 ) 双曲柄机构 如果铰链四杆机构中的两个连架杆都能作 360°整周回转,则这种机构称为双曲柄机构。 在双曲柄机构中,若两个曲柄的长度相等,机 架与连架杆的长度相等(,这种双曲柄机构称 为平行双曲柄机构。 蒸汽机车轮联动机构,是平行双曲柄机构的应 用实例。平行双曲柄机构在双曲柄和机架共线 时,可能由于某些偶然因素的影响而使两个曲 柄反向回转。机车车轮联动机构采用三个曲柄 的目的就是为了防止其反转。
上述两条件必须同时满足, 上述两条件必须同时满足,否则机构中无曲柄 存在。根据曲柄条件,还可作如下推论: 存在。根据曲柄条件,还可作如下推论: ( 1 ) 若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度 之和必小于或等于其余两杆长度之和, 之和必小于或等于其余两杆长度之和,则可能 有以下几种情况: 有以下几种情况: 以最短杆的相邻杆作机架时, a . 以最短杆的相邻杆作机架时 , 为曲柄摇杆 机构; 机构; 以最短杆为机架时,为双曲柄机构; b.以最短杆为机架时,为双曲柄机构; 以最短杆的相对杆为机架时, c . 以最短杆的相对杆为机架时 , 为双摇杆机 构。 (2) 若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之 和大于其余两杆长度之和, 和大于其余两杆长度之和,则不论以哪一杆为 机架,均为双摇杆机构。 机架,均为双摇杆机构。
铰链四杆机构的演化
1.曲柄滑块机构 在曲柄摇杆机构中,如果以一个移动副 代替摇杆和机架间的转动副,则形成的 机构称为曲柄滑块机构。 它能把回转运 动转换为往复 直线运动,或 作相反的转变
图6—14
2.导杆机构
a 曲柄摇杆机构 构
b 导杆机构
c 摆动滑块机构
d 固定滑块机
急回特性和行程速比系数
曲柄摇杯机构中, 当曲柄A B沿顺时针方向以等角速度转过φ1时,摇杆 CD自左极限位置C1D摆至右极位置C2D,设所需时间 为 t1,C点的明朗瞪为 V1; 而当曲柄AB再继续转过φ2时,摇杆CD自C2D摆回至 C1D,设所需的时间为 t2,C点的平均速度为 V2。 由于φ1>φ2,所以 t1>t2 ,V2>Vl。由此说明:曲柄 由此说明: 由此说明 AB虽作等速转动 , 而摇杆 虽作等速转动, 虽作等速转动 而摇杆CD空回行程的平均速度却 空回行程的平均速度却 大于工作行程的平均速度, 大于工作行程的平均速度 , 这种性质称为机构的急回 特性。 特性。
铰链四杆机构基本形式和特性
3.4 铰链四杆机构类型判别
3、案例分析
如图所示的铰链四杆机构ABCD中,已知各杆的长度 分别为:a=30,b=50,c=40,d=45。试确定该机构分别以
AD、AB、CD和BC为机架时,属于何种机构?(板书)
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3.4 铰链四杆机构类型判别
案例分析
3.1 铰链四杆机构的类型
平面铰链四杆机构:构件间均用用转动副相连的平面四 杆机构。如:脚踏式脱粒机
脚踏式脱粒机
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3.1 铰链四杆机构的类型
二、铰链四杆机构组成
(1)机架:机构中固定不动的构件。 (2)连架杆:与机架连接的构架。
曲柄:若能绕机架作整周转动的连架杆则称为曲柄。 摇杆:只能绕着机架在一定范围内摆动的连架杆。 (3)连杆:不直接与机架相连的构件。
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3.2 平面四杆机构的特性-死点特性
(1)死点的概念
曲柄摇杆机构中,当摇杆为主动件时,当连杆与从动曲
柄共线时,机构的传动角γ=0°,此时主动件CD 通过连杆 作用于从动曲柄AB上的力恰好通过其回转中心,所以出现了 不能使构件AB转动的顶死现象,机构的这种位置称为死点位
置或死点。
缝纫机的脚踏机构
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3.2 平面四杆机构的特性-死点特性
(3)克服死点的方法
(1)增大从动件的质量,利用惯性度过死点位置。 (2)在从动曲柄上施加外力或安装飞轮以增加惯性。 (3)采用相同的机构错位排列。
缝纫机的脚踏机构
火车车轮联动装置
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3.3 铰链四杆机构曲柄存在条件
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铰链四杆机构
设计:潘存云
Q
Q A
搅拌机构
E
鹤式起重机 要求连杆上E点的轨 迹为一条水平直线 要求连杆上E点的轨 迹为一条卵形曲线
给定的设计条件: 1)几何条件(给定连架杆或连杆的位置) 2)运动条件(给定K)
3)动力条件(给定γmin)
设计方法:图解法、解析法、实验法
一、按给定的行程速比系数K设计四杆机构 C2 1) 曲柄摇杆机构 已知:CD杆长,摆角φ及K, E 设计此机构。步骤如下: θ φ ①计算θ=180°(K-1)/(K+1); ②任取一点D,作等腰三角形 A 腰长为CD,夹角为φ; ③作C2P⊥C1C2,作C1P使 ∠C2C1P=90°-θ,交于P;
第2章 平面连杆机构
§2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性 §2-2 铰链四杆机构有整转副的条件 §2-3 铰链四杆机构的演化 §2-4 平面四杆机构的设计
§2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性
应用实例: 内燃机、鹤式吊、火车轮、手动冲床、牛头刨床、椭圆 仪、机械手爪、开窗户支撑、公共汽车开关门、折叠伞、 折叠床、 牙膏筒拔管机、单车制动操作机构等。 定义:由低副(转动、移动)连接组成的平面机构。 特征:有一作平面运动的构件,称为连杆。 特点: ①采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损 形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。 ②改变杆的相对长度,从动件运动规律不同。 ③连杆曲线丰富。可满足不同要求。
设计:潘存云
φ=θ
D
3) 曲柄滑块机构 已知K,滑块行程H,偏 距e,设计此机构 。 ①计算: θ =180°(K-1)/(K+1); ②作C1 C2 =H
H C1
90°-θ
C2
90°-θ
A
铰链四杆机构三种基本形式
目录
content
工业中铰链四杆机构有很多种,现总 结归纳为以下三种基本形式:
01
一、曲柄摇杆机构
02
二、双曲柄机构
03
三、双摇杆摇 杆的铰链四杆机构。 作用:将主动件(曲柄)的整周回转 运动转换成从动件(摇杆)的往复摆 动。
动态图
实物图
动态图
02
二、双曲柄机构
两个连架杆都为曲柄的铰链四杆 机构。 作用:将主动曲柄作的等速转 动 转变为从动曲柄的变速转动。
动态图
实物图
动态图
03
三、双摇杆机构
两个连架杆都为摇杆的铰链 四杆机构。 作用:将主动摇杆的往复摆动 转变为从动摇杆的往复摆动。
动态图
实物图
动态图
小结
名称
铰链四杆机构三种类型对比
组成
运动特点
实例
曲柄 摇杆机构 双曲柄机构
双摇杆机构
机架 连杆 曲柄 摇杆
曲柄连续转动 摇杆往复摆动
机架 连杆 两曲柄
主动曲柄连续转动 从动曲柄连续转动
机架 连杆 两摇杆
主动摇杆往复摆动 从动摇杆往复摆动
雷达 调整机构
机车轮 转动机构
港口 起吊机构
铰链四杆机构类型的判定
A.曲柄摇杆机构 B。双曲柄机构 C.双摇杆机构D. 以上答案均不对
练一练:
1、在图5-3中构成双曲柄机构的是( A )。
练一练:
1、如图所示铰链四杆机构构成曲柄摇杆机构时,须固定( B )。
A、杆AD B、杆AB或杆CD C、杆BC
D、杆AD或构
BC为机架——曲柄摇杆机构
CD为机架——双摇杆机构
AD为机架——曲柄摇杆机构
练一练:
1、铰链四杆机构的最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆的长度之和时,机构
__A___ 。
A.有曲柄存在 B。不存在曲柄 C. 有时有曲柄,有时没曲柄 D. 以上答案均不对
2、平面四杆机构中,如果最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆的长度之
是否满足曲柄存在的条件
满足 不满足
最短杆位置 连架杆 机架 连杆
基本类型 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构 双摇杆机构
练一练:
1.铰链四杆机构的基本形式有哪几种?如图所示,已知铰链四杆机构各构件的长度分别
为 a=240mm,b=600mm,c=400mm,d=500mm。试问当分别取AB.BC.CD.AD为机架时,将各
铰链四杆机构各杆的长度(mm)如下,取杆BC为机架,构成双曲柄 机构的是( C )。 A、AB=130,BC=150,CD=175,AD=200 B、AB=150,BC=130,CD=165,AD=200 C、AB=175,BC=130,CD=185,AD=200 D、AB=200,BC=150,CD=165,AD=130
第二步:铰链四杆机构类型的判定
1、取最短杆为连架杆
曲柄摇杆机构
1、取最短杆为机架
双曲柄机构
铰链四杆机构中曲柄存在的条件。
铰链四杆机构中曲柄存在的条件。
铰连四杆机构是一种常见的机构,由四个连杆和四个铰链连接而成。
其中,曲柄是指机构中的一个连杆,它通过铰链与其他连杆连接,并通过曲柄旋转来驱动整个机构运动。
曲柄存在的条件主要有以下几点:
1. 固定连杆:在铰连四杆机构中,曲柄必须是其中的一个固定连杆,即不能为主动连杆或被动连杆。
这是因为曲柄的旋转是由外部提供能量驱动的,而不是由机构内部的连杆相互作用驱动。
2. 连杆长度:曲柄的长度要适当选择,不能过长也不能过短。
如果曲柄过长,会导致机构运动不稳定;如果曲柄过短,会使得机构的运动范围受限。
3. 运动约束:曲柄的运动必须受到一定的约束条件,以确保机构能够正常运动并完成所需的工作任务。
例如,可以通过添加偏心套或者限制曲柄运动的角度范围来约束其运动。
4. 运动平稳性:曲柄旋转时必须保持平稳,不得有明显的摆动或抖动。
这要求曲柄的设计和制造都要精确,以保证曲柄的旋转中心与轴线的准确性。
总之,曲柄的存在条件是在铰连四杆机构中作为固定连杆,长度适当选择,运动受到约束,运动平稳。
这些条件的满足可以保证机构正常运动,并完成预期的工作任务。
铰链四杆机构判断
铰链四杆机构:所有的运动副全部都是回转副,这种四杆机构叫铰链四杆机构。
形成条件结论:①最短杆与最长杆长度和小于或等于其余两杆长之和。
②整转副是由最短杆与其邻边组成的。
1、 取最短杆为机架时,机架上有两个整转副,故得双曲柄机构βψϕ2、 取最短杆的邻边为机架时,机架上只有一个整转副,故得曲柄摇杆机构γβγβψϕϕψγβγβψϕϕψ3、取最短杆的对边为机架时,机架上没有整转副,故得双摇杆机构齿轮的压力角渐开线上某点的法线(也就是压力方向线)与该点 速度方向线所夹的锐角αk 称为该点的压力角。
此概 念和平面连杆机构以及凸轮机构中确定的一样。
如果用r b 表示基圆半径∵ OB ⊥BK , OK ⊥V k ∴ αk=∠BOKI对中曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构摆动导杆机构与转动导杆机构当l2 > l1时,β和ϕ都可以在0~360︒范围内变化,也就是说,杆2、杆4都可以作整周转动。
此时,导杆机构又叫做转动导杆机构。
当l1 > l2时,ϕ只能在<360︒的范围内变化,就是说,杆4只能往复摆动。
此时,导杆机构又称为摆动导杆机构。
(需要注意的一点是:导杆机构有一个很大的优点:γ≡ 90︒,传动角恒等于90︒。
因为滑块3作用在导杆4的力P始终垂直于导杆,始终与导杆的运动方向一致。
这样,α≡ 0,γ≡ 90︒421ABB摆块机构如果我们固定曲柄滑块机构中的杆2这个构件,不管AB作整周转动还是摆动,块3都是绕C点作往复摆动。
因此,这种机构就叫做摆动滑块机构,简称摆块机构。
B定块机构要是固定滑块3,这种机构就叫做定块机构。
1234A BC双滑块机构椭圆机构偏心轮机构l 1Al 2B CDl 2l 1l牛头刨床齿轮传动结论:渐开线齿轮的正确啮合条件是两轮的模数和压力角必须分别相等。
这样,传动比还可写成:2112121221''z z d d d d d d i b b =====ωω中心距 a = r 1'+r 2'= r 1+r 2 = m (z 1+z 2) /2。
常用机构(四连杆机构)
三、平面四杆机构的传动特性
急回特性 死点位置 压力角和传动角
急回特征
当回程所用时间小于工作行程所用时间时,称该机构具有急回特征
极位夹角: 对应从动杆的两个极限位置, 主动件两相应位置所夹锐
角.
急回特性分析: 1 = C 1 = 1 t1 =1800 + 2 = 1 t2 =1800 -
慢 快
(3) 传力特性
压力角和传动角
压力角 从动杆(运动输出件)受力点的力作用线与该点 速度方位线所夹锐角. (不考虑摩擦)
传动角
压力角的余角.(连杆轴线与从动杆轴线所夹锐角)
F
d
V
d
d
1800 d
传动不利,设计时规定 4050 通常,机构在运动过程中传动角是变化的,最小值在哪?
设计
已知活动铰点B、C中心位置,求固定铰链A、D 中心位置。
B1
C1
B2
A●
●D
C2
四杆机构 AB1C1D 为所求.
实现连杆给定的三个位置
C1 C2
B1 B2
B3 C3
D
A
四杆机构 AB1C1D 为所求.
2.具有急回特性的机构
按给定的 K 值,设计曲柄摇杆机构
1) 给定 K、y、LCD
① 分析.
(1) 曲柄存在条件
(以曲柄摇杆机构为例)
设 AB 为曲柄, 且 a<d . 由 △BCD :
b+c>f 、 b+f >c 、 c+f >b 以 fmax = a + d , fmin = d - a 代入并整理得:
铰链四杆机构
结合现代控制技术和传感器技 术,实现铰链四杆机构的自动
化和智能化操作。
新型铰链四杆机构的设计
1 2 3
新型连杆机构设计
通过改变连杆的形状和长度,以及运动副的配置 方式,设计出具有优异运动特性的新型铰链四杆 机构。
优化设计方法
采用现代设计方法和优化算法,对铰链四杆机构 进行参数优化和结构设计,以提高其性能和可靠 性。
材料与制造工艺选择
根据机构的工作需求和性能要求,选择合适的材 料和制造工艺,以确保机构的制造精度和使用寿 命。
新型铰链四杆机构的性能评估与优化
运动学分析
通过运动学分析,研究新型铰链四杆机构的 运动规律和特性,为机构的性能评估和优化 提供理论依据。
动力学分析
进行动力学分析,研究机构在动态工作过程中的受 力情况和运动稳定性,为机构的优化设计提供指导 。
工作原理
工作原理
通过改变杆件长度或相对位置,使得 机构在运动过程中满足一定的几何关 系,从而实现所需的运动。
几何关系
通常涉及角度、距离、平行、垂直等 几何要素,通过这些要素的变化和组 合,实现所需的运动轨迹。
应用领域
工业领域
在各种机械设备中广泛应用,如 缝纫机、纺织机、印刷机等,用
于实现各种复杂的运动轨迹。
双摇杆机构通常用于实现复杂的运动轨迹或调整机械系统的 位置。
03
铰链四杆机构的设计与 优化
机构设计
确定机构类型
确定转动副和移动副
根据工作需求,选择合适的铰链四杆 机构类型,如曲柄摇杆机构、双曲柄 机构或双摇杆机构。
根据机构类型和设计要求,确定各杆 件之间的转动副或移动副,并选择合 适的轴承和导轨。
05
铰链四杆机构的改进与 创新
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9.3平面四杆机构的设计
设计类型 :
1.实现给定的运动规律:给定行程速 比系数以实现预期的急回特性、实现 连杆的几组给定位置等。 2.实现给定的运动轨迹:要求连杆上 某点沿着给定轨迹运动等。
设计目标 :
根据给定的运动条件,选定机构的类 型,确定机构中各构件的尺寸参数。
设计方法 :图解法、实验法和解析法等。
9.2 铰链四杆机构的基本性质
1.急回特性 :
—摇杆的摆角, —极位夹角。
为描述从动摇杆的急 回特性,在此引入行
K = 180 +
程速比系数 K,即:
180 -
K值的大小反映了急回运动特性的显著程度。K值的大
小取决于极位夹角 ,角越大,K值越大,急回运动 特性越明显;反之,则愈不明显。当时 0 ,K=1 ,
2.按给定的行程速比系数设计四杆机构
设计具有
急回特性
的四杆机
构,关键
是要抓住
机构处于
极限位置
时的几何
关系,必
要时还应
考虑其他
辅助条件。
例:已知摇杆长度L=100,摆角 =50 和行程速比
系数k=1.4,试设计曲柄摇杆机构。
解:由给定的行程速比系 数求出极位夹角 :
180 K1
K1
=
30
C1
Fn Fsin Ft Fcos
压力角愈小,机构的传力效果愈好。所以, 衡量机构传力性能,可用压力角作为标志。
Fn
F
Ft vC
在连杆机构中,为度 量方便,常用压力角 的余角即连杆与从动 件间所夹的锐角(传 动角)检验机构的传 力性能。
传动角愈大,机构的传力性能愈好,反之则不利于机构 中力的传递。机构运转过程中,传动角是变化的,机构 出现最小传动角的位置正好是传力效果最差的位置,也 是检验其传力性能的关键位置。
C2
90-
E l4
A B2
D
B1
以A为圆心,AC1为 半径作圆弧交A与 E,平分EC2得曲柄 长度 AB 。再以A 为圆心, AB 为 半径作圆,交C1A 的延长线和C2A于 B1和B2,连杆长度
BC B1C1 B2C2 .
1.按给定连杆两个位置设计铰链四杆机构
有无穷多个解。实际上,还应考虑几何、动力等辅助条 件,例如各杆所允许的尺寸范围、最小传动角或其他结 构上的要求,就可以合理选定A、D两点的位置而得到 确定的解如。果给定连杆三个、四个或五个位置呢?
例:设计一铰链四杆 机构作为加热炉炉门 的启闭机构。已知炉 门上两活动铰链B、C 的中心距为50。要求 炉门打开后成水平位 置,且热面朝下(如 虚线所示)。如果规 定铰链A、D安装在炉 体的y-y坚直线上, 其相关尺寸如图所示。 用图解法求此铰链四 杆机构其余三杆的尺 寸。
设计要求:
min
曲柄摇杆机构,以曲柄为原动件时,其 最小传动角发生在曲柄与机架两次共线 位置之一。
C
m in
B
A
D
9.2 铰链四杆机构的基本性质
3.死点状态
机构传动角
为死点位置。
0(即90)的位置称
机构处于死点位置,从动 件会出现卡死(机构自锁) 或运动方向不确定的现象。
措施和应用
机构无急回特性。
若在设计机构时 先给定K值,则 :
180 K1
K1
在生产实际中,常利用机构的急回运动来缩 短非生产时间,提高生产率,如牛头刨床、 往复式运输机等。
9.2 铰链四杆机构的基本性质
2.压 受力方向与受力 点线速度方向之 间所夹的锐角。
传动角:压力角的 余角即连杆与从 动件间所夹的锐 角。