机械原理平面连杆机构分析报告

如题所述

机械原理平面连杆机构分析报告如下:

1、平面连杆机构优缺点的介绍

优点

1、运动副一般为低副,压强小、磨损轻。

2、构件多呈现为杆状,加工制造方便,成本较低。

3、传动距离远、行程较大。

4、可实现多种运动变换规律。

5、连杆曲线丰富,利用连杆曲线可满足不同运动轨迹的设计要求。

缺点

1、一般构件较多且复杂。

2、运动链长,精度不高,误差大。

3、惯性力难以平衡,动载荷大,不利于高速传动。

4、一般只能近似的满足运动规律设计的要求。

2、以平面四杆机构为例,介绍平面四杆机构的基本类型与应用实例

在平面四杆机构中,依据连架杆能否作整周转动,可将其分为三种基本类型:曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。

1、曲柄摇杆机构

在铰链四杆机构的两个连架杆中,若其一为曲柄,另一为摇杆,则称其为曲柄摇杆机构。在这种机构中,当曲柄为原动件时,可将原动件的连续转动,转变为摇杆的反复摆动。如飞剪、间歇传送机构、传送带送料机构等。而当摇杆为原动件时,可以将原动机的反复摆动,转化为从动曲柄的整周转动。如缝纫机的踏板机构。

图1所示为飞剪机构,构件1为曲柄,它转动后通过连杆2使摇杆3绕D点摆动,通过与连杆2配合运动,在曲柄回转一周中会存在某个时刻连杆2与摇杆汇合在一起,即形成剪切动作。

图2所示为间歇传送机构,构件1为曲柄,它转动后通过连杆2使摇杆3绕D点摆动,在连杆2上固定安装有推动物料的构件,在曲柄1运动过程中,连杆带动该构件做出推动动作,且曲柄每回转一周完成一次推动动作,如此往复,便可实现间歇传动。

图3所示为缝纫机的踏板机构,构件1在人力的作用下作摆动运动,经连杆2传动使曲柄3绕D点转动,该杆机构存在死点,需要借助外力。

2、双曲柄机构

若铰链四杆机构中的两连架杆均为曲柄,则称其为双曲柄机构。

图4为示为惯性筛机构,构件1为主动曲柄,它转动后通过连杆2使从动曲柄3绕D点转动,该机构中曲柄长度不平行,当主动曲柄1匀速转动时,从动曲柄3做变速转动,从而使得上方的筛子具有一定的加速度,达到筛分物料的目的。

图5为示为公共汽车车门开闭机构,构件1为主动曲柄(一侧车门),它转动后通过连杆2使从动曲柄3绕D点转动。该机构中两曲柄长度相同但不平行,因此其运动的主从动曲柄转向相反。当曲柄1转动时,曲柄2即向相反方向转动,因而可以使得两侧车门同时打开,且速度相等。

3、双摇杆机构

若铰链四杆机构中的两连架杆都是摇杆,则称其为双摇杆机构。在这种机构中两连架杆均为摆动,可以实现一定范围内的移动。其应用实例有飞机起落架、鹤式起重机、汽车前轮转向机构等。

图6为示为汽车前轮转向机构,构件1为主动件,经连杆2传动使摇杆3绕D点摆动,该机构使一个动力驱动两前轮同向、同角度转动。

图7所示为鹤式起重机机构。AB为主动摇杆,CD为被动摇杆,重物悬挂在连杆CE上,当主动摇杆AB摆动时,从动摇杆CD也随之摆动,位于连杆BC延长线上的重物悬挂点E将沿近似水平直线运动。

图8所示为飞机起落架机构,构件1为主动摇杆,一般由液压缸带动,它转动后通过连杆2使从动摇杆3绕D点转动,同时带动轮子收起(放出)。当轮子处于伸出状态时,整个机构处于死点状态,有助于保证飞机降落时的安全。

3、平面四杆机构的演变方法、演变过程,演变后机构的应用实例

将转动副转化为移动副。

演变过程如下图a所示,将铰链四杆中的摇杆3做成滑块的形式,使其沿圆弧导轨往返滑动时,该机构演变为图b所示的具有曲线导轨的曲柄滑块机构。再将摇杆的长度演变成∞,机构就演变成图c所示的具有偏距e的曲柄滑块机构,当e=0时,则为图d所示对心曲柄滑块机构。

图9所示为小型冲床结构,构件3为曲柄,一般在冲床的曲柄上配有一个质量比较大的飞轮,转动起来之后借助飞轮的转动惯量,便可实现较大的冲压力。其具体的动作过程为,曲柄3转动带动连杆4运动,同时使滑块5顺着导轨槽上下往复运动。

该转化方法的应用实例有:

图10所示为内燃机一个工作缸的结构简图,构件3为滑块(活塞),活塞在柴油或汽油的燃烧作用被推动,活塞3的上下往复运动通过连杆2推动曲柄1做回转运动,从而为汽车提供了动力源。

选用不同的构件为机架。

对心曲柄滑块机构是具有一个移动副的四杆机构,在a图所示的曲柄滑块机构中,若取构件1为机架则转化为如b所示的转动导杆机构;若取构件2为机架则转化为图c所示的曲柄摇块机构;若取构件3为机架则转化为图e所示的定块机构。

该转化方法的应用实例有:

图示为小型刨床结构,图示的ABC部分即为转动导杆机构,构件1为曲柄,通过滑块2带动导杆3转动,运动时滑块C在导杆上滑动,导杆末端通过另一杆件与刨刀E相连接,E的运动具有急回特性。

图示为牛头刨床结构,图示的ABC部分即为摆动导杆机构,构件2为曲柄,通过滑块C带动导杆3摆动,运动时滑块C在导杆上滑动,滑块固定在一滑槽内,通过滑块带动刨刀运动。

图示为自卸卡车车厢举升机构,图示的ABC部分即为曲柄摇块机构,其中摇块3为油缸,用压力油推动活塞使车厢翻转。

图示为手摇唧筒,图示的ABC部分即为定块机构,构件1为摇杆,定块3通过连杆2与摇杆连接,摇杆带动限制在滑槽中的活塞4运动,完成取水动作。

变换构件的形态,改变转动副的尺寸。

在图a所示的曲柄摇杆机构中,如果将曲柄1端部的转动副曰的半径加大至超过曲柄1的长度AB,使得到如图b所示的机构。此时,曲柄l变成了一个几何中心为B、回转中心为A的偏心圆盘,其偏心距e即为原曲柄长。该机构与原曲柄摇杆机构的运动特性相同,其机构运动简图也完全一样。在设计机构时,当曲柄长度很短、曲柄销需承受较大冲击载荷而工作行程较小时,常采用这种偏心盘结构形式,在冲床、剪床、压印机床、柱塞油泵等设备中,均可见到这种结构。

4、连杆机构的创新

与传统的连杆机构相比,近年来的设计已经充分使用了仿真分析,比如利用矢量方法来描述平面连杆机构的运动及动力分析,使用ANSYS等软件对连杆机构机构模型进行运动仿真等。利用这些手段,现代利用数学分析的方法对连杆系统进行求解的比重大大增加,不仅降低了设计的难度,也使得系统的实用性也能够最大程度的满足设计的需求。

通过查阅资料,目前常见的连杆创新设计有变比例剪叉式连杆机构、多套四杆机构串联机构、六杆机构等。

图示为曲线轨迹变异剪叉式结构,通过改变销轴的位置,使其偏离于两杆的中心位置,在剪叉机构展开时,其打开方向就会呈现曲线的状态。

5、参考资料

1、黄华梁、彭文生主编,高教出版社出版,《机械设计基础》

2、阮宝湘主编,机械工业出版社出版《工业设计机械基础》

3、孙桓、陈作模、葛文杰主编,高等教育出版社出版,《机械原理》

4、杨家军编,华中科技大学出版,机械原理(第二版)

5、申永胜主编,清华大学出版社出版,机械原理

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