平面四杆机构毕业设计说明书正文稿.doc

1 绪论 1.1 课题背景 平面连杆机构在重型机械、纺织机械、食品机械、包装机械、农业机械中都有广泛的应用。但是要在尽可能短的时间内设计出一个满足多种性能要求的机构却不是一件很容易的事情。过去人们已建立了一些四杆机构的设计方法，然而这些方法与工程设计的要求还有一段距离，常常花费很多时间却只得到一个不可行的设计方案。因为机构的运动性能如急回特性K，压力角α，从动件的摆角Ψ，极位夹角θ与构件尺寸有关，本身的这些运动性能之间也都相互影响，比如，四杆机构中，从动件急回特性K完全取决于极位夹角θ的作用。 本篇论文主要研究工程中应用比较多的Ⅰ、Ⅱ曲柄摇杆机构的传动角γ，极位夹角θ与机构尺寸之间的关系，然后运用工程分析软件ADAMS针对机构进行运动学分析，从而能给出设计平面四杆机构时为保证有较好的特性时，选取构件尺寸的建议。进而为工程应用提供依据。 1.2 平面四杆机构的基本型式 平面四杆机构可分为铰链四杆机构和含有移动副的四杆机构。其中只有转动副的平面四杆机构称为铰链四杆机构[1]。 在铰链四杆机构中，能作整周回转的称为曲柄，只能在一定角度范围内摆动的称为摇杆。由于曲柄和摇杆长度的不同，又可以将铰链四杆机构分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构[2]。 平面四杆机构最基本的型式为图1-1所示的曲柄摇杆机构。图1-1中，AD为机架，AB和DC为连架杆。其中构件AB能绕其固定铰链中心A作整周转动而称为曲柄。构件DC只能绕其固定铰链中心D在一定范围内往复摆动而称为摇杆。构件BC不与机架直接相联而仅仅连接两连架杆AB和DC，因而称为连杆。连杆机构正是因为连杆的存在而得名[3]。 图1.1 曲柄摇杆机构 两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构[4]。图1-2中，AD为机架，AB和DC为曲柄。其中构件AB、DC能绕其固定铰链中心A、D作整周转动而称为曲柄。若两对边构件长度相等且平行，则称为正平行四边形机构。 图1.2 双曲柄机构 两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构[5]。如图1-3中，AD为机架，构件AB、DC只能绕其固定铰链中心A、D在一定范围内往复摆动而称为摇杆。 图1.3 双摇杆机构 1.3 平面四杆机构的演化 1. 回转副演化成移动副 下图1-4表示了曲柄摇杆机构先演化为曲柄滑块机构过程。在实际中，曲柄滑块机构在金属切削机床、内燃机和空气压缩机等各种机械中得到了广泛的应用。 图1.4 移动副的演化过程 2. 取不同的构件为机架 铰链四杆机构的三种基本型式，可看作是由曲柄摇杆机构改变机架而得到的，如图1-5所示。 图1.5 曲柄摇杆机构的演化过程 对于曲柄滑块机构，若选取不同构件为机架，同样也可以得到不同型式的机构，如图1-6所示。 曲柄滑块机构 导杆机构 摇块机构 直动滑杆机构 图1.6 改变曲柄滑块机构的机架得到的不同型式 3. 扩大回转副 由于结构的需要和受力的要求，使曲柄与连杆连接处的回转副的销轴扩大，形成一个几何中心与其回转中心不重合的圆盘，此盘就称为偏心轮。回转中心与几何轴心的距离称为偏心距(即曲柄长度)，这种机构称为偏心轮机构（如图1-7）。显然，这种机构与曲柄滑块机构的运动特性完全相同。常用于要求行程短、受力大的场合，如冲床、剪床等机械中[6]。 图1.7 曲柄滑块机构演化成偏心轮机构 1.4 平面四杆机构的主要工作特性 在讨论平面四杆机构的运动特性之前，就与机构运动性能有关的一些基本知识作一些简单的介绍。 1.4.1 铰链四杆机构的曲柄存在条件 铰链四杆机构的曲柄存在条件:（1）在曲柄摇杆机构中，曲柄是最短杆；（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。以上两条件是曲柄存在的必要条件。 因此，当各杆长度不变而取不同杆为机架时，可以得到不同类型的铰链四杆机构。 （a）取最短杆相邻的构件（如杆2）为机架时，最短杆1为曲柄，而另一连架杆3为摇杆，故图1.8所示的机构为曲柄摇杆机构。 （b）取最短杆为机架，其连架杆2和4均为曲柄，故图1.9所示为双曲柄机构。 （c）取最短杆的对边（杆3）为机架，则两连架杆2和4都不能作整周转动，故图1.10所示为双摇杆机构。 图1.8 曲柄摇杆机构 图1.9 双曲柄机构 图1.10 双摇杆机构 如果铰链四杆机构中的最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则该机构中不可能存在曲柄，无论取哪个构件作为机架，都只能得到双摇杆机构。 由上述分析可知，最短杆和最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和是铰链四杆机构存在曲柄的必要条件。满足这个条件的机构究竟有一个曲柄、两个曲柄或没有曲柄，还需根据取何杆为机架来判断[7]。 1.4.2 行程速度变化系数 当原动件（曲柄）做匀速定轴转动时，从动件