机械原理四连杆机构.ppt

第四章 连杆机构 平面连杆机构是将各构件用转动 副或移动副联接而成的平面机构。 最简单的平面连杆机构是由四个 构件组成的，简称平面四杆机构。它 的应用非常广泛，而且是组成多杆机 构的基础。 4-1 铰链四杆机构的基本形式 和特性 全部用回转副组成的平面四杆机构 称为铰链四杆机构，如图4-1所示。 图4-1 铰链四杆机构 连杆 机架 连 架 杆 图中，机构的固定件4称为机架；与 机架用回转副相联接的杆1和杆3称为连 架杆；不与机架直接联接的杆2称为连杆 。另外，能做整周转动的连架杆，称为 曲柄。仅能在某一角度摆动的连架杆， 称为摇杆。 对于铰链四杆机构来说，机架和连杆 总是存在的，因此可按照连架杆是曲柄还 是摇杆，将铰链四杆机构分为三种基本型 式： 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构 一、 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，则此铰 链四杆机构称为曲柄摇杆机构。 图4-2所示为调整雷达天线俯仰角的 曲柄摇杆机构。曲柄1缓慢地匀速转动， 通过连杆2使摇杆3在一定的角度范围内 摇动，从而调整天线俯仰角的大小。 图4-2 雷达天线俯仰角调整机构 图4-3a所示为缝纫机的踏板机构 ，图b为其机构运动简图。摇杆3（原 动件）往复摆动，通过连杆2驱动曲 柄1（从动件）做整周转动，再经过 带传动使机头主轴转动。 图4-3 缝纫机的踏板机构 曲柄摇杆机构的主要特性有。 急回 压力与传动角 死点 1急回运动 如图4-4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分别为其两个极限位置。摇杆在 两极限位置间的夹角称为摇杆的摆角 。 图4-4 曲柄摇杆机构的急回特性 当曲柄由AB1顺时针转到AB2时， 曲柄转角1=180+，这时摇杆由C1D摆 到C2D，摆角为；而当曲柄顺时针再转 过角度2=180-时，摇杆由C2D摆回C1D ，其摆角仍然是 。虽然摇杆来回摆动 的摆角相同，但对应的曲柄转角不等 (12);当曲柄匀速转动时,对应的时间 也不等(t1t2)，从而反映了摇杆往复摆 动的快慢不同。 令摇杆自C1D摆至C2D为工作行 程，这时铰链C的平均速度是 v1=C1C2/t1；摆杆自C2D摆回至C1D为 空回行程，这时C点的平均速度是 v2=C1C2/t2，v1BC，则 杆4均只能作往复摆动，故称为摆动导杆 机构。 图4-17牛头刨床的摆动导杆机构 又如图4-18为牛头刨床回转导杆机 构，当BC杆绕B点作等速转动时，AD 杆绕A点作变速转动DE杆驱动刨刀作变 速往返运动。 图4-18回转导杆机构 3摇块机构 图4-16a）所示 的为曲柄滑块机构 。 若取杆2为固定 件，即可得图4-16c ）所示的摆动滑块 机构，或称摇块机 构。 图4-19自卸卡车翻斗机构及其运动简图 摇块机构广泛应用于摆动式内燃机 和液压驱动装置内。如图4-19所示自卸 卡车翻斗机构及其运动简图。在该机构 中，因为液压油缸3绕铰链C摆动，故称 为摇块。 4定块机构 若取杆3为固定件 ，即可得图4-16d）所 示的固定滑块机构或 称定块机构。 图4-16a）所示 曲柄滑块机构。 这种机构常用于 如图4-20所示抽水唧筒 机构中。 图4-20所示为抽水唧筒机构及其运动简图 5偏心轮机构 图4-21a所示为偏心轮机构。杆1为 圆盘，其几何中心为B。因运动时该圆 盘绕偏心A转动，故称偏心轮。 A、B之 间的距离e称为偏心距。 按照相对运动关系，可画出该机构 的运动简图。如图4-21b所示。由图可 知，偏心轮是回转副B扩大到包括回转 副A而形成的，偏心距e即曲柄的长度 。 在图4-22a所示的曲柄滑块机构中， 将转动副B扩大，则图a所示的曲柄滑块 机构，可等效为图b所示的机构。 6双滑块机构 曲柄滑块机构演化为具有两个移动 副的四杆机构，称为双滑块机构。 图4-22 曲柄移动导杆机构 将圆弧槽mm的半径逐渐增至无穷大 ，则图b所示机构就演化为图c所示的机构 。此时连杆2转化为沿直线mm移动的滑块 2；转动副c则变成为移动副，滑块3转化 为移动导杆。 （1）两个移动副不相邻，如图4-23所 示。这种机构从动件3的位移与原动件 转角的正切成正比，故称为正切机构 。 （2）两个移动副相邻，且其中一个移 动副与机架相关连，如图4-24所示。这 种机构从动件3的位移与原动件转角的 正弦成正比，故称为正弦机构。 （3）两个移动副相邻，且均不与机架 相关连，如图4-25a所示这种机构的主 动件1与从动件3具有相等的角速度。 图4-25滑块联轴器 图4-25b所示滑块联轴器就是这种 机构的应用实例，它可用来连接中心 线不重合的两根轴。 （4）两个移动副都与机架相关连。 图4-26所示椭圆仪就是这种机构的 例子。当滑块1和3沿机架的十字槽滑 动时，连杆2上的各点便描绘出长、短 不同的椭圆。 图4-26 椭圆仪 平面四杆机构的设计是指根据工作 要求选定机构的型式，根据给定的运动 要求确定机构的几何尺寸。其设计方法 有作图法、解析法和实验法。作图法比 较直观；解析法比较精确；实验法常需 试凑。 4-3 平面四杆机构的设计 图4-27 按连杆位置设计 1按照给定连杆的几个位置设计 一、作图法 图4-28 按行程速比系数设计 2按照给定的行程速比系数K设计四 杆机构 图4-29 按行程速比系数K设计曲柄滑块 机构 图4-30 按给定两连架杆位置设计四杆机构 二、解析法 按照给定两连架杆对应位置设计四 杆机构在图4-31所示的铰链四杆机构中 ，已知连架杆AB和CD的三对对应位置 1、1 ；2、2和3、3，要求确定各 杆的长度L1、L2、L3和L4。现以解析法 求解。此机构各杆长度按同一比例增减 时，各杆转角间的关系不变，故只需确 定各杆的相对长度。取L1=1，则该机构 的待求参数只有三个。 图4-31 机构封闭多边形 将cos和sin移到等式右边,再把等 式两边平方相加，即可消去，整理后得 ： 该机构的四个杆组成封闭多边形。取 各杆在坐标轴x和y上的投影， 可以得到以 下关系式： cos+l2cos=l4+l3cos sin+l2sin=l3sin 为简化上式，令 则有 cos=P0 cos +P1 cos(-)+P2 上式即为两连架杆转角之间的关系式。 将已知的三对对应转角1、1 ；2、2 和3、3分别代入式（4-8） cos1=P0 cos1 +P1 cos(1-1)+P2 cos2=P0 cos2 +P1 cos(2-2)+P2 （4-9 ） cos3=P0 cos3 +P1 cos(3-3)+P2 可得到方程组 解出三个未知数P0、P1、P2。将它 们代入式（4-7），即可得l2、l3、l4。以 上求出的杆长l1、l2、l3、l4可同时乘以任 意比例常数，所得的机构都能实现对应 的转角。 前面提到，若给定连架杆的位置超 过三对，也可以用实验法试凑。如图4-32 所示。只能设计近似实现这一要求的四 杆机构。 三、实验法 1如图4-33a）所示，在图纸上选取一 点作为连架杆1的转动中心A，并任选 AB1作为连架杆1的l1，根据给定的12、 23、34和45作出AB2、AB3、AB4和AB5 。 图4-32 给定连杆架杆四对位置 2选取连杆2的适当长度l2，以B1、B2 、B3、B4和B5各点为圆心，l2为半径， 作圆弧K1、K2、K3、K4和K5。 3另如图4-33b）所示，在透明纸上选 取一点作为连架杆3的转动中心D，并任 选Dd1作为连架杆3的第一位置，根据给 定的12、23、34和45作出Dd2、Dd3 、 Dd4和Dd5。再以D为圆心、用连架杆 3可能的不同长度为半径作许多同心圆 弧。 将画在透明纸上的图4-33b）覆盖在图a上 （如图4-32c）所示）进行试凑。使圆弧 K1、K2、K3、K4、K5分别与连架杆3的对 应位置Dd1、