第章平面连杆机构

1、内内 容容连杆机构及其传动特点连杆机构及其传动特点平面四杆机构的类型和应用平面四杆机构的类型和应用平面四杆机构的基本知识平面四杆机构的基本知识平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 重重 点点 平面平面四杆机构的基本类型及其演化、四杆机构的基本类型及其演化、平面四杆机平面四杆机构的基本特点、平面四杆机构的构的基本特点、平面四杆机构的设计（图解法）。设计（图解法）。一、有关的几个基本概念 连杆机构：构件间只有低副连接的机构 平面连杆机构：所有构件均作平行于某平面的平面运动的连杆机构 四杆机构：具有四个构件（包括机架）的低副机构 铰链四杆机构：构件间用四个转动副相连的平面四杆机构1 1 概述1、特点

2、 全低副（面接触），利于润滑，故磨损小、传载大、寿命长；易加工，精度高，制造成本低等。 不能精确实现复杂的运动规设计，计算较复杂，惯性力不易平衡等。2、应用 实现已知运动规律； 实现给定点的运动轨迹。二、二、 平面平面连杆机构的特点及应用二、铰链四杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构铰链四杆机构1234ABCD连杆连架杆连架杆机架连杆连架杆曲柄摇杆 (摆杆)机架1 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构将曲柄的转动转换为摇杆（天线）的俯仰运动。曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构1 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构图3-1 曲柄摇杆机构的应用 雷达天线俯仰角调整机构搅拌机缝纫机脚踏机构图3-2 双曲柄机构及其应用 2 双双曲

3、柄机构曲柄机构惯性筛惯性筛机构中，主动曲柄AB等速回转一周时，曲柄CD变速回转一周，使筛子E获得加速度，从而将被筛选的材料分离。双曲柄机构双曲柄机构摄影机构升高高度靠两组平行四边形机构。连杆始终平动，使与连杆固连的座椅平动。双曲柄双曲柄-平行四边形机构平行四边形机构天平中的平行四边形机构 反平行四边形机构及其应用反平行四边形机构及其应用 车门启闭机构两曲柄长度相等，但转向相反两曲柄长度相等，但转向相反插床六杆机构图3-3 双摇杆机构及其在鹤式起重机中的应用 3 双摇杆机构双摇杆机构在起重机中，CD杆摆动时，连杆CB上悬挂重物的点E在近似水平直线上移动。车轮转向机构炉门翻转机构飞机起落架机构鹤式

4、起重机电风扇摇头机构双摇杆机构双摇杆机构 2 2 铰链四杆机构的基本型式及其演化铰链四杆机构的基本型式及其演化一、铰链四杆机构的基本型式二杆,最简单.楔块机构三杆, 不可能.+铰链四杆机构铰链四杆机构三、三、平面平面四杆机构的演化四杆机构的演化机构演化方法机构演化方法1 改变更杆件长度用移动副取代转动副2 变更机架等RABCDABCRABCRRABCABR正弦机构正弦机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构1 改变更杆件长度用移动副取代转动副扩大转动副D半径，使其半径=R，杆AD作成环形槽，摇杆CD作成弧形滑块。扩大转动副C的半径，使其超过杆2-BC的长度，将杆2-BC改成滑块隐藏在环形槽3内绕C点转动弧

5、形槽的半径-无穷大，弧形槽直槽，1个转动副1个移动副。将转动副C的中心移到无穷远处，环形槽变成直槽，得到移动导杆机构。两个转动副两个移动副，正弦机构33212123123321121332 变换机架曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 双曲柄机构双曲柄机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 双摇杆机构双摇杆机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构导杆机构导杆机构摇块机构摇块机构 定块机构定块机构( (直动滑杆机构直动滑杆机构) )ABCABCL LAB曲柄 LAC机架回转导杆机构回转导杆机构 L LAB曲柄LAC机架摆动导杆机构摆动导杆机构 BC导杆整周转导杆14231用于牛头刨床和插床BC导杆往复摆动ABC用于简易刨床、插床

6、、回转泵、转动式发动机ABCABCABC14214233导杆导杆自卸卡车手摇唧筒11234Flash-.swf曲柄滑块机构曲柄滑块机构(a)曲柄滑块机构曲柄滑块机构(b)曲柄转动曲柄转动导杆导杆机构机构(c)曲柄摇块机构曲柄摇块机构(b)曲柄摆动曲柄摆动导杆导杆机构机构(d)定块机构定块机构 组成移动副的两活动构件，组成移动副的两活动构件，画成杆状的构件称为画成杆状的构件称为导杆，导杆，画成画成块状的构件称为块状的构件称为滑块滑块。图3-11 自卸卡车中的摇块机构摇块机构 该机构是通过将曲柄滑块机构中的连杆BC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4相对于滑块的往复移动并随滑块摆

7、动的形式。 图3-13 定块机构定块机构及其应用 如果把曲柄滑块机构中的滑块作为机架，如图7-13(a)所示， 则得到移动导杆4在固定滑块3中往复移动的定块机构。在图7-13(b)中，固定滑块3成为唧筒外壳，移动导杆4的下端固结着汲水活塞，在唧筒3的内部上下移动，实现汲水的目的。 图3-12 刨床中的摆动导杆机构摆动导杆机构 图3-12所示的是刨床或送料装置中使用的六杆机构。 其中的构件1、2、3和4组成摆动导杆机构，用来把曲柄2的连续转动变为导杆4的往复摆动，再通过构件5使滑块6作往复移动， 从而带动刨床的刨刀进行刨切，或推动物料实现送进的目的。 摆动导杆机构的导杆也具有急回作用。 SqR正

8、弦机构正弦机构（曲柄移（曲柄移动导杆机构）动导杆机构）双转块机构双转块机构双滑块机构双滑块机构qS正切机构正切机构两个移动副代替铰链四杆机构中的两个转动副。以上是四杆机构中的转动副C、D转化成移动副后取不同构件为机架。四杆机构中的转动副B、D转化成移动副。以下是上述三种机构的应用：刺布机构十字沟槽联轴节椭圆绘画器含有两个移动副的四杆机构含有两个移动副的四杆机构图3-14 曲柄滑块机构演变双滑块机构 3 偏心轮机构曲柄滑块机构中，如果要求滑块的行程H较小，则曲柄的长度r也必须较小，两个转动副A、B靠得很近，在柄状曲柄两端装设两个转动副在柄状曲柄两端装设两个转动副存在结构设计方面的问题，存在结构设

9、计方面的问题，为了提高曲柄的强度，将曲柄做成偏心轮形式。扩大转动副B到包括转动副A形成的。几何中心B和转动中心A不重合。应用：颚式破碎机，小型往复泵、冲床、剪床。图3-16 四缸发动机的曲轴结构 表表3-1 四杆机构的几种形式四杆机构的几种形式 表表3-1 四杆机构的几种形式四杆机构的几种形式 3.3铰链四杆机构的基本性质铰链四杆机构的基本性质 3.3.1 构件具有整转副的条件构件具有整转副的条件 1. 四铰链机构中构件具有整转副的条件四铰链机构中构件具有整转副的条件 在机构中，具有整转副的构件占有重要的地位，因为只有这种构件才能用电机等连续转动装置来带动。如果这种构件与机架相铰接(亦即是连架

10、杆)， 则该构件就是一般所指的曲柄。机构中具有整转副的构件是关键性的构件。 在图7-17的曲柄摇杆机构中，假设各个构件的长度分别为a、b、c和d，而且ad。 在曲柄AB转动一周的过程中，曲柄AB必定与连杆BC有两个共线的位置（曲柄转至B1，B2处）。 图3-17 曲柄摇杆机构中的几何关系 1.1.平面四杆机构有曲柄的条件ABCDabcdf设 AB 为曲柄, 且 af 、b+f c 、c+f b以 fmax = a + d ， fmin = d - a 代入并整理得：b+c a+d 、 b+d a+c 、 c+d a+b并可得: ab 、 ac 、 a第三边推论推论1 1： 当当Lmax+Lmi

11、nLmax+Lmin L L( (其余两杆长度之和其余两杆长度之和) )时时最短杆是连架杆之一最短杆是连架杆之一曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构最短杆是机架最短杆是机架 双曲柄机构双曲柄机构最短杆是连杆最短杆是连杆 双摇杆机构双摇杆机构推论推论2 2： 当当Lmax+LminLmax+LminL(L(其余两杆长度之和其余两杆长度之和) )时时 双摇杆机构双摇杆机构讲P29 例题2-11）曲柄摇杆机构中，原）曲柄摇杆机构中，原动动件件AB等速转动等速转动1（1）输出件）输出件CD的两极限位置的两极限位置当当ABAB与与BCBC两次共线时，输出件两次共线时，输出件CDCD处于两极限位置。处于两极限位置。极

12、位夹角极位夹角：当摇杆处于两极限位置时，对应的曲柄当摇杆处于两极限位置时，对应的曲柄位置线所夹的锐角。位置线所夹的锐角。2 急回特性急回特性2.急回运动和行程速比系数（以曲柄摇杆机构为例）（以曲柄摇杆机构为例）从动杆往复运动的平均速度不等的现象称为机构的 急回特性急回特性.ABCD 极位夹角极位夹角qq0 0对应从动杆的两个极限位置, 主动件两相应位置所夹锐角.ABCDabcd C2B2 1 2 B1C1q q314AB2Cab12）曲柄滑块机构）曲柄滑块机构中，原动中，原动件件AB等速转动等速转动1B1B2H0q, ,无急回特性无急回特性C1C2对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构2AB134e

13、Cab1C1B1B2qHC20q, ,有急回特性。有急回特性。偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构1ABq21B2B13） 曲柄摆动导杆机构曲柄摆动导杆机构q有急回特性有急回特性行程速比系数行程速比系数=V回V工K=V快V慢C1C2 / t工C2C1 / t回=t工t回=（ K 1 ）q = 180 K - 1K + 1= 180 + q1180 - q1= 180 + q180 - qK = 180 + q180 - qABCDabcd C2B2 1 2 B1C1q q图3-20 机构中的极限位置和极位夹角 压力角压力角 FV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

14、虑摩擦)传动角传动角 dd压力角的余角.(连杆轴线与从动杆轴线所夹锐角)1.压力角和传动角二、二、 传力特性传力特性Fcos有效，越小越好当当为锐角时，为锐角时，d当当为钝角时，为钝角时，d1802. 四杆机构的最小传动角位置四杆机构的最小传动角位置（1 ）铰链四杆机构中，原动件为）铰链四杆机构中，原动件为AB当当为锐角时，为锐角时，d当当为钝角时，为钝角时，d180以以AB为原动件的曲柄摇杆机构：为原动件的曲柄摇杆机构：minminmaxmin,(180)ddmaxmin,dd 当曲柄和机架处于两共线位置时，连杆和输出件的夹角当曲柄和机架处于两共线位置时，连杆和输出件的夹角最小和最大（最小和

15、最大（ ）。）。 以曲柄为原动件的曲柄摇杆机构，当曲柄和机架处以曲柄为原动件的曲柄摇杆机构，当曲柄和机架处于两共线位置之一时，出现最小传动角。于两共线位置之一时，出现最小传动角。minminmaxmin,(180)dd（2）曲柄为主动件的曲柄滑块机构）曲柄为主动件的曲柄滑块机构FvcB1C1max 曲柄为主动件的曲柄滑块机构，当曲柄处于与机架垂曲柄为主动件的曲柄滑块机构，当曲柄处于与机架垂直的位置之一时出现最小传动角。直的位置之一时出现最小传动角。（3）曲柄为主动件的摆动导杆机构）曲柄为主动件的摆动导杆机构vB3F0900 曲柄为主动件曲柄为主动件的摆动导杆机构，的摆动导杆机构，传动角始终为传

16、动角始终为90o，具有很好的传力性具有很好的传力性能。能。图3-21 曲柄摇杆机构中的压力角和传动角 要注意的是，机构的压力角和传动角是对从动件而言的。要注意的是，机构的压力角和传动角是对从动件而言的。 在机构的运在机构的运动过程中，压力角和传动角的大小是随着从动件的位置的变化而变化的，动过程中，压力角和传动角的大小是随着从动件的位置的变化而变化的，曲柄曲柄AB转到与机架转到与机架AD共线的两个位置共线的两个位置AB1和和AB2时，传动角将出现极值时，传动角将出现极值和和。比较这两个位置的传动角，其值较小者即。比较这两个位置的传动角，其值较小者即为最小传动角。为最小传动角。 曲柄摇杆机构中取曲

17、柄摇杆机构中取摇杆为主动件摇杆为主动件时，当时，当曲柄与连杆共线曲柄与连杆共线时，连杆对从动件曲柄的作用力通过转动中心时，连杆对从动件曲柄的作用力通过转动中心A，传动角为，传动角为零，力矩为零，称为死点位置。零，力矩为零，称为死点位置。2.2.死点位置死点位置应用应用连杆式快速夹具连杆式快速夹具飞机起落架飞机起落架连杆与从动件共线连杆与从动件共线的位置（的位置（ =0 =0）为）为死点位置死点位置。四杆机构中是否存在死点位置，决定于从动件是否与连杆共线工件5夹紧后BCD成一条线，这时工件经杆1、杆2传给杆的里，通过杆3的转动中心D，当撤去主动外力P后，即使工件的反力N很大，也不能使机构反转，使

18、夹紧牢固可靠。机轮放下时，杆BC和AB共线，机构处在死点位置，地面对机轮的力不会使AB转动，使降落可靠。主动件主动件图3-22 机构死点的应用 4 4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计一、基本问题一、基本问题1.1.实现预定运动规律（函数生成机构的设计）实现预定运动规律（函数生成机构的设计）例如：连架杆的对应位置例如：连架杆的对应位置 从动件的急回运动特性从动件的急回运动特性2.2.实现连杆给定位置（刚体导引机构的设计）实现连杆给定位置（刚体导引机构的设计）3.3.实现预定运动轨迹（轨迹生成机构的设计）实现预定运动轨迹（轨迹生成机构的设计） 方法：解析法、方法：解析法、作图法作图法、实验法、实验法二、用二、用作图法作图法设计四杆机构设计四杆