第4章平面连杆机构及其设计

1、第4章 平面连杆机构及其设计教学目标：平面连杆机构是由一些简称杆”的构件通过平面低副相互连接而成，故又称平面低副机构。平面连杆机构被广泛地应用，近年来，随着电子计算机应用的普及，设计方法的不 断改进，平面连杆机构的应用范围还在进一步扩大。本章的教学将使读者了解平面连杆机 构的基本形式及其演化过程；对平面四杆机构的一些基本知识（包括曲柄存在的条件、急回运动及行程速比系数、传动角及死点、运动的连续性等）有明确的概念；能按已知连杆三位置、两连架杆三对应位置、行程速比系数等要求设计平面四杆机构。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。教学重点和难点：平面四杆机构的一些基本知识；按已知连杆三位置、两连架杆三对应位置、行程

2、速比系数等要求设计平面四杆机构。案例导入:我们知道，用三根木条钉成的木框是稳定的，即使把钉子换成转动副（铰链），三角形也不会运动。而用四根木条钉成的木框是不稳固的，如果把钉子换成铰链，四边形即可以 运动了。依此类推，五边形等也都是可以运动的（图4-1）。因此我们说：三角形是不能运动的最基本图形，而四边形是能运动的最基本图形。把四边形各顶点装上铰链，把一边作为机架，即构成平面四杆机构。因此，四杆机构是最基本的连杆机构。复杂的多杆机构（多边形）也可由其组成。通过本章的学习，读者将了解这种最基本机构的特性，认识这类机构千 变万化的应用并掌握其设计方法。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。4图4-1三角形和四杆机构

3、4.1 铰链四杆机构的基本形式及应用连杆机构的优点是运动副为面接触，压强较小、磨损较轻、便于润滑，故可承受较大 载荷；低副几何形状简单，加工方便；能实现轨迹较复杂的运动，因此，平面连杆机构在 各种机器及仪器中得到广泛应用。其缺点是运动副的制造误差会使误差累积较大，致使惯 性力较大；不易实现精确的运动规律，因此，连杆机构不适宜高速传动。残骛楼諍锩瀨濟溆塹运动副均采用转动副的四杆机构称为铰链四杆机构，如图4-1所示。图中固定不动的构件4称为机架；与机架相连的构件1和3称为连架杆，其中，做整周转动的连架杆称为曲柄，只能在某一角度范围内往复摆动的连架杆称为摇杆；不与机架直接相连的构件2称为连杆，它做平

4、面复合运动。酽锕极額閉镇桧猪訣锥。铰链四杆机构按两连架杆的运动形式不同分为三种基本形式：曲柄摇杆机构、双曲柄 机构和双摇杆机构。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，则该机构称为曲柄 摇杆机构。4-3雷达天线俯仰机构及曲柄摇杆机构的用途很广，如图4-2缝纫机的踏板机构、图图4-4搅拌器机构等。图4-2缝纫机的踏板机构图4-3雷达天线俯仰机构图4-4搅拌器机构双曲柄机构用得最和CD以相同的在铰链四杆机构中，两连架杆均为曲柄时称为双曲柄机构。在双曲柄机构中， 多的是平行双曲柄机构。图4-5(a)为正平行四边形机构，两个连架杆AB角速度沿同一方向转动，例如图 4-6的

5、高空作业车升降机构。图4-5(b)为反平行四边形机构，即当曲柄 1等速转动时，另一曲柄3做反向变速转动，例如图 4-7汽车车门启闭机构。彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。D心)止平行四辺形机构(射反平行皿边形机构图4-5平行四边形机构图4-6高空作业车升降机构图4-7 汽车车门启闭机构双摇杆机构两连架杆都是摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。图4-8所示的鹤式起重机就采用了这种机构。在该机构中，构件1和3都是摇杆，当摇杆1摆动时，连杆2上悬挂货物的E点便在近似的水平直线上移动，可避免由于货物的升降引起能量消耗。謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔在双摇杆机构中，若两摇杆长度相等则称为等腰梯形机构，在汽车及拖拉机中，常采 用

6、这种机构操纵前轮的转向，如图4-9所示，此机构的特点是两摇杆的摆角不相等。当车辆转向时，就有可能实现在任意位置都能使两前轮轴线的交点0落在后轮轴线的延长线上，从而使车辆转弯时，四个车轮都在地面上做纯滚动，避免轮胎因滑动而引起磨损。厦礴恳蹒骈時盡继價骚。鹤式起重机图4-8图4-9汽车前轮转向机构4.2 铰链四杆机构的传动特性急回运动和行程速比系数在图4-10所示的曲柄摇杆机构中，当主动曲柄1位于B1A而与连杆2成一直线时，从动摇杆3位于右极限位置 C1D。当曲柄1以等角速度逆时针转过角而与连杆2重叠时，曲柄到达位置B2A，而摇杆3则到达其左极限位置 C2D。当曲柄继续转过角2而回到位置 B1A时

7、，摇杆3则由左极限位置 C2D摆回到右极限位置 C1D。从动件的往复摆角均为 。由图可以看出，曲柄相应的两个转角和 为：茕桢广鳓鯡选块网羈泪1=180°+-式中，为摇杆位于两极限位置时曲柄两位置所夹的锐角，称为极位夹角。图4-10曲柄摇杆机构的急回运动由于，因此曲柄以等角速度转过这两个角度时，对应的时间 t1>t2，并且/ 2二1A2。而摇杆3的平均角速度为 鹅娅尽損鹤惨歷茏鴛賴。，显然，即从动摇杆往复摆动的平均角速度不等，一慢一快，这样的运动称为急回运动。在生产中，常利用这个性质来缩短生产时间，提高生产率。从动摇杆的急回运动程度可用行程速比系数K来描述，即籟丛妈羥为贍债蛏练淨

8、m2t2巴 _i80° +e2180° - v(4-1)式(4-1)表明，曲柄摇杆机构的急回运动性质取决于极位夹角。若=0，K = 1，则该机构没有急回运动性质；若>0，K> 1，则该机构具有急回运动性质，且角越大，K值越大，急回运动性质也越显著。預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。对于一些要求具有急回运动性质的机械，可根据K值计算出角，以便设计出各杆的尺寸。180° K -1(4-2)K -+14.2.2 压力角和传动角在图4-11所示的曲柄摇杆机构中，若忽略各杆的质量和运动副中的摩擦，原动件曲柄1通过连杆2作用在从动摇杆 3上的力F沿BC方向。从动件所受压力 F

9、与受力点速度 vc 之间所夹的锐角称为压力角，它是反映机构传力性能好坏的重要标志。在实际应用中，为度量方便，常以压力角的余角即连杆和从动摇杆之间所夹的锐角)来判断连杆机构的传力性能，角称为传动角。因二9-，故 越小，越大，机构的传力性能越好。当机构处于连杆与从动摇杆垂直状态时，即二师, 对传动最有利。 渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。图4-11四杆机构的压力角和传动角在机构运转过程中，传动角(或压力角是变化的，为了保证机构能正常工作，常取最小传动角大于或等于许用传动角，的选取与传递功率、运转速度、制造精度和运动副中的摩擦等因素有关。对于一般传动，；高速和大功率传动，。曲柄摇杆机构的最小传动角出现在图中的曲柄与机架共线的位置，即AB 或AB 处。铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。423 死点位置在图4-12的曲柄摇杆机构中，当以摇杆3作为原动件，而曲柄 1为从动件，在摇杆处于极限位置 C1D和C2D时，连杆与曲柄两次共线。若忽略各杆的质量，则这时连杆传给 曲柄的力将通过铰链中心 A，此力对A点不产生力矩，因此，不能使曲柄转动。机构的该 位置称为死点位置。擁