第3章平面连杆机构

§3.1概述§3.2铰链四杆机构的基本类型§3.3铰链四杆机构的演化§3.4平面四杆机构的基本特性§3.5平面四杆机构的设计第3章平面连杆机构3.1概述

平面连杆机构是由若干个构件通过低副联接而成的机构，又称为平面低副机构。由四个构件通过低副联接而成的平面连杆机构，称为四杆机构。如果所有低副均为转动副，这种四杆机构就称为铰链四杆机构。平面连杆机构的优点由于是低副，为面接触，所以承受压强小、便于润滑、磨损较轻，可承受较大载荷结构简单，加工方便，构件之间的接触是有构件本身的几何约束来保持的，所以构件工作可靠可使从动件实现多种形式的运动，满足多种运动规律的要求利用平面连杆机构中的连杆可满足多种运动轨迹的要求平面连杆机构的缺点根据从动件所需要的运动规律或轨迹来设计连杆机构比较复杂，精度不高。运动时产生的惯性难以平衡，不适用于高速场合。1.曲柄摇杆机构在两连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆。应用举例：牛头刨床横向进给机构、搅面机、卫星天线、飞剪缝纫机脚踏板机构、自行车、走步机、送料机构

一般曲柄主动，将连续转动转换为摇杆的摆动，也可摇杆主动，曲柄从动。运动特点：根据连架杆运动形式的不同，可分为三种基本形式3.2铰链四杆机构的基本类型曲柄摇杆机构应用实例3.2铰链四杆机构的基本类型曲柄摇杆机构应用实例卫星接收装置3.2铰链四杆机构的基本类型曲柄摇杆机构应用实例缝纫机脚踏板机构3.2铰链四杆机构的基本类型曲柄摇杆机构应用实例跑步机3.2铰链四杆机构的基本类型2.双曲柄机构—两连杆架均为曲柄的四杆机构应用举例：惯性筛、插床机构运动特点：从动曲柄变速回转3.2铰链四杆机构的基本类型惯性筛双曲柄机构应用实例3.2铰链四杆机构的基本类型插床机构双曲柄机构应用实例3.2铰链四杆机构的基本类型3.双摇杆机构—两连杆架均为摇杆的四杆机构港口起重机、飞机起落架、车辆的前轮转向机构应用举例：3.2铰链四杆机构的基本类型双摇杆机构应用实例港口起重机选择连杆上合适的点，轨迹为近似的水平直线3.2铰链四杆机构的基本类型风扇摇头双摇杆机构应用实例3.2铰链四杆机构的基本类型可用以下方法来判别铰链四杆机构的基本类型：2.若机构满足杆长之和条件，则(1)以最短杆的邻边为机架时为曲柄摇杆机构(2)以最短杆为机架时为双曲柄机构(3)以最短杆的对边为机架时为双摇杆机构1.若机构不满足杆长之和条件则只能成为双摇杆机构3.2铰链四杆机构的基本类型设计：设计：设计：设计：设计：设计：(1)

改变构件的形状和运动尺寸偏心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构曲柄摇杆机构曲柄滑块机构双滑块机构

正弦机构s=lsinφ↓∞

→∞φl3.3铰链四杆机构的演化设计：(2)改变运动副的尺寸偏心轮机构(3)选不同的构件为机架曲柄滑块机构（分为对心、偏置）取构件1为机架314A2BC314A2BC导杆机构（分为转动、摆动）取构件2为机架314A2BC取构件3为机架曲柄摇块机构（摇块机构）314A2BC取构件4为机架某著名企业导杆机构（定块机构）转动导杆机构摆动导杆机构ACB1234设计：应用实例B234C1A自卸卡车举升机构应用实例B34C1A2应用实例4A1B23C应用实例13C4AB2A1C234Bφ314A2BC设计：手摇唧筒BC3214AABC32143.4平面四杆机构的基本特性3.4.1急回特性急回特性机构工作件返回行程速度大于工作行程的特性。工作行程时：V1=C1C2/t1

返回行程时：V2=C1C2/t2行程速比系数K为了表示工作件往复运动时的急回程度，用V2和V1的比值K来描述。由上式可得：急回特性的作用节省空间，提高生产率。3.4平面四杆机构的基本特性3.4.2压力角和传动角1.压力角a压力角：从动件所受的力F与受力点速度Vc所夹的锐角a。有效分力：Ft=Fcosa有害分力：Fr=Fsinaa愈小，机构传动性能愈好。2.传动角g传动角：连杆与从动件所夹的锐角g。g=900-ag越大，机构的传动性能越好，设计时一般应使gmin≥40°，对于高速大功率机械应使gmin≥50°。3.最小传动角的位置铰链四杆机构在曲柄与机架共线的两位置出现最小传动角。3.4平面四杆机构的基本特性对于曲柄滑块机构，当主动件为曲柄时，最小传动角出现在曲柄与机架垂直的位置。对于摆动导杆机构由于在任何位置时主动曲柄通过滑块传给从动杆的力的方向，与从动杆上受力点的速度方向始终一致，所以传动角等于90度。3.4平面四杆机构的基本特性3.4.3死点(止点)死点的位置在从动曲柄与连杆共线的连个位置之一时，出现机构的传动角g=0，压力角a=90的情况，这时连杆对从动曲柄的作用里恰好通过其回转中心，不能推动曲柄转动，机构的这种位置称为死点位置。死点的利弊利：工程上利用死点进行工作。

弊：机构有死点，从动件将出现卡死或运动方向不确定现象，对传动机构不利度过死点的方法增大从动件的质量、利用惯性度过死点位置。采用机构错位排列的方法3.5平面四杆机构的设计一个设计过程：已知条件→构件尺寸

两类基本问题：实现给定运动规律；

实现给定运动轨迹；

三种设计方法：图解法解析法实验法已知条件：运动条件、几何条件、动力条件。简明，精确性差。精确度好，计算繁杂。形象直观，过程复杂。3.5.1图解法设计平面四杆机构1.按给定连杆位置设计四杆机构已知：连杆BC长度及三个位置（B1C1,B2C2,B3C3）设计步骤：①连接B1B2、B2B3，作线B1B2、B2B3的垂直平分线b12、b23，交于A点；②连接C1C2、C2C3，作线C1C2、C2C3的垂直平分线c12、c23，交于D点；③连接AB1、C1D。3.5平面四杆机构的设计2、按给定的行程速比系数K设计四杆机构1)曲柄摇杆机构①计算θ＝180°(K-1)/(K+1);已知：CD杆长，摆角φ及K，设计此机构。步骤如下：②任取一点D，作等腰三角形腰长为CD，夹角为φ;③作C2P⊥C1C2，作C1P使④作△PC1C2的外接圆，则A点必在此圆上。⑤选定A，设曲柄为l1

，连杆为l2

，则:⑥以A为圆心，AC2为半径作弧交AC1于E,得：

l1=EC1/2

l2=AC1－EC1/2,AC2=l2-l1

l1=(AC1－AC2)/2

∠C2C1P=90°－θ,交于P;AC1=l1+l2设计：Eφθθ90°-θPC1C2DA2)导杆机构分析：由于θ与导杆摆角φ相等，设计此机构时，仅需要确定曲柄

a。已知：机架长度d，K，设计此机构。设计：设计：ADmnφ=θD2)导杆机构分析：由于θ与导杆摆角φ相等，设计此机构时，仅需要确定曲柄

a。①计算θ＝180°(K-1)/(K+1);②任选D作∠mDn＝φ＝θ，③取A点，使得AD=d,则:

a=dsin(φ/2)。θφ=θAd作角分线;已知：机架长度d，K，设计此机构。3)曲柄滑块机构已知K，滑块行程H，偏距e，设计此机构。①计算θ＝180°(K-1)/(K+1);3)曲柄滑块机构已知K，滑块行程H，偏距e，设计此机构。HAC1C2eEθθ②作C1C2=H③作C2P⊥C1C2，作C1P使④作△PC1C2的外接圆，则A点必在此圆上。

∠C2C1P=90°－θ,交于P;⑤C1作偏心距e，交圆弧于A点。⑥以A为圆心，AC2为半径作弧交AC1于E,设曲柄l1连杆l2得：

l1=EC1/2

l2=AC1－EC1/2可以从图上量出90°-θP已知：连杆AB和CD的三组对应位置

要求：确定各构件的长度a、b、c、d

步骤：建立坐标系xAy，和分别为AB和CD的初始角。将各向量坐标投影得，将三组已知位置代入以上公式，确定出选定曲柄长度a，则b、c、d。设计出所需四杆机构设计方法：建立方程式，根据以知参数对方程求解。3.5.2解析法设计平面四杆机构3.5平面四杆机构的设计、、、、、连杆曲线（定义）：四杆