北理工机械基础课件第9章 平面连杆机构

第9章平面连杆机构

第9章平面连杆机构

定义：若干个刚性构件用平面低副联接而成的机构,也可称为平面低副机构。

优点：1.能够实现多种运动形式的转换，也可以实现各种预定的运动规律和复杂的运动轨迹，容易满足生产中各种动作要求；2.构件间接触面上的比压小、易润滑、磨损轻、适用于传递较大载荷的场合；3.机构中运动副的元素形状简单、易于加工制造和保证精度。缺点：1.只能近似地满足给定的运动规律和轨迹要求，且设计比较复杂；2.运动构件产生的惯性力难以平衡，高速时会引起较大的振动，因此常用于速度较低的场合。命名:根据所含有构件的数目。如四杆机构，多杆机构(五杆机构、六杆机构)。本章主要研究平面四杆机构的类型、基本性质和设计方法。

9.1平面四杆机构的类型及应用

平面四杆机构铰链四杆机构(全转动副)含有移动副的平面四杆机构曲柄摇杆机构

双曲柄机构

双摇杆机构

曲柄滑块机构

曲柄导杆机构

曲柄摇块机构移动导杆机构铰链四杆机构铰链四杆机构中，固定不动的构件为机架；与机架相联的构件为连架杆，连架杆中，能绕机架的固定铰链作整周转动的称为曲柄，仅能在一定角度范围内往复摆动的称为摇杆；联接两连架杆且不与机架直接相联的构件称为连杆。

根据两个连架杆能否成为曲柄，铰链四杆机构可分为三种基本形式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。曲柄摇杆机构特点是：既能将曲柄的整周转动变换为摇杆的往复摆动，又能将摇杆的往复摆动变换为曲柄的连续回转运动。双曲柄机构的特点是：能将等角速度转动转变为周期性的变角速度转动。

例如：搅拌机、缝纫机等。例如：惯性筛、挖掘机（平行四边形机构）、车门启闭机构（反平行四边形机构）等。双摇杆机构的特点是：两个连架杆均为摇杆。例如：起重机、电风扇摇头机构等。含有一个移动副的平面四杆机构

1.曲柄滑块机构：铰链四杆机构中，扩大转动副，使转动副变成移动副。根据滑块往复移动的导路中心线是否通过曲柄转动中心，曲柄滑块机构可分为对心曲柄滑块机构和偏置曲柄滑块机构。特点：可以实现转动和往复移动的变换。应用：活塞式内燃机、空气压缩机、冲床等机械等。2.曲柄导杆机构12343124应用实例：回转式油泵（转动导杆机构）牛头刨床的主体机构（摆动导杆机构）。取曲柄滑块机构的不同构件为机架而获得的。取构件2为机架，构件3为主动件，若，导杆1作整周运动，称为转动导杆机构；若，导杆1作往复摆动，称为摆动导杆机构。

2341取曲柄滑块机构中的连杆3为机架而得到的。当曲柄2为原动件绕点转动时，滑块4绕机架3上的铰链中心摆动，故称该机构为曲柄摇块机构或称为摆动滑块机构。

3.曲柄摇块机构应用于各种摆动式原动机和工作机中。摆缸式液压泵、卡车车箱自动翻转卸料机构。取曲柄滑块机构中的滑块4为机架而得到的。当曲柄2转动时，导杆1可在固定滑块4中往复移动，故该机构称为移动导杆机构（或定块机构）。4.移动导杆机构应用实例：手压抽水机、抽油泵等。铰链四杆机构存在曲柄的条件

1.最短杆与最长杆的长度之和，小于或等于其他两杆长度之和；2.连架杆和机架中必有一个是最短杆。

①铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和，则取最短杆的相邻杆为机架时，得曲柄摇杆机构；取最短杆为机架时，得双曲柄机构；取与最短杆相对的杆为机架时，得双摇杆机构。②铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆长度之和，则不论取何杆为机架时均无曲柄存在，而只能得双摇杆机构。推论：9.2铰链四杆机构的基本性质

1.急回特性:—摇杆的摆角，—极位夹角。

为描述从动摇杆的急回特性，在此引入行程速比系数K，即：K=180+180-K值的大小反映了急回运动特性的显著程度。K值的大小取决于极位夹角，角越大，K值越大，急回运动特性越明显；反之，则愈不明显。当时，K=1，机构无急回特性。

若在设计机构时先给定K值，则

:在生产实际中，常利用机构的急回运动来缩短非生产时间，提高生产率，如牛头刨床、往复式运输机等。

9.2铰链四杆机构的基本性质

2.压力角与传动角压力角愈小，机构的传力效果愈好。所以，衡量机构传力性能，可用压力角作为标志。

压力角：从动件受力方向与受力点线速度方向之间所夹的锐角。传动角:压力角的余角即连杆与从动件间所夹的锐角。

在连杆机构中，为度量方便，常用压力角的余角即连杆与从动件间所夹的锐角(传动角)检验机构的传力性能。

传动角愈大，机构的传力性能愈好，反之则不利于机构中力的传递。机构运转过程中，传动角是变化的，机构出现最小传动角的位置正好是传力效果最差的位置，也是检验其传力性能的关键位置。设计要求：曲柄摇杆机构，以曲柄为原动件时，其最小传动角发生在曲柄与机架两次共线位置之一。ABCD9.2铰链四杆机构的基本性质

3.死点状态机构传动角（即）的位置称为死点位置。

机构处于死点位置，从动件会出现卡死（机构自锁）或运动方向不确定的现象。

措施和应用9.3平面四杆机构的设计

设计类型：1.实现给定的运动规律：给定行程速比系数以实现预期的急回特性、实现连杆的几组给定位置等。2.实现给定的运动轨迹：要求连杆上某点沿着给定轨迹运动等。设计目标：根据给定的运动条件，选定机构的类型，确定机构中各构件的尺寸参数。

设计方法：图解法、实验法和解析法等。

1.按给定连杆两个位置设计铰链四杆机构有无穷多个解。实际上，还应考虑几何、动力等辅助条件，例如各杆所允许的尺寸范围、最小传动角或其他结构上的要求，就可以合理选定A、D两点的位置而得到确定的解。如果给定连杆三个、四个或五个位置呢？例：设计一铰链四杆机构作为加热炉炉门的启闭机构。已知炉门上两活动铰链B、C的中心距为50。要求炉门打开后成水平位置，且热面朝下（如虚线所示）。如果规定铰链A、D安装在炉体的y-y坚直线上，其相关尺寸如图所示。用图解法求此铰链四杆机构其余三杆的尺寸。2.按给定的行程速比系数设计四杆机构

设计具有急回特性的四杆机构，关键是要抓住机构处于极限位置时的几何关系，必要时还应考虑其他辅助条件。例：已知摇杆长度L=100，摆角=50和行程速比系数k=1.4，试设计曲柄摇杆机构。

解：由给定的行程速比系数求出极位夹角:=