机械设计教程－二、平面连杆机构 -工程

第二章平面连杆机构

一、定义：

若干构件通过低副（转动副或移动副）联接所组成的机构称作连杆机构，

机械设计教程－二、平面连杆机构

。

动副）联接所组成的机构称作连杆机构。

连杆机构中各构件的相对运动是平面运动还是空间运动，连杆机构又可以分为平面连杆机构和空间连杆机构。

平面连杆机构是由若干构件用平面低副（转动副和移动副）联接而成的平面机构，用以实现运动的传递、变换和传送动力。

§2.1平面四杆机构的类型及应用

2.1平面四杆机构的类型及应用

在此机构中，AD固定不动，称为机架；AB、CD两构件与机架组成转动副，称为连架杆；BC称为连杆。在连架杆中，能作整周回转的构件称为曲柄，而只能在一定角度范围内摆动的构件称为摇杆。

一、铰链四杆机构基本类型

根据机构中有无曲柄和有几个曲柄，铰链四杆机构又有三种基本形式：

1．曲柄摇杆机构

：两连架杆中一个为曲柄而另一个为摇杆的机构。

雷达调整机构

缝纫机踏板机构

当曲柄为原动件时，可将曲柄的连续转动转变为摇杆的往复摆动，如图中的雷达天线机构；反之，当摇杆为原动件时，可将摇杆的往复摆动转变为

曲柄的整周转动，如图所示的缝纫机踏板。

2．双曲柄机构

：两连架杆均为曲柄的四杆机构。

可将原动曲柄的等速转动转换成从动曲柄的等速或变速转动，如图所示的惯性筛驱动机构；

构的相对两杆平行且相等时，则成为平行四边形机构，如图所示。

注意：平行四边形机构在运动过程中，当两曲柄与机架共线时，在原动件转向不变、转速恒定的条件下，从动曲柄会出现运动不确定现象。

可以在机构中添加飞轮或使用两组相同机构错位排列。

3．双摇杆机构

．双摇杆机构

：两连架杆都是摇杆的机构，如图所示的鹤式起重机构，保证货物水平移动。

二、机构的演化

机构的演化方法有三种：

1）通过改变构件的形状和相对尺寸进行演化，如图2—8的演化；

2）通过改变运动副尺寸进行演化；

3）通过选用不同构件作为机架进行演化。

1．滑块机构

如图所示，当构件1能整周回转成为曲柄时，该机构称为曲柄滑块机构；否则该机构称为摆杆滑块机构。

2．导杆机构

在图a所示的对心曲柄滑块机构中，若改取构件1为机架，则机构演化为导杆机构。图b。

3．曲柄摇块与曲柄转块机构

．曲柄摇块与曲柄转块机构

在图a中若改取构件2为机架，当l1l1>l2时，则滑块3可作整周转动，我们称为曲柄转块机构。

4．移动导杆机构

．移动导杆机构

在图a中，如取滑块3为机架，则该机构演化成移动导杆机构

§2.3四杆机构特性

四杆机构特性一、四杆机构存在曲柄的条件

铰链四杆机构的三种基本型式的区别在于它的连架杆是否为曲柄。而且一般原动件为曲柄。

。而在四杆机构中是否存在曲柄，取决于机构中各构件间的相对尺寸关系。

设a’和AB”。

由图可见，为使AB杆能转至位置AB’，各杆长度应满足：

第二章平面连杆机构

一、定义：

若干构件通过低副（转动副或移动副）联接所组成的机构称作连杆机构。

动副）联接所组成的机构称作连杆机构。

连杆机构中各构件的相对运动是平面运动还是空间运动，连杆机构又可以分为平面连杆机构和空间连杆机构。

平面连杆机构是由若干构件用平面低副（转动副和移动副）联接而成的平面机构，用以实现运动的传递、变换和传送动力。

§2.1平面四杆机构的类型及应用

2.1平面四杆机构的类型及应用

在此机构中，AD固定不动，称为机架；AB、CD两构件与机架组成转动副，称为连架杆；BC称为连杆。在连架杆中，能作整周回转的构件称为曲柄，而只能在一定角度范围内摆动的构件称为摇杆。

一、铰链四杆机构基本类型

根据机构中有无曲柄和有几个曲柄，铰链四杆机构又有三种基本形式：

1．曲柄摇杆机构

：两连架杆中一个为曲柄而另一个为摇杆的机构。

雷达调整机构

缝纫机踏板机构

当曲柄为原动件时，可将曲柄的连续转动转变为摇杆的往复摆动，如图中的雷达天线机构；反之，当摇杆为原动件时，可将摇杆的往复摆动转变为曲柄的整周转动，如图所示的缝纫机踏板。

2．双曲柄机构

：两连架杆均为曲柄的四杆机构。

可将原动曲柄的等速转动转换成从动曲柄的等速或变速转动，如图所示的惯性筛驱动机构；

构的相对两杆平行且相等时，则成为平行四边形机构，如图所示。

注意：平行四边形机构在运动过程中，当两曲柄与机架共线时，在原动件转向不变、转速恒定的条件下，从动曲柄会出现运动不确定现象。

可以在机构中添加飞轮或使用两组相同机构错位排列。

3．双摇杆机构

．双摇杆机构

：两连架杆都是摇杆的机构，如图所示的鹤式起重机构，保证货物水平移动，

工程

《机械设计教程－二、平面连杆机构》()。

二、机构的演化

机构的演化方法有三种：

1）通过改变构件的形状和相对尺寸进行演化，如图2—8的演化；

2）通过改变运动副尺寸进行演化；

3）通过选用不同构件作为机架进行演化。

1．滑块机构

如图所示，当构件1能整周回转成为曲柄时，该机构称为曲柄滑块机构；否则该机构称为摆杆滑块机构。

2．导杆机构

在图a所示的对心曲柄滑块机构中，若改取构件1为机架，则机构演化为导杆机构。图b。

3．曲柄摇块与曲柄转块机构

．曲柄摇块与曲柄转块机构

在图a中若改取构件2为机架，当l1l1>l2时，则滑块3可作整周转动，我们称为曲柄转块机构。

4．移动导杆机构

．移动导杆机构

在图a中，如取滑块3为机架，则该机构演化成移动导杆机构

§2.3四杆机构特性

四杆机构特性一、四杆机构存在曲柄的条件

铰链四杆机构的三种基本型式的区别在于它的连架杆是否为曲柄。而且一般原动件为曲柄。

。而在四杆机构中是否存在曲柄，取决于机构中各构件间的相对尺寸关系。

设a’和AB”。

由图可见，为使AB杆能转至位置AB’，各杆长度应满足：

a+d≤b+c①

而为使AB杆能转至AB”，各杆长度关系应满足b≤(d-a)+cc≤(d-a)+b

可得：a+b≤d+c②

a+c≤d+b③

由①②③可以得出铰链四杆机构曲柄存在条件为：

1）连架杆和机架中必有一杆是最短杆；

2）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和。（称为杆长条件）

上述两个条件必须同时满足，否则机构不存在曲柄。

。二、急回特性和行程速比系数

1）当主动件曲柄等速转动时，从动件摇杆摆回的平均速度大于摆出的平均速度，摇杆的这种运动特性称为急回特性

2）行程速比系数K

K=v2/v1=(180°+θ)/(180°-θ)

当机构存在极位夹角θ时，机构便具有急回运动特性。且θ角越大，K值越大，机构的急回性质也越显著

牛头刨床机构

三、压力角与传动角

连杆BC与从动件CD之间所夹的锐角γ称为四杆机构在此位置的传动角。显然γ越大，有效分力Pt越大，Pn越小，对机构的传动就越有利。所以，在连杆机构中也常用传动角的大小及变化情况来描述机构传动性能的优劣。为了保证机构传力性能良好，应使γmin≥40～50°

最小传动角的确定：对于曲柄摇杆机构，γmin出现在主动件曲柄与机架共线的两位置之一。

三、死点

如图：当以摇杆CD为主动件，则当连杆与从动件曲柄共线时，机构的传动角γ＝0°，这时主动件CD通过连杆作用于从动件

AB上的力恰好通过其回转中心，出现了不能使构件AB转动的“顶死”现象，机构的这种位置称为“死点”。

上的力恰好通过其回转中心，出现了不能使构件AB转动的“顶死”现象，机构的这种位置称为“死点”。

在工程上，为了使机构能够顺利通过死点而正常运转，必须采用适当的措施，如发动机上安装飞轮加大惯性力，或利用机构的组合错开死点位置，例如机车车轮的联动装置。

但是，也应注意到，在工程上也长有利用死点来实现一定工作要求的，例如飞机起落架、各类夹具中，如下图

§2.4四杆机构设计

2.4四杆机构设计连杆机构的设计方法有

：作图法、实验法及解析法。图解法和实验法比较直观易懂，但设计精度要低。解析法精度高，但计算要复杂，有时利用手工几乎无法完成。

一、按连杆预定位置设计四杆机构

二、按给行程速比系数K

K设计四杆机构

如图2-21所示，已知摇杆CD长度及摆角，行程速比系数K。

要求设计曲柄摇杆机构。步骤如下：

1）由公式，求出极位夹角θ。

2）任选固定铰D的位置，并作出摇杆两极限位置C1D和C2D，夹角为。

3）连接C1C2，作∠C1C2O=∠C2C1O=90˚-θ，得交点O，以O为圆心，OC1为半径作圆。

4）在圆上任取一点A为固定铰。

5）连接AC1、AC2，则AC1、AC2分别为曲柄与连杆重迭拉直共线位置，即：

AC1=BC-ABAC2=BC+AB

可分别求得AB与BC