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1、第章 平面连杆机构,2,4,. 平面四杆机构的类型,. 铰链四杆机构中曲柄存在的条件,. 铰链四杆机构的基本性质,. 四杆机构的设计,下一页,返回,. 平面四杆机构的类型,. 铰链四杆机构的类型 在平面四杆机构中，若组成机构的各运动副都是转动副，称其为铰链四杆机构，如图所示。在此机构中，构件为机架；构架和与机架直接连接，称为连架杆；不与机架连接的杆，称为连杆。其中能做整周转动的连架杆，称为曲柄；仅能在一定角度范围内摆动的连架杆称为摇杆。机构工作时，连架杆绕定轴转动，连杆做平面复杂运动。按连架杆中曲柄与摇杆的存在情况，铰链四杆机构可分为三种基本类型：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。 .曲柄
2、摇杆机构,下一页,返回,. 平面四杆机构的类型,如图所示的铰链四杆机构中，两连架杆中构件为曲柄，可绕固定铰链中心做整周转动；构件为摇杆，只能在角（）范围内往复摆动，此类四杆机构称为曲柄摇杆机构。 曲柄摇杆机构的主要特点是：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。曲柄摇杆机构在生产中应用很广。如图所示的雷达天线俯仰角的调整机构、图所示的缝纫机踏板驱动机构、图所示的搅拌机机构。,上一页,下一页,返回,. 平面四杆机构的类型,.双曲柄机构 若铰链四杆机构中的两连架杆均为曲柄，则称为双曲柄机构。如图所示的双曲柄机构中，两连杆架、均是可绕固定铰链中心、做整
3、周转动的曲柄。 双曲柄机构的主要特点是：能将等角速度转动转变为周期性的变角速度转动。图所示的惯性筛机构中，原动曲柄做等角速度转动时，从动曲柄做变角速度转动，使得构件做变速往复移动，从而实现放置在构件平面上大小不同的物体的分拣。,上一页,下一页,返回,. 平面四杆机构的类型,在双曲柄机构中，相对的两杆平行且长度相等，若曲柄转向相同，则称为平行四边形机构，如图所示。其特点是两个曲柄的运动规律完全相同，连杆始终做平动。若曲柄转向不同，则称为反平行四边形机构，如图所示。其特点是两曲柄的回转方向相反，且角速度不等。图和图所示分别为其应用实例。 .双摇杆机构 如图所示的铰链四杆机构中的两个连架杆均为摇杆，
4、则称为双摇杆机构。图所示的铸工造型机翻箱机构和图所示的起重机机构就是其应用实例。其中图中砂箱为该机构的连杆，在位置造型振实后，转动原动摇杆使砂箱移至位置，以便起模，图（） 是该机构的运动简图。,上一页,下一页,返回,. 平面四杆机构的类型,. 平面四杆机构的演化 除前面介绍的种基本形式的铰链四杆机构以外，实际中还广泛使用着其他形式的四杆机构，都可看做是从铰链四杆机构演化面来的。 .曲柄滑块机构 图所示平面四杆机构中，构件和分别为机架和连杆，构件为曲柄，构件相对于机架做往复移动，其形状是块状，故称为滑块。因此该机构称为曲柄滑块机构。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
5、分为图（）所示的对心曲柄滑块机构和图（） 所示的偏置曲柄滑块机构。曲柄滑块机构可以实现转动和往复移动的变换，广泛应用于活塞式内燃机、空气压缩机、冲床等机械中。,上一页,下一页,返回,. 平面四杆机构的类型,.导杆机构 导杆机构可通过取曲柄滑块机构的不同构件为机架而获得的。如图（） 所示为曲柄滑块机构，若取构件为机架，为主动件，当主动件回转时，构件将绕点转动或摆动，滑块沿构件做相对滑动，由于构件对滑块起导向作用，故构件称为导杆，这种机构称为导杆机构。在该机构中，若，则杆和导杆均能作整周运动，称为转动导杆机构，如图（）所示；若，当杆做整周转动时，导杆只能做往复摆动，称为摆动导杆机构，如图所示。其应
6、用如图和图所示。,上一页,下一页,返回,. 平面四杆机构的类型,.摇块机构 如图所示，摇块机构是取曲柄滑块机构中的连杆为机架而得到的。当曲柄为原动件绕点转动时，滑块绕机架上的铰链中心摆动，故称该机构为摇块机构。其应用如图所示自动翻转卸料机构。 .定块机构 如图所示，定块机构是曲柄滑块机构取滑块为机架而得到的。当曲柄转动时，导杆可在固定滑块中往复移动，故该机构称为定块机构。定块机构常用于手压抽水机和抽油泵中。如图所示的手压抽水机构。,上一页,返回,. 铰链四杆机构中曲柄存在的条件,铰链四杆机构的种基本形式的区别在于它的连架杆是否为曲柄。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
7、系。所以，对平面四杆机构在什么条件下具有曲柄的研究是平面连杆机构的一个主要问题。下面就以曲柄摇杆机构来分析曲柄存在的条件。 在图所示的曲柄摇杆机构中，各杆的长度分别为，。为保证曲柄杆能绕整周回转，则杆应能够占据与共线的两个位置和。当曲柄处于位置时，形成三角形，各杆长度应满足 （）,下一页,返回,. 铰链四杆机构中曲柄存在的条件,当曲柄处于位置时，形成三角形，各杆长度应满足 （） （） 或 （） （） 由上述式及其两两相加可以得到 ， ， （）,上一页,下一页,返回,. 铰链四杆机构中曲柄存在的条件,由此，可以得出铰链四杆机构曲柄存在条件如下。 （）连架杆和机架中必有一杆是最短杆。 （）最短杆与
8、最长杆长度之和小于或等于其他两杆长度之和。 上述两个条件必须同时满足，否则机构不存在曲柄。 根据上述所讲，同时可以得到下面推论。 （）若四杆机构中最短杆与最长杆之和小于等于其余两杆之和。 当最短杆为机架时，机构为双曲柄机构。 当最短杆的邻边为机架时，机构为曲柄摇杆机构。,上一页,下一页,返回,. 铰链四杆机构中曲柄存在的条件, 当最短杆的对边为机架时，机构为双摇杆机构。 （）若四杆机构中最短杆与最长杆之和大于其余两杆之和，则该机构不可能有曲柄存在，故机构为双摇杆机构。 例 根据如图所注明的尺寸（单位：），判断 分别以个杆为机架时四杆机构的类型。 解：最长杆杆长为，最短杆杆长为，又因 ，所以有以
9、下结论。 以杆为机架，此机构为双曲柄机构。 以杆为机架，此机构为曲柄摇杆机构。 以杆为机架，此机构为双摇杆机构。 以杆为机架，此机构为曲柄摇杆机构。,上一页,返回,. 铰链四杆机构的基本性质,下面主要讨论曲柄摇杆机构的基本性质。 . 压力角和传动角 平面连杆机构不仅要能实现预定的运动规律，还要有良好的传力性能。为衡量机构传力性能的好坏，特引入压力角的概念。其定义为：从动件受力方向与该点绝对速度方向之间所夹的锐角。如图所示的曲柄摇杆机构中，曲柄为原动件，若忽略构件所受的重力、惯性力和运动副中摩擦力，则其受力如图所示。力沿 方向的分力是克服从动摇杆上的工作阻力矩的有效分力，沿方向的分力对从动摇杆无
10、转动效应，只会增加运动副中的摩擦力，是有害分力。从机构传力来说，愈大，愈小则愈有利。即压力角愈小，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。,下一页,返回,. 铰链四杆机构的基本性质,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检验机构的传力性能，称为传动角。因，故愈大（即愈小），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。 为了保证连杆机构传力性能良好，设计时应对其传动角的最小值加以限制，即应使。 为许用传动角，通常 的推荐值在。此
11、外，为了节省动力，对于一些承受短暂高峰载荷的机械，应设法利用机构处于最大传动角位置进行工作。 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。,上一页,下一页,返回,. 铰链四杆机构的基本性质,. 急回特性 下面以曲柄摇杆机构为例来分析机构的急回特性。 在图所示曲柄摇杆机构中，设曲柄为原动件，曲柄每转一周，有两个位置与连杆共线，这时摇杆分别位于两个极限位置和，其夹角为。曲柄摇杆机构的这两个位置称为极位。机构处在两个极位时，原动件的两个位置和所夹的锐角称为极位夹角。此时摇杆两位置的夹角称作摇杆最大摆角。,上一页,下一页,返回,. 铰链四杆机构的基本性质,当曲柄以等加
12、速度顺时针转过时，摇杆由位置运动到，称为工作行程。设所需时间为，点平均速度为；当曲柄继续转过时，摇杆又从转回到，称空回行程，所需时间为，点的平均速度为。摇杆往复摆动的摆角虽然均为，但对应的曲柄转角不同，而曲柄是做等角速度回转，所以，从而，也就是回程速度要快。 为了表明急回运动的急回程度，通常用行程速度变化系数（或称行程速比系数） 来衡量，即,上一页,下一页,返回,. 铰链四杆机构的基本性质,由此可以看出，当曲柄摇杆机构有极位夹角时，就有急回运动特性，而且角越大，值就越大，机构的急回特性就越显著。 在进行机构设计时，若预先给出值，则可以求出值。,上一页,下一页,返回,. 铰链四杆机构的基本性质,
13、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。 . 死点位置 在如图所示的曲柄摇杆机构中，若以摇杆为主动件，当连杆与从动件曲柄两次共线时，机构的传动角，这时摇杆通过连杆作用于从动件曲柄上的力恰好通过其回转中心，此时对不产生力矩。,上一页,下一页,返回,. 铰链四杆机构的基本性质,机构的这种位置称为“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。因此在机构中，应设法避免处于死点位置。若无法避免时，则应采取措施使机构渡过死点位置，如缝纫机踏板是利用下带轮的惯性来渡过死点位置的，蒸汽机车车轮机构则是利用两组曲柄滑块机构的曲柄相互错开互
14、相辅助通过死点位置。 在工程实践中，也常利用死点的特性来实现机构自锁的要求。如图所示的铰链四杆夹紧机构，压下手柄，工件被夹紧，此时，构件与共线，机构处于死点位置，撤去外力后，无论工件处的反作用力多大，机构也不会自行松开。,上一页,返回,. 四杆机构的设计,工程实际中提出的平面四杆机构的设计问题多种多样，但其设计目标都是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。 平面四杆机构的设计方法有图解法、实验法和解析法等。下面仅以图解法为例，介绍四杆机构设计的基本方法。 . 按给定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。下面举例说明。 .已知摇杆长度，摆角和行程速比系数，试设计曲柄摇杆机构,下一页,返回,. 四杆机构的设计,分析已知条件可知，本设计要解决的实质问题是确定曲柄固定铰链中心的位置，进而定出其他三杆的长度。 由图可知，曲柄摇杆机构摇杆处于两极限位置时，曲柄与连杆两次共线，其几何关系是,上一页,下
