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1、第二章 平面连杆机构及其 设计二、连杆机构的分类 1、根据构件之间的相对运动分为： 平面连杆机构，空间连杆机构。 2、根据机构中构件数目分为： 四杆机构、五杆机构、六杆机构等。若干个构件全用低副 联接而成的机构，也称 之为低副机构。一、 连杆机构三、平面连杆机构的特点1）适用于传递较大的动力，常用于动力机械。2）依靠运动副元素的几何形面保持构件间的相互 接触，且易于制造，易于保证所要求的制造精度3）能够实现多种运动轨迹曲线和运动规律，工程 上常用来作为直接完成某种轨迹要求的执行机构不足之处： 1）不宜于传递高速运动。 2）可能产生较大的运动累积误差。2-1 平面四杆机构的基本形式、演变 及其应
2、用在连架杆中，能 绕其轴线回转360 者称为曲柄；仅能 绕其轴线往复摆动 者称为摇杆。一、平面四杆机构的基本形式1）曲柄摇杆机构:两连架杆中，一个为曲柄， 而另一个为摇杆。 2）双曲柄机构 两连架杆均为曲柄。 3）双摇杆机构 两连架杆均为摇杆。机架连架杆连架杆连杆4123 前面介绍的三种铰链四杆机构， 还远远满足不了实际工作机械的 需要，在实际应用中，常常采用 多种不同外形、构造和特性的四 杆机构，这些类型的四杆机构可以看作是由铰链 四杆机构通过各种方法演化而来的。 这些演化机构扩大了平面连杆机构的应用，丰 富了其内涵。 二、平面连杆机构的演化1、改变相对杆长、转动副演化为移动副在曲柄摇杆机构
3、中，若摇杆的杆长增大至无穷 长，则其与连杆相联的转动副转化成移动副。 曲柄滑块机构321DCBA二 平面四杆机构的演变1 转动副转化为移动副321DCBABAC321ABCe321对心滑块机构偏置滑块机构滑块上的转动副中心的移动方位线通滑块上的转动副中心的移动方位线通 过曲柄的回转中心称为对心滑块机构过曲柄的回转中心称为对心滑块机构偏心距偏心距e eBAC213A3sBC21曲柄滑块机构偏心轮机构 当曲柄的实际尺寸很 短并传递较大的动力时 ，可将曲柄做成几何中 心与回转中心距离等于 曲柄长度的圆盘，常称 此机构为偏心轮机构。双滑块机构 若继续改变图314b中对心曲柄滑块机构中杆 2长度，转动副
4、C转化成移动副，又可演化成双滑 块机构（图315）。该种机构常应用在仪表和 解算装置中。 原理：各构件间的相对运动保持不变 （1）变化铰链四杆机构的机架 如图3-4所示的三种铰链四杆机构，各杆件间的相对运动和 长度都不变，但选取不同构件为机架，演化成了具有不同结构 型式、不同运动性质和不同用途的以下三种机构。2、选用不同构件为机架图2-1（2）变化单移动副机构的机架 若将图22所示的对心曲柄 滑块机构，重新选用不同构件 为机架，又可演化成以下具有 不同运动特性和不同用途的机 构。图22图23 若选构件1为机架（图23a），虽然各构件的 形状和相对运动关系都未改变，但滑块3将在可 转动（或摆动）
5、的构件4（称其为导杆）上作相 对移动，此时图22所示的曲柄滑块机构就演化 成转动（或摆动）导杆机构（图23a）； 转动导杆机构摆动导杆机构 它可用于回转式油泵、牛头刨床及插床等机 器中。 图24中的牛头刨床，是 摆动导杆机 构的应用实例。图24 若选用构件2为机架，滑块3仅能绕机架上 铰链C作摆动，此时演化成曲柄摇块机构（ 图23b）；它广泛应用于机床、液压驱动 及气动装置中，图26所示为Y54插齿机中 驱动插齿刀的机构和图27所示的自卸卡车 的翻斗机构，均是曲柄摇块机构应用实例。 图23b图26图27 若选用曲柄滑块机构中滑块3作机架（图2- 3c），即演化成移动导杆机构（或称定块机定块机
6、构构）。 它应用于手摇卿筒（图28）和双作用式水 泵等机械中。 图2-3c图图2828（3）变化双移动副机构的机架 在 具有两个移动副的四杆机构中，是选择滑块4作 为机架的，称之为正弦机构，这种机构在印刷机械、 纺织机械、机床中均得到广泛地应用，例如机床变速 箱操纵机构、缝纫机中针杆机构 若选取构件1为机架，则演化成双 转块机构，它常应用作两距离很小 的平行轴的联轴器，图2-10所示的十 字滑块联轴节为其应用实例； 图2-10 当选取构件3为机架时，演化成双滑 块机构，常应用它作椭圆仪（图211 ）。 图图2 21111总结：平面连杆机构的演化4-2含有一个移动副的四杆机构一、曲柄滑块机构 曲
7、柄滑块机构是由曲柄摇杆机构演化而来的类型对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构曲柄存在条件：对心曲柄滑块机构：L1 L2 L1L1：机架长度L2 ：曲柄长度(2)、应用牛头刨床机构 2、摇块机构 (1)、演化过程 曲柄滑块机构中，当将连杆改为机架时，就演化成摇块机构。 (2)、应用泵3、定块机构(1)、演化过程 曲柄滑块机构中，当将滑块改为机架时，就演化成定块机构。 (2)、应用移动导杆机构 偏心轮（扩大运动副)在曲柄滑块机构（曲柄摇杆机构）中，若曲柄很短，可将转 动副B的尺寸扩大到超过曲柄长度，则曲柄AB就演化成几何中心 B不与转动中心A重合的圆盘，该圆盘称为偏心轮，含有偏心轮的 机构称为偏心轮机
8、构。 偏心轮机构结构简单，偏心轮轴颈的强度和刚度大，且易于安装 整体式连杆，广泛用于曲柄长度要求较短、冲击载荷较大的机械 中。 颚式破碎机2-2 平面四杆机构设计中的共性问题一、平面四杆机构有曲柄的条件二、平面四杆机构输出件的急回特性三、平面机构的压力角和传动角、死点四、运动的连续性一、平面四杆机构有曲柄的条件平面连杆机构有曲柄的条件： 1）连架杆与机架中必有一杆为四杆机构中的最 短杆； 2）最短杆与最长杆之和应小于或等于其余两杆的杆长之和。（杆长和条件）铰链四杆机构类型的判断条件：2）若不满足杆长和条件若不满足杆长和条件，该机构只能是双摇杆机构。，该机构只能是双摇杆机构。1）在满足杆长和的条
9、件下： （1）以最短杆的相邻构件为机架，则最短杆为曲柄，另 一连架杆为摇杆，即该机构为曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构； （2）以最短杆为机架，则两连架杆为曲柄，该机构为双双 曲柄机构曲柄机构； （3）以最短杆的对边构件为机架，均无曲柄存在，即该 机构为双摇杆机构双摇杆机构。注意：铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭多边形条件：最长杆的杆长e AC2E：a+be即有曲柄的条件:ba+ee=0, ba AD杆为最短杆(0AD 20)例1 已知铰链四杆机构ABCD，其中AB20mm， BC50mm，CD40mm,AD为机架。改变AD杆长，分析机构 的类型变化。aBbADdCc机构有整转副的条件：AD50
10、2040AD10mm最长杆整转副整转副最短杆DCaBbAdc双曲柄机构 AD杆长介于最短杆与最长杆之间(20AD50)机构有整转副的条件：2050 AD40AD30mmaBbADdCc最短杆最长杆整转副整转副曲柄摇杆机构aBbADdCc AD杆为最长杆(50 AD110)机构有整转副的条件：AD204050最长杆最短杆AD70mmaBbADdCc整转副整转副曲柄摇杆机构当10AD30和70AD110时，由于不满足杆长条件，机 构无整转副，为双摇杆机构。aBbADdCc导杆机构有曲柄的条件ACBade1)a为最短杆，a+ed2)d为最短杆，且满足d+ea曲柄摆动导杆机构曲柄转动导杆机构二、平面四
11、杆机构输出件的急回特性摆角 C C1 1C C2 2D DA AB B1 1B B2 2B B1C C2 12 , 极位夹角v2 =C1C2/t21=180+, 2=180-v1 =C1C2/t1 t1t2 , v1v2= v2/v1 =（C1C2/t2）/ （C1C2/t1 ）= t1/t2 =1/2 =（180+）/（180-）输出件空回行程的平均速度输出件工作行程的平均速度K =180（K-1）/（K+1）行程速比系数连杆机构输出件具有急回特性的条件 1）原动件等角速整周转动； 2）输出件具有正、反行程的往复运动； 3）极位夹角0。C2BB1AC1B2C AB1DCB2=例: 已知摆动导
12、杆机构导杆的摆角60，机架 AD300mm，求作该机构的机构运动简图，并计算其行程速 度变化系数K之值。 解1)在图纸上选择合适的位置 作导杆摆角C DC =，得导杆 摆动中心铰链位置D。DC C 2)过D作CDC的角平分线Da ，选择适当的l，在角平分线上作 DA(dl)mm，得曲柄AB的转动中 心铰链位置A和曲柄长度 ABABl 150mm。导杆长度应大 于300150450mm。作出机构运动 简图。aBBA3)极位夹角 60，行程速度变化系数 K=2。三、平面机构的压力角 和传动角、死点F1 = FcosF2 = FsinABCDFvcF1F21、机构压力角:在不计摩擦力、惯性力和重力的
13、条 件下，机构中驱使输出件运动的力的方向线与输出 件上受力点的速度方向间所夹的锐角，称为机构压 力角，通常用表示。传动角：压力角的余角。机构的传动角和压力角作出如下规定： min ；= 3060； max。 、分别为许用传动角和许用压力角。vcABCDFF1F2通常用表示.FABC12 3vB3 FvB3ABC123= 0 = 90nvFvB3FABC231vF= arccosb2+c2-d2-a2+2adcos/2bc. = 0, min= arccosb2+c2-(d-a)2/2bc2、最小传动角的确定BCminF2ABCDFvcF1abcdFVc = 或 = 180- B C max =
14、 180, max= arccosb2+c2-(d+a)2/2bc min=min ,180 -maxminmin= =arccos（ a+e)/b为提高机械传动效率，应使其最小传动角处于工 作阻力较小的空回行程中。B AC BC eab cos=（asin +e)/babBBACBCC min3 机构的死点位置在不计构件的重力、惯性力和运动副中的摩擦阻力 的条件下，当机构处于传动角=0（=90）的位置 下，无论给机构主动件的驱动力或驱动力矩有多大，均不 能使机构运动，这个位置称为机构的死点位置。F1 = FcosF2 = FsinDABCF vBFDACv如何使机构顺利通过死点位置？利用飞轮
15、惯性 机构错位排列23、平面四杆机构的运动设计 1、基本问题根据机构所提出的运动条件，确定机构的运动学尺寸 ，画出机构运动简图。1）根据给定的运动规律（位移、速度和加速度）设 计四杆机构；a 实现连杆的几个位置c 实现两连架杆的对应角位移、角速度和角加速度 （颚式碎矿机、惯性筛）b 实现输出构件的急回特性2）根据给定的运动轨迹设计四杆机构；A0A1B3A3A2B2B1B0E2E1E3213) 综合功能1）实验法3）解析法2）几何法2、设计方法实现连杆位置 ；实现轨迹；实现速度要求一 根据给定的连杆位置设计四杆机构B1 B2B3C2C3C1A Dc23c12b23b12二 按给定行程速度变化系数设计四杆机构曲柄滑块机构例： 偏置曲柄滑块机构，s=30mm,e=12mm,K=1.5,设计此机构。三 根据给定两连架杆的位置 设计四杆机构1、 刚化反转法DACiB1 BiC11i111iBiA1i 低副可逆性； 位置固定不变，机构在 某一瞬时，各构件相对 相当于一个刚体，其形 状不会随着参考坐标系 不同
