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1、第二部分(第九章) 平面连杆机构,机械基础,第九章 平面连杆机构,9-1 平面连杆机构概述,9-2 铰链四杆机构,9-3 其他平面连杆机构,9-1 平面连杆机构概述 （Planar Linkage）,机械基础,连杆机构：各构件间均以低副（转动副、移动副、球面副、圆柱副等）相连接的机构称为连杆机构，也叫低副机构。,平面机构：各构件的相对运动平面互相平行（常用的机构大多数为平面机构）。,空间机构：至少有两个构件能在三维空间中相对运动。,连杆机构（面接触的结构）的优点：运动副单位面积受压力较小，面接触便于润滑，故磨损较小；制造方便，易获得较高的精度；两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的；连杆机
2、构可以实现给定的运动规律或实现给定的运动轨迹，但只用于速度较低的场合。,机械基础,平面连杆机构分为四杆机构和多杆机构。,铰链四杆机构：全部用转动副相连的平面四杆机构。它是平面四杆机构的基本型式之一，其它型式的四杆机构可看作是在它的基础上通过演化而成的。,机械基础,9-2 铰链四杆机构 （Four - bar linkages）,机架：机构的固定构件； 连杆：不直接与机架连接的构件； 连架杆：与机架用转动副相连接的构件； 连架杆可分为： 曲柄：能绕机架作整周转动的连架杆； 摇杆：只能绕机架作小于360的某一角度摆动的连架杆。,机械基础,机械基础,在铰链四杆机构中，按连架杆能否作整周转动，可将铰链
3、四杆机构分为：,一、曲柄摇杆机构 二、双曲柄机构 三、双摇杆机构,机械基础,曲柄存在的条件,1、整转副：,2、整转副存在的条件：,两构件能相对转动360的转动副。,取决于各杆的长度。,l1,A,l4,l2,l3,C,B,D,曲柄摇杆机构,分析：若l1能绕A整周相对转动，则存在两个特殊位置。,在AC“ D中有：,l4 (l2 l1)l3 l3 (l2 l1)l4,l1l4 l2l3 （1） l1l3 l2l4 （2）,l1l2 l4l3 （3）,机械基础,在AC D中有：,将（1）、（2）、（3）式两两相加，得到以下关系式：,l1 l2，l1 l3，l1 l4,以上关系表明 l1 为最短杆。,曲
4、柄存在的条件：,（1）杆长之和条件：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和。,（2）最短杆条件：连架杆和机架中必有一杆是最短杆。,l1l4 l2l3 （1） l1l3 l2l4 （2） l1l2 l4l3 （3）,机械基础,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 其余三杆长度之和。,你会判断由不同杆作机架时四杆机构属于哪种机构么？ 方法如下,机械基础,一、曲柄摇杆机构,两个连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆，则此铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。,曲柄1为原动件，作匀速转动；摇杆3为从动件， 作变速往复摆动。,机械基础,雷达天线俯仰机构,机械基础,可以实现由曲
5、柄的整周回转运动到摇杆往复摆动的运动转换。,搅拌机,机械基础,可以实现由曲柄的整周回转运动到摇杆往复摆动的运动转换。,可以将摇杆的摆动转换为曲柄的整周回转运动。,汽车车窗雨刷机构,缝纫机,机械基础,二、双曲柄机构,两个连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。,双曲柄机构,机械基础,机械基础,惯性筛工作机构,从动曲柄3与主动曲柄1的长度不同，故当主动曲柄1匀速回转一周时，从动曲柄3作变速回转一周，机构利用这一特点使筛子6作加速往复运动，提高了工作性能。,1、曲柄1为原动件，作等角速转动；从动件曲柄3也以相同角速度转动。,特例：平行双曲柄机构，其相对两杆平行且相等。,2、当四个铰链中心处于同一
6、直线上时，将出现运动不确定状态。,为了消除这种运动不确定状态,可在主、从动曲柄上错开一定角度再安装一组平行四边形机构。,机械基础,机车驱动轮联动机构,机械基础,三、双摇杆机构,两个连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。,双摇杆机构,机械基础,机械基础,起重机吊臂结构,ABCD构成双摇杆机构，AD为机架，在主动摇杆AB的驱动下，随着机构的运动连杆BC的外伸端点E获得近似直线的水平运动（EE），使吊重Q能作水平移动，大大节省了移动吊重所需要的功率。,机械基础,飞机起落架机构,（1）机构的急回运动特性：,四、曲柄摇杆机构的一些主要特性：,摆角,C1,C2,D,A,B1,B2,B,C, 1 2
7、, t1 t2 ,1 180 ,曲柄转角,2 180 ,铰链C的平均速度：,v1 v2,它表明摇杆具有急回运动特性。,慢行程,快行程,机械基础,急回运动特性可用行程速比系数（或行程速度变化系数）K 表示：,曲柄摇杆机构的极位夹角 越大，K 值越大，急回运动的性质越显著。 =0、 K =1时，无急回特性。,极限夹角计算公式：,式中 为摇杆处于两极限位置时，对应的曲柄所夹的锐角，称为极位夹角（ C2AC1） 。,机械基础,连杆机构输出件具有急回特性的条件：,1）原动件作等角速整周转动； 2）输出件具有正、反行程的往复运动； 3）极位夹角 0。,机械基础,（2）压力角和传动角,F,vc,a、机构压力
8、角:在不计摩擦力、惯性力和重力的条件下，机构中驱使输出件运动的力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。,机械基础,b、传动角：压力角 的余角。,A,B,C,D,F1,F2,通常用 表示： 90 ,F1为有效分力；,F1 = Fcos；, ，F1,在连杆设计中，为度量方便，习惯用传动角 来判断机构传力性能。 F1，机构传力性能越好；反之，机构传力越费劲，传动效率越低。, ，连杆和从动摇杆之间所夹的锐角。,机械基础,min ； = 40 50； 为许用传动角 曲柄摇杆机构的最小传动角min出现在曲柄与机架共线（即曲柄转角 = 0 或 = 180 ）的位置。,机构运转
9、时，传动角 是变化的，为了保证机构的正常工作，机构的传动角作出如下规定。,机械基础,（3）死点位置：（主动件条件）,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:当摇杆为主动件，连杆和曲柄共线时，过铰链中心A的力，对A点不产生力矩，不能使曲柄转动，机构的这种位置称为死点位置 。,机械基础,机械基础, 机构停在死点位置，不能起动。运转时，靠惯性 冲过死点。,缝纫机踏板机构,工件夹紧机构, 利用死点实例,机械基础,思考题：,曲柄摇杆机构是否一定具有急回特性？ 是否肯定有死点位置？,1.曲柄为原动件，当机构有极位夹角时，就有急回特性； =0、K=1时，无急回特性。 2.存在死点位置的标志是：
10、连杆与从动件共线。 摇杆为原动件，有2个死点位置； 曲柄为原动件，没有死点位置，因为此时连杆与从动杆不会共线。,机械基础,【设计实例】如图示的加热炉门启闭机构，图中为炉门关闭位置，使用要求在完全开启后门背朝上水平放置并略低于炉口下沿，见图中位置。,机械基础,解：把炉门当作连杆BC，已知的两个位置B1C1和B2C2 ，B和C已成为两个铰点，分别作直线段B1B2、C1C2的平分线得b12和c12 ，另外两铰点A和D就在这两根平分线上。为确定A、D的位置，根据实际安装需要，希望A、D两铰链均安装在炉的正壁面上即图中yy位置，yy直线分别与b12、c12相交点A和D即为所求。,摇杆长,转动副D, ,
11、直线, 滑块,摇杆3, 移动副,曲柄滑块机构,一、曲柄滑块机构：当曲柄摇杆机构中的摇杆为无限长时，即为曲柄滑块机构。具有一个移动副和三个转动副。,机械基础,9-3 其它平面连杆机构(铰链四杆机构的演化) （Other Planar Linkages）,机械基础,曲柄滑块机构的应用内燃机,对心曲柄滑块机构,e 称为偏距,e0，偏置曲柄滑块机构 e = 0，对心曲柄滑块机构,偏置曲柄滑块机构,机械基础,A,e,慢行程,1,2,1,（1）曲柄滑块机构的行程,C1、C2：曲柄与连杆两次共线时，滑块移动的两个极限位置。曲柄滑块机构同样具有急回特性。 两个极限位置之间的距离，称为机构的行程H。,主动件：曲
12、柄或滑块,机械基础,（2）对心式曲柄滑块机构的死点位置：,机构停在死点位置，不能起动。 解决办法：运转时，靠惯性冲过死点。,机械基础,二、曲柄导杆机构,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）,取曲柄滑块机构的原连架杆2为机架而得到的，原连杆3为主动件，若l3 l2，导杆1作整周运动，称为转动导杆机构；若l3 l2，导杆1作往复摆动，称为摆动导杆机构。,机械基础,三、曲柄摇块机构,举例：自卸卡车车箱的举升机构,机械基础,取曲柄滑块机构中的原连杆3为机架而得到的。当原曲柄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。,手摇唧筒,取曲柄滑块机构中的原滑块4为机架而得到的。当原曲柄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）。,四、移动导杆机构,机械基础,应用实例：手压抽水机、抽油泵等。,本章结束,
