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1、第八章平面连杆机构设计本章学习任务：平面多杆机构的基础知识，平面四杆机构设计方法驱动项目的任务安排：完善项目中平面机构的详细设计。8.1 平面四杆机构的基本知识8.1.1 平面四杆机构的基本型式如图 8-1所示，所有运动副均为转动副的平面四杆机构称为铰链四杆机构，它是平面四杆机构的基本型式，其他型式的四杆机构都可看成是在它的基础上演变而成的。在此机构中，构件 4为机架，与机架相连的构件1和 3称为连架杆。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的，称为摇杆。不与机架相连的构件(图 8-1 中构件2)作平面复杂运动，称之为 连杆。按照两连架杆运动形式的不同，可将铰链四杆机
2、构分为 三种型式： (1)曲柄摇杆机构两连架杆中，其一为曲柄，而另一个是摇杆。如图 8-2 所示的雷达天线机构就是曲柄摇杆机构。(2) 双曲柄机构两连架杆均为曲柄，如图8-3所示的惯性筛机构。(3) 双摇杆机构两连架杆均为摇杆，如图8-4 所示的汽车转向机构。图 8-3 惯性筛机构8-4 汽车转向机构8.1.2 平面四杆机构的演变除上述铰链四杆机构以外，还有其他型式的四杆机构，且这些四杆机构可由上述基本型 式演变而成。1.转动副转化成移动副摇杆长Icd为半径所作的圆弧，若将它改为图8-5 (b)所示形式，则机构运动的特性完全一样。实际上，由于 构件3仅在部分环形槽内运动，因此若将环形槽的多余部
3、分除去，则得图8-5 (c)所示的弧形滑道的连杆机 构。若此弧形槽的半径增至无穷大，则弧形槽变成直槽， 转动副也就转化为移动副，构件 3 也就由摇杆变成 了 滑块，这样，铰链四杆机构就演变成如图8-5( d)所示的滑块机构。该机构中的滑块3上的转动副中心在定参考系中的移动方位线不通过连架杆1的回转中心，称为偏置滑块机构。图中e为连架杆转动中心至滑块上转动副中心的移动方 位线的垂直距离，称之为偏距；在图8-5 (e)所示的机构中，滑块上的转动副中心移动方位线通过曲柄回转中 心，称为对心滑块机构。进行类似演变，可在滑块机构的基础上，将转动副A演变成移动副，得到如图8-6 ( a)所示的双滑块机构；
4、也可将构件2与3之间的转动副变成移动副，得到如图8-6 ( b)所示的曲柄移动导杆机构(又称正弦机构)示；若将转动副B变成移动副，则可得到图8-6( c)所的正切机构。3 D(a)(b)(c)图8-6具有两个移动副的平面连杆机构2.取不同构件为机架低副机构具有运动可逆性，即无论哪一个构件为机架，机构各构件间的相对运动不变。但选取不同构件为机架时，却可得到不同型式的机构。这种采用不同构件为机架的演变方式称为机构的倒置。图8-7所示原先为曲柄摇杆机构、曲柄滑块机构、曲柄移动导杆机构，进行倒置变换,分别得到双曲柄机构、曲 柄摇杆机构、双摇杆机构；曲柄转动导杆机构、曲柄摇块机构、定块机构；双转块机构、
5、双滑块机构及摆动导杆 滑块机构等。I铰链四杆机构H含有一个移动副的四杆机构山含有两个移动副的四杆机构2Bdi/FB/C/ A3M厂M八丿D44(a)曲柄摇杆机构(a)曲柄滑块机构(a)曲柄移动导杆机构C1C77 i|33A 彳4AV-A zC*A44AD(b)双曲柄机构(b)曲柄转动导杆机构(b)双转块机构H2CCBA28弋313B2AAD1A32CBB22B341A1DAC 33图8-7取不同的构件为机架11含有一个移动別的四杆机构J含有两个移动剧的四杆机构1狡链四杆机构(c)曲柄摇杆机构(C)戒滑块机构(d)双摇杆机构(d)定块机构(c)曲柄摇块机构 A(d)摆动导杆滑块机构8.1.3平面
6、连杆机构的共性知识1平面四杆机构有曲柄的条件 在工程实际中，用于驱动机构运动的原动机(如电动机、内燃机等) ，通常是做整周转 动的，故要求机构的主动件能作整周转动，即要求机构中存在曲柄。下面仅以铰链四杆机构为例来分析曲柄 存在条件。如图8-8所示，四杆机构各杆的长度分别为a、b、c、d如果转动副A为周转副，则AB杆应能绕A正 周转动。当AB杆与BC杆两次共线时，分别得到如图8-8( a)所示和如图8-8 (b)所示的ADC,由这三角 形的边长关系可得：ha)b)图8-8平面四杆机构有曲柄条件a b c d以及c b a d a c b dd b a c a d b c(8-1)(8-2)(8-
7、3)将上述三式分别两两相加，则得:即杆AB应为最短杆之一。分析以上不等式，可以得出平面铰链四杆机构有曲柄的条件为：1）连架杆与机架中必有一杆为四杆机构中的最短杆；2）最短杆与最长杆的杆长之和应小于或等于其余两杆的杆长之和（通常称此条件为杆长和条件）。 上述条件表明：当四杆机构各杆的长度满足杆长和条件时，其最短杆与相邻二构件分别组成的两转动副都是能作整周转动的周转副”最短与相邻二构件互为曲柄，而四杆机构的其他二转动副不是周转副”即只能是摆动副”。在上节中，曾讨论曲柄摇杆机构选取不同构件为机架，可得到不同型式的铰链四杆机构，现根据上述讨论，可更明确地将前节所得到的结论叙述如下：1）在铰链四杆机构中
8、，如果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，且其一，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；其二，以最短杆为机 架，则两连架杆均为曲柄，该机构为双曲柄机构；其三，以最短杆的对边构件为机架，则无曲柄存在，该机构 为双摇杆机构。2 在铰链四杆机构中，如果最短杆与最长杆的长度之和大于其他两杆长度之和，则不论选定哪一个构件为 机架，均无曲柄存在，该机构只能是双摇杆机构。应当指出的是，在运用上述结论判断铰链四杆机构的类型时，还应注意四构件组成封闭多边形的条件， 即最长杆的杆长应小于其他三杆长度之和。AB成为曲柄的条件为:AB成为曲柄的条件为:对于图8-9 （a）中所示的滑块机构，同样可得到杆 1）a为最短杆;2）a e d。对于图8-9（ b）所示的导杆机构，一样可得到杆7(b)图8-9其他四杆机构有曲柄的条件1）a为最短杆；2）a e d。这种机构称为摆动导杆机构。如果d为最短杆，且满足d e a,则成为转动导杆机构。例8-1在图8-10示铰链四杆机构中，已知：lBC =52mm , ICD =36mm , IAD =32mm, AD为机架。试求：（1）若此机构为曲柄摇杆机构，且AB为曲柄，求|AB的最大值；（2）若 此机构为双曲柄机构，求|AB的范 围；（3）若此机构为双摇杆机构，求IAB的范围。解：（1） AB为最短杆
