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1、第二章 平面连杆机构1、铰链四杆机构的基本型式和特性2、铰链四杆机构的曲柄存在条件3、铰链四杆机构的演化4、平面四杆机构的设计http:/ 1、铰链四杆的基本型式、急回运动、死点位置和压力角和传动角等特点；2、曲柄连杆机构的基本条件及其演变；3、根据不同的运动条件设计平面四杆机构 基本概念n平面连杆机构是许多构件用低副(转动副和移动副)连接组成的平面机构。n优点：n低副是面接触耐磨损；加上转动副和移动副的接触表面是圆柱面和平面制造简便，易于获得较高的制造精度。因此平面连杆机构在各种机械和仪器中获得广泛使用。n缺点：n低副中存在间隙。数目较多的低剐会引起运动积累误差；而且它的设计比较复杂、不易精

2、确地实现复杂的运动规律。n最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的，称为平面四秆机构。它的应用非常广泛并且是组成多杆机构的基础。2-1铰链四杆机构的基本型式和特性铰链四杆机构的基本型式和特性平面铰链四杆机构平面铰链四杆机构：全部用转动副相连的平面四杆机构，简称铰链四杆机铰链四杆机构构。 机构的固定构件4称为机架机架，与机架用转动副相连接的杆1和杆3称为连连架杆架杆、不与机架直连接的杆2称为连杆连杆。连架杆1或杆3如能绕机架上的转动副中心A或D作整周转动，则称为曲柄曲柄；若仅能在小于360的某角度内摆动，则称为摇杆摇杆。三种基本型式三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。曲柄摇杆机构曲

3、柄摇杆机构n曲柄摇杆机构：曲柄摇杆机构：在铰链四杆机构中，若两个连架杆一为曲柄，另一个为摇杆，则此铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构。通常曲柄J为原动件。并作匀运转动；而摇杆3为从动件作变速往复摆动。曲柄摇杆机构的主要特性曲柄摇杆机构的主要特性n急回运动急回运动：快速回位的性能；n死点问题死点问题：曲柄和连杆共线，容易出现卡死或运动不确定的点；n压力角压力角：作用于从动件上的力的方向与该点运动方向之夹角，用表示。n传动角传动角：压力角之余角，用表示。急回运动急回运动特性可用行程速度变行程速度变化系数化系数（或称行程速比系数行程速比系数）K表示，式中为摇杆处于两极限伎置时，对应的曲柄所夹的

4、锐角称为极位夹角极位夹角。极位夹角可以从行程速比系数推出死点位置以摇杆3为原动件，曲柄1为从动件，当摇杆摆到极限位置C1 D和C2D时，连杆2与曲柄1共线。若不计各杆的质量，则这时连杆加给曲柄的力将通过铰链中心A。此力对A点不产生力矩，因此不能使曲柄转动。机构的这种位置称为死点位置。为了消除死点的不良影响，通常是对从动曲柄施加外力或利用飞轮及自身的惯性作用，使构件通过死点位置。死点对传动不利，但可以用于夹紧装置的防松。压力角与传动角压力角与传动角压力角压力角：作用在从动件上的驱动力与作用点的运动方向的绝对速度的所夹的锐角。越小，有效分力越大。可作为判断机构传动性能的标志。传动角：传动角：压力角

5、的余角最小传动角：最小传动角：机构运转时传动角是变化的，为了保证机构正常工作必须规定最小传动角min的下限、对于一般机械，通常取min 40 ；对于颚式破碎机、冲床等大功率机械，最小传动角应当取大一些。可取min50 ；对于小功率的控制机构和仪表，min可略小于40”。最小传动角的确定最小传动角的确定曲柄摇杆机构的最小传动角必出现在曲柄与机架共线（）的位置双曲柄机构双曲柄机构n两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。旋转式水泵由相位依次相差90度的四个双曲柄机构组成，图b是其中一个双曲柄机构的运动简图，当原动曲柄1等角速顺时针转动时连杆2带动从动曲柄3作周期性变速转动，因此相邻两从动曲柄

6、(隔板)问的夹角也周期性地变化。转到右边时相邻二隔扳间的夹角及容积增大、形成真空。于是从进水口吸水，转到左边时，相邻二隔扳的夹角及容积变小，压力升高，从出水口排水从而起到泵水的作用。平行双曲柄机构平行双曲柄机构n双曲柄机构中，用得最多的是平行四边形机构，或称平行双曲柄机构，如下图a中的AB!C!D所示。这种机构的对边长度相等，组成平行四边形。n运动不确定状态n为了消除这种运动不确定状态，可以在主、从动曲柄上错开一定角度再安装一组平行四边形机构，如图b所示。双摇杆机构双摇杆机构n两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构2-2 铰链四杆机构有整转副的条件n两构件能相对转动360度的转动副称为整

7、转副。显然具有整转副的铰链四杆机构才可能存在曲柄。铰链四杆机构是否具有整转副取决于各杆的相对长度。n杆1为曲柄，故杆1与杆4的夹角的变化范围为0-360度，当摇杆处于左右极限位置的，曲柄与连杆两次共线、故杆1与杆2的夹角的变化范围也是0-360度；杆3为摇杆，它与相邻两杆的夹角 、 的变化范围小于360。显然，A、B为整转副，C、D不是整转副。为了实现曲柄1整周回转，AB杆必须顺利通过与连杆共线的两个位置AB和AB 整转副的数学条件铰链四杆机构中曲柄的存在条件铰链四杆机构中曲柄的存在条件n曲柄是连架杆，整转副处于机架上才能形成曲柄。因此，具有整转副的铰链四杆机构是否存在曲柄，还应根据选择何杆为

8、机架来判断。n (1)取最短杆为机架时，机架上有两个整转副，故得双曲柄机构。n (2)取最短杆的邻边为机架时，机架上只有一个整转副，故得曲柄摇杆机构。n (3)取最短杆的对边为机架时，机架上没有整转副，故得双摇杆机构。这种具有整转副而没有曲柄的铰链四杆机构常用作电风扇的摇头机构。n如果铰链四杆机构中的最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则该机构中不存在整转副无论取哪个构件作机架都只能得到双摇杆机构。2-3 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化n通过用移动副取代转动副、变更杆件长度、变更机架和扩大转动副等途径，可以得到铰链四杆机构的其他演化型式。如：n曲柄滑块机构n导杆机构n摇杆机构n定

9、块机构n双滑块机构n偏心轮机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构曲柄摇杆机构l3变成无穷大对心曲柄滑块机构偏心曲柄滑块机构曲柄滑块机构具有急回特性，常用于内燃机、压缩机和冲床等导杆机构导杆机构当l1l2时，杆2、4可作整周回转，即为曲柄转动导杆机构；当l1l2时，杆4只能往复摆动，则称为摆动导杆机构。导杆机构传动角始终是90，传动性能好，常用于牛头刨床、插床和回转式油泵。摇块机构摇块机构取杆2为固定构件，即为摇块机构，主要用于内燃机和液压驱动装置定块机构定块机构取杆3为固定构件，即为定块机构，主要用于抽油泵和抽水吸筒双滑块机构正切机构双滑块机构正切机构双滑块机构是具有两个移动副的四杆机构。可以认为是由铰

10、链四杆机构中的两杆长度趋于无穷大而演化成的。按照两个移动副所处位置的不问，可将双滑块机构分成四种型式：1)两个移动副不相邻，从动件3的位移与原动件转角的正切成正比，故称为正切机构。正弦机构正弦机构2)两个移动副相邻，且其中一个移动副与机架相关联。这种机构从动件3的位移与原动件转角的正弦成正比，故称为正弦机构。滑块联轴器滑块联轴器3)两个移动副相邻，且均不与机架相关联，如图2-21a所示。这种机构的主动件1与从动件3具有相等的角速度。图2-21b所示滑块联轴器，可用来连接中心线不重合的两根轴。椭圆仪椭圆仪4)两个移动副都与机架相关联，图2-22所示椭圆仪就用到这种机构。当滑块1和3沿机架的十字槽

11、滑动时，连杆上的各点便可以描绘出长、短径不同的椭圆。偏心轮机构偏心轮机构杆1为圆盘、其几何中心为B，因运动时该圆盘绕偏心A转动，故称偏心轮。A、B之间的距离e称为偏心距。多杆机构多杆机构冲床是由两个四杆机构组成六杆机构，第一个是双摇杆机构，第二个是摇杆滑块机构；筛料机也是两个四杆机构组成六杆机构，第一个是双曲柄机构，第二个是曲柄滑块机构。有些多杆机构不是由四杆机构组成的，如例题1-6的锯木机构。2-4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 生产实践中的要求是多种多样的，给定的条件也各不相同，归纳起来，主要有下面两类问题：平面四杆机构设汁，主要是根据给定的运动条件，确定机构运动简图的尺寸参数。有

12、时为了使机构设计得可靠、合理，还应考虑几何条件和动力条件(如最小传动角min )等。(1)按照给定从动件的运动规律(位置、速度、加速度)设计四杆机构。(2)按照给定点的运动轨迹设计四杆机构。 四杆机构设计的方法有解析法、几何作图法和实验法。作图法直观，解析法精确，实验法简便。一、按照给定的行程速度变化系数设计四一、按照给定的行程速度变化系数设计四杆机构杆机构n在设计具有急回运动特性的四杆机构时，通常按实际需要先给定行程速度变化系数K的数值，然后根据机构在极限位置的几何关系，结合有关辅助条件来确定机构运动简图的尺寸参数。1 按按K值设计曲柄摇杆机构值设计曲柄摇杆机构1 曲柄摇杆机构已知条件：摇杆

13、长度l3 ，摆角和速度变化系数K。设计目标：确定铰链中心A的位置、其它三个杆件的尺寸l1、l2和l4 。设计步骤：1)极位夹角：2) 选定固定铰链D的位置，根据l1和摆角作C1D和C2D3)连接C1和C2，作C1MC1C2；4)作C1C2N90-，得到P点，即C1PC2 ;5)作PC1C2的外接圆，取A点，连接AC1、 AC2，即C1AC2 ;6)根据曲柄的极限位置杆1和杆2共线的特征，可得l11/2(AC2-AC1)导杆机构的设计导杆机构的设计二、按给定连杆位置设计四杆机构二、按给定连杆位置设计四杆机构给定运给定运动前后的位置设计四杆机构动前后的位置设计四杆机构已知：连杆长度l1 BC和两个

14、位置B1C1和B2C2 。求解：铰链中心A和D、和其余三杆的长度。步骤：（1）绘出B1C1和B2C2 ；（2）连接B1和B2 、 C1和C2 ，并作B1B2和C1C2 的垂直平分线b12和c12 ，并在b12和c12上任意取A、D两点，可得求解；（3）有无穷多个解，可根据最小传动角及其结构要求确定唯一解。本题可按照A、D在同一水平线上，且ADBC确定唯一解。2、给定连杆的三个位置设计四杆机构、给定连杆的三个位置设计四杆机构由于B和C点分别是绕着A点和D点转动，因此可以按照三点求圆心的方法得出A、D两点，连接A、B、C、D就可以形成四杆机构的图形三、按照给定两连架杆对应位置设计四杆机构三、按照给定两连架杆对应位置设计四杆机构已知：连架杆AB和CD的三个对应角度求解：各杆的长度解（1）根据各杆长度按同一比例增减时，各杆的转角关系不变，所以取AB的长度为1；（2）通过x和y轴的投影关系建立以下关系式：（3）设：（4）代入对应转角可求得P0、 P1和P2 ，然后可得出尺寸l2、l3和l4 。由上式可知，如果已知的对应转角只有两组，则不能求解。但如果已知的对应转角超过三组，就不可能得到精确的解。只能采用试探的方法求解。四、按照给定点的运动轨迹设计四杆四、按照给定点的运动轨迹设