任务二 平面连杆机构

任务二平面连杆机构案例导入

案例分析：如图所示为缝纫机踏板机构，为其机构运动简图和结构示意图。缝纫机传动路线为:操作者踩踏踏板使摇杆1（原动件）往复摆动→连杆2驱→曲柄3（从动件）→带动带轮使机头主轴连续转动。缝纫机踏板机构

问题：（1）各构件的长度如何才能保证实现相关的运动？（2）该机构在工作时，出现卡死现象如何处理？

缝纫机踏板机构案例导入平面连杆机构的类型

1平面四杆机构的演化2平面连杆机构的基本特性3平面四杆机构的设计

4本章内容一平面连杆机构的类型

基本概念：

连杆机构：机构中各构件只采用低副连接的构件称为连杆机构。

平面连杆机构：所有构件均在同一平面或相互平行的平面内运动的连杆机构称为平面连杆机构。

缝纫机脚踏机构锯管机构

四杆机构：由四个构件组成的平面连杆机构称为四杆机构

脚踏式脱粒机缝纫机缝纫机构

（一）铰链四杆机构类型1、基本概念：铰链四杆机构：四个构件全部用转动副相连的四杆机构

连架杆机架连架杆连杆曲柄摇杆连架杆能绕其轴线转360º的连架杆仅能绕其轴线作往复摆动的连架杆2、铰链四杆机构的组成：连杆：不直接与机架相连的构件。1）曲柄摇杆机构曲柄为主动件时，转动—>摆动摇杆为原动件时，摆动—>转动两连架杆中一个为曲柄，另一个为摇杆的四杆机构，称为曲柄摇杆机构3、铰链四杆机构的分类

按照两连架杆的运动形式的不同（即有无曲柄），可将铰链四杆机构分为：

应用案例：雷达天线、脚踏式脱粒机、搅拌机、水稻插秧机的秧爪运动机构。

脚踏式脱粒机缝纫机的脚踏粒机雷达天线

搅拌机机构水稻插秧机的秧爪运动机构曲柄摇杆机构功能：将连续转动转换为摆动，或者将摆动转换为连续转动。两连架杆均为曲柄的四杆机构称为双曲柄机构2）双曲柄机构主动曲柄等速转动—>从动曲柄也同速同向转动曲柄摇杆机构主动曲柄等速转动—>从动曲柄变速转动

应用案例：惯性筛机构

功能：将等速转动转换为不等速同向转动。惯性筛机构两连架杆均为摇杆的四杆机构称为双摇杆机构3）双摇杆机构

应用案例：港口鹤式起重机、汽车转向机构、电风扇摇头机构、飞机起落架等机构。电风扇摇头机构

功能：将一种摆动转换为另一种摆动。汽车前轮转向机构鹤式起重机机构中相邻构件能否相对转整周，由各构件长度间的关系决定。

（二）铰链四杆机构的基本特性1、曲柄存在的条件：

设：一曲柄摇杆机构ABCD，各杆长为a、b、c、d，AB为曲柄

则在曲柄整周回转的过程中必会通过与机架AD平行的两位置，即杆1和杆4拉直共线和重叠共线，如下图所示由三角形的边长关系可得a+d≤b+cd-a+b≥c→a+c≤b+dd-a+c≥b→a+b≤c+d分析：a+d≤b+ca+c≤b+da+b≤d+ca≤ba≤ca≤d通过上面的分析，可以说明两个问题：

（1）在曲柄摇杆机构中，曲柄为最短杆；

（2）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆长度之和

结论：

最短杆和最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和是铰链四杆机构有曲柄的必要条件(不满足这一条件的，必为双摇杆机构)

但满足这一条件的铰链四杆机构究竟有一个曲柄、两个曲柄还是没有曲柄，还需根据取何杆为机架来判断

（1）以最短杆为机架时，为双曲柄机构（2）以最短杆的相邻杆为机架时，为曲柄摇杆机构

（3）以最短杆的对面杆为机架时，为双摇杆机构双曲柄机构曲柄摇杆机构

双摇杆机构铰链四杆机构曲柄存在的条件：（1）长度和条件：机构中最短构件与最长构件长度之和小于或等于其余两构件长度之和，即（2）最短构件条件：连架杆与机架中必有一杆为最短构件。铰链四杆机构基本类型的判别方法

（1）满足长度和条件，即1)若以最短构件为机架，则机构为双曲柄机构；2）若以最短构件相邻边为机架时，机构为曲柄摇杆机构；3）若以最短构件对边为机架，则机构为双摇杆机构。（2）不满足长度和条件，则无论取哪个构件为机架均为双摇杆机构。案例分析：

如图所示的铰链四杆机构ABCD中，已知各杆的长度分别为：a=30，b=50，c=40，d=45。试确定该机构分别以AD、AB、CD和BC为机架时，属于何种机构？

案例分析：如图所示缝纫机踏板机构，已知AB=4cm、AD=11cm、BC=16cm，若BC为机构的最长构件，请问缝纫机踏板机构中各构件应满足什么条件，缝纫机踏板机构才能为曲柄摇杆机构？

想一想练一练请判断图所示各机构属于何类铰链四杆机构？

右图所示为一曲柄摇杆机构，其中曲柄为原动件作等速回转时，摇杆为从动杆，作往复变速摆动2、急回特性原动件作匀速转动，从动件作往复运动的机构，从动件正行程和反行程的平均速度不相等，返回行程速度大于工作行程速度的特性，叫做急回特性曲柄摇杆机构中，原动件AB以等速转动B2C2B1C1曲柄转角对应的时间摇杆点C的平均速度A21C34BDabcd摆角极位夹角v1v2))

摆角ψ：摇杆在两极限位置间的夹角

极位夹角θ：摇杆处于两极限位置时，曲柄所夹的锐角原动件作匀速转动，从动件作往复运动的机构，从动件正行程和反行程的平均速度不相等，返回行程速度大于工作行程速度的特性，叫做急回特性，通常用行程速度变化系数K来表示

（1）机构有极位夹角，就有急回特性

（2）θ越大，K值越大，急回特性就越显著设计时一般都先给出K值平面四杆机构具有急回特性的条件（1）原动件作等速整周转动（2）输出件作往复运动（3）3、死点位置存在死点位置的标志是：连杆与从动件共线

机构传动角γ=0（即α=90º）的位置称为死点位置。机构处于死点位置，从动件会出现卡死（机构自锁）或运动方向不确定的现象（不计惯性）

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。（因连杆与从动杆不会共线）死点位置的利弊

利：工程上利用死点位置进行工作。

飞机起落架机构夹具机构当工件被夹紧后，BCD成一直线，机构处于死点位置，即使工件的反力很大，夹具也不会自动松脱，该例为利用死点位置的自锁特性来实现工作要求的。弊：机构有死点，从动件出现卡死或运动方向不确定现象，对传动不利，如缝纫机的脚踏机构。缝纫机的脚踏机构

3）克服死点的方法

（1）增大从动件的质量，利用惯性度过死点位置。（2）在从动曲柄上施加外力或安装飞轮以增加惯性。（3）采用相同的机构错位排列。火车车轮联动装置缝纫机的脚踏机构铰链四杆机构的演化

在实际工作机械中，铰链四杆机构还远远不能满足需要，生产实践中，常常采用多种不同外形、结构和特性的四杆机构，都可以认为是铰链四杆机构的演化形式。

常用的的演化方法：

（1）变转动副为移动副；（2）取不同的构件作机架；（3）扩大转动副和移动副的尺寸。

改变从动件运动方式或运动规律，改善构件受力演化的目的：1)转动副变成移动副对心曲柄滑块机构偏心曲柄滑块机构2)扩大转动副

曲柄滑块机构—>B处转动副扩大，包括了A转动副—>转化成偏心轮机构经过这样的转化提高了偏心轴的强度和刚度，结构简化。常应用于传力较大的碎矿机和冲床等机械中(0~360°)(0~360°)(<360°)(<360°)1234ABCD曲柄摇杆机构双曲柄机构(0~360°)(0~360°)(<360°)(<360°)1234ABDC双摇杆机构(0~360°)(0~360°)(<360°)1234ABCD(<360°)取不同构件为机架各构件间的相对运动关系不变整周转动副3)取不同的构件为机架

曲柄摇杆机构若取不同的构件为机架，可得到不同的机构取不同的构件为机架取不同构件为机架各构件间的相对运动关系不变同样，对于曲柄滑块机构（a），选取不同构件为机架也可以得到不同型式的机构如杆1为机架，得到导杆机构(图b)注：当L1<L2，杆2、杆4都可转动，为转动导杆机构，转动导杆机构应用在小型刨床上若L1>L2，杆2转动、杆4只能摆动，为摆动导杆机构摆动导杆机构应用在回转式油泵、牛头刨床等装置上摆动导杆机构转动导