第三章 平面连杆机构

作业：3.1、3.5、3.7（上交作业）§3-1概述§3-2平面连杆机构的类型、应用和演化§3-3平面四杆机构的基本特性§3-4平面四杆机构的设计简介第三章平面连杆机构一、连杆机构的定义

由若干个构件通过低副连接而组成的机构称为连杆机构，又称为低副机构。§3-1概述抽油机中的连杆机构抽油机中的连杆机构内燃机中的连杆机构缝纫机中的连杆机构连杆机构是一种应用十分广泛的机构，人造卫星太阳能板的展开机构，机械手的传动机构，折叠伞的收放机构以及人体假肢等等，都是连杆机构。曲柄滑块机构、铰链四杆机构、导杆机构是最常见的连杆机构型式。二、连杆机构的分类所有构件均在相互平行的平面内运动的连杆机构，称为平面连杆机构。1、平面连杆机构

所有构件不全在相互平行的平面内运动的连杆机构，称为空间连杆机构。2、空间连杆机构三、平面连杆机构的优点1、平面连杆机构属于低副机构，运动副为面接触，压强小，承载能力大，耐冲击，并且便于润滑，磨损小。2、其运动副元素多为平面或圆柱面，制造比较容易，而且靠其本身的几何封闭来保证构件运动，结构简单，工作可靠。

3、可以实现不同的运动规律和特点轨迹要求。1）用于受力较大的挖掘机，破碎机2）用于实现各种不同的运动规律要求2）用于实现各种不同的运动规律要求四、平面连杆机构的缺点1、当机构复杂时累计误差较大，影响其传动精度。2、惯性力不容易平衡，不适合于高速传动。3、不易精确地满足各种运动规律和运动轨迹的要求。平面连杆机构中，其构件多呈杆状，故常简称为“杆”。连杆机构又可根据机构中所含杆数而命名，如：四杆机构、五杆机构、六杆机构、多杆机构等。平面连杆机构中最简单、应用最广的是四杆机构，其他多杆机构都是在它的基础上扩充而成的，本章重点讨论四杆机构及其设计。§3-2平面连杆机构的类型、应用和演化一、平面四杆机构的基本类型及应用二、平面四杆机构的演化铰链四杆机构

铰链四杆机构就是当平面四杆机构中的全部运动副均为转动副时的四杆机构。

构件名称连架杆：与机架相连的构件称为连架杆。连架杆机架连架杆连杆能绕其轴线转360º的连架杆。仅能绕其轴线作往复摆动的连架杆。曲柄摇杆连架杆机架：固定不动的构件称为机架。连杆：不直接与机架相连的构件称为连杆。周转副摆转副一、平面四杆机构的基本类型及应用1、曲柄摇杆机构2、双曲柄机构3、双摇杆机构1、曲柄摇杆机构：若在铰链四杆机构的两连架杆中一为曲柄，另一为摇杆，则此四杆机构称为曲柄摇杆机构。曲柄摇杆机构的应用颚式破碎机机构雷达天线机构搅拌机机构2、双曲柄机构在铰链四杆机构中若两连架杆均为曲柄，则此四杆机构称为双曲柄机构。双曲柄机构的应用旋转式叶片泵双曲柄机构的应用惯性筛机构在双曲柄机构中，若相对两杆的长度相等且平行，两曲柄的转向相同，称为平行四边形机构。（1）平行四边形机构：平行四边形机构的应用蒸汽机车驱动装置摄影升降机构平行四边形机构的应用耕地料斗DCAB播种机料斗机构天平在双曲柄机构中，若相对两杆的长度相等，但不平行(BC与AD)，两曲柄转向相反（AB与CD），称为反平行四边形机构。（2）反平行四边形机构：平行四边形机构，连杆与曲柄共线时，从动曲柄可能向正反两个方向转动，机构运动不确定，平行四边形机构可能变成反平行四边形机构。采用惯性、错开角度的多套机构、虚约束等消除运动不确定状态3、双摇杆机构若铰链四杆机构的两连架杆均为摇杆，则此四杆机构称为双摇杆机构。双摇杆机构的应用鹤式起重机机机构双摇杆机构的应用铸造翻箱机构B’C’ABDC等腰梯形机构：在双摇杆机构中若两摇杆长度相等，则称为等腰梯形机构。汽车前轮转向机构二、平面四杆机构的演化1、改变构件的形状和运动尺寸曲柄滑块机构C3AB124e321DCBA321DCBA偏置曲柄滑块机构（e>0)对心曲柄滑块机构(e=0)ABCe321BAC321两个滑块的四杆机构BAC321BAC213A3sBC21正弦机构正弦机构机构应用

缝纫机针杆机构双滑块机构双滑块机构应用

椭圆仪机构双转块机构2、选用不同构件为机架（1）变化铰链四杆机构的机架曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构（2）变化曲柄滑块机构的机架曲柄滑块机构BA1234C曲柄摇块机构导杆机构定块机构转动导杆机构BA1234C摆动导杆机构3A124CB导杆机构刨床机构转动导杆机构(AB<BC)摆动导杆机构(AB>BC)曲柄摇块机构移动导杆机构（定块机构）偏心轮机构3、改变运动副的尺寸CBAC1C2ABC偏心轮机构

特点：容易加工；工作时润滑条件和受力情况好；可用于较重载荷的传动中。应用举例：蒸汽机换气阀传动机构、冲压机传动机构等。§3-3平面四杆机构的基本特性一、铰链四杆机构有曲柄的条件二、压力角和传动角三、急回运动和行程速比系数四、机构的死点位置1、杆长条件：最短杆和最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和。2、最短杆是连架杆或机架。（组成周转副的两杆中必一个是最短杆）一、铰链四杆机构有曲柄的条件满足杆长条件即：最短杆+最长杆小于或等于其余两杆长度之和。若取最短杆为连架杆时：曲柄摇杆机构。若取最短杆为机架时：双曲柄机构。若取最短杆为连杆时，即最短杆相对的杆为机架：双摇杆机构。不满足杆长条件即：最短杆加最长杆大于其余两杆长度之和，则铰链四杆机构无论取哪杆为机架均无曲柄存在，只能得到双摇杆机构。在铰链四杆机构中：铰链四杆机构的类型与尺寸之间的关系：2以最短杆为机架，则此机构为双曲柄机构；以最短杆的相邻构件为机架，则此机构为以最短杆为曲柄的曲柄摇杆机构；且：13以最短杆的对边构件为机架，则此机构为双摇杆机构。（1）如果最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其它两杆长度之和——满足杆长和条件（2）如果最短杆与最长杆的长度之和大于其它两杆长度之和（不满足杆长和条件），则不论选哪个构件为机架，都为双摇杆机构。曲柄滑块机构有曲柄的条件？转动（摆动）导杆机构有曲柄的条件？AB1234eCabD二、压力角和传动角1、压力角从动件CD受的力F的作用线与力作用点C的绝对速度vc

所夹锐角，称为此位置的压力角。

在不计摩擦力、重力、惯性力的条件下，机构中驱使从动件运动的力的方向线与从动件上受力点的速度方向线所夹的锐角。vcF1ABCD234vcFF1F21ABCD234由力的分解：沿着速度方向的有效分力垂直于Ft的分力vcFF1F21ABCD234力F2只能使铰链C、D产生压轴力，希望它越小越好；力F1越大，推动机构的有效分力就越大，传力效果就越好，即越小越好。因此，对连杆机构中的压力角提出了限制，通常最大不能超过40°～50°，即：<[]=40°～50°vcFF1F21ABCD234越小，受力越好。越大，受力越好。2、传动角

压力角的余角称为机构在此位置的传动角。

=90º-

ACBDvBFFvcaAB134Cb2vcABC12FFvB3B123AC三、急回运动和行程速比系数1、极位夹角2、急回运动1、极位夹角曲柄摇杆机构中曲柄与连杆两次共线位置时曲柄之间所夹锐角称为极位夹角。当AB与BC两次共线时，输出件CD处于两极限位置。摇杆在两极限位置所夹角称为摆角。极位夹角：当摇杆处于两极限位置时，对应的曲柄位置线所夹的锐角。B2C2B1C1A21C34BDabcd摆角极位夹角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))2、急回运动t1>t2v2>v1在曲柄等速回转的情况下，摇杆往复摆动速度快慢不同的运动，称为急回运动。v2>v1为了衡量摇杆急回作用的程度，用行程速比系数表示.3、行程速比系数k为了衡量摇杆急回作用的程度，把从动件往复摆动平均速度的比值（大于1）称为行程速比系数，即由极为夹角θ为

四杆机构有无急回运动，取决于曲柄与连杆共线位置的夹角，即有无极位夹角，不论是何种机构，只要机构在运行过程中具有极位夹角，则该机构就具有急回作用。角越大，则K值越大，说明急回运动的性质也越显著。曲柄滑块机构中，原动件AB以等速转动C1B1B2C2偏置曲柄滑块机构2AB134eCab,有急回特性。曲柄摆动导杆机构B2B1有急回特性。B1B2,无急回特性。314A对心曲柄滑块机构B2CabC1C2AB四、机构的死点位置

指从动件的传动角=0°(或=90°)时机构所处的位置。（不考虑构件的重力、惯性力和运动副中的摩擦力的影响）1、死点位置B2C2vB踏板缝纫机主运动机构脚AB1C1DFB画出压力角1C234ABDabcdvBFB

对于曲柄摇杆机构，当摇杆CD为主动件，当连杆与曲柄共线时的位置，即：摇杆处于两个极限位置时，经过连杆BC传给从动曲柄AB的驱动力F，通过曲柄的转动中心A。对从动曲柄AB的有效力矩为零，故不能推动曲柄转动,机构处于卡死位置，机构的这种位置称为死点位置。此时传动角

=0°（或=90°）。机构是否有死点位置与哪一构件为主动件有关。曲柄摇杆机构，当曲柄为主动件时无死点位置;当摇杆为主动件时才有死点位置。曲柄滑块机构，当以滑块3为主动件时有死点位置。死点位置的克服办法例：缝纫机借助于带轮的惯性通过死点。（1）利用飞轮惯性来克服死点位置蒸汽机车车轮联动机构，左右车轮两组曲柄滑块机构中，曲柄AB与A’B’位置错开90°。（2）利用机构错位排列法来克服死点位置。2、死点位置在机构中的作用钻床工件夹紧机构飞机起落架机构

1、连杆机构设计的基本问题

机构选型－根据给定的运动要求选择机构的类型；尺度综合－确定各构件的尺度参数(长度尺寸)。

同时要满足其他辅助条件：a)结构条件（如要求有曲柄、杆长比恰当、运动副结构合理等）;b)动力条件（如γmin）;c)运动连续性条件等。γ§3-4平面四杆机构的设计1）实现刚体给定位置的设计要求所设计的机构能引导连杆顺序通过一系列给定的位置。即要求连杆能依次占据一系列给定的位置(或者满足预定的连杆位置要求)。2、设计的类型飞机起落架机构要求机构能引导连杆按一定方位通过预定位置，所以称为引导机构设计。铸造砂型机的翻箱机构2）实现预定运动规律的设计要求所设计的机构的主、从动连架杆之间的运动关系能满足若干组对应位置关系或某种给定的函数关系。或是要求主动连架杆的运动规律一定的条件下，从动件能够准确或近似地满足预定的运动规律的要求。这类设计统称为函数机构设计。车门开闭机构