机械设计基础 朱龙英 02平面连杆机构

2023/2/51

连杆传动是利用常用的低副传动机构进行的传动，连杆传动能方便的实现转动、摆动、移动等运动形式的转换。其中以由四个构件组成的四杆机构应用最广泛，而且是组成多杆机构的基础。本章内容：着重讨论平面四杆机构的基本类型、演化方法、运动特性及常用设计方法。第二章平面连杆机构及其设计2023/2/52连接型式:平面连杆机构的基本型式是铰链四杆机构其余四杆机构均是由铰链四杆机构演化而成的二杆三杆,不可能.铰链四杆机构根据有无移动副存在：铰链四杆机构，滑块四杆机构滑块四杆机构2023/2/531、特点优点：

(1)面接触，压强小，便于润滑，磨损轻，寿命长，传递动力大

(2)低副易于加工，可获得较高精度，成本低

(3)杆可较长，可用作实现远距离的操纵控制

(4)可实现转动、移动等基本运动规律和运动轨迹二、平面连杆机构的特点和应用§2-1概述1、连杆机构：构件全部用低副联接而成的机构（低副机构）2、平面连杆机构3、铰链四杆机构一、概念缺点：

(1)低副中存在间隙，精度低

(2)不容易实现精确复杂的运动规律2023/2/542、应用：雷达天线俯仰角调整机构摄影车升降机构摇头风扇传动机构2023/2/55机械式转向系2023/2/56机车车轮的联动机构

机车车轮联动机构2023/2/57§2-2铰链四杆机构的类型、应用及其演化名词：机架、连架杆（曲柄、摇杆）、连杆2023/2/582023/2/59。名词：导杆（作为其他构件的移动导轨，并与机架有相对运动）2023/2/510(一)

曲柄摇杆机构

特点：两连架杆一个是曲柄（整周转）；一个是摇杆（摆动）一、铰链四杆机构的基本型式2023/2/511应用：

雷达

缝纫机2023/2/5122023/2/513(二)双曲柄机构

特点：两连架杆都是曲柄（整周转）主动曲柄匀速转，从动曲柄变速转2023/2/514(三)双摇杆机构

特点：两连架杆都是摇杆（摆动）飞机起落架（实景）

2023/2/515鹤式起重机2023/2/5162023/2/5172023/2/518二、铰链四杆机构的演化转动副演化方法选取不同构件作为机架移动副（滑块四杆机构）扩大转动副（一）取不同构件为机架类型:对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构L1L11、曲柄滑块机构eL2L22023/2/5192、导杆机构(1)演化过程对心曲柄滑块机构中，当将曲柄改为机架时，就演化成导杆机构。2023/2/520(2)类型转动导杆机构摆动导杆机构移动导杆机构L1<L2

L1>L2

L1L2

：机架长度，:曲柄长度2023/2/521(3)应用牛头刨床机构

简易刨床缝纫机刺布机构2023/2/5222023/2/5233、摇块机构(1)演化过程曲柄滑块机构中，当将连杆改为机架时，就演化成摇块机构。2023/2/524(2)应用泵2023/2/5254、定块机构(1)演化过程曲柄滑块机构中，当将滑块改为机架时，就演化成定块机构。2023/2/526(2)应用移动导杆机构

2023/2/5272023/2/5281、铰链四杆机构中一个转动副转化为移动副（二）转动副变移动副2023/2/529e类型:对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构：L1<L2

行程S=2L1偏置曲柄滑块机构：e<L2-L1

行程L1L2L1L2曲柄存在条件：2023/2/5302、铰链四杆机构中两个转动副转化为移动副由于此机构当主动件1等速回转时，从动导杆3的位移为y=Labsinα，故又称正弦机构

α2023/2/531双转块机构双转块机构2023/2/532双滑块机构

双滑块机构2023/2/533（三）扩大运动副（偏心轮)

在曲柄滑块机构（曲柄摇杆机构）中，若曲柄很短，可将转动副B的尺寸扩大到超过曲柄长度，则曲柄AB就演化成几何中心B不与转动中心A重合的圆盘，该圆盘称为偏心轮，含有偏心轮的机构称为偏心轮机构。2023/2/5342023/2/535

偏心轮机构结构简单，偏心轮轴颈的强度和刚度大，且易于安装整体式连杆，广泛用于曲柄长度要求较短、冲击在和较大的机械中。

颚式破碎机

2023/2/536一、铰链四杆机构存在曲柄的条件类型的判别关键在于：机构中有无曲柄，有几个曲柄有无曲柄在于：机构中各构件的相对位置及最短杆所处的位置机构存在曲柄的条件:

？§2-3平面四杆机构的基本特性及设计2023/2/537

在铰链四杆机构中，

AB

为曲柄、BC

为连杆、CD为摇杆、AD

为机架。各杆长度分别为

、

、

、

。

经整理,得:在△CB2D

中

同理，若假设l4≤l1,亦可得到：在△

CB1D

中若假设l1≤l4,可得到：2023/2/538

1、铰链四杆机构存在曲柄的条件：

(1)Lmax+LminL(其余两杆长度之和)；

(2)机架或连架杆为最短杆。

2、铰链四杆机构存在一个曲柄的条件：

(1)Lmax+LminL(其余两杆长度之和)；

(2)连架杆为最短杆。

3、铰链四杆机构存在二个曲柄的条件：

(1)Lmax+LminL(其余两杆长度之和)；

(2)机架为最短杆。

4、当Lmax+Lmin>L(其余两杆长度之和)时，或者最短杆是连杆时，结论：

为双摇杆机构2023/2/539ACBD2023/2/5402023/2/5412023/2/542当回程所用时间小于工作行程所用时间时，称该机构具有急回特性。二、急回特性2023/2/543极位夹角：

（固定铰链A相对活动铰链C两个极限位置的夹角）急回特性分析：

设1=C，行程与回程所用时间分别为t1和t2，1=1t1=1800+2=1t2=1800-

t1>t2,v2>v1行程速比系数K二、急回特性K=1,无急回特性q↑，K↑，急回特征越显著1jC212v2v1慢快急回特性的应用例：牛头刨工作要求B1C14ABCD231jB22023/2/544C1B1B2HC2偏置曲柄滑块机构2AB134eCab,有急回特性。摆动导杆机构B2B1有急回特性。B1B2HH=2a,,无急回特性。314A对心曲柄滑块机构B2CabC1C2AB2023/2/545注意：急回特性是表征从动件特性的。若

>0，即K>0从动件具有急回特性，此机构具有急回特性。分析机构的急回特性时要注意原动件的运动方向。优点：可缩短非工作行程的时间，提高效率。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）2023/2/546

压力角FVa从动杆(运动输出件)受力作用点的力作用线与速度方位线所夹锐角.(不考虑摩擦)传动角gagddg=dg=

180

-d压力角的余角.(连杆轴线与从动杆轴线所夹锐角)传动不利，设计时规定min4050三、压力角和传动角1、压力角与传动角传动角的大小随机构位置的不同而变化，min在哪？有效力Ft=FCOS，越大越好，因此越小越好。2023/2/5472、最小传动角minDBAC=0cos=1cosmin=180°cos=–1cosmax分析：

min或

max可能最小传动角最小的位置：原动件与机架共线dabc2023/2/548死点:传动角为零g=0(从动件与连杆共线),机构顶死三、死点M=F*L＝0B1C1B2C24ABCD231=00=00=00C2B2=00BACB1C１原动件作往复运动2023/2/549利用构件惯性力实例:家用缝纫机采用多套机构错位排列实例:蒸汽机车车轮联动机构蒸汽机车两侧利用错位排列的两套曲柄滑块机构使车轮联动机构通过死点克服死点的措施GG’EFE’F’2023/2/550实例:夹具飞机起落架机构死点的利用折叠家具机构=002023/2/551设计内容：选择形式；确定尺寸（运动简图）设计方法：图解法；实验法；解析法§2-4平面四杆机构的设计两类问题：实现给定的运动规律

(位置设计)(轨迹设计)实现给定的运动轨迹2023/2/552一、平面连杆设计的基本问题1.平面连杆机构设计的基本任务根据给定的设计要求选定机构型式；确定各构件尺寸，并要满足结构条件、动力条件和运动连续条件等。2.平面连杆机构设计的三大类基本命题满足预定运动的规律要求满足预定的连杆位置要求满足预定的轨迹要求§2-4平面四杆机构的设计2023/2/553（1）满足预定运动的规律要求要求两连架杆的转角能够满足预定的对应位置关系；要求在原动件运动规律一定的条件下，从动件能够准确地或近似地满足预定的运动规律要求。满足两连架杆转角的预定对应位置关系要求的机构示例——车门开闭机构设计时要求两连架杆的转角应大小相等，方向相反，以实现车门的起闭2023/2/554飞机起落架机构=00（2）满足预定的连杆位置要求设计时要求连杆能依次点据一系列的预定位置。(又称为导引机构的设计

)设计时要求机轮在放下时连杆与另一连架杆在共线位置。

2023/2/555（3）满足预定的轨迹要求设计时要求在机构运动过程中，连杆上某点能实现预定的轨迹。(又称为轨迹生成机构的设计)机构示例——鹤式起重机机构示例——搅拌机机构3.设计方法:1）解析法2）图解法

3）实验法2023/2/556用图解法设计四杆机构：

1.