机械设计基础-四杆机构

第3章平面连杆机构第二节平面四杆机构的基本特性

第三节平面四杆机构的设计

第一节铰链四杆机构的基本形式及其演化平面连杆机构：由若干个构件以低副（转动副和移动副）连接而成，且所有构件在相互平行平面内运动的机构，也称平面低副机构。平面四杆机构：最简单的平面四杆机构是由四个构件组成的，简称平面四杆机构。铰链四杆机构：构件间用四个转动副相连的平面四杆机构。2.1概述平面连杆机构的优点是：（1）运动副都是低副，寿命长，耐磨损，传递动力大。（2）几何形状简单，易于加工，成本低。（3）在主动件等速连续运动的条件下，当各构件的相对长度不同时,从动件可满足多种运动规律的要求。（4）连杆上各点轨迹形状各异，可利用这些曲线来满足不同的轨迹要求。（5）能方便地实现转动、摆动和移动等基本运动形式及相互转换平面连杆机构的缺点：当构件数和运动副较多时，传动的精度和效率较低。低副中存在间隙，容易产生累积误差，当构件数和运动不易精确实现复杂的运动规律，且设计较为复杂。2.2.1铰链四杆机构的组成（1）机架——固定件，如图2-1所示构件4；（2）连架杆——与机架用转动副相连接的构件，如图图2-1所示构件1和构件3；（3）连杆——不与机架直接相连的构件，如图2-1所示构件2。2.2铰链四杆机构图2-1铰链四杆机构2.2.2铰链四杆机构的基本形式根据连架杆运动形式的不同，相对机架能做整周转动的称为曲柄，只能在一定角度范围内往复摆动的称为摇杆。这样，铰链四杆机构可分为三种基本形式：1．曲柄摇杆机构在铰链四杆机构的两连架杆中，若一个为曲柄，另一个为摇杆，则此四杆机构称为曲柄摇杆机构。曲柄摇杆机构的传动特点是：可实现曲柄转动与摇杆摆动的相互转换。图2-3雷达天线俯仰角的调整机构图2-4缝纫机脚踏机构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。双曲柄机构的传动特点是：当主动曲柄匀速转动时，

从动曲柄一般作变速转动。图2-5惯性筛机构图2-6平行四边形机构和反平行四边形机构在双曲柄机构中，若相对的两杆平行且长度相等，则称为平行四边形机构，在双曲柄机构中，若两相对杆的长度分别相等，但不平行，则称为反平行四边形机构。e）车门启闭机构图2-6双平行曲柄机构反平行四边形机构和平行四边形机构的应用3．双摇杆机构在铰链四杆机构中，若两连架杆均为摇杆，则此四杆机构称为双摇杆机构。双摇杆机构的传动特点是：可将一种摆动转换成另一种摆动。飞机起落架机构

图2-7轮式车辆的前轮转向机二、铰链四杆机构的演化1.曲柄滑块机构

平面铰链四杆机构可通过变更构件长度和形状、变更机架和扩大转动副等途径演化成其他平面连杆机构。2.导杆机构

曲柄滑块机构取构件1为固定构件演化而来。

曲柄滑块机构3.摇块机构

曲柄滑块机构取构件2为固定构件演化而来。

4.定块机构

曲柄滑块机构取构件3为固定构件演化而来。

导杆机构

摇块机构

定块机构

汽车自动卸料机构5.偏心轮机构

偏心轮机构一、铰链四杆机构存在曲柄的条件

1.整转副的存在条件

即

在中在中最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和；

整转副是由最短杆与其邻边组成的。铰链四杆机构有整转副存在的条件

第二节

平面四杆机构的基本特性第二节

平面四杆机构的基本特性曲柄存在的条件为：（1）连架杆和机架中必有一杆是最短杆。（2）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。上述两个条件必须同时满足否则机构不存在曲柄。若满足最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和时，可得到以下三种结构；（1）连架杆是最短杆为曲柄摇杆机构；（2）机架是最短杆为双曲柄机构；（3）若最短杆是连杆，此机构为双摇杆机构。若满足最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和时,为双摇杆机构。二、学习指导lmax+lmin≤l余1+l余2不存在曲柄双摇杆机构双摇杆机构双曲柄机构曲柄摇杆机构可能有曲柄固定件是否最短构件最短构件的邻边最短构件的对边图3-9二、急回特性与行程速比系数

1.摇杆摆角

摇杆在两极限位置的夹角2.极位夹角

对应摇杆两极限位置，曲柄两位置所夹的锐角。3.行程速比系数

或三、压力角和传动角

1.压力角：作用在从动件上点的驱动力与该点绝对速度之间所夹的锐角。2.传动角：压力角的余角（即连杆和从动摇杆所夹的锐角）四、死点位置

如图所示的曲柄摇杆机构，如果以摇杆3为原动件，曲柄1为从动件，在摇杆摆到极限位置，连杆2与曲柄1两次共线，从动件的传动角，即连杆传给曲柄的力通过铰链中心，不论此力多大，均不能使曲柄转动。机构的这种传动角为零的位置称为死点位置。

当机构处于死点位置时，机构的从动件将出现卡死或运动不确定现象。

如图所示的缝纫机踏板机构，实际使用时常会出现踏不动或倒车现象，在正常运转时，借助带轮的惯性作用，可以使曲柄顺利通过死点位置。

如图所示的钻床夹具，当工件5被夹紧时，处于死点位置可夹紧工件。

缝纫机踏板机构

钻床夹具的夹紧机构

第三节平面四杆机构的设计

平面四杆机构的设计主要是根据给定的运动条件，选择机构的类型和确定机构运动简图中各构件的尺寸。在设计中还应考虑结构条件(如合适的杆长比和运动副结构与尺寸)，动力条件(最小传动角限制)等。按照给定从动件的运动规律设计四杆机构，即位置设计。如要求从动件具有一定的急回特性，要求满足某构件占据几个预定位置等。按照给定点的运动轨迹设计四杆机构，即轨迹设计。如要求起重机吊钩的轨迹为一直线，和面机的和面杆端按预定轨迹运动等。1.按给定的行程速比系数设计四杆机构

一、图解法设计四杆机构

已知条件：行程速比系数

，摇杆长度

及摆角

。解：2.按给定连杆位置设计四杆机构造型机翻转机构设计已知连杆两个位置的设计

已知连杆三个位置的设计

给定连杆3个位置的设计

1.填空题(1)曲柄摇杆机构中行程速比系数K的大小取决于

，K值越大，机构的

越显著。(2)在曲柄摇杆机构中，当

与

共线时，机构可能出现最小传动角γmin

。(3)在铰链四杆机构中，与机架用转动副相连接的杆称为

。

(4)在曲柄滑块机构中，若滑块作为主动件，当

时，机构会出现死点位置。(5)铰链四杆机构曲柄存在的条件是①

；②

。四、复习题

⒉选择题(1)平面连杆机构是由

组成的机构。(A)高副；(B)高副和低副；(C)转动副；(D)低副。(2)平面连杆机构，构件的最少数量是

。(A)二件；(B)三件；(C)四件；(D)五件。(3)有急回运动性质的四杆机构是

。(A)对心曲柄滑块机构；(B)偏置曲柄滑块机构；(C)摆动导杆机构。(4)压力角可作为判断机构传力性能的标志，在平面连杆机构中，压力角越大，机构传力性能

。(A)越差；(B)不受影响；(C)越好。(5)曲柄摇杆机构的死点位置在

。(A)原动杆与连杆共线；(B)原动杆与机架共线；(C)从动杆与连杆共线；(D)从动杆与机架共线。四、复习题⒊问答题（1）何谓平面连杆机构？其基本型式有哪几种？（2）铰链四杆机构的基本型式哪有几种？（3）何谓曲柄摇杆机构急回运动性质？何参数反映了机构的急回运动程度？（4）曲柄摇杆机构具有死点位置的条件是什么？（5）铰链四杆机构存在曲柄的条件是什么？（6）在曲柄摇杆机构中，作图标出极位夹角、摆角、压力角和传动角、机构的极限位置、死点位置及最小传动角min；并能叙述上述概念的含义。（7）何谓平面连杆机构的压力角和传动角？压力角的大小对平面连杆机构的工作有何影响？（8）铰链四杆机构有几种演化方式？演化后的机构有