矿山机电设备 平面连杆机构

第二章平面连杆机构平面连杆机构特点①能够实现多种运动形式的转换和得到各种复杂的运动轨迹。②连杆机构是低副机构，各构件之间的相对运动部分均为面接触，故单位面积上的压力较小。所以摩擦磨损较小，构件的使用寿命较长。适于传递较大的动力。③各构件之间的接触面为圆柱面或平面，几何形状简单，便于加工制造，能得到较高精度。④构件间的相互接触是依靠运动副元素的几何形状来保证的，不像凸轮机构那样，有时需外加的弹簧力来保证从动件与凸轮的接触。因此运动构件接触简单可靠。⑤当构件数目比较多或制造精度较低时,机构的运动累积误差较大，会影响运动准确性。⑥连杆机构中，由于有的构件的运动速度在变化，产生惯性动负荷，因此常会引起冲击或振动。当机构运动速度较高时,这种冲击或振动更为严重。（惯性力不易平衡）平面连杆机构的类型平面连杆机构中固定的构件称为机架，直接与机架相联接的构件称为连架杆，在连架杆中能绕固定轴线作整周回转的称为曲柄，只能在某一角度内摆动的称为摇杆，联接连架杆的构件称为连杆（它作平面运动）。

二杆机构平面连杆机构中最简单的型式是二杆机构。工业上常用的电动机、砂轮机、水泵等都是二杆机构的应用实例。平面低副联接的三个构件不能组成机构，而只能联成一个构件。平面四杆机构根据两个连架杆能否成为曲柄，铰链四杆机构可分为三种基本形式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。平面四杆机构曲柄摇杆机构特点是：既能将曲柄的整周转动变换为摇杆的往复摆动，又能将摇杆的往复摆动变换为曲柄的连续回转运动。例如：搅拌机、缝纫机等。双曲柄机构的特点是：能将等角速度转动转变为周期性的变角速度转动。例如：惯性筛、挖掘机（平行四边形机构）、车门启闭机构（反平行四边形机构）等。双摇杆机构的特点是：两个连架杆均为摇杆。例如：起重机、电风扇摇头机构等。含有一个移动副的平面四杆机构1.曲柄滑块机构：铰链四杆机构中，扩大转动副，使转动副变成移动副。根据滑块往复移动的导路中心线是否通过曲柄转动中心，曲柄滑块机构可分为对心曲柄滑块机构和偏置曲柄滑块机构。特点：可以实现转动和往复移动的变换。应用：活塞式内燃机、空气压缩机、冲床等机械等。含有一个移动副的平面四杆机构2.曲柄导杆机构:取曲柄滑块机构的不同构件为机架而获得的。取构件2为机架，构件3为主动件，若l3＞l2

，导杆1作整周运动，称为转动导杆机构；若l3＜l2

，导杆1作往复摆动，称为摆动导杆机构。应用实例：回转式油泵（转动导杆机构）牛头刨床的主体机构（摆动导杆机构）。含有一个移动副的平面四杆机构3.曲柄摇块机构：取曲柄滑块机构中的连杆3为机架而得到的。当曲柄2为原动件绕点转动时，滑块4绕机架3上的铰链中心摆动，故称该机构为曲柄摇块机构或称为摆动滑块机构。应用于各种摆动式原动机和工作机中。摆缸式液压泵、卡车车箱自动翻转卸料机构。含有一个移动副的平面四杆机构4.移动导杆机构：取曲柄滑块机构中的滑块4为机架而得到的。当曲柄2转动时，导杆1可在固定滑块4中往复移动，故该机构称为移动导杆机构（或定块机构）。应用实例：手压抽水机、抽油泵等。曲柄机构定块平面四杆机构平面四杆机构可以进行多种运动变换和实现复杂运动轨迹，如内燃机中的曲柄滑块机构，如图（b）所示雷达仰角调节机构。如图（c）所示的多杆机构（六杆机构〕，可以看成由两个四杆机构串接而成。因此，四杆机构是平面连杆机构中最基本形式，它是多杆机构的基础。图所示为一曲柄摇杆机构，设曲柄AB为原动件,摇杆CD为从动件。曲柄在回转一周的过程中与连杆BC有两次共线，这时揺杆CD分别位于极限位置C1D和C2D。平面四杆机构运动的急回特性ABCDAB1C1D1AB2C2D2

一般位置极限位置2极限位置1平面四杆机构运动的急回特性曲柄摇杆机构所处的这两个位置，称为极限位置（简称极位)。摇杆在两极限位置间的夹角φ称为摇杆的摆角。从动件的两个极限位置所对应的主动件的两个位置所夹角的锐角θ，称为极限位置夹角。C1DC2B1B2Aθα1α2φ平面四杆机构运动的急回特性C1DC2B1B2Aθα1α2φ平面四杆机构运动的急回特性C1DC2B1B2Aθα1α2φ行程速比系数K—从动件（摇杆)行程速比系数；当θ=0°时无急回特性；当θ≠0°时有急回特性，而且θ角越大，K值越大，急回特性越明显。设计机械时，应根据工作要求恰当地选择K值。θ角常作为设计四杆机构时的给定运动条件。偏置曲柄滑块机构的急回特性如图(a)所示的对心曲柄滑块机构，极位夹角θ=0°，故K=1，说明该机构无急回特性。图(b)所示的偏置曲柄滑块的机构，其极位夹角θ≠0°，所以K≠1，说明该机构有急回特性。导杆机构的急回特性在图所示的摆动导杆机构中，当曲柄AC两次转到与导杆垂直时，导杆就摆到两个极限位置C1D和C2D，由图可知θ=φ≠0，所以它有急回特性。急回特性的应用四杆机构的这种急回特性，在机器中可以用来节省空回行程的时间，以节省动力和提高劳动生产率。对于一些要求具有急回运动性质的机械，如牛头刨床、往复式运输机等，常根据所需要的K值，先算出极位夹角，再确定各杆的尺寸。压力角主动件上的驱动力通过连杆传给从动件的力P是沿BC方向作用的。从动件所受压力P的作用线与受力点C的线速度vc之间所夹的锐角α称为压力角。力P在vc方向的有效分力Pt=Pcosα。显然，压力角越小,有效分力Pt就越大，所以判断一连杆机构是否具有良好的传动性能，可用压力角作为标志。传动角在实际应用中，为了度量方便，通常以压力角α的余角γ(即连杆和从动件摇杆之间所夹的锐角）来判断连杆机构的传动性能，γ称为传动角。因为γ=90°-α，所以γ角愈大，有效分力Pt也愈大，对机构的传动愈为有利。因此，在连杆机构中常用传动角的大小及变化情况来表示机构的传动性能。传动角的许用最小值〔γ〕当连杆BC与从动件CD的夹角δ为锐角时则γ=δ；若δ为钝角时，则γ=180°-δ。为了保证机构能够正常工作、传动良好，应使传动角的最小值γmin≥〔γ〕，这里〔γ〕为传动角的许用最小值。一般机械中推荐〔γ〕=40°~50°，传递的功率大时，传动角γmin应取大一些。如颚式破碎机、冲床等大功率机械，可取γmin≥50°；而在一些控制机构、仪表机构中，γmin甚至可小于40°。传动角——最大、最小位置死点位置曲柄摇杆机构，当摇杆为主动件时，在两个(曲柄和连杆共线)极限位置：

曲柄上的力通过回转中心A，产生的力矩为0，曲柄不转动。称为死点。这时，压力角α=90º,传动角γ=0º克服死点单缸内燃机利用飞轮克服死点，并控制速度波动。多缸内燃机则利用错位克服死点，缸数越多，速度越平稳。利用机构的死点来实现一定的工作要求

铰链四杆机构存在曲柄的条件连架杆和机架中必有一杆是最短杆；最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆长度之和最短杆为机架时，为双曲柄机构。最短杆为连架杆时，为曲柄摇杆机构。平面四杆机构的演化扩大转动副

曲柄变成偏心轮。适用于曲柄尺寸小，受力大时。