第2章 平面连杆机构

第2章平面连杆机构§2－1平面四杆机构的基本类型及其应用§2－2平面四杆机构的基本特性§2－3平面四杆机构的设计教学目标

①了解连杆机构的特点、类型、应用；②掌握平面机构的基本特性；③掌握四杆机构存在曲柄的条件、正确判断四杆机构类型；④掌握平面机构的设计。§2－1平面四杆机构的基本类型及其应用一、特点

平面四杆机构是由低副联接而成，且各个运动的构件都在互相平行的平面内运动，又称平面低副机构。

1、能实现多种运动形式的转换和得到各种复杂的运动轨迹。如：转动，摆动，移动，平面运动。2、运动副为低副：面接触：①承载能力大；②便于润滑。寿命长；何形状简单——便于加工，成本低。

(续)3、缺点：①只能近似实现给定的运动规律；②设计复杂；③只用于速度较低的场合。分类:平面连杆机构空间连杆机构常以构件数命名：四杆机构、多杆机构。

1、基本概念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)。2、类型和应用二杆机构---如电动机、水泵；

四杆机构---如曲柄摇杆机构、曲柄滑块机构(内燃机)；六杆机构---如牛头刨

。二、平面机构的类型和应用(图)---曲柄摇杆机构(图)---平面连杆机构应用举例§3.3.1铰链四杆机构1.曲柄摇杆机构附1---曲柄摇杆机构(动画)应用之一应用之二2.双曲柄机构双曲柄机构(动画)两曲柄等长的双曲柄机构(续)3.双摇杆机构附3---双摇杆机构(动画)应用之一二.含有一个移动副的四杆机构1.曲柄滑块机构曲柄滑块机构应用2.导杆机构附5---摆动导杆机构(动画)2.摇块机构和定块机构摇块机构广泛应用于摆缸式内燃机和液压驱动装置中，自卸货车就是很典型的应用。曲柄滑块机构314A2BC314A2BC摇块机构应用实例B234C1A自卸卡车举升机构应用实例A1C234BACB1234定块机构314A2BC定块机构ABC3214314A2BC曲柄滑块机构手摇抽水唧筒定块机构常用于抽水唧筒和抽油泵中。三、含两个移动副的四杆机构

含有两个移动副的四杆机构常称为双滑块机构。按照两个移动副所处的位置不同，双滑块机构可分为四种形式：

(1)两移动副不相邻。如图a)所示的正切机构。

(2)两移动件相邻且其中一个与机架相连。如图b的正弦机构。

(3)两移动件相邻但都不与机架相连。如十字滑块机构。

(4)两移动副相邻且都与机架相连。如椭圆仪。1234椭圆仪机构正弦机构(动画)三、具有偏心轮的四杆机构

下图所示为两种偏心轮机构。构件１为圆盘，其几何中心Ｂ。因运动时该圆盘绕轴Ａ转动，故称为偏心轮。Ａ、Ｂ之间的距离e称为偏心距。按照相对运动关系，可画出机构运动简图如图中红线所示。由图可知，偏心轮是将回转副Ｂ扩大到包括回转副Ａ而形成的，偏心距e即为曲柄的长度。当曲柄长度很小或传递很大的动力时，通常都把曲柄做成偏心轮。这样一方面提高了偏心轴的强度和刚度(因轴颈的直径增大了)；另一方面当轴颈位于中部时也便于安装整体式连杆，使结构简化。因此，偏心轮机构广泛应用于传力较大的剪床、冲床、颚式破碎机、内燃机等机械中。设计：潘存云l1l2l4l3C’B’AD机构具有整转副→可能存在曲柄。杆1为曲柄，作整周回转，必有两次与机架共线l2≤(l4–l1)+l3则由△B’C’D可得：三角形任意两边之和大于第三边则由△B”C”D可得：l1+l4≤l2+l3l3≤(l4–l1)+l2AB为最短杆最长杆与最短杆的长度之和≤其他两杆长度之和§2－2平面四杆机构的基本特性→

l1+l2≤l3+l4C”l1l2l4l3ADl4-

l1将以上三式两两相加得：

l1≤l2,l1≤l3,l1≤l4

→

l1+l3≤l2+l4一、铰链四杆机构有整转副的条件

铰链四杆机构存在曲柄的条件

(1)必要条件：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆长度之和---杆长之和条件。

(2)充分条件：连架杆与机架中至少有一杆是最短杆---最短杆条件；(续图)铰链四杆机构分为两大类：（1）最短构件与最长构件的长度之和大于其他两构件长度之和，所有运动副均为摆动副，均为双摇杆机构。（2）最短构件与最长构件的长度之和小于等于其他两构件长度之和，最短构件上两个转动副均为整转副。取最短构件为机架——双曲柄机构取最短构件任一相邻构件为机架——曲柄摇杆机构取最短构件对面的构件为机架——双摇杆机构结论：取最短构件为机架——双曲柄机构取最短构件任一相邻构件为机架——曲柄摇杆机构取最短构件对面的构件为机架——双摇杆机构讨论(举例)二、急回特性

急回特性：曲柄等速转动，摇杆的运动速度不同，摇杆的这种运动特性称为急回特性。

行程速比系数K：摇杆的快速行程速度V2/慢速行程速度V1

极位夹角θ：从动件的两个极限位置所对应的主动件的两个位置所夹的锐角。

从动件慢行程快行程

∴

极位夹角θ（∠C2AC1）（其值与构件尺寸有关，可能<90°，>90°）

行程速比系数K与极位夹角θαFγF’

F”当∠BCD≤90°时，γ＝∠BCD三、压力角和传动角压力角：从动件驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹锐角。ABCD设计时要求:

γmin≥50°γmin出现的位置：当∠BCD>90°时，

γ＝180°-∠BCD切向分力:F’=Fcosα法向分力:F”=Fcosγγ↑→F’↑→对传动有利。=Fsinγ称γ为传动角。此位置一定是：主动件与机架共线两处之一。CDBAFγ可用γ的大小来表示机构传动力性能的好坏,F”F’当∠BCD最小或最大时，都有可能出现γmin为了保证机构良好的传力性能设计：潘存云C1B1l1l2l3l4DA由余弦定律有：∠B1C1D＝arccos[l42+l32-(l4-l1)2]/2l2l3

∠B2C2D＝arccos[l42+l32-(l4-l1)2]/2l2l3若∠B1C1D≤90°,则若∠B2C2D>90°,则γ1＝∠B1C1Dγ2＝180°-∠B2C2D机构的传动角一般在运动链最终一个从动件上度量。vγγ1γmin＝[∠B1C1D,180°-∠B2C2D]mi