第03章 连杆机构培训课件

第3章

连杆机构3.1连杆机构概述3.2铰链四杆机构的基本形式和特性

3.3铰链四杆机构曲柄存在的条件3.4铰链四杆机构的演化

3.5平面四杆机构的设计3.1连杆机构概述

连杆机构：由若干刚性构件用铰链（回转副）或导轨（移动副）连接成的机构。

平面连杆机构：构件全部由平面低副连接，活动构件在同一平面或平行平面内运动的机构。呼和浩特铁路局捐赠的建设B型8328蒸汽机车（西南交大机车博物馆）（总长：约23米，重量：124吨，产地：大同机车工厂。1988年生产，2000年退役）应用应用应用车轮联动机构缝纫机应用雷达仰角调节装置应用雨刮器工作原理应用抽油机应用

1.可实现多种运动形式之间的转换，得到复杂的运动轨迹，满足生产工艺的要求；

2.由于低副为面接触，因此压强小、耐磨损。适用于载荷较大的场合；

3.低副的接触面通常是容易加工的平面或圆柱面，容易获得较高的制造精度；

4.若采用长连杆，实现较长距离运动传递，适合于操纵机构。

优点

1.低副存在间隙，构件数目↑(越多)、精度↓(越低)，运动误差积累↑。不宜用于高精度传动。

2.精确实现复杂运动规律时，设计较困难。

3.有部分构件处于变速运动中，存在惯性力，不适合高速。

缺点3.2铰链四杆机构基本形式及其特性组成：机架4连架杆1、3连杆2曲柄1摇杆3铰链四杆机构：全部运动副都是转动副的平面四杆机构。123CB4AD连杆：不与机架直接连接的杆。机架：固定不动的杆。连架杆：与机架相连的杆。曲柄：作整周回转的连架杆（匀速）。摇杆：作往复摆动的连架杆（变速）。123CB4AD分类（有无曲柄）曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构——四杆机构最基本的形式。注意：铰链四杆机构中机架、连杆必不可少。铰链四杆机构连杆机架一、曲柄摇杆机构连架杆一为曲柄，另一个摇杆等速旋转(原动)变速摆动1.极限位置、极位夹角与摆角左C1D

右C2D曲柄与连杆重叠共线拉伸共线极位夹角

：摇杆处于两极限位置时曲柄所夹锐角。摆角

：摇杆两极限位置之间的夹角。2.急回特性定义：空回行程时间少于工作行程时间的特性。分析：曲柄

＝180

＋

t1

摇杆

t1v1＝C1C2／t1

曲柄

＝180

－

t2

摇杆

t2v2＝C1C2／t2

工作行程空回行程

＝常数，

1＞

2

t1＞t2

v1＜v2曲柄摇杆机构K＝t1／t2＝

1／

2行程速比系数K：K

＞1

K

＝0K＝1用于设计应用：牛头刨床往复式运输机送料机插床极位夹角

：说明：3.压力角与传动角压力角

：C点受力F方向与速度vc方向所夹锐角。传动角

：压力角

的余角。

=90°−

连杆与摇杆之间的夹角。FnFtFF分解目的：为了便于度量。圆周力Ft＝Fcos

轴向力Fn＝F

sin

圆周力：Ft＝Fcos

——驱动力，作功轴向力：Fn＝F

sin

——拉力，不作功压力角

传动角

Ft

，机构传力性能越好。反之，运动副摩擦阻力，机构传力越费劲，传动效率。压力角

（传动角

）的大小是判断机构传力性能好坏的标志。

最小传动角

min

可能出现在曲柄与机架共线的两个位置。连杆机构运转时，传动角

（压力角

）是不断变化的；在一个运动循环中，一定存在着一个

min

。设计时：

min>

[

min]=40°

说明：

当摇杆为主动件，曲柄为从动件，摇杆处于极限位置C1D

、C2D时，曲柄与连杆共线。摇杆通过连杆施加在曲柄上的力必通过回转中心点A。4.死点（止点）位置：问题：机构自锁运动不稳定缝纫机内燃机曲柄滑块机构消除死点解决方法：采用飞轮——利用惯性辅助机构——施加外力联动机构——错开死点利用死点：夹紧机构ABCDFFn1234二、双曲柄机构特点：两连架杆均为曲柄。一个曲柄另一个曲柄等速旋转（原动）变速旋转旋转式水泵正平行四边形机构（广泛）反平行四边形机构平行双曲柄机构——相对两杆等长思考：平行双曲柄机构是否有急回特性？是否有死点位置？注意：

当四个铰链中心处于同一直线上时，会出现运动不确定状态，应采取一定措施消除。三、双摇杆机构特点：两连架杆均为摇杆。起重机机构起落架双摇杆机构有极限位置。等腰梯形机构——两摇杆等长但在任意位置摆角不相等。B’B’’

B

C’’C’C

13B1

C1

汽车前轮转向机构3.3铰链四杆机构曲柄存在条件曲柄（整转副）存在条件分析：两构件能相对转动360°的转动副称为整转副。有整转副的铰链四杆机构才可能存在曲柄。CABB’’B’DC’’C’2314位置2：曲柄与机架拉伸共线

B’’C’’D：L4

＋L1≤L2

＋L3(3)位置1：曲柄与机架重叠共线

B’C’D：L2≤(L4

−L1)

＋L3(1)L3≤(L4

−L1)

＋L2(2)L2＋L1≤L4＋L3L3＋

L1

≤

L4＋L2

L4＋L1

≤

L2＋L3依据：三角形任意两边边长之和必大于等于第三边边长。

L1≤

L2

L1≤L3

L1≤

L4

整理得：①最短杆与最长杆长度之和≤另外两杆的长度之和；②曲柄是最短杆。曲柄存在的必要条件如果不满足上述条件，则无论以哪个杆作机架，都只能得到双摇杆机构。结论：123CB4AD以最短杆相邻的杆作机架——

曲柄摇杆机构（最短杆作连架杆）以最短杆作机架——双曲柄机构以最短杆相对的杆作机架（最短杆作连杆）——双摇杆机构3.4铰链四杆机构的演化及应用

①以移动副代替转动副②改变构件尺寸

③改变运动副尺寸

④变更机架

四种方法：123CB4AD曲柄摇杆→曲柄滑块机构演化过程：一、转动副转化成移动副曲柄滑块机构分类：对心曲柄滑块机构

偏置曲柄滑块机构应用：广泛应用于活塞式内燃机、空气压缩机、冲床等机械中。思考1：

曲柄滑块机构（对心和偏置）曲柄存在条件？思考2：对心和偏置曲柄滑块机构是否都有急回特性和死点位置？

若有，条件是什么？L1≤

L2

L1+e

≤L2

滑块作为主动构件时，都存在死点。L1+e

≤L2，有急回特性。导杆机构——杆１为机架演化过程：

图b)为导杆机构，可以看作是在曲柄滑块机构选取不同构件为机架演化而成。二、变更机架原理：通常曲柄２主动且作整周转动，滑块３在导杆４上滑动并跟随导杆转动或摆动。分类：转动导杆机构（AB<BC）

摆动导杆机构（AB>BC）牛头刨床机构思考：摆动导杆机构的极位夹角是如何定义的呢？说明：

导杆机构的传动角始终等于90°，具有很好的传力性能，常用于牛头刨床、插床和回转式油泵中。摆动导杆机构存在急回特性。摇块机构——杆2为机架（图c）

广泛应用于摆缸式内燃机和液压驱动装置中，自卸货车就是典型的应用。摇块机构定块机构定块机构——滑块固定常用于抽水唧筒和抽油泵中。即有两个滑块（移动副）的连杆机构。

按移动副所处位置不同，分为：

(1)正切机构：两移动副不相邻，其从动件3的位移与主动件1转角的正切成正比。三、双滑块（移动副）机构

(2)正弦机构：两移动副相邻且其中一个与机架相连。

从动件3的位移与曲柄1转角的正弦成正比。(3)十字滑块机构：两移动副相邻但都不与机架相连。

常用作联轴器，它可以自动补偿主、从动轴由于对中不良而产生的位置误差。(4)椭圆仪机构：两移动副相邻且都与机架相连。椭圆仪机构原理：当两个滑块在机架的滑槽中移动时，连杆上的各点的轨迹是长短半径不同的椭圆。四、扩大回转副

改变运动副尺寸偏心轮是将转动副B

扩大

到包括转动副A而形成的；偏心距

e

即为曲柄的长度l1；一方面提高了偏心轴构件的强度和刚度，另一方面简化了结构。广泛应用于传力较大而行程较小的剪床、冲床、颚式破碎机、往复泵、内燃机等机械中。五、多杆（组合）机构手动冲床机构双摇杆+定块机构使力放大杆数多于四杆的机构，常用六杆机构。筛料机机构均可看成是两个四杆机构的组合。双曲柄+曲柄滑块增强功能3.5平面四杆机构的设计

四杆机构的设计，指根据给定的运动条件来确定机构运动简图的尺寸参数。设计分类

1.给定从动件的运动规律(位移、速度、加速度等)，确定各杆长比。

2.给定从动件运动轨迹，确定各杆长比。设计方法

图解法——简便直观，但设计精度低解析法——精度高，应用最为广泛；实验法——较繁琐且精度也低，必要时采用。分析：由于连杆两端的铰链B、C

作圆周运动，因此，在已知连杆长及两个位置情况下，机架上A、D两铰链中心点必位于连杆对应点连线的垂直平分线上。已知连杆长度及两个位置——设计铰链四杆机构一、按给定从动件位置设计四杆机构

B1B2C1C2B1B2C1C2给定两个位置有一组解；由于三点确定一个圆，给定三个位置时有唯一解。说明：已知三个位置已知滑块两个极限位置——设计对心曲柄滑块机构H=2l1213ABCB1B2C1C2已知H，关键找出l1

l2与H

关系；l1

＝H/2，C1C2连线上确定出A点

无穷多解考虑辅助条件，

＝l2/l1

＝3~5,

一定，唯一解曲柄摇杆机构设计

已知条件：摇杆长度l3

，摆角ψ和行程速比系数K。设计关键：确定铰链A的位置，从而确定其余三杆长。设计步骤：二、按给定行程速比系数设计

DC1C2ψ