第八章-平面连杆机构

汽车机械基础第三篇汽车常用机构传动第八章平面连杆机构第一节平面连杆机构组成及特点平面连杆机构：由若干个构件用低副联接所组成的机构，也称平面低副机构。连杆机构中的大部分构件或构件重心，在运动中都作变速运动，由此产生的惯性难以消除，故不宜用于高速运动的场合。特点：连杆机构中的构件实现的运动形式较多。连杆机构中的运动副都是低副，面接触上的压强较小，便于润滑，不宜磨损。运动副的接触面均为几何形状较简单的平面或圆柱面，依靠本身的几何约束来实现运动副元素的接触,无需象高副那样加入弹簧等来实现运动副元素的接触。低副机构实现准确的运动规律比高副困难,有时由于结构上的需要还需增加构件和运动副数。使得机构变得更复杂等。应用第二节平面连杆机构应用与类型在不直接与机架相连的构件上，不同点的轨迹是不同形状的曲线，可用来满足生产需要的各种轨迹要求。分类：含有移动副的四杆机构将主动件的转动变化为从动件的往复摆动，或往复直线运动，或相反。将主动件的转动或摆动变换为与其相同或不同规律的转动或摆动。铰链四杆机构平面连杆机构按连架杆不同的运动形式分，平面连杆机构的基本形式有双摇杆机构连架杆连架杆机架连杆一、类型曲柄摇杆机构双曲柄机构平面连杆机构双曲柄机构双摇杆机构曲柄连杆机构类型思考双摇杆机构中BC杆是曲柄吗？平面连杆机构机构的倒置曲柄连杆机构曲柄连杆机构双曲柄机构双摇杆机构二、铰链四杆机构的类型判别通过对铰链四杆机构运动的分析可知，铰链四杆机构有曲柄存在的条件是：（1）最短杆与最长杆的长度之和小于等于其余两杆的长度之和；（2）在机架和连架杆当中必有一杆是最短杆。铰链四杆机构的类型与组成机构的各杆长度有关，也与机架的选取有关。根据四杆机构有曲柄存在的条件，一般可按下述方法判定其类型:若最短杆与最长杆的长度之和小于等于其余两杆的长度之和，则（1）当取最短杆的邻边为机架时，该机构称为曲柄摇杆机构；（2）当取最短杆为机架时，该机构称为双曲柄机构；（3）当取最短杆的对边为机架时，该机构称为双摇杆机构。若最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆的长度之和，则不论取哪一构件为机架，均无曲柄存在，该机构是双摇杆机构。

三、四杆机构的演化转动副转化为移动副1、曲柄滑块机构图8-1曲柄滑块机构的形成

图8-2偏置曲柄滑块机构

对心曲柄滑块机构中曲柄存在的条件为l1≤l2，偏置曲柄滑块机构中曲柄存在的条件为l1+e≤l2。在曲柄滑块机构中，当以曲柄为原动件时，可将曲柄的转动转化为滑块的往复移动，它广泛应用于空气压缩机、冲床等机械中；当以滑块为原动件时，可将滑块的往复移动转化为曲柄的转动，它广泛应用于蒸气机、内燃机等机械中。

2.导杆机构

当取图8-1（c）所示的曲柄滑块机构中的构件AB为机架时，可得到如图8-3所示的导杆机构。构件2为原动件，构件4称为导杆，滑块3相对导杆4滑动并随其一起绕A点转动。当l1≤l2时，构件2和4均可作整周转动，称为转动导杆机构；当l1＞l2时，导杆4只能作往复摆动，称为摆动导杆机构。导杆机构常用作牛头刨床（摆动导杆机构）和插床（转动导杆机构）等工作机构。图8-3导杆机构

3.摇块机构在图8-1（c）所示的曲柄滑块机构中，若取构件2为机架，构件1可作整周回转，而滑块3则成了只能绕机架上C点作往复摆动的摇块，故称为摇块机构，如图8-4所示。如图8-5所示的载货汽车自动翻转卸料机构就是这种机构的应用实例。

图8-4摇块机构

图8-5载货汽车自动翻转卸料机构

4.定块机构在图8-1(c)所示的曲柄滑块机构中，如果取滑块3为机架，便得到如图8-6所示的定块机构。如图8-7所示的手摇唧筒就是这种定块机构的应用实例。

图8-6定块机构

图8-7

手摇唧筒

第三节平面四杆机构的运动特性

一、曲柄摇杆机构的运动特性

1.急回特性如图8-8所示的曲柄摇杆机构，设曲柄AB为原动件，摇杆CD为从动件。在曲柄回转一周的过程中，曲柄AB与连杆BC有两次共线，此时摇杆CD分别处于左、右两个极限位置C1D和C2D，摆角为ψ。图8-8曲柄摇杆机构的急回特性分析机构的急回特性常用行程速比系数K表示，即

（9-1）

由式(9-1)可见，K值的大小取决于极位夹角θ。当θ=0时，K=1，机构没有急回特性；当θ≠0时，K＞1，则机构具有急回特性。K值的大小反映了机构的急回剧烈程度，K值愈大，机构的急回特性愈明显。由上述分析可知，四杆机构有无急回特性，一方面取决于从动件是否存在工作和空回行程的极限位置，另一方面取决于极位夹角。当机构从动件存在极限位置，且极位夹角θ≠0时，机构才具有极回特性。在工程实际中，通常利用机构的急回特性来缩短非生产时间，提高劳动生产率。由式(9-1)可得：(8-2)设计具有急回特性的四杆机构时，通常根据工作要求先选定行程速比系数K，然后由式（8-2）算出极位夹角，再通过作图确定各构件尺寸。

铰链四杆机构的动力学特性急回特性:曲柄滑块机构是否具有急回特性？偏置曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构急回特性:偏置曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构有急回特性无急回特性摆动导杆机构是否具有急回特性？急回特性:摆动导杆机构铰链四杆机构的动力学特性具有急回特性

2.压力角与传动角

实际生产对连杆机构的要求，一是能实现预定的运动规律，二是有较好的传力性能，使机构运转灵活、轻便及高效。机构的传力性能与其压力角有关。在图8-9所示的曲柄摇杆机构中，取曲柄AB为原动件，摇杆CD为从动件。若忽略各构件的质量和运动副中的摩擦，则曲柄通过连杆作用于摇杆上C点的力F沿BC方向，它与受力点C的绝对速度vc之间所夹的锐角称为压力角，力F沿vc方向的分力Ft=Fcosα，是推动从动件运动的有效分力；而沿摇杆轴心线方向的分力Fn=Fsinα会增大运动副中的摩擦和磨损，对机构传动不利，故称为有害分力。显然，压力角α的大小是判别机构传力性能好坏的一个重要参数。

图8-9曲柄摇杆机构的压力角与传动角

最小传动角

在曲柄滑块机构中，当曲柄为主动件而滑块为从动件时，不论是对心的曲柄滑块机构还是偏置曲柄滑块机构，最小传动角γmin均出现在曲柄垂直于滑块导路的瞬时位置。对心的曲柄滑块机构两次出现最小传动角，而偏置曲柄滑块机构只有在曲柄AB转到如图所示的AB′位置时，机构才产生最小传动角γmin。图曲柄滑块机构的最小传动角

3.死点位置

如图8-10和图8-11所示的曲柄滑块机构中，若以滑块3为主动件，当滑块3运动到两个极限位置时，连杆2与曲柄1处于共线位置，则机构处于死点位置。为使机构越过死点位置而连续运动，可采用如图8-12所示的死点位置互相错开的几个曲柄滑块机构，使其共同控制一个从动曲柄，这种方法在多缸发动机中已得到应用。

图8-12死点位置错开的曲柄滑块机构

图8-10偏置曲柄滑块机构的急回特性

图8-11对心曲柄滑块机构的急回特性

铰链四杆机构的动力学特性死点：传动角为零的机构位置。即γ=0在不计摩擦的情况下，若以CD为主动件，AB杆上所受的力恰好通过其回转中心，构件AB不能连续转动，出现“