第三章平面连杆机构

教学目地：1熟悉平面四杆机构的基本形式的结构特点和运动特点

2掌握铰链四杆机械的工作特性和曲柄存在条件

3了解滑块四杆机构的形式及应用

4掌握图解设计平面四杆机构的方法

教学重点：1铰链四杆机构基本形式的结构特点、工作原理。

2滑块四杆机械的类型及其应用

3设计平面四杆机构

教学难点：1铰链四杆机构的工作特点

2平面四杆机构的图解法设计

3．1概述

平面四杆机构：由四个构件通过低副连接而成的平面连杆机构称为。

铰链四杆机构：低副均为转动副的平面四杆机构

3.2平面四杆机构的基本型式和应用

一、四杆机构的基本形式

下图所示为铰链四杆机构, 其中AD 杆为机架, 与机架相连的AB 杆和CD 杆称为连架杆, 与机架相对的BC 杆称为连杆。 其中能作整周回转运动的连架杆称为曲柄； 只能在小于360°的范围内摆动的连架杆称为摇杆

1、 曲柄摇杆机构。

定义：两连架杆中一个为曲柄，另一个为摇杆的四杆机构，成为曲柄摇杆机构

作用： 曲柄摇杆机构的主要用途是改变运动形式, 可将回转运动转变为摇杆的摆动 例：

2. 双曲柄机构

定义：两连架杆均为曲柄的四杆机构 称为双曲柄机构。

平行双曲柄机构： 在双曲柄机构中, 若相对的两杆长度分别相等。

作用：等速转变为变速转动

例：

3. 双摇杆机构

定义： 两连架杆均为摇杆的四杆机构称为双摇杆机构。

作用： 摆动变为摆动

例：

二、四杆机构存在曲柄的条件

1 在曲柄摇杆机构中, 曲柄是最短杆；

2 最短杆和最长杆长度之和小于或等于其余两杆的长度之和。

根据有曲柄的条件可得推论：

(1) 取与最短杆相邻的杆件为机架, 两连架杆中一个为曲柄, 另一个为摇杆, 则得曲柄摇杆机构；

(2) 取最短杆为机架, 两连架杆同时成为曲柄, 则得双曲柄机构；

（3） 取与最短杆相对的杆件为机架, 两连架杆都不能整周回转, 则得双摇杆机构。

若最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆长度之和时，只能得到双摇杆机构。

三、滑块四杆机构的形式及应用

1曲柄滑块机构

2导杆机构

3摇块机构和定块机构

课号2

3.2 平面四杆机构的运动特性

M B B ′C ′M ′A

D

C

1．急回特性（曲柄摇杆机构为例）

极位：当曲柄为原动件时，摇杆作往复摆动的左、右两个极限位置为；

极位夹角：曲柄在摇杆处于两极位时的对应位置所夹的锐角称为，用θ 表示；

最大摆角（ψ）：摇杆的两个极位所夹的角度。

分析：当主动曲柄顺时针从AB 1转到AB 2，转过角度ϕ1=180°+θ，摇杆从C 1D 转到C 2D ，时间为t 1，C 点的平均速度为v 1。曲柄继续顺时针从AB 2转到AB 1，转过角度=180－θ，摇杆从C 2D 回到C 1D ，时间为t 2，C 点的平均速度为v 2，曲柄是等速转动，其转过的角度与时间成正比，因ϕ1>ϕ2，故t 1>t 2，由于摇杆往返的弧长相同，而时间不同，t 1>t 2，所以 v 2>v 1，

急回特性：当曲柄等速转动时，摇杆来回摆动的速度不同，返回速度较大。称为机构的，通常用行程速度变化系数K 来表示这种特性，即

θ

θ-+==== 18018021112221t t t C C t C C K 从动件工作平均速度从动件回程平均速度 1

1180+-=K K θ 说明：机构的急回程度取决于极位夹角的大小，只要θ 不等于零，即 K >1，则机构具有急回特性；θ 越大，K 值越大，机构的急回作用就越显著。

对于对心曲柄滑块机构，因θ = 0°，则K =1，机构无急回特性；而对偏置式曲柄滑块机构和摆动导杆机构，因θ ≠0°，则K >1，机构有急回特性。

四杆机构的急回特性可以节省非工作循环时间，提高生产效率，如牛头刨床中退刀速度明显高于工作速度，就是利用了摆动导杆机构的急回特性。

2平面四杆机构的传力特性

1）压力角和传动角

压力角α:从动件上受力点的速度方向与所受作用力方向之间所夹的锐角。

传动角γ::压力角的余角，γ角更便于观察和测量。

在机构运动过程中，压力角和传动角的大小是随机构位置而变化的，为保证机构的传力性能良好，设计时须限定最小传动角或最大压力角αma x。通常取γmin ≥40°～50°。为此，必须确定γ= γmin时机构的位置并检验γmin的值是否小于上述的最小允许值。

铰链四杆机构在曲柄与机架共线的两位置处将出现最小传动角。

对于曲柄滑块机构，当主动件为曲柄时，最小传动角出现在曲柄与机架垂直的位置，如图1所示。

图2所示的导杆机构，由于在任何位置时主动曲柄通过滑块传给从动杆的力的方向，与从动杆受力的速度方向始终一致，所以传动角始终等于90°。

图1 图2

2．死点

死点：传动角为90度。

表现：倒、顺转向不定（图a）或者从动件卡死不动（图b）的现象。

曲柄滑块机构中，以滑块为主动件、曲柄为从动件时，死点位置是连杆与曲柄共线位置。

摆动导杆机构中，导杆为主动件、曲柄为从动件时，死点位置是导杆与曲柄垂直的位置。

克服死点方法：利用惯性法使机构渡过死点；当一个机构处于死点位置时，可借助另一

个机构来越过死点。

利用死点：飞机起落架；夹具夹紧。

课号3

3.3 平面四杆机构的设计

各构件的尺寸参数。一般可归纳为两类问题：

（1）实现给定的运动规律（2）实现给定的运动轨迹。

设计方法有图解法、解析法和实验法。

1用图解法设计四杆机构

1）按给定连杆位置设计四杆机构

（1）按连杆的三个位置设计四杆机构

如图所示，已知连杆的长度BC以及它运动中的三个必经位置BC，要求设计该铰链四杆机构。

图形分析：

由于连杆上的B点和C点分别与曲柄和摇杆上的B点和C点重合，而B点和C点的运动轨迹则是以曲柄和摇杆的固定铰链中心为圆心的一段圆弧，所以只要找到这两段圆弧的圆心，此设计即大功告成，由此将四杆机构的设计转化为已知圆弧上的三点求圆心的问题。设计步骤：

1)选取适当的比例尺；

2)确定B点和C点轨迹的圆心A和D（作法略）；

3)联接AB1C1D，则AB1C1D即为所要设计的四杆机构。

4)量出AB和CD长度，由比例尺求得曲柄和摇杆的实际长度。

l AB=μl×AB l CD=μl×CD

（2）按连杆的两个位置设计四杆机构