连杆机构及其特点

当曲柄以ω继续转过180°-θ时，摇杆从C2D,置摆到C1D， 所花时间为t2 ,平均速度为V2 ,有：
t2(18 0)/
V2 C1C2 t2
C 1C 2/1 ( 8 0 )
A
C2 B1
C1 D
显然：t1 >t2 V2 > V1
180°-θ
摇杆的这种特性称为急回运动。
§7－3 平面四杆机构的基本知识
1. 转动副变成移动副
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
对心曲柄滑块机构
偏距 偏置曲柄滑块机构
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
正弦机构
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
1. 转动副变成移动副
低副运动可逆性---以低 副相连接的两构件间的相 对运动关系，不因机架的 不同而改变。
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
特殊情况： 等腰梯形机构
（两摇杆长相等）
实例：汽车车轮的转向机构
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
平面四杆机构的演化：
曲柄摇杆机构 （母机构）
演化
其它平面连杆机构
创新性思维的体现
演化方法如下 ：
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
连杆机构及其特点
§7-1 连杆机构及其特点
工程常用机构之一。 定义： 由若干构件通过低副连接组成的平面机构（又称
低副机构）。
§7-1 连杆机构及其特点
优点： ①连杆机构为低副机构，运动副为面接触，压强小，承载 能力大，耐冲击； ② 运动副元素的几何形状多为平面或圆柱面，便于加工 制造； ③在原动件运动规律不变情况下，通过改变各构件的相对 长度可以使从动件得到不同的运动规律； ④可以连杆曲线可以满足不同运动轨迹的设计要求. 缺点： ①由于运动积累误差较大，因而影响传动精度； ②由于惯性力不好平衡而不适于高速传动； ③设计方法比较复杂。
§7－3 平面四杆机构的基本知识
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。
摆动导杆机构：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，与从动杆上受力点 的速度方向始终一致，所以传动 角等于90度。
总结：传动角大小与各杆长有关，可按给给定的许用传动角 统筹各种性能指标，设计四杆机构。
§7-1 连杆机构及其特点
四杆机构： 由四个构件组成的平面连
杆机构。 结构最简单，应用最 广泛。是多杆机构的基础。
本章重点：
四杆机构的基本类型、特 性及常用设计方法。
六杆机构
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
平面四杆机构 铰链四杆机构
全部用转动副组成 的平面四杆机构。
含移动副的四杆机构
机架
§7－3 平面四杆机构的基本知识
摇杆为主动件，且 连杆与曲柄两次共 线时，有：
γ＝0
此时机构不能运动. 称此位置为：
“死点”
F γ＝0
F γ＝0
§7－3 平面四杆机构的基本知识
如何消除死点的不良影响？ 1、对从动曲柄加外力； 2、安装飞轮，加大从动件的惯性力； 3、靠构件自身的惯性力。
如: 两组机构错开排列，如火车轮机构; 靠飞轮的惯性（如内燃机、缝纫机等）。
整转副是否存在，取决于什么？
以有整转副存在的曲柄摇杆机构为例 分析整转副存在的条件。
§7－3 平面四杆机构的基本知识
AC1D中：
l1＋l2l3＋l4 （1）
AC2D中：
l2－l1＋l3l4 l1＋l4 l2＋l3 （2）
l2－l1＋l4 l3
l1＋l3 l4＋l2 （3） 两两相加得:
l1 l2，l1 l3，l1 l4
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
铰链四杆机构的分类： 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构
1、曲柄摇杆机构 定义：铰链四杆机构中，两个连架杆中一个为曲柄， 另一个为摇杆。
实例：
曲柄摇杆机构应用实例 颚式破碎机
曲柄摇杆机构应用实例 搅面机
曲柄摇杆机构应用实例 卫星接收装置
曲柄摇杆机构应用实例 缝纫机脚踏板机构
γmin出现的位置：
机构的传动角一般 在运动链最终一个 从动件上度量。
§7－3 平面四杆机构的基本知识
γmin出现的位置：
◆当 ∠BCD ≤ 90°时，γ＝∠BCD ◆当 ∠BCD ＞ 90°时， γ＝180°- ∠BCD ◆当∠BCD最小或最大时，即在主动曲柄与机架共线的位 置，都有可能出现γmin
铰链四杆机构中，两个连架杆均为曲柄。
当主动曲柄连续等速转动时，从动曲柄一般作不 等速转动。
实例：惯性筛
1－等速整周转动； 3－变速整周转动； 5－变速往复移动筛 分物料。(惯性力产 生冲击和振动)
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
特殊情况：平行四边形机构 特点： 主、从动曲柄以相同角速度转动，连杆平动。
A
B1
B2
C C1 DD
正行程:
当曲柄以ω逆时针转过180°+θ时，摇杆从C1D位置摆到C2D。 所花时间为t1 , 平均速度为V1,那么有：
t1(18 0)/ V1C1C2 t1 C 1C 2/1 ( 8 0 )
§7－3 平面四杆机构的基本知识
反行程:
V1C1C2 t1 C 1C 2/1 ( 8 0 )
ωB
C2
A
B1
B2
C C1 DD
曲柄摇杆机构
曲柄1－l1 ；连杆2－l2 连架杆3－l3 ；机架4－l4
§7－3 平面四杆机构的基本知识
整转副存在条件：
最短杆与最长杆之和小于或等于其它两杆长之和。 整转副是由最短杆与其邻边组成的。（推论）
问题：满足上述条件(有整转副存在)，是否一定有曲柄 存在?
给定的设计条件：
1)几何条件（给定连架杆或连杆的位置等） 2)运动条件（给定K等）
3)动力条件（给定γmin等）
设计方法：图解法、解析法、实验法
直观性强、简单易行。 连杆机构设计的一种 基本方法。设计精度 低，不同的设计要求， 图解的方法各异。对 于较复杂的设计要求， 图解法很难解决。
精度较高，但计 算量大，目前由 于计算机及数值 计算方法的迅速 发展，解析法已 得到广泛应用。
★当不满足整转副条件时：
同类型
机构无曲柄，为双摇杆机构。
§7－3 平面四杆机构的基本知识
二、急回运动
极位:在曲柄摇杆机构中，当曲柄与连杆两次共线时，摇杆位于 两个极限位置。
极位夹角:此两处曲柄之间的夹角θ 。
ωB θ C2
A
B1
B2
C C1 DD
§7－3 平面四杆机构的基本知识
二、急回运动
C2
θ 180°＋θωB
同时要满足其他辅助条件：
a)结构条件（如要求有曲柄、杆长比恰当、 运动副结构合理等）;
b)动力条件（如γmin）;
c)运动连续性条件等。
§7－4 平面四杆机构的设计
三类设计要求：
1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如’ B’
A
D
B C
C
y=logx
函数机构
曲柄摇杆机构应用实例 自行车
曲柄摇杆机构应用实例 跑步机
曲柄摇杆机构应用实例 自动送料机构
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
运动特点：
一般曲柄主动，将连续转动转换为摇杆的摆动，也 可摇杆主动，曲柄从动。
磨轮机
压道机
脱粒机
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
2、双曲柄机构
定义： 特点：
答案：否！只有整转副处于机架上，才形成曲柄。
曲柄存在条件
杆的相对长度
l2 B
机架的选取
A l1
C
l3 D
最短杆必须作为
l4
连架杆或机架
§7－3 平面四杆机构的基本知识
★当满足整转副条件时：
1、选取最短杆两邻边为机架，得两不同的曲柄摇杆机构。
2、选取最短杆为机架，得双曲柄机构。
3、若选最短杆对面杆为机架，则为双摇杆机构。 两种不
双滑块机构
椭圆仪
滑 块 联 轴 器
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
3、扩大转动副尺寸
应用：
偏心轮机构
当曲柄长很短，曲柄销需承受较大冲击而工作行程小 时。增大轴颈尺寸，提高偏心轴的强度和刚度。广泛用 于传力较大的剪床、冲床等机械中。
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
3、扩大转动副尺寸
用什么衡量急回程度的多少？ 行程速比系数K
K V 2 C1C 2
V1
C1C 2
t2 t1
t1 t2
180 180
只要 θ ≠ 0 ， 就有 K>1
且θ越大，K值越大，急回性质越明显。
设计新机械时，往往先给定K值，于是:
180K1
K1
§7－3 平面四杆机构的基本知识
偏置曲柄滑块机构 θ≠0，有急回运动
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
平行四边形机构： 位置不确定问题
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
如何消除： 1、惯性飞轮 2、加虚约束 3、靠自重
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
3、双摇杆机构 定义： 铰链四杆机构中，两个连架杆均为摇杆。 实例：起重机、飞机起落架、摇头电扇
主要内容:
1、铰链四杆机构中有整转副及曲柄的条件
2、急回运动 3、死点位置 4、压力角与传动角
曲柄摇杆机构
§7－3 平面四杆机构的基本知识
一、 铰链四杆机构有整转副的条件
回顾何为整转副? 两构件能相对转动360°的转动副。
为何要分析整转副？ 具有整转副的铰链四杆机构才
可能有曲柄。而机构原动件曲柄 居多。
第七章 平面连杆机构及其设计
也可以利用死点进行工作：飞机起落架、钻夹具等。
C D
A
γ=0
B C
B
飞机起落架
P
工工件件 A
B
2B
2 C
C
γ=0
11 A
33
P DD
4
F
T 钻孔夹具
§7－4 平面四杆机构的设计
连杆机构设计的基本问题:
机构选型－根据给定的运动要 选择机构的类型；
尺度综合－确定各构件的尺度参数 (长度尺寸)。 γ
三类设计要求： 1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如:
飞机起落架、函数机构。
2)满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构。
3)满足预定的轨迹要求，如: 鹤式起重机、搅拌机等。
C
E
B
AB C
D
D
Q
QA
搅拌机构
E
要求连杆上E点的轨 迹为一条水平直线
要求连杆上E点的轨 迹为一条卵形曲线
§7－4 平面四杆机构的设计
可用γ的大小来表示机构传动力性能的好坏(便于测量).
称γ为传动角。
C
F” γα
F
＝90°－
B
F’
传动角是变
A
D
化的。
§7－3 平面四杆机构的基本知识
为保证机构具有良好的传动性能，设计时：
min40° (一般机械) min50° (大功率机械) min略＜40°(小功率控制机构或仪表)
§7－3 平面四杆机构的基本知识
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
曲柄滑块机构的演化－变更机架
曲柄滑块机构 转动导杆机构 摆动导杆机构
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
应应用用实实例
例
444AAφAA 1111
CC 3334
22 B
曲柄摇块机构
移动导杆机构
含一个移动副的连杆机构
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
通常用于设计运动要求 比较复杂的连杆机构， 或者用于对机构进行初 步设计。
设计时选用哪种方法，应视具体情况来决定。
§7－4 平面四杆机构的设计
一、按预定连杆位置设计四杆机构
72平面四杆机构的基本类型及其应用颚式破碎机曲柄摇杆机构应用实例搅面机曲柄摇杆机构应用实例卫星接收装置曲柄摇杆机构应用实例缝纫机脚踏板机构曲柄摇杆机构应用实例自行车曲柄摇杆机构应用实例跑步机曲柄摇杆机构应用实例自动送料机构曲柄摇杆机构应用实例一般曲柄主动将连续转动转换为摇杆的摆动也可摇杆主动曲柄从动
偏心轮机构
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
采用多杆机构传递运动和动力。 1）用于改变动力源性质。 2）用于扩大行程。 3）用于改变运动和动力特性。 4）使机构受力平衡或均匀。
§7－3 平面四杆机构的基本知识
包括运动特性和动力特性两方面。既反映机构 传递和变换运动与力的性能，也是四杆机构类型选 择和运动设计的依据。
问题：对心曲柄滑 块机构，有没有急 回运动？
§7－3 平面四杆机构的基本知识
机构急回的作用： 节省空回时间，提高工 作效率。 注意：急回具有方向性
摆动导杆机构
§7－3 平面四杆机构的基本知识
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,记作。
切向分力: F’= Fcos=Fsinγ
法向分力: F”= Fcosγ γ↑ → F’↑ →对传动有利。
飞机起落架
要求两连架杆的转角
满足函数 y=logx
§7－4 平面四杆机构的设计
三类设计要求： 1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如:
飞机起落架、函数机构。 2)满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构。
C’ B’
B
C
A
D
要求连杆在两个位置垂 直地面且相差180˚
§7－4 平面四杆机构的设计
构件2
连架杆 构件1、3
曲柄：整周回转，如 构件1
摇杆：仅在某一角度 内往复摆动，如构件3
铰链四杆机构的 演化机构。
连杆 构件4
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
整转副 摆转副
以转动副相连的两构件能作整周相 对转动的转动副。如A、B。
以转动副相连的两构件不能作整周 相对转动的转动副。如C、D。