平面连杆机构设计

曲柄滑块机构
导杆机构
【任务实施】 由于铰链四杆机构的最小传动角出现在曲柄与机架共线的 两处位置，所以确定最小传动角的步骤为：取比例尺为1：2 1、以A为圆心，AB=25mm为半径作圆，与机架AD或其延长 线交于B1和B2两点。 2、以B1为圆心，BC=80mm为半径作圆弧，交以D为圆心， DC=50mm为半径的圆弧于一点C1，连接B1C1和DC1，则 min=∠B1C1D
四、面四杆机构的演化 1、曲柄滑块机构 （1）偏置曲柄滑块机构 （2）对心曲柄滑块机构
运动特点：曲柄整周回转，滑块往复运动，连杆做复杂平面运动 行程：滑块两极限位置之间的距离 偏心距：曲柄回转中心到滑块导路中心线之间的垂直距离 应用：内燃机、冲床、空气压缩机 2、导杆机构 以构件1为机架，L1<L2时，构成转动导杆机构
2、双曲柄机构 概念：两连架杆均为曲柄的铰链四杆 机构称为双曲柄机构 运动特点：主动曲柄匀速转动， 从动曲柄变速转动，连杆做复杂平 面运动 应用：惯性筛机构 插床机构
平行四边形机构：相对两杆长度相等并且相互平行。 运动特点：主动曲柄和从动曲柄以相同的角速度同向转动，连 杆做平移运动 应用：机车车轮联动机构、天平、摄影车座斗机构
图2-2-33
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。
机构在死点位置会出现从动件转向不定或者卡死不动的现象， 这种现象对机构的运动是非常不利的 。 工程中也有利用死点位置进行工作的。
任务五 解释夹紧机构的工作原理
【任务描述】
在如图2-2-33所示机床夹具的夹紧机构中，试分析它的工作原理
【相关知识】 1、概念 曲柄摇杆机构中，当摇杆为主动 件时，在曲柄与连杆共线的位置出现 传动角等于零的情况，这时不论连杆 BC对曲柄AB的作用力有多大，都不 能使杆AB转动，机构的这种位置称 为死点
L1>L2时，构成摆动导杆机构
应用：转动导杆机构主要应用在简易牛头刨床中，摆动导杆机构 主要应用于牛头刨床中
3、摇块机构 如果取构件2为机架，构件3只能绕C点摇摆，构成曲柄摇块机构 应用：摆动式内燃机、自卸卡车车厢的举升机构。
4、定块机构 如果取构件3（滑块）为机架，此时滑块静止不动，构成定块机构 应用：手摇唧筒机构
砂箱翻转机构
设计方法有图解法、解析法和实验法。图解法和实验法直观、 简单，但精度较低，可满足一般设计要求；解析法精确度高，适于 用计算机计算，随着计算机的普及，计算机辅助设计四杆机构已成 必然趋势 。
一、 图解法设计平面四杆机构 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
b12 B2
arccos B2C22 C2 D2 B2 D2 802 502 902 arccos 84.26 2B2C2 C2 D 2 80 50
比较min和minˊ的大小，取其中较小的数值为最小传动角。 即min=24.15°
C2
C
C1
B
B2
A B1 D
任务四 解释牛头刨床空回行程速度比工作行程速度快的原因
b23
C2 c12
c23
B1 C1
B3
C3
A
D
（2）按连杆的两个位置设计四杆机构 有无穷多解 ，通过给出辅助条件来加以解决 2．按给定的行程速度变化系数设计四杆机构 （1）曲柄摇杆机构
平面连杆机构设计
任务一 任务二 任务三
因
分析牛头刨床主运动机构的工作原理 铰链四杆机构基本类型的判别 平面四杆机构最小传动角的确定
任务四 解释牛头刨床空回行程速度比工作行程速度快的原
任务五
解释夹紧机构的工作原理
任务六 平面四杆机构的设计
平面连杆机构设计
任务一 分析牛头刨床主运动机构的工作原理 【任务描述】 如图2-2-1所示为牛头刨床主运动机构，试分析它是如何实现切 削运 动的？
图2-2-1
【相关知识】 连杆机构：若干刚性构件用低副连接而成的机构叫做连杆机构。 空间连杆机构：在连杆机构中，如果各构件不都在相互平行的平面 内运动称为空间连杆机构。 平面连杆机构：如果各构件在一个平面或相互平行的平面内运动称
为平面连杆机构。
平面四杆机构：由四个构件组合而成的平面连杆机构称为平面四杆 机构 一、平面连杆机构的特点 平面四杆机构的优点有： 1、各构件间为面接触，相同负载的情况下承受的压强小，可以承 受较大的载荷。 2、低副两元素间便于润滑，不会产生太大的磨损。 3、低副间的面接触形状比较简单，便于加工制造。
4、在原动件等速连续转动的情况下，各构件的相对长度不同时， 可使从动件实现多种形式的运动，满足多种运动规律的要求。 5、利用平面四杆机构中连杆的运动特点实现多种运动轨迹的要 求。 平面四杆机构的缺点： 1、运动副磨损后的间隙不能自动补偿，容易积累运动误差，运动 精度不高。 2、连杆机构运动时产生的惯性力难以平衡 3、根据从动件运动规律或轨迹设计四杆机构时比较复杂，设计精 度不高。 二、平面四杆机构的应用 平面四杆机构广泛应用于各种机械（动力机械、轻工机械、重 型机械）和仪表中。例如飞机起落架机构、汽车车门的启闭机构、 内燃机中的曲柄滑块机构、人造卫星太阳能板的展开机构、机械手 的传动机构、折叠伞的收放机构以及人体假肢机构中都用到了连杆 机构。
arccos B1C12 C1D2 B1D 2 802 502 402 arccos 24.15 2B1C1 C1D 2 80 50
3、以B2为圆心，BC=80mm为半径作圆弧，交以D为圆心， DC=50mm为半径的圆弧于一点C2，连接B2C2和DC2，则 minˊ=∠B2C2D =
K 1 180 K 1

机构的急回程度取决于极位夹角的大小，只要 不等于零， 即 K>1，则机构具有急回特性； 越大，K值越大，机构的急回 作用就越显著 。
偏置曲柄滑块机构和摆动导杆机构的急回特性
【任务实施】 由于牛头刨床的主运动机构中包含有摆动导杆机构，摆动导杆 机构具有急回特性，所以牛头刨床工作时退刀速度比刨刀切削工件 时的速度要快，这样可以节省非工作循环时间，提高生产效率。
注意：正平行四边形机构存在着运动的不确定性 避免措施：（1）从动件上加质量比较大的飞轮。 （2）增加辅助机构。 （3）采用多组相同机构错列配置。
反平行四边形机构：如果相对两构件转向相反并且角速度不同则构
成反平行四边形机构。
应用：公共汽车车门启闭机构
3、双摇杆机构 概念：两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构 运动特点：两连架杆均作一定范围的摆动，连杆做复杂平面运动 应用：港口起重机、风扇摇头机构、飞机起落架、汽车车轮转向机 构
任务二
铰链四杆机构基本类型的判别
【任务描述】 已知铰链四杆机构的各构件尺寸如图2-2-24所示，试判断该铰 链四杆机构的类型。 【相关知识】 一、 铰链四杆机构有曲柄的条件
结论：铰链四杆机构存在曲柄的条件 （1）最短杆与最长杆的长度之和小于等于其余两杆长度之和 （2）最短杆或其相邻杆为机架
二、铰链四杆机构基本类型的判定 1、如果最短杆与最长杆的长度之和小于等于其余两杆长度之和 （1）取最短杆相邻的杆为机架时，构成曲柄摇杆机构。 （2）取最短杆为机架，构成双曲柄机构。 （3）取最短杆相对的杆为机架，构成双摇杆机构。 2、如果铰链四杆机构中的最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆 长度之和，则该机构中不可能存在曲柄，无论取哪个构件作为机 架，都只能得到双摇杆机构。 【任务实施】 由图2-2-24可知，最短杆为AD = 20，最长杆为CD = 55，其余两杆 AB = 30、BC = 50。因为 Lmin＋Lmax =AD＋CD = 20＋55 = 75 其余两杆长度之和为：AB＋BC = 30＋50 = 80 所以最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和 1)以AB或CD为机架时，即取最短杆AD相邻的杆为机架，形成曲柄 摇杆机构； 2)以BC为机架时，即取最短杆相对的杆为机架，形成双摇杆机构； 3)以AD为机架时，即取最短杆为机架，形成双曲柄机构。
三、四杆机构的基本形式 铰链四杆机构：如果四个构件都用转动副相连接而形成的平面四 杆机构称为铰链四杆机构。
机架：机构运动简图中打上斜
线的构件。 连架杆：与机架用转动副直接 相连的构件。 连杆：不与机架直接相连的构件。
曲柄：能做整周回转的连架杆。
摇杆：不能做整周回转的连架杆。
1、曲柄摇杆机构 概念：两个连架杆中一个为曲柄，另一个为摇杆的铰链四杆机构称 为曲柄摇杆机构 运动特点：曲柄整周回转，摇杆往复摆动，连杆做复杂平面运动。 应用：雷达天线的俯仰机构 、搅拌机、汽车前窗雨刷（以曲柄为原动件） 缝纫机的脚踏板机构（以摇杆为原动件）
5、偏心轮机构
应用于冲床、剪床
6ห้องสมุดไป่ตู้双滑块机构
正切机构
正弦机构
双滑块机构
椭圆仪
【任务实施】 图2-2-1所示的牛头刨床主运动机构是由小齿轮1、大齿轮2、 滑块3、导杆4、摇块5和滑枕6、机架7共7个构件组成。 小齿轮1 为原动件，滑枕6为执行件。当齿轮1转动时，通过齿轮1和齿轮2 的啮合，将运动传给齿轮2，齿轮2相当于摆动导杆机构中的曲柄， 当它转动时带动导杆4在一定角度范围内往复摆动，由于滑枕与机 架构成移动副，所以在导杆4的带动下，滑枕6沿机架7的导轨方向 往复直线运动，形成了牛头刨床主运动。
【任务描述】
牛头刨床在切削工件时刨刀切削工件的速度比较慢，而刨刀返 回时的速度比较快，为什么会出现这种现象呢？ 【相关知识】 1、极位夹角 曲柄与连杆两次共线位置时曲柄之间所夹的锐角称为极位夹角。 2、摇杆摆角 摇杆的两个极限位置之间所夹的角度 3、急回特性 4、行程速度变化系数
从动件回程平均速度 C1C 2 t 2 t1 180 K 从动件工作平均速度 C 2 C1 t1 t 2 180
【任务实施】 在如图2-2-33所示的机床夹紧机构中，当给手柄施加作用力F 后，摇杆AB绕A点逆时针摆动，摇杆AB前端的压头正好将工件压紧， 起到夹紧工件的作用。此时连杆BC与摇杆CD共线。如果将连杆上 的作用力F去掉，不管工件给夹具上的摇杆AB多大的作用力，在忽 略杆件重力和运动副摩擦的情况下，通过连杆BC作用到摇杆CD上 的作用力始终通过回转中心D，因此摇杆CD在图示位置不动，即它 们处于死点位置，所以保证夹具工作可靠。
图2-2-27
越小或者越大，有效分力越
大，对机构传动越有利。
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min 或最大压力角max。通常取min ≥40°～50°。为此，必须确定 = min时机构的位置并检验min的值是否小于上述的最小允许值。
3、机构最小传动角的位置
（1）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。 （2）曲柄滑块机构中，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 。
（3）导杆机构中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°
曲柄摇杆机构
任务三 平面四杆机构最小传动角的确定 【任务描述】 如图2-2-27所示为曲柄摇杆机构，试确定机构的最小传动角 min。 【相关知识】 1、压力角 受力点C的速度方向vc与F所夹的锐 角称为机构在此位置的压力角 有效分力：Ft=Fcos=Fsin 有害分力：Fn=Fsin=Fcos 2、传动角：压力角的余角 =90°-
图2-2-33
死点位置应用---飞机起落架
任务六 平面四杆机构的设计
【任务描述】 设计一砂箱翻转机构。翻台在位置Ⅰ处造型，在位置Ⅱ处起模， 翻台与连杆BC固联成一体，lBC=0.5 m，机架AD为水平位置。 【相关知识】
平面四杆机构设计 的两类问题 （1）实现给定的运动规律。如 要求满足给定的行程速度变化 系数以实现预期的急回特性或 实现连杆的几个预期的位置要 求。 （2） 实现给定的运动轨迹。如 要求连杆上的某点具有特定的 运动轨迹，如起重机中吊钩的 轨迹为一水平直线等