平面连杆机构介绍

第一节平面四杆机构的类型及其应用
2.导杆机构 导杆机构可以看成是改变曲柄滑块机构(图3一15(a))中的固定构
件演化而来的。演化后在滑块中与滑块做相对移动的构件称为导杆。 3.偏心轮机构
在曲柄滑块机构中，若要求滑块行程较小则必须减小曲柄长度。 由于结构上的困难，很难在较短的曲柄上制造出两个转动副，往往采 用转动副中心与几何中心不重合的偏心轮来代替曲柄(图3-20(a))。两 中心间的距离e称为偏距，其值即为曲柄长度，图中滑块行程为2e这 种将曲柄作成偏心轮形状的平面四杆机构称为偏心轮机构，它可视为 是图3 -20(b)中的转动副B扩大到包容转动副A，使构件1成为转动中 心在A点的偏心轮而成，因此其运动特性与原曲柄滑块机构等效。同 理，也可将图3 -20(c)所示的另一种偏心轮机构演化成曲柄摇杆机构 (图3 -20(d) )，其运动特性与原机构也完全相同。
第三章平面连杆机构
第一节平面四杆机构的类型及其应用 第二节平面四杆机构的一些基本特性 第三节平面四杆机构的设计 第四节平面连杆机构的结构
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第一节平面四杆机构的类型及其应用
一、平面四杆机构的基本形式
平面四杆机构的基本形式是铰链四杆机构。如图3一1所示，在铰 链四杆机构中，各运动副均是转动副，其固定不动的构件4称为机架; 与机架相连的构件1和构件3称为连架杆，其中能做整周转动的称为曲 柄，不能做整周转动的称为摇杆;不与机架直接连接的构件2称为连杆， 连杆作复杂的平面运动。
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第二节平面四杆机构的一些基本特性
一、曲柄存在条件
图3一21所示为铰链四杆机构，设构件1、构件2,构件3和构件4的 长度分别为a ,b,c和d，并取a<d当构件1能绕点A做整周转动时，构件1 必须能通过与构件4共线的两位置AB1和AB2。故此，可导出构件1作 为曲柄的条件。
当构件1转至AB1时，形成△B1 C1D，根据三角形任意两边长度 之和必大于第三边长度的几何关系并考虑到极限情况，得
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第二节平面四杆机构的一些基本特性
三、压力角和传动角
在生产实践中，不仅要求连杆机构能实现给定的运动规律，而 且还希望机构运动灵活、效率较高，也就是要求具有良好的传力性能。 而压力角(或传动角)则是判断机构传力性能优劣的重要标志。在图3 24所示的曲柄摇杆机构中，若忽略各杆的质量和运动副中的摩擦，则 主动曲柄AB通过连杆BC作用于从动摇杆CD上的力F是沿杆BC方向。 把从动摇杆CD所受的力F与力作用点C的速度vc 间所夹的锐角a称为 压力角。
当构件1转至AB2时，形成△B2 C2D，同理可得
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第二节平面四杆机构的一些基本特性
即可写成 将式(3一1)、式(3 -2)、式(3一3)中的三个不等式两两相加，化简后得
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第二节平面四杆机构的一些基本特性
由上述关系可知，在铰链四杆机构中，要使构件1为曲柄，它必 须是四杆中之最短杆，且最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两 杆长度之和。考虑到更一般的情形，可将铰链四杆机构曲柄存在条件 概括为: 1)连架杆与机架中必有一杆是最短杆。 2)最短杆与最长杆长度之和必小于或等于其余两杆长度之和。
机构的死点位置并非总是起消极作用。在工程实际中，不少场合 也利用机构的死点位置来实现一定的工作要求。图3 - 27所示的夹紧 工件用的连杆式快速夹具，就是利用死点位置来夹紧工件的。
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第三节平面四杆机构的设计
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第二节平面四杆机构的一些基本特性
四、死点位置
图3 - 25所示的曲柄摇杆机构中，若取摇杆CD为主动件，则当 摇杆在两极限位置C,D,C, D时，连杆BC与从动曲柄AB将出现两次共 线。这时，若不计各杆的质量和运动副中的摩擦，则摇杆CD通过连 杆BC(此时为二力杆)传给曲柄AB的力必通过铰链中心A，出现γ =0° (即a=90°)的情况。因该作用力对A点的力矩为零，故曲柄AB不会转 动。机构的该位置称为死点位置。由上述可见，四杆机构中是否存在 死点位置，决定于从动件是否与连杆共线。
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第二节平面四杆机构的一些基本特性
二、急回特性和行程速比系数
当曲柄等速转动时，摇杆往复摆动的平均速度是不同的，摇杆的 这种运动特性称为急回特性。为了表明该急回特性的相对程度，通常 用v2与v1的比值K来衡量，K称为行程速比系数，即
当给定行程速比系数K后，机构的极位夹角可由下式计算
当滑块导路中心线m一m通过曲柄转动中心A时，则称该机构为 对心式曲柄滑块机构(图3一14(c));若当滑块导路中心线m一m不通过 曲柄回转中心A而有一偏距。时，则称该机构为偏置式曲柄滑块机构 (图3一14(d))。曲柄滑块机构广泛应用于活塞式内燃机、空气压缩机、 冲床、送料机等机械中。
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铰链四杆机构根据其两连架杆运动形式，又可分为三种型式 1.曲柄摇杆机构
在铰链四杆机构中，若两连架杆中一个为曲柄，另一个为摇杆， 则称为曲柄摇杆机构(图3一1)。
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第一节平面四杆机构的类型及其应用
2.双曲柄机构 在铰链四杆机构中，若两连架杆均为曲柄，则称为双曲柄机构
(图3一4)。这种机构的运动特点是当主动曲柄连续转动时，从动曲柄 也作连续转动。图3一5所示的惯性筛机构中ABCD就是双曲柄机构。 当曲柄AB作等角速转动时，另一曲柄CD作变角速转动，再通过构件 CE使筛子6产生变速直线运动。这样，便可利用筛上物料的惯性来筛 选物料。 3.双摇杆机构 在铰链四杆机构中，若两连架杆均为摇杆，则称为双摇杆机构(图3一10)
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第一节平面四杆机构的类型及其应用
二、平面四杆机构的演化型式
1.曲柄滑块机构 在图3一14(a)所示的曲柄摇杆机构中，随着摇杆3长度的增加，C
点的运动轨迹m一m逐渐趋于平缓。当摇杆3的长度增至无限大时，C 点的运动轨迹则成为直线m一m(图3一14(b))，这时构件3由摇杆演变 成滑块，转动副D也转化成移动副，于是曲柄摇杆机构演化成曲柄滑 块机构(图3一14(c) ,(d) )，直线m一m即为滑块导路的中心线