[设计]平面连杆机构传动

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第3章平面连杆机构传动

3.1 铰链四杆机构的基本类型、应用和特点

构件间用四个转动副相连的平面四杆机构简称为铰链四杆机构，如图。

其中固定不动的杆1称为机架;与机架相连的杆2和杆4称为连架杆;不与机架相连的杆3称为连杆。在连架杆中能绕固定轴线整周回转的构件称为曲柄，只能在某一角度范围内摆动的构件称为摇杆。

铰链四杆机构

3.1.1 铰链四杆机构的基本类型及应用

铰链四杆机构中，根据连架杆运动形式的不同，可分为三种基本形式。

1(曲柄摇杆机构

在铰链四杆机构的两连架杆中，若一个为曲柄，另一个为摇杆，则此四杆机构称为曲柄摇杆机构。通常曲柄等速转动，摇杆作变速往复摆动。

2(双曲柄机构

在铰链四杆机构中，若两连架杆均为曲柄，则此四杆机构称为双曲柄机构。

3(双摇杆机构

在铰链四杆机构中，若两连架杆均为摇杆，则此四杆机构称为双摇杆机构。

3.1.2 铰链四杆机构的特点

铰链四杆机构具有如下特点:

(1) 铰链四杆机构是低副机构，构件间的相对运动部分为面接触，故单位面积上的压力较小。并且低副的构造便于润滑，摩擦磨损较小，寿命长，适于传递较大的动力。如动力机械、锻压机械等都可采用。

(2) 两构件的接触面为简单几何形状，便于制造，能获得较高精度。

(3) 构件间的相互接触是依靠运动副元素的几何形状来保证，无需另外采取措施。

(4) 运动副中存在间隙，难以实现从动件精确的运动规律,

3.2 铰链四杆机构曲柄存在的条件

铰链四杆机构曲柄存在条件

在铰链四杆机构中，允许两连接构件作相对整周旋转的转动副称为整转副。曲柄是以整转副与机架相连的连架杆，而摇杆则不是整转副与机架相连的连架杆。铰链四杆机构三种基本型式的根本区别在于两连架杆是否为曲柄。而两连架杆是否为曲柄又与各杆长度有关。

a、b、c、dAD上图所示为铰链四杆机构。设各杆长度分别为,为机架。由图可知，机构运动时B点只能以A为中心，作以a为半径的圆周或圆弧运动，在运动中，B、D两点连线的f'''AB长度是变化的,其中BD,a，d,f,。若连架杆能作整周

转动，BD,d,a,fmaxmin''''''BCD,BCD,BCD则机构在运动过程中三角形的形状是变化的，且必定存在和两种形态。

'',BCD 根据三角形任意两边之和必大于(极限情况等于)第三边，在中应有b，c,f (式3-1)max

b，c,a，d 即

'''' 在中应有 ,BCD

b，f,cmin

c，f,bmin

b，d,c，a即 (式3-2)

c，d,b，a (式3-3)

将式(3-1)、(3-2)、(3-3)两两相加并简化可得

a,b

a,c (式3-4)

a,d

由式(3-4)可知，欲使连架杆AB成为曲柄，则连架杆AB应为最短杆。亦即只有最短杆的两端才有可能具有整转副。又根据式(3-1),(3-3)可知，最短杆A8 与其他三杆中最长杆的长度之和必小于或等于其余两杆长度之和，这一关系称为杆长之和条件。

铰链四杆机构有一个曲柄的条件是: (杆长之和条件)

(1) 最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆长度之和;

(2) 最短杆为连架杆。

由于平面四杆机构的自由度为1，故无论哪杆为机架，只要已知其中一个可动构件的位置，则其余可动构件的位置必相应确定。因此，我们可以选任一杆为机架，都能实现完全相同的相对运动关系，这称为运动的可逆性。利用它，我们可在

一个四杆机构中，选取不同的构件作机架，以获得输出构件与输入构件间不同的运动特性。这一方法称为连杆机构的倒置。

图3-10 连杆机构的倒置

可用以下方法来判别铰链四杆机构的基本类型: 1. 如图 3-10，若机构满足杆长之和条件，则 (1) 以最短杆AB的邻边为机架时曲柄摇杆机构,如图3-10(a),;

(2) 以最短杆AB为机架时为双曲柄机构,如图3-10(b), (3) 以最短杆AB的对边为机架时为双摇杆机构,如图3-10(c), 2( 若机构不满足杆长之和条件则只能为双摇杆机构。

3.3 铰链四杆机构的演化

3.3.1改变运动副形式

一、曲柄滑块机构

曲柄滑块机构二、双滑块机构

双滑快机构

3. 3.2 连杆机构的倒置

与铰链四杆机构一样，对于曲柄滑块机构也可通过连杆机构的倒置得到型式不同机构。

曲柄滑块机构的演化

(1)如图所示曲柄滑块机构，若改取杆2为机架则成为导杆机构。其中导杆3

为主动件带动滑块4相对杆1滑动并随之一起绕A点转动。杆1起导路作用，称为导杆。设杆2、杆3的长度分别为、，当时，杆3和杆1均可整圈旋转，故称为曲柄转动导杆机构;当时，ll,ll,ll323232

杆3可整圈旋转，杆1却只能往复摆动，故称为曲柄摆动导杆机构。

导杆机构常用于回转式油泵、牛头刨床等工作机构中。

(2)若取杆3为机架则成为摆动滑块机构(也称摇块机构)，如图(c)所示。这种机构广泛用于摆缸式内燃机和液压驱动装置中。如图所示卡车车厢翻斗机构。

(3)若取杆4为机架则成为定块机构(d)。这种机构常用于手动抽水机构，如图3-15所示的手动抽水机构以及抽油泵中。

卡车厢自动翻斗机构手动抽水机构

3. 3.3 扩大转动副

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。

2e两中心间的距离e称为偏心距，其值即为曲柄长度，图中滑块行程为。

这种将曲柄做成偏心轮形状的平面连杆机构称偏心轮机构，它可视为是图(b)中的转动BAA副扩大到包容转动副，使构件2成为转动中心在点的偏心轮而成，因此其运动特性与原曲柄滑块机构等效。同理，这种机构也可将曲柄摇杆机构按此方法演化而成,图(c)、(d),，运动特性与原机构也完全相同。