第二章 连杆机构

第二章 连杆机构

2.1 平面连杆机构的类型

1、连杆机构的应用

内燃机、鹤式吊、火车轮、急回冲床、牛头刨床、翻箱机、机械手爪、椭圆仪、开窗、车门、折叠伞、床、牙膏筒拔管机、自行车等。

特征：至少有一作平面运动的构件，称为连杆。 2、连杆机构的分类

⎩

⎨⎧空间连杆机构平面连杆机构分类

常以构件数命名：如四杆机构、多杆机构。

2.1.1 平面连杆机构的基本型式

1、平面四杆机构的基本型式

基本型式：如图2—1所示铰链四杆机构为平面四杆机构的基本型式，其它四杆机构都是由它演变得到的。 常用名词：

曲柄—作整周定轴回转的构件； 连杆—作平面运动的构件； 摇杆—作定轴摆动的构件； 连架杆—与机架相联的构件；

周转副—能作360°相对回转的运动副； 摆转副—只能作有限角度摆动的运动副。

三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、

双摇杆机构。 1）曲柄摇杆机构

特征：曲柄＋摇杆。

作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。如图2—2所示雷达天线。 2）双曲柄机构

特征：两个曲柄。

作用：将等速回转转变为等速或变速回转。如图

2—3所示惯性筛等。

图2—2

图2—4 图2—3

特例：平行四边形机构，如图2—

4所示。 特征：两连架杆等长且平行，连杆作平动

图2—1

实例：火车轮、摄影平台（图2—5）、播种机料斗机构（图2—6）、天平（图2—7）、香皂成型机等。

图2—5 图2—6 图2—7

为避免在共线位置出现运动不确定，采用如图2—8所示两组机构错开排列。或采用反平行四边形机构如图2—9所示车门开闭机构

图2—8

图2—9

3）双摇杆机构

特征：两个摇杆。

应用举例：如图2—10所示铸造翻箱机构、图2—11所示风扇摇头机构等。

特例：如图2—12所示等腰梯形机构－汽车转向机构

图2—10 图2—11图2—12

2.1.2 平面连杆机构的演化

1）改变构件的形状和运动尺寸，如图2—13所示。

图2—13

曲柄摇杆机构当一个连架杆杆长变为无穷大时，就演化为曲柄滑块机构；若滑块导路通过曲柄回转中心则为对心曲柄滑块机构，若不过则为偏心曲柄滑块机构；进一步改变构件的形状和运动尺寸还可得到双滑块机构正弦机构如图2—14所示。

图2—14

2）改变运动副的尺寸

图2—15

曲柄滑块机构当曲柄与连杆间的转动副尺寸扩大到超过曲柄中心时，可得如图2—15所示偏心轮机构。

3）选不同的构件为机架

曲柄滑块机构当以曲柄为机架时，可得如图2—16所示导杆机构（若导杆不能整周转动则为摆动导杆，若能够整周转动则为转动导杆），应用实例如图2—17所

示小型刨床或图2—18所示牛头刨床。

曲柄滑块机构若选连杆为机架则可得如图2—19所示摇块机构，应用实例如图2—20所示自卸卡车举升机构。

曲柄滑块机构若选滑块为机架则可得如图2—21所示直动滑杆机构，应用实例如图2—21所示手摇唧筒。这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法称为：机构的倒

置；如图2

—22所示选择双

滑块机构中的不同构件作为机架可得不同的机构。

图2—20

图2—21

4）运动副元素的逆换将低副两运动副元素的包容关系进行逆换，不影响两构件之间的相对运动。例如如图2—23所示导杆机构若将构件2

和3的包容关系进行逆换则可得摇块机构，但各构件间的相对运动关系不变。

图2—16

图2—17

图2—18 图6—19

图2—23 图2—22

2.2 平面连杆机机构的工作特性

2.2.1 运动特性

1、平面四杆机构有曲柄的条件

如图2—24所示，设a

b ≤(d-a)+

c 即: a+b ≤d+c c ≤(d-a)+b 即: a+c ≤d+b 将以上三式两两相加得：

a ≤b, a ≤c, a ≤d

可见AB 杆为最短杆。

若设a>d ，同理有：d ≤a ，d ≤b ，d ≤c AD 杆为最短杆。

由上可得曲柄存在的条件为：

1）最长杆与最短杆的长度之和应≤其他两杆长度之和称为杆长条件。 2）连架杆或机架之一为最短杆。此时，铰链A 为周转副。

若取

BC 为机架，则结论相同，可知铰链B 也是周转副。由此可知：当满足杆长条件时，其最短杆参与构成的转动副都是周转副。

图2—26

当满足杆长条件时，说明存在周转副，当选择不同的构件作为机架时，可得不同的机构。如图

2—25所示：曲柄摇杆、双曲柄、双摇杆机构。

图2—24

图2—25

2、急回运动和行程速比系数

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，简称极位，如图2—26所示。此两处曲柄之间的夹角θ称为极位夹角。

当曲柄以ω逆时针转过180°+θ时，摇杆从C 1D 位置摆到C 2D 。所花时间为t 1 ，平均速度为V 1，那么有：

ωθ)180(1+=

ο

t θ

ω

+==

ο1802

12

11

1c c c c ⌒

⌒

t V

当曲柄以ω继续转过180°-θ时，摇杆从C 2D ，置摆到C 1D ，所花时间为t 2 ,平均速度为V 2 ，那么有：

ωθ)

180(2-=ο

t θ

ω

-==ο1802

12

12

2c c c c ⌒

⌒

t V

因曲柄转角不同，故摇杆来回摆动的时间不一样，平均速度也不等。并且：

t 1 >t 2 V 2 > V 1

摇杆的这种特性称为急回运动。用以下比值表示急回程度：

θθ-+====οο180180211

2122112t t t c c t c c V V K ⌒⌒

称K 为行程速比系数。只要θ≠0，就有K>1，且θ

越大，K 值越大，急回性质越明显。

由：θ

θ-+=ο

ο180180K ，可得：11180+-=K K οθ如图2—27所示的偏置曲柄滑块机构和图2—28所示的导杆机构由于存在急回特性，故可用在空行程节省运动时间中，例如牛头刨、往复式输送机

等。

图2—27

图2—28