机械原理考研讲义第八九章

第八章 平面连杆机构及其设计

连杆机构的传动特点：

1．因为其运动副一般为低副，为面接触，故相同载荷下，两元素压强小，故可承受较大载荷；低副元素便于润滑，不易磨损；低副元素几何形状简单，便于制造。2．当原动件以同样的运动规律运动时，若改变各构件的相对长度，可使从动件得到不同的运动规律。3．利用连杆曲线满足不同的规矩要求。4．增力、扩大行程、实现远距离的传动（主要指多杆机构）。

缺点：

1．较长的运动链，使各构件的尺寸误差和运动副中的间隙产生较大的积累误差，同时机械效率也降低。2．会产生系统惯性力，一般的平衡方法难以消除，会增加机构动载荷，不适于高速传动。

平面四杆机构的类型和应用

一、平面四杆机构的基本型式

1．曲柄摇杆机构2．双曲柄机构 3．双摇杆机构

二、平面四杆机构的演化型式

1．改变构件的形状和运动尺寸

曲柄摇杆机构 -----曲柄滑块机构 2．改变运动副的尺寸

偏心轮机构可认为是将曲柄滑块机构中的转动副的半径扩大，使之超过曲柄的长度演化而成的。

3．选用不同的构件为机架

（a ） 曲柄滑块机构 （b ）ABBC 为摆动导杆机构） （c ）曲柄摇块机构（d ）直动滑杆机构（定块机构）

平面四杆机构的基本知识

一、平面四杆机构有曲柄的条件

1．铰链四杆机构中曲柄存在的条件 （1）存在周转副的条件是：

①其余两杆长度之和最长杆长度最短杆长度

≤+，此条件称为杆长条件。

②组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆。（意即：连架杆和机架中必有一杆是最短杆）

2满足杆长条件下，不同构件为机架时形成不同的机构

①以最短构件的相邻两构件中任一构件为机架时，则最短杆为曲柄，而与机架相连的另一构件为摇杆，即该机构为曲柄摇杆机构。

②以最短构件为机架，则其相邻两构件为曲柄，即该机构为双曲柄机构。

③以最短构件的对边为机架，则无曲柄存在，即该机构为双摇杆机构。

3.不满足杆长条件的机构为双摇杆机构。

注：曲柄滑块机构有曲柄的条件：a + e ≤b

导杆机构：a < b时，转动导杆机构；

a > b时，摆动导杆机构。

例题：

（中矿）

6. 图示导杆机构中，已知LAB=40mm，偏距e=10mm，试问：

1）欲使其为曲柄摆导杆机构，L AC的最小值为多少；

2）若L AB不变，而e=0，欲使其为曲柄摆动导杆机构，L AC 的最小值为多少；

3）若L AB为原动件，试比较在e> 0和e=0两种情况下，

曲柄摆动导杆机构的传动角，哪个是常数，哪个是变数，哪种传

力效果好？

解答：

1）mm e L L AB AC 50)1040(=+=+≥，即L AC 的最小值为50mm 。

2）当e=0时，该机构成为曲柄摆动导杆机构，必有L AC

3）对于e =0时的摆动导杆机构，传动角γ=90º、压力角︒=0α均为一常数，对于e>0时的摆动导杆机构，其导杆上任何点的速度方向不垂直于导杆，且随曲柄的转动而变化，而滑块作用于导杆的力总是垂直于导杆，故压力角α不为零，而传动角︒<︒90 <0γ且是变化的。从传力效果看，e =0的方案好。

二、急回运动和行程速比系数

1．极位与极位夹角

（1）极位：机构的极限位置（即摇杆两极限位置，曲柄与连杆两次共线位置）。 （2）极位夹角：摇杆处于两极限位置时，曲柄与连杆两次共线位置之间的夹角。（会作图求极位夹角）

（3）摆角：摇杆两极限位置之间的夹角。 2．急回运动

在一周中，曲柄等速转动，但摇杆是不等速的：21v v 空回行程工作行程<，摇杆的这种运动性质称为急回运动。

3．行程速比系数K ：衡量急回运动的程度。

θ

θαα-+=

=== 180180212112t t v v K

11180+-=K K

θ

4．结论：

（1）1>K ，即12v v >，即机构有急回特性。可通过此判定曲柄的转向。

（2）当曲柄摇杆机构在运动过程中出现极位夹角θ时，机构便具有急回运动特性。（注：对心曲柄滑块机构：无急回特性； b ：偏心曲柄滑块机构：有急回特性。）

（3）

↑↑K ,

θ，机构急回运动也越显著。所以可通过分析θ及θ的大小，判断机构是否有急回运动及急回运动的程度。雷达天线的俯仰传动的曲柄摇杆机构无急回特性。

（4）急回运动的作用：在一些机械中可以用来节省动力和提高劳动生产率。

三、四杆机构的传动角与死点

1．压力角和传动角(会作图)

（1）压力角α：从动杆件受力方向和受力作用点速度方向之间所夹的锐角。

（2）传动角γ：压力角的余角，

αγ-=

90。实际就是连杆与从动杆件之间所夹的锐角。

（3）结论：α越小，机构的传力性能越好。可见α是判断机构传力性能是否良好的标志。相应有γ越大，机构的传力性能越好。

最小传动角出现的位置

bc a d c b 2)(arccos

2

221--+=γ 或：bc a d c b 2)

(arccos

2222+-+=γ

或：bc a d c b 2)(arccos

1802

222--+-=

γ。

1γ和2γ中小者为min γ

即min γ出现在主动曲柄与机架共线的两位置之一。

注：

①导杆机构的传动角：传动角

90

=

γ，且恒等于

90

②曲柄滑块机构的min

γ

2．死点

在曲柄摇杆机构中，摇杆CD为主动件，连杆与从动曲柄共线时，曲柄AB不能转动而出现顶死的现象。这个位置称为死点。

（1）原因：连杆作用曲柄的力通过回转中心A，对A点无矩，不能驱使其转动。传动角

0 =γ

（2）改善方法：目的：使机构能够顺利通过死点而正常运转。1.错列2.装飞轮加大惯性