3平面连杆机构解析

第三章 平面连杆机构
第一节 平面连杆机构的基本类型 第二节 平面连杆机构的工作特性 第三节 平面连杆机构的设计
第一节 平面连杆机构的基本类型
◆平面连杆机构的特征 1）构件间的相对运动为平面运动； 2）所有的运动副均为低副； 3）包含连杆构件。
◆平面连杆机构的特点及应用
连杆
曲柄滑块机构
优点 运动副为平面或圆柱面接触，承载能力大，制造容 易；运动形式多样，能实现多种运动规律和轨迹。 缺点 构件数较多，低副中存在间隙，运动累积误差大； 惯性力不易平衡；设计较难，不易精确实现复杂的运动规律。 应用 平面连杆机构广泛应用于各种机械和仪器中。
k 1 180 k 1

对心曲柄滑块机构
偏置曲柄滑块机构
摆动导杆机构
平面连杆机构的工作特性
二、传力特性 （一）压力角α和传动角γ F F ◆压力角α 作用在从动件3上 F vC 的驱动力F与该力作用点绝对速度vC 之间所夹的锐角。 驱动力F 沿二力杆BC的方向； Ｃ点的速度vC ⊥CD。 ◆传动角γ 压力角α的余角。 有用分力F F cos sin 有害分力F F sin cos ◆意义 压力角α越小，或传动角γ越大 ，有用分力越大， 有害分力越小，机构的传力性能越好。 压力角α或传动角γ的大小，表征了机构传力性能的好坏。
◆平面四杆机构 由四个构件组成的平面连杆机构。是最简单的连杆机构。
平面连杆机构的基本类型
一、铰链四杆机构的基本类型 定义 运动副全为转动副的四杆机构。
构件名称
机 架－构件4
连架杆－与机架相连的 构件1、3。
连架杆
连杆
B
2
C
连架杆
连 杆－与机架间接相 连的构件2。
曲 柄－可回转360°的 连架杆。 摇 杆－转角小于360° 的连架杆。
曲柄摇杆机构
平行四边形机构
双摇杆机构１
双摇杆机构２
铰链四杆机构是否存在整转副，取决于各构件长度间的关系。 经理论分析有如下结论 ◆整转副存在条件 最短杆与最长杆长度之和小于或等于 其他两杆长度之和，最短杆两端的转动副为整转副。
平面连杆机构的工作特性
◆整转副判别方法 若最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆长度之和， 则最短杆两端的转动副同为整转副，其它的转动副为摆转副。 若最短杆与最长杆长度之和大于其他两杆长度之和，则该机 构不存在整转副，全部为摆转副。
应用实例
雷达天线俯仰机构 脚踏缝纫机驱动机构
2 B 1 A 4 3 D
C
曲柄摇杆机构
平面连杆机构的基本类型
（二） 双曲柄机构 定义 两个连架杆均为曲柄。
B A D C
平行四边形机构
一般双曲柄机构
B A D C
反平行四边形机构
特性 当主动曲柄匀速转动 时，从动曲柄可作同向或反向、 等速或变速转动。 应用实例
B
C
扩大转动副B的半径，使其大于曲柄AB的长度，成为偏心 轮机构，偏心距ｅ=曲柄长。
扩大移动副 应用 当曲柄长度较小，一般的联接结构难于实现；或因装 配及需传递较大载荷时，常采取扩大回转副或移动副的方法。
第二节 平面连杆机构的工作特性
一、运动特性 （一）整转副存在条件 ◆整转副 若组成转动副的两构 件能相对整周转动，称为整转副，否 则，称为摆转副。
平面连杆机构的工作特性
◆铰链四杆机构基本类型的判别
根据周转副存在条件、曲柄与摇杆的定义及相对运动原理: 1）如果最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆长度 之和，则 取最短杆为机架 (含两个整转副)时，为双曲柄机构； 取最短杆的临杆为机架 (含一个整转副)时，为曲柄摇杆机构 取最短杆的对杆为机架 (不含整转副)时，为双摇杆机构。 2）如果最短杆与最长杆长度之和大于其他两杆长度之和， 则不论取哪个构件为机架(不含整转副)，均为双摇杆机构。
平面连杆机构的工作特性
◆曲柄存在条件 1）杆长条件（必要条件）
最短杆与最长杆长度之和小 于或等于其他两杆长度之和。
2）机架条件（充分条件）
最短杆或其临杆为机架 。
双曲柄机构
曲柄摇杆机构
双摇杆机构
双摇杆机构
平面连杆机构的工作特性
（二）急回特性及行程速比系数
( 曲柄摇杆机构 偏置曲柄滑块机构 摆动导杆机构 )
快速 慢速
平面连杆机构的工作特性
◆行程速比系数k 与慢 表示构件运动的急回程度，定义为快程平均角速度 m 之比 程平均角速度 m t 2 t1 1 1 180 m k t1 t2 2 1 180 m θ =0， k=1，无急回特性； θ↑，k ↑，急回特性越显著，k=1.1~1.4。
1
A
3
4
铰链四杆机构
D
机架
平面连杆机构的基本类型
按两连架杆的运动情况铰链四杆机构可分为
铰链四杆机构
曲柄摇杆机构
双曲柄机构
双摇杆机构
一曲一摇
二 曲
二 摇
平面连杆机构的基本类型
（一）曲柄摇杆机构 定义 两个连架杆中，一个为曲柄，一个为摇杆。 特性 可实现曲柄转动与摇杆摆动的相互转换。曲柄常为 主动件，作匀速转动，摇杆为从动件，作变速摆动。
特性 可实现曲柄 （摇杆）转动与滑 块移动的相互转换
曲柄摇杆机构
圆弧导轨曲柄滑块机构
对心曲柄滑块机构
偏置曲柄滑块机构
平面连杆机构的基本类型
（二）取不同的构件为机架
曲柄滑块机构
回转导杆机构
牛头刨床
摆动导杆机构 牛头刨床
摇块机构
定块机构
平面连杆机构的基本类型
（三）扩大运动副 扩大转动副
B A
C
e
A
◆急回特性 构件往复运动（摆动或移动），一快一慢 。Ｃ1 Ｃ2 意义：工作行程慢，空回行程快，以提高生产率。 曲柄摇杆机构分析 ψ 极限位置：曲柄与连杆共线 θ B 1 摇杆摆角ψ φ1 极位夹角θ：摇杆处于两极 φ2 限位置时，曲柄两对应位置所夹 锐角。 B2 当曲柄ＡB1→ＡB2 (φ1＝180°+θ，t1) →摇杆C1D→C2D (ψ ，t1) 当曲柄ＡB2→ＡB1 (φ2＝180°- θ，t2) →摇杆C2D→C1D (ψ ，t2) ∵ φ1＞ φ2 ， t1＞t2，ψ不变， ∴摇杆往复摆动的速度不同。
机车驱动机构
车门启闭机构
平面连杆机构的基本类型
（三）双摇杆机构 定义 两连架 杆均为摇杆。 特性 可实现两 个摇杆摆动的相 互转换。 应用实例
汽车转向机构 摇头扇机构
B A
C D
等腰梯形机构
双摇杆机构
平面连杆机构的基本类型
二、铰链四杆机构的转化机构 （一）转动副转化成移动副 转化方法 改变构 件的形状和尺寸 (摇杆长度 Biblioteka Baidu3 增至 无穷大)。