机械原理 平面连杆机构及其设计讲义

第五讲 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：1）曲柄滑块机构有曲柄的条件：a + e ≤ b

2）导杆机构：a < b 时，转动导杆机构； a > b 时，摆动导杆机构。

例题：

1.如图所示铰链四杆机构中，已知mm l BC 500=，mm l CD 350=，

mm l AD 300=，AD 为机架。

试问：1．若此机构为曲柄摇杆机构，且AB 为曲柄，求AB l 的最大值； 2． 若此机构为双曲柄机构，求AB l 的最小值； 3． 若此机构为双摇杆机构，求AB l 的的取值范围。 解题要点：

在铰链四杆机构由曲柄的条件中，其杆长条件是机构 图

有曲柄的根本条件。若满足杆长条件，以最短杆或与最短杆相邻的杆为机架，机构则有曲柄；否则无曲柄；若不满足杆长条件，无论取哪个构件为机架，机构均无曲柄，即为双摇杆机构。 解：1. 因AD 为机架，AB 为曲柄，故AB 为最短杆，有

mm l l l l BC AD CD AB 150500300350=-+=-+≤ mm l AB 150max

=

2.因AD 为机架，AB 及CD 均为曲柄，故AD 杆必为最短杆，有下列两种情况： 若BC 为最长杆（即AB 为中间杆），则500=

若AB 为最长杆，则500=>BC AB l l ，且CD BC AB AD l l l l +≤+ 故 mm l l l l AD CD BC AB 550300350500=-+=--≤ 得 550500<

3．如果机构尺寸不满足杆长条件，则机构必为双摇杆机构。 若AB l 为最短杆，则AD CD BC AB l l l l +>+

故 mm mml l l l l AB BC AD CD AB 150150500300350max ==-+=-+> 若AB l 为最长杆，则CD BC AB AD l l l l +>+

故 mm l l l l AD BC BC AB 550300350500=-+=-+> 若AB l 即不是最短杆，也不是最长杆，则AD

BC AB CD l l l l +>+

故 mm l l l l CD BC AD AB 450350500300=-+=-+<

若要保证机构成立，则应有

mm l l l l AD CD BC AB 1150300350500=++=++<

故当该机构为双摇杆机构时, AB l 的取值范围为

mm 150

矿）

（山科）

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

注：极位夹角可用图解法和解析法求得。 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。