连杆机构及其特点

§7－4
平面四杆机构的设计
三类设计要求： 1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如: 飞机起落架、函数机构。 A D B’ C’ B A
x
BDBiblioteka Cy=logxC
函数机构
飞机起落架
要求两连架杆的转角 满足函数 y=logx
§7－4
三类设计要求：
平面四杆机构的设计
1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如: 飞机起落架、函数机构。 2)满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构。 C’ B’
优点： ①连杆机构为低副机构，运动副为面接触，压强小，承载 能力大，耐冲击； ② 运动副元素的几何形状多为平面或圆柱面，便于加工 制造； ③在原动件运动规律不变情况下，通过改变各构件的相对 长度可以使从动件得到不同的运动规律； ④可以连杆曲线可以满足不同运动轨迹的设计要求. 缺点： ①由于运动积累误差较大，因而影响传动精度； ②由于惯性力不好平衡而不适于高速传动； ③设计方法比较复杂。
§7－3 平面四杆机构的基本知识
偏置曲柄滑块机构 θ≠0，有急回运动
问题：对心曲柄滑 块机构，有没有急 回运动？
§7－3 平面四杆机构的基本知识
机构急回的作用：
节省空回时间，提高工 作效率。
注意：急回具有方向性
摆动导杆机构
§7－3 平面四杆机构的基本知识
三.压力角和传动角
压力角：从动件驱动力F与力作用点绝对速度之间所 夹锐角,记作。 切向分力: F’= Fcos =Fsinγ 法向分力: F”= Fcosγ γ↑ → F’↑ →对传动有利。 可用γ的大小来表示机构传动力性能的好坏(便于测量). F” F 称γ为传动角。 γ C α F’ ＝90°－ B 传动角是变 化的。
偏距 对心曲柄滑块机构 偏置曲柄滑块机构
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
正弦机构
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
1. 转动副变成移动副 2.取不同的构件为机架
低副运动可逆性---以低 副相连接的两构件间的相 对运动关系，不因机架的 不同而改变。
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
机构无曲柄，为双摇杆机构。
§7－3 平面四杆机构的基本知识
二、急回运动
极位: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。 极位夹角:此两处曲柄之间的夹角θ 。 C
B ω A
C2
C1
θ
B1 D D
B2
§7－3 平面四杆机构的基本知识
二、急回运动
C2
D D C
C1
Bθ 180°＋θ ω A B1 B2
曲柄摇杆机构应用实例 自行车
曲柄摇杆机构应用实例 跑步机
曲柄摇杆机构应用实例
自动送料机构
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
运动特点： 一般曲柄主动，将连续转动转换为摇杆的摆动，也 可摇杆主动，曲柄从动。
磨轮机
压道机
脱粒机
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
2、双曲柄机构 定义： 铰链四杆机构中，两个连架杆均为曲柄。 当主动曲柄连续等速转动时，从动曲柄一般作不 等速转动。
摆动导杆机构：由于在任何位置 时主动曲柄通过滑块传给从动杆 的力的方向，与从动杆上受力点 的速度方向始终一致，所以传动 角等于90度。
总结：传动角大小与各杆长有关，可按给给定的许用传动角 统筹各种性能指标，设计四杆机构。
§7－3 平面四杆机构的基本知识 四.机构的死点位置
摇杆为主动件，且 连杆与曲柄两次共 线时，有： γ＝0 此时机构不能运动. 称此位置为： “死点”
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
采用多杆机构传递运动和动力。 1）用于改变动力源性质。 2）用于扩大行程。 3）用于改变运动和动力特性。 4）使机构受力平衡或均匀。
§7－3 平面四杆机构的基本知识
包括运动特性和动力特性两方面。既反映机构 传递和变换运动与力的性能，也是四杆机构类型选 择和运动设计的依据。
A
D
§7－3 平面四杆机构的基本知识
为保证机构具有良好的传动性能，设计时：
min40° (一般机械) min50° (大功率机械) min略＜40°(小功率控制机构或仪表)
§7－3 平面四杆机构的基本知识
γmin出现的位置：
机构的传动角一般 在运动链最终一个 从动件上度量。
§7－3 平面四杆机构的基本知识
Q Q A 要求连杆上E点的轨 迹为一条水平直线 搅拌机构 E
要求连杆上E点的轨 迹为一条卵形曲线
B
C A D
要求连杆在两个位置垂 直地面且相差180˚
§7－4
平面四杆机构的设计
三类设计要求： 1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如: 飞机起落架、函数机构。 2)满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构。 3)满足预定的轨迹要求，如: 鹤式起重机、搅拌机等。 A B C C B E D D
曲柄1－l1 ；连杆2－l2
l1＋l3 l4＋l2 （3） 两两相加得:
l 1 l 2， l 1 l 3 ， l 1 l 4
连架杆3－l3 ；机架4－l4
§7－3 平面四杆机构的基本知识
整转副存在条件：
最短杆与最长杆之和小于或等于其它两杆长之和。 整转副是由最短杆与其邻边组成的。（推论）
§7－3 平面四杆机构的基本知识 用什么衡量急回程度的多少？
行程速比系数K
V2 C1C2 t2 t1 180 K V1 C1C2 t1 t2 180
只要 θ ≠ 0 ， 就有
K>1
且θ越大，K值越大，急回性质越明显。 设计新机械时，往往先给定K值，于是:
K 1 180 K 1
P C D
A
C
γ=0
B
B
B
飞机起落架
工件 工件 A T
B 2 C 2 C γ=0 11 33 A 4
P
D D
F
钻孔夹具
§7－4
平面四杆机构的设计
连杆机构设计的基本问题: 机构选型－根据给定的运动要 选择机构的类型； 尺度综合－确定各构件的尺度参数 (长度尺寸)。 γ 同时要满足其他辅助条件： a)结构条件（如要求有曲柄、杆长比恰当、 运动副结构合理等）; b)动力条件（如γmin）; c)运动连续性条件等。
反行程:
当曲柄以ω继续转过180°-θ时，摇杆从C2D,置摆到C1D， 所花时间为t2 ,平均速度为V2 ,有：
t2 (180 ) /
V2 C1C2 t2
C2
C1 D
C1C2 /(180 )
显然：t1 >t2 V2 > V1
A
B1
180°-θ
摇杆的这种特性称为急回运动。
主要内容:
1、铰链四杆机构中有整转副及曲柄的条件
2、急回运动
3、死点位置 曲柄摇杆机构
4、压力角与传动角
§7－3 平面四杆机构的基本知识
一、 铰链四杆机构有整转副的条件 回顾何为整转副?
两构件能相对转动360°的转动副。 具有整转副的铰链四杆机构 才可能有曲柄。而机构原动件曲 柄居多。
为何要分析整转副？
§7-1 连杆机构及其特点 四杆机构：
由四个构件组成的平面连 杆机构。 结构最简单，应用最 广泛。是多杆机构的基础。
本章重点： 四杆机构的基本类型、特 性及常用设计方法。
六杆机构
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
平面四杆机构 铰链四杆机构 全部用转动副组成 的平面四杆机构。
含移动副的四杆机构 机架
整转副是否存在，取决于什么？ 以有整转副存在的曲柄摇杆机构为例 分析整转副存在的条件。
§7－3 平面四杆机构的基本知识
AC1D中：
l1＋l2l3＋l4 （1）
B ω A B2 B1
C2 D D
CC 1
AC2D中：
l2－l1＋l3l4
l1＋l4 l2＋l3 （2）
l2－l1＋l4 l3 曲柄摇杆机构
特点：
实例：惯性筛 1－等速整周转动；
3－变速整周转动；
5－变速往复移动筛 分物料。(惯性力产 生冲击和振动)
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
特殊情况：平行四边形机构 特点： 主、从动曲柄以相同角速度转动，连杆平动。
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
平行四边形机构：
位置不确定问题
连架杆
铰链四杆机构的 演化机构。
构件2
构件1、3 曲柄：整周回转，如 构件1 摇杆：仅在某一角度 内往复摆动，如构件3
连杆
构件4
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
整转副
以转动副相连的两构件能作整周相 对转动的转动副。如A、B。 以转动副相连的两构件不能作整周 相对转动的转动副。如C、D。
摆转副
正行程: 当曲柄以ω逆时针转过180°+θ时，摇杆从C1D位置摆到C2D。 所花时间为t1 , 平均速度为V1,那么有：
t1 (180 ) /
V1 C1C2 t1 C1C2 /(180 )
§7－3 平面四杆机构的基本知识
V1 C1C2 t1 C1C2 /(180 )
问题：满足上述条件(有整转副存在)，是否一定有曲柄 存在?
答案：否！只有整转副处于机架上，才形成曲柄。 杆的相对长度
曲柄存在条件 机架的选取
l2
C
l3
A
最短杆必须作为 连架杆或机架
B l1
l4
D
§7－3 平面四杆机构的基本知识
★当满足整转副条件时： 1、选取最短杆两邻边为机架，得两不同的曲柄摇杆机构。 2、选取最短杆为机架，得双曲柄机构。 3、若选最短杆对面杆为机架，则为双摇杆机构。 ★当不满足整转副条件时： 两种不 同类型
F
F γ＝0
γ＝0
§7－3 平面四杆机构的基本知识
如何消除死点的不良影响？ 1、对从动曲柄加外力； 2、安装飞轮，加大从动件的惯性力； 3、靠构件自身的惯性力。 如: 两组机构错开排列，如火车轮机构; 靠飞轮的惯性（如内燃机、缝纫机等）。
第七章 平面连杆机构及其设计
也可以利用死点进行工作：飞机起落架、钻夹具等。
第七章 平面连杆机构及其设计
§ 7-1 连杆机构及其特点
§ 7-2
§ 7-3
平面连杆机构的类型及应用
平面连杆机构的基本知识
§ 7-4
§ 7-5
平面四杆机构的设计
多杆机构
§7-1 连杆机构及其特点
工程常用机构之一。 定义： 由若干构件通过低副连接组成的平面机构（又称 低副机构）。
§7-1 连杆机构及其特点
特殊情况：
等腰梯形机构 （两摇杆长相等） 实例：汽车车轮的转向机构
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
平面四杆机构的演化：
曲柄摇杆机构 （母机构）
演化
其它平面连杆机构
创新性思维的体现 演化方法如下 ：
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
1. 转动副变成移动副
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构 1、曲柄摇杆机构 定义：铰链四杆机构中，两个连架杆中一个为曲柄， 另一个为摇杆。 实例：
铰链四杆机构的分类：
曲柄摇杆机构应用实例 颚式破碎机
曲柄摇杆机构应用实例
搅面机
曲柄摇杆机构应用实例 卫星接收装置
曲柄摇杆机构应用实例 缝纫机脚踏板机构
椭 圆 仪
滑 块 联 轴 器
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
3、扩大转动副尺寸
应用：
偏心轮机构
当曲柄长很短，曲柄销需承受较大冲击而工作行程 小时。增大轴颈尺寸，提高偏心轴的强度和刚度。广泛 用于传力较大的剪床、冲床等机械中。
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
3、扩大转动副尺寸
偏心轮机构
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
如何消除： 1、惯性飞轮 2、加虚约束 3、靠自重
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
3、双摇杆机构 定义： 铰链四杆机构中，两个连架杆均为摇杆。 实例：起重机、飞机起落架、摇头电扇
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
γmin出现的位置：

◆当 ∠BCD ≤ 90°时，γ＝∠BCD ◆当 ∠BCD ＞ 90°时， γ＝180°- ∠BCD
◆当∠BCD最小或最大时，即在主动曲柄与机架共线的位
置，都有可能出现γmin
§7－3 平面四杆机构的基本知识
曲柄滑块机构：当主动件为曲 柄时，最小传动角出现在曲柄 与机架垂直的位置。
曲柄滑块机构的演化－变更机架
曲柄滑块机构
转动导杆机构
摆动导杆机构
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用
应用实例 应用实 例
A φ 1 A 11 4 4A 1 4 A 2 B 2 34 C3 C 3
曲柄摇块机构
移动导杆机构
含一个移动副的连杆机构
§ 7－2 平面四杆机构的基本类型及其应用 双滑块机构