第03章 平面连杆机构

平面连杆机构
3.1
3.2 3.3 3.4 3.5
概述
铰链四杆机构 移副四杆机构
平面四杆机构的基本特性 平面四杆机构的设计
3.2.1
铰链四杆机构的组成
当平面四杆机构中的运动副全部都是转动副时，称为铰链四 杆机构。它是平面四杆机构最基本的形式，其他形式的四杆 机构都可看做是在它的基础上演化而成的。 如图3-2所示的铰链四杆机构中，固定不动的构件4称为机架， 与机架相连接的构件1和构件3称为连架杆，连接两根连架杆 的构件2称为连杆。连杆2通常作平面运动，连架杆1和连架杆 3绕各自的转动副中心A和D转动。如果连架杆绕机架上的转动 中心A或D作整周转动时，则称为曲柄，如果只能在小于360° 的某一角度范围内往复摆动，则称为摇杆。
平面连杆机构
3.1
3.2 3.3 3.4 3.5
概述
铰链四杆机构 移副四杆机构
平面四杆机构的基本特性 平面四杆机构的设计
3.4.1
压力角与传动角
一、压 力 角
二、传 动 角 三、最小传动角的检验 四、其他常用四杆机构的最小传动角
3.4.2
急回特性
在如图3-25所示的曲柄摇杆机构中，设曲柄AB为主动件， 曲柄AB以等角速度ω作顺时针转动，摇杆CD为从动件并 作往复摆动。
图3-2 铰链四杆机构
3.2.2
铰链四杆机构的基本型式
对于铰链四杆机构来说，可根据两根连架杆运动
形式的不同或根据曲柄的数量不同，将铰链四杆机构
分为3种基本型式，分别以下3种。 (一) 曲柄摇杆机构 (二) 双曲柄机构
(三) 双摇杆机构
3.2.3
1 曲柄存在的条件
铰链四杆机构类型的判别
(1) 最短构件与最长构件的长度之和小于或等于其余两构 件长度之和。 (2) 最短构件或其相邻构件应为机架。
求和最小传动角要求等，以保证机构设计可靠、合理。
3.5.1
概 述
1
设计的类型
在实际生产中，对机构的设计要求多种多样，给定的条 件也各不相同。归纳起来，涉及的类型一般可分为两类。 (1) 实现给定的运动规律。 (2) 实现给定的运动轨迹。
2
设计的方法
(1) 图解法。 (2) 解析法。 (3) 实验法。 由于在一般的机械设计中，常常遇到的设计类型是实现 给定运动规律。因此，本书只介绍按照给定的运动规律 用图解法设计平面四杆机构的相关知识。
图3-20 构件与相邻两构件整周转动
3.3.4
2
单移副四杆机构类型的判别
单移副四杆机构类型的判别
由以上分析可得：
(1) 当以导杆4作为机架时，得到曲柄滑块机构。 (2) 当以滑块的对边(构件1)作为机架，得到导杆机构。 1) 当L1<L2时，连杆2与导杆4都能相对构件1整周转动，故为转 动导杆机构。 2) 当L1>L2时，此时只有连杆2能相对构件1整周转动，故为摆动 导杆机构。 (3) 当以连杆2作为机架时，得到摇块机构。 (4) 当以滑块3作为机架时，得到定块机构。
平面连杆机构是由若干个构件通过低副连接 而成的机构，又称为平面低副机构。
3.1.2
平面连杆机构可分类如下：
分类
图3-1 平面连杆机构
3.1.3
平面连杆机构的特点和应用
平面连杆机构的主要优点： (1) 平面连杆机构中的运动副都是低副，组成运动 副的两构件之间为面接触，因而承受的压强小、便 于润滑、磨损较轻，可以承受较大的载荷。 (2) 构件形状简单，加工方便，构件之间的接触是 由构件本身的几何约束来保持的，所以构件工作可 靠。 (3) 在原动件等速连续运动的条件下，当各构件的 相对长度不同时，可使从动件实现多种形式的运动， 满足多种运动规律的要求。 (4) 利用平面连杆机构中的连杆可满足多种运动轨 迹的要求。
点；当以摇杆为主动件时，曲柄与连杆存在共线位置， 所以会出现死点。
(1) 死点位置
(2) 死点位置的克服 (3) 死点位置的利用
平面连杆机构
3.1
3.2 3.3 3.4 3.5
概述
铰链四杆机构 移副四杆机构
平面四杆机构的基本特性 平面四杆机构的设计
3.5
平面四杆机构的设计
主要平面四杆机构的设计是根据给定的运动条件， 确定机构中各个构件的尺寸。有时还需要考虑机构的一 些附加的几何条件或动力条件，如机构的结构、安装要
3.1.3
平面连杆机构的特点和应用
平面连杆机构的主要缺点： (1) 根据从动件所需要的运动规律或轨迹来设计连 杆机构比较复杂，而且精度不高。 (2) 连杆机构运动时产生的惯性力难以平衡，所以 不适用于高速的场合。 平面连杆机构广泛应用于各种机械，随着电子计算 机应用的普及、计算速度及设计软件功能的不断提 高，使设计速度与精度大大提高，使复杂的设计问 题得以解决，因此平面连杆机构的应用范围更加广 泛。
第3章 平面连杆机构
平面连杆机构
平面连杆机构特别是其中的平面四杆机构是工程中
最常见的机构。本章将对它的类型、特性加以分析，同
时讨论这类机构的运动分析及结构设计等。
平面连杆机构
3.1
3.2 3.3 3.4 3.5
概述
铰链四杆机构 移副四杆机构
平面四杆机构的基本特性 平面四杆机构的设计
3.1.1
定义
(一)摇杆的极限位置 (二)摇杆的摆角 (三)曲柄的极位夹角
(四)机构的急回特性
(五)机构具有急回特性的条件
图3-25 曲柄摇杆机构的急回特性
(六)其他常用四杆机构的急回特性
3.4.3
死 点
四杆机构中是否存在死点取决于从动件与连杆是否存在 共线的位置。对于曲柄摇杆机构来说，当以曲柄为主动
件时，摇杆与连杆不可能出现共线位置，故不会出现死
2
铰链四杆机构类型的判别
根据有曲柄的条件可得推论如下。 (1) 当最短构件与最长构件的长度之和大于其余两构件长 度之和时，只能得到双摇杆机构。 (2) 当最短构件与最长构件的长度之和小于或等于其余两 构件长度之和时： 1) 最短构件的相邻构件为机架时得到曲柄摇杆机构。 2) 最短构件为机架时得到双曲柄机构。 3) 最短构件的对面构件为机架时得到双摇杆机构。
在设计具有急回特性的平面四杆机构时，通常按照 实际工作需要，先确定行程速度变化系数K的数值， 并按式(3-15)计算出极位夹角，然后利用机构在极 限位置时的几何关系再结合其他有关的附加条件进 行四杆机构的设计，从而求出机构中各个构件的尺 寸参数。
(1) 曲柄摇杆机构
(2) 曲柄滑块机构 (3) 导杆机构
平面连杆机构
3.1
3.2 3.3 3.4 3.5
概述
铰链四杆机构 移副四杆机构
平面四杆机构的基本特性 平面四杆机构的设计
3.3.1
移副四杆机构的组成
当平面四杆机构中的运动副中至少有一个移动副时，称为移 副四杆机构。移副四杆机构又可分为单移副四杆机构(只含一 个移动副)和双移副四杆机构(含有两个移动副)。移副四杆机 构可看成由铰链四杆机构扩大转动副演化而来，其演化过程 如图3-10所示。 图3-10中e为曲柄中心A至直槽中心线的垂直距离，称为偏距。 当e≠0时，称为偏置曲柄滑块机构；当e =0时，称为对心曲 柄滑块机构。
图3-10 移副四杆机构的演化过程
3.3.1
移副四杆机构的组成
如图3-11所示的移副四杆机构中，它由1、2、3、4四个构件 组成，其中构件4称为导杆(因滑块3只能沿着导杆4滑移，导 杆4起导向作用)，构件3称为滑块。它与导杆4形成移动副。 连接构件1和滑块3的构件2称为连杆。连杆2通常作平面运动， 构件1绕转动副中心A转动或摆动。如果构件1绕机架上的转动 中心A作整周转动时，则称为曲柄，如果只能在小于360°的 某一角度范围内往复摆动，则称为摇杆。
双转块机构 双滑块机构
3.3.4
1
单移副四杆机构类型的判别
构件与相邻两构件作整周转动的条件
如图3-20所示的移副四杆机构中，滑块3和导杆4不可能与它们的 相邻两构件作整周转动，能与相邻两构件作整周转动的只有构件 1和连杆2。 由实验与分析可得，构件1和连杆2哪个短，哪个就能与相邻两构 件作整周转动。
一、填空 二、选择 三、判断 四、简答 五、设计
【习 题】
谢 谢！
3.5.2
按给定的连杆位置设计
【例3-1】如图3-35(a)所示，已知机构的长度比例 尺为 铰链四杆机构中连杆BC的长度为L2，B和C分别 是连杆上的两个铰链，给定连杆的3个位置B1C1、 B2C2和B3C3。试设计该铰链四杆机构。
图3-35 按给定的连杆位置设计四杆机构
3.5.3
按给定的行程速度变化系数设计
(1) 若L1<L2，则构件1能与相邻两构件作整周转动，如图3-20(a)所示， 此时连杆2能相对构件1作整周转动，导杆4也能相对构件1作整周转动。 (2) 若L1>L2，则构件2能与相邻两构件作整周转动，如图3-20(b)所示， 此时构件1能相对连杆2作整周转动，滑块3也能相对连杆2作整周转动。
图3-11 移副四杆机构
3.3.2
单移副四杆机构的基本形式
(一)曲柄滑块机构 (二)导杆机构
1．转动导杆机构 2．摆动导杆机构
(三)摇块机构
(四)定块机构
3.பைடு நூலகம்.3
双移副四杆机构的基本形式
如果平面四杆机构中出现两个移动副，则称为双移
副四杆机构。
常见的双移副四杆机构有3种型式：
1 2 3
曲柄移动导杆机构