上海理工大学 机械原理与机械零件 第二章 平面连杆机构设计

第二章

平面连杆机构

连杆机构是一种常用的传动机构.按机构中各构 件间的相对运动是平面运动还是空间运动,可将其分 成平面连杆机构和空间连杆机构。 平面连杆机构中的构件是以低副(回转副、移动 副)联接的。最简单的平面连杆机构是由四个构件组 成的平面四杆机构。

本章重点介绍平面四杆机构的基本类型、特点及设计。

第二章 平面连杆机构设计铰链四杆机构 铰链四杆机构的演化

平面四杆机构的设计

§2-1 铰链四杆机构定义：全部用回转件组成的平面四杆机构。机架：固定件 组成: 连杆：不与机架直接相连的构件 连架杆(2个): 与机架相连的构件。有曲柄、 摇杆两种。 能作整周运转

一、分类: 按连架杆类型分曲柄摇杆机构: 两连架杆一为 曲柄,一为摇杆。 双曲柄机构: 两连架杆全为曲柄。 双摇杆机构: 两连架杆全为摇杆。

★曲柄摇杆机构两连架杆一为曲柄一为摇杆。

雷达天线俯仰机构

缝纫机脚踏板机构

★ 双曲柄机构两连架杆都是曲柄。

插床机构

惯性筛机构

平行四边形机构: 指相对两杆平行且相等的双曲柄机构。(正)平行四边形机构特性: ▲两曲柄同速同向转动 ▲连杆作平动

天平机构

运动不确定的位置图

改进方法1: 加对称结构 改进方法2:机车驱动轮联动机构

反平行四边形机构两相对杆长相等但不平行的双曲柄机构

车门开闭机构

★双摇杆机构两连架杆都是摇杆。

等腰梯形机构 (两摇杆等长)b=d

鹤式起重机

汽车前轮转向机构

二、曲柄存在的条件铰链四杆机构的类型取决于曲柄的存在和个数;而是 否存在曲柄取决于机构各杆件的长度和机架的选择。 分析：构件AB要为曲柄，则转动 副A应为整转副(周转副); 为此AB杆应能占据整周中 的任何位置；

因此AB杆应能占据与AD共 线的位置AB'及AB''。由△ DB'C' 由△DB'' C'' 两两相加

l1 l 3 l4 l 2 l3 (l4 l1 ) l2 l1 l 4 l 2 l 3

l 2 (l4 l1 ) l 3

l1 l 2 l4 l 3

l1 l2

l1 l3

l1 l4

结论：转动副A成为整转副的条件 1) 最短杆长度+最长杆长度≤其余两杆长度之和 ——杆长条件 2) 组成该周转副的两杆中必有一杆是最短杆。

推论当机构尺寸满足杆长条件时，最短杆两端的转 动副均为整转副；其余转动副为摆转副。

平面四杆机构有曲柄的条件1) 机构尺寸满足杆长条件。 2) 最短杆为机架或连架杆。

例：图示机构尺寸满足杆长条件，当取不同构件为 机架时各得什么机构？最短杆为 机架得双 曲柄机构

取最短杆相 邻的构件为 机架得曲柄 摇杆机构

取最短杆对 边为机架得 双摇杆机构

注意：如果四杆机构不满足杆长条件，则不

论取哪个构件为机架，均为双摇杆机构。

三、铰链四杆机构的基本特性以曲柄摇杆机构为例。通常，曲柄作为原动件，作匀 速转动，通过连杆将运动转化为摇杆的变速往复摆动。 1 输出件的急回特性 行程速比系数k >1 >0º — 极位夹角 —摇杆的摆角

1> 2 机构有急回特性 ( 1=180º 2=180º ) + -

行程速比系数k k= v2/v1=(180º + )/(180º - )

θ角愈大，K值愈大，急回运动性质愈显著。

2 压力角和传动角 ——判断机构传动性能的标志 压力角：从动件上的驱动力与该力作用点绝对速度间所夹 锐角称为压力角α。α↓, 功Fvcosα↑, 传动性能↑。

传动角：压力角的余角

F

γ

α v

传动角γ =90°-α。 γ↑, 传动性能↑ 为保证机构正常工作，通常： 传动角γ>最小传动角γmin一般机械： γmin ≥40 ° 大功率机械： γmin ≥50 °

γmin可能出现的位置 γmin

γmina d

b

c

曲柄摇杆机构:γmin出现在曲柄 与机架共线的两位置之一。

b 2 c 2 (d a ) 2 = arccos 2bcb 2 c 2 (d a ) 2 = arccos ( B2C 2 D 90 ) 2bc min = min( , )

或

b 2 c 2 (d a ) 2 = 180 arccos ( B2C 2 D 90 ) 2bc

3 死点曲柄摇杆机构中, 摇杆为主动件, 在 连杆与曲柄共线时, 无论摇杆上的力多 大, 机构都难以运动, 该位置称为死点。A

蒸汽机车车轮联动装置飞机起落架

缺点:从动件易出现卡死或不确定运动现象。利用飞轮或构件自重的惯性作用来克服或将 两组以上组合而使各组机构死点错位排 列。 优点：机械防松

§2-2 铰链四杆机构的演化演化方式：用移动副代替回转副、变更杆件长度、 变更机架、扩大回转副等。 一、曲柄滑块机构 曲柄摇杆机构中: 摇杆长度→∞,回转副→移动副曲柄摇杆机构

变摇杆 为滑块

摇杆尺寸为无穷大(有急回作用)

曲线导轨曲柄滑块机构 对心曲柄滑块机构

e=0偏置曲柄滑块机构 导路通过曲柄回转中心

二、曲柄滑块机构演变

变更机架

1 导杆机构：在曲柄滑块机构中， 改曲柄为机架 转动~:摆杆>机架杆长，可作整周运转 摆动~:摆杆长<机架杆长,不可作整周运转 α = 0°, γ =90°, 传动性能↑ 回程 切削 ψ=θ

小型刨床

A

牛头刨床

摆动导杆机构

2 (曲柄)摇块机构: 在曲柄滑块机构中, 连接杆为机架。货车自动卸料机构

摇块机构

定块机构 插齿机

3 定块机构：在曲柄滑块机构中，滑块为机架。选运动链中不同构 件为机架得不同机 构的方法称为机构 的倒置

手摇唧筒 抽水唧筒

4 双滑块机构：具有两个移动副的摇杆机构正弦机构：从动件的位移与原动件转角的正弦成正比

正弦机构

正弦机构演化

缝纫机针

正切机构

双转块机构(滑动联轴器式机构)

椭圆规式机构

三、偏心轮机构 改变运动副的尺寸曲柄滑块机构 ★当曲柄AB的尺寸较小时，由 于结构需要，常将曲柄作成几 何中心与回转中心不重合的圆 盘，称此圆盘为偏心轮。 ★几何中心与回转中心间的距 离称为偏心距，等于曲柄长。转动副B 的半径扩 大超过曲 柄长

偏心轮机构

四、四杆机构的扩展生产上常见的某些多杆机构，也可以看成是由 若干个四杆机构组合扩展形成的。B 2 1 A D C 4 3 E 6 5

惯性筛机构

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