1、第一节第一节 平面连杆机构概述平面连杆机构概述一、平面连杆机构的概念 平面连杆机构是由一些刚性构件通过低副连接而成的平面机构。平面连杆机构的形式多种多样，能实现一些比较复杂的运动形式，其中最基本的形式是由四个杆状构件连接而成的平面四杆机构。第一节第一节 平面连杆机构概述平面连杆机构概述二、平面连杆机构的特点 1）平面连杆机构能够实现多种运动轨迹曲线和运动形式，如转动、移动、摆动及平面运动等。2）在平面连杆机构中，所有的运动副均为低副。构件之间为面接触，因而在承受相同的载荷时压强小，便于润滑，承载能力较大，耐磨损，因此平面连杆机构可用于承受较大载荷的场合。3）构件形状简单，方便加工，并易于获得较
2、高的制造精度。但是由于低副中存在间隙，将引起机构的运动误差，从而影响到运动精度。第二节第二节 铰链四杆机构铰链四杆机构一、铰链四杆机构的组成 图 3-1铰链四杆机构 a)机构实形b)机构运动简图 1、3连架杆2连杆4机架 当平面四杆机构中的运动副全部都是转动副时，则称为铰链四杆机构，它是平面四杆机构最基本的形式，其他形式的四杆机构都是在它的基础上演化而来的。第二节第二节 铰链四杆机构铰链四杆机构 在图3-1所示的铰链四杆机构中，固定构件4称为机架；与机架4用铰链相连的杆件1和杆件3称为连架杆，不与机架相连的杆件2称为连杆。如果连架杆1或3能够绕机架上的转动副中心A或D做整周回转，则称之为曲柄，
3、不能做整周回转的就称之为摇杆。第二节第二节 铰链四杆机构铰链四杆机构二、铰链四杆机构的基本类型 铰链四杆机构分为三种基本形式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。1曲柄摇杆机构 在铰链四杆机构中，如果两个连架杆中一个为曲柄，另一个为摇杆，则称为曲柄摇杆机构。2双曲柄机构 在铰链四杆机构中，如果两个连架杆均为曲柄，则称为双曲柄机构。在双曲柄机构中，如果相对的两杆长度相等且转向相同时，称为平行双曲柄机构，又称为平行四边形机构。平行双曲柄机构多用于多个平行轴之间的传动。3双摇杆机构 两个连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。第三节第三节 平面四杆机构的基本性质平面四杆机构的基本性质一、曲柄存
4、在的条件 判断四杆机构是否有曲柄，关系到四杆机构中原动机的选择。而曲柄存在与否则取决于机构各杆的相对长度和机架的选择。对一个曲柄摇杆机构进行分析，如图3-9所示。AB杆为曲柄，BC杆为连杆，CD杆为摇杆，AD杆为机架，各杆长度依次以a、b、c、d来表示。为了保证曲柄AB整周回转，AB必须能顺利通过B1和B2这两个位置，即曲柄AB与连杆两次共线的位置。图3-9曲柄摇杆机构第三节第三节 平面四杆机构的基本性质平面四杆机构的基本性质 简整理可得 ab ac ad 上述关系说明：1）在曲柄摇杆机构中，曲柄是最短杆，最短杆与最长杆长度之和一定小于或等于其余两杆长度之和。2）当各杆的长度不变（满足最短杆与
5、最长杆长度之和小于或等于其他两杆长度之和）时，取不同的杆作为机架，可以得到不同类型的铰链四杆机构。取最短杆的相邻为机架，可得曲柄摇杆机构。取最短杆为机架，则得双曲柄机构。取与最短杆相对的杆作机架，两连架杆都不能整周转动，则得双摇杆机构。第三节第三节 平面四杆机构的基本性质平面四杆机构的基本性质 若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，机构中无曲柄存在。即不论取哪个杆作为机架，只能得到双摇杆机构。综上所述，曲柄存在的条件是：连架杆与机架必有一杆为最短；最短杆与最长杆长度之和应小于或等于另外两杆长度之和。当满足第二条时，若取连架杆为最短杆，则机构存在一个曲柄（曲柄摇杆机构）；若
6、取机架为最短杆，则机构存在两个曲柄（双曲柄机构）。第三节第三节 平面四杆机构的基本性质平面四杆机构的基本性质二、急回特性 当曲柄等速转动时，摇杆来回摆动的快慢不同，返回时的速度较快。四杆机构的这种特性称为机构的急回特性。在生产实际中，一般将慢速运动的行程作为机构的工作行程，而将快速运动的行程作为机构的空回行程。许多机械利用急回特性来缩短非生产时间，以提高劳动生产率。行程速比系数K表示从动件在往返行程中平均速度的比值，K越大，机构的急回特性就越明显，即空回行程越快。第三节第三节 平面四杆机构的基本性质平面四杆机构的基本性质三、死点位置 在图3-9的曲柄摇杆机构中，如果取摇杆CD作为主动件，则曲柄
7、为从动件。当摇杆CD处于C1D和C2D两极限位置时，连杆BC与从动曲柄AB将会出现两次共线。这时，由连杆传给曲柄的力通过铰链A的中心，不能形成力矩，故使曲柄不能发生转动，机构将处于自锁状态，机构的这个位置称为死点位置。四杆机构中是否有死点位置，可以从动件是否与连杆共线判断。对于传动机构，死点会影响机械的正常起动和力矩传递。若要从动杆件做整周运动，则必须采用必要的方式克服死点位置的影响，如利用构件的惯性作用使机构通过死点。工程上有时也利用死点位置提高机构工作的可靠性，如在某些夹紧装置中可用于防松。第四节第四节 平面四杆机构的演化平面四杆机构的演化 在工程实际中还广泛采用一些其他形式的四杆机构。这
8、些机构都可以看成是采用改变铰链四杆机构中某些构件的长度，变更机架、某些运动副的形式等方法演化得来的。下面就介绍几种常用的演化形式。第四节第四节 平面四杆机构的演化平面四杆机构的演化一、曲柄滑块机构 曲柄滑块机构可以看成是由曲柄摇杆机构演化而来的，在如图3-11b。在曲柄滑块机构中，滑块在两个极限位置之间的距离称为滑块的行程，用H表示。H应等于两倍的曲柄长度。曲柄滑块机构结构简单、应用广泛。当曲柄为主动件时，它可以将曲柄的连续转动转变成滑块的往复移动。如空气压缩机、活塞式水泵、自动送料机构、冲压机构等。当滑块为主动体时，此机构还可将滑块的往复移动转变为曲柄的连续转动。如内燃机中由活塞和曲轴组成的
9、主传动机构。第四节第四节 平面四杆机构的演化平面四杆机构的演化 图3-11曲柄滑块机构的演化 b)曲柄滑块机构 1曲柄2连杆3摇杆（滑块）4机架第四节第四节 平面四杆机构的演化平面四杆机构的演化二、偏心轮机构 如图3-13a所示。图 3-13偏心轮机构 a)机构实形b）机构运动简图 1曲柄2连杆3滑块4机架 偏心轮机构可以看成是由曲柄滑块机构演化而来的，图中偏心轮的几何中心B和转动中心A之间的距离称为偏心距，用e表示。第四节第四节 平面四杆机构的演化平面四杆机构的演化 图3-14导杆机构 a)转动导杆机构b)摆动导杆机构 1机架2曲柄3滑块4导杆 偏心轮机构广泛用于传动力较大的场合，如剪床、冲
10、床，颚式破碎机等机械之中。第四节第四节 平面四杆机构的演化平面四杆机构的演化三、导杆机构 导杆机构可以看成是通过改变曲柄滑块机构中的固定件演化而来的。如果将图3-11中的构件AB作为机架，构件BC成为曲柄，滑块沿连架杆（又称导杆）移动并做平面运动，则可得到导杆机构，当 ，导杆AC可做整周转动，称为转动导杆机构；若 ，导杆AC只能做往复摆动，称为摆动导杆机构。BCABLLBCABLL第四节第四节 平面四杆机构的演化平面四杆机构的演化四、摇块机构和定块机构 如果选连杆BC作为机架，滑块只能绕C点转动，则可得如图3-15a所示的摇块机构，常用于摆缸式气动或液动机构中。图3-15摇块机构a)运动简图b)翻斗机构1曲柄2机架3滑块4导杆第四节第四节 平面四杆机构的演化平面四杆机构的演化 如果将滑块作为机架，则可得到如图3-16a所示的定块机构，图3-16b所示的手动抽水机筒就是定块机构的应用实例。图 3-16定块机构 a)运动简图b)手动压水机 1曲柄2连杆3固定滑块4导杆
