7.2 平面连杆机构的类型及特性

(1) 曲柄摇杆机构 两连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆的铰链四杆 机构，称为曲柄摇杆机构。 曲柄——能绕着与机架相连的固定铰链作整周转动的连架 杆。 摇杆——只能在小于360°的某一角度内摆动的连架杆。 曲柄摇杆机构能完成两种运动形式的转换： 1)将曲柄整周的转动转换为摇杆的往复摆动。如图7-5所示
图7-16 钻床夹紧机构
图7-17 飞机起落架机构
2.急回特性
在图7-18所示的曲柄摇杆机构中，曲柄AB为主动件，作 匀速回转运动，摇杆CD为从动件作往复摆动，曲柄在转 动一周的过程中的两次与连杆BC共线，两个共线位置分
别为B1AC1和AB2C2，此时曲柄分别位于AB1和AB2，摇杆
CD的位置分别C1D和C2D， C1D和C2D称为摇杆CD的极限位 置，∠C1DC2=ψ 称为摇杆的最大摆角。摇杆处于两个极 限位置的时候，对应的曲柄AB1和AB2之间所夹的锐角称 为极位夹角，角θ 表示。
7.2.3
平面连杆机构的工作特性
1.死点位置
在图7-14所示的曲柄滑块机构中，当滑块C为主动件， 曲柄AB为从动件，连杆BC与曲柄共线时机构处于极限位置。
连杆BC施加在曲柄AB上的力恰好通过转动中心A，无论作
用力多大，其转动力矩都为零，因此不能推动曲柄转动。 把机构所处的这种极限位置，称为死点位置。 平面四杆机构死点存在的条件：从动件与连杆必须共线。 克服死点的方法：在从动件上安装飞轮以加大惯性。 死点的应用：如图7-16所示钻床夹紧机构，工件被夹紧， 不会自动松脱；如图7-17所示飞机起落架机构，落地后作 用力不会使起落架反转保证飞机安全可靠降落。
两连架杆都是摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机 构。 图7-12所示为自卸翻斗车的双摇杆机构。AD杆为 车架，当油缸中的活塞向右运动时，带动双摇杆AB、 CD向右摆动，使车卸货。图7-13所示为汽车前轮转向 机构，该机构是两摇杆长度相等的双摇杆机构。
图7-13汽车前轮转向机构
曲柄滑块机构
由滑块、连杆、曲柄和机架四个构件通过转动副和移 动副连接而成的平面连杆机构，称为曲柄滑块机构。图 7-14是常见的含有一个移动副的曲柄滑块机构。当曲柄 AB旋转到与连杆BC成一直线时，滑块C的两个极限位置C1 和C2之间的距离H，称为滑块的行程。它与曲柄的长度r 存在如下关系 H=2r 特点： 1)当滑块为主动件时，机构可将滑块的往复运动转变为 曲柄的转动。如图7-15a发动机的活塞连杆机构。 2)当曲柄为主动件时，机构可将曲柄的转动转变为滑块 的确往复运动。如图7-15b、7-15c、7-15d。
图7-9
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
反向双曲柄机构
为防止平行双曲柄机构转化为反向双曲柄机构， 可采用机构错位配置的方法来解决。即使平行双曲柄 机构不同时处于可能反向的位置，来保证机构正常运 转。如图7-11所示的机车车轮联动机构利用错列配置 和增加平行曲柄来消除这种位置的运动不确定状态。
图7-11
机车车轮联动机构的错列配置
(3)双摇杆机构
7.2
平面连杆机构的类型及特性
学习目的：
1、了解平面连杆机构的概念、特点及类型。
2、熟悉铰链四杆机构和曲柄滑块机构的特点和应用。 3、理解平面连杆机构的特性。
7.2.1
平面连杆机构的特点
定义 平面连杆机构——由一些刚性构件(简称“杆”)通过转动副 和移动副连接而成的机构，且机构内各构件的相对运动都在 同一平面内或相互平行的平面内。又称为平面低副机构。 特点： 1)由于低副是面接触，因此压强小、便于润滑，磨损轻。 2)运动副的接触面为圆柱面或平面，形状简单，因而制造容 易。 3)平面连杆机构结构简单、工作可靠，能满足多种运动规律 和运动轨迹的要求。 4)不适用于高速传动。 5)对于多杆机构，因构件和运动副数目多，传动精度较低且 设计困难。
分析：若曲柄AB沿顺时针方向以等角速度ω 转动，当曲 柄从AB1位置转到AB2位置时，曲柄转过的角度φ 1=180+θ ； 当曲柄顺时针从AB2位置再转到AB1位置时，曲柄转角 φ 2=180-θ 。两个过程摇杆的最大摆角相同，由于曲柄是
等角速度转动的，从AB1位置转到AB2位置所用的时间比从
AB2位置转到AB1位置用的时间要长，即摇杆CD从C2回到C1 所用的时间比从C1到C2用的时间要短。从动件(工作件)的 这种返回行程时间小于工作行程时间的特性，称为急回特 性。
物料因惯性而来回抖动，从而达到筛选的目的。 若两曲柄长度相等，连杆与机架的长度也相等， 这种双曲柄机构称为平行双曲柄机构。如图7-8机车车 轮联动机构，这种机构在工作时，两曲柄回转方向相 同，角速度相等。
(a)
(b)
图7-8 机车车轮联动机构
双曲柄机构在实际工作中还存在一种特殊的情况，如 图7-9所示，主动曲柄1回转方向不变时，各构件恰好位于 同一直线AD上时，则从动曲柄3的回转方向不确定，有可 能变为反向双曲柄机构，这时两曲柄回转方向相反，角速 度不等。如图7-10所示的汽车车门启闭机构即为反向双曲 柄机构。
C C1 B 1 A 2 B1 B2 D
ψ
C2
图7-18
曲柄摇杆机构的急回特性
从以上分析可以看出，平面四杆机构存在急回 特性的条件是：极位夹角不为零。 利用急回特性的好处：缩短非工作时间，以提 高生产率。
的雷达天线俯仰调整机构。 2)将摇杆的往复摆动变为曲柄的整周转动。如图7-6所示的 缝纫机脚踏板机构。
图 7-3
缝纫机踏板机构
(2) 双曲柄机构
两连架杆均作整周旋转，即两个连架杆都是曲柄
的铰链四杆机构，称为双曲柄机构。如图7-7所示的惯 性筛机构，当曲柄AB作匀速转动时，曲柄CD作变速转
动，通过构件CF使筛子产生变速直线运动，筛子内的
7.2.2
平面连杆机构的类型
常见的平面连杆机构有铰链四杆机构和曲柄滑块机构 铰链四杆机构 定义：铰链四杆机构是由四个构件通过转动副连接而成 的平面连杆机构。
如图7-4a所示，7-4b为机构运动简图。
图7-4
1—连架杆
铰链四杆机构
3—连架杆 4—机架
2—连杆
根据连架杆运动形式不同，铰链四杆机构可分为曲 柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本形式。