第九章连杆传动

C1 A B1
180°-θ
C2
C C /(180 )
D
显然：t1 >t2 V2 > V 1 摇杆的这种特性称为急回运动。用以下比值表示急回程度 所以可通过分析机构中是否存在θ C1C2 t2 t1 V2 180 以及θ 的大小来判断机构是否有急 K 回运动或运动的程度。 C1C2 t1 t2 V1 180 称K为行程速比系数。 只要 θ ≠ 0 ， 就有 K>1 且θ越大，K值越大，急回性质越明显。 K 1 设计新机械时，往往先给定K值，于是: 180
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二、 铰链四杆机构的演化 １． 回转副转化成移动副
↓ ∞ 曲柄摇杆机构 曲柄滑块机构 偏心曲柄滑块机构
s =l sin φ
φ
l
→∞
对心曲柄滑块机构
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双滑块机构
正弦机构
２．选不同的构件为固定件
B
1
A
2
B
C
2 3 2
3
4 A
3
1
4 C 曲柄滑块机构 B 2 3
A
4 C 摇块机构
C 2 B 1 A
34D源自a)冲床浙江大学专用b)雷达天线
A
B
C
3 2 4 1 c)缝纫机
D
E
d)搅拌机
优点：磨损小，承载能力大，加工成本低。 缺点：积累误差，不能实现任意运动轨迹。
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平面连杆机构 分类:
空间连杆机构
常以构件数命名：
四杆机构、多杆机构。 本章重点内容是介绍四杆机构。
§9－2 铰链四杆机构的基本形式及其特性
C D A A C B
P
γ B =0
B
B 2 2 C
C γ=0 33
P
飞机起落架
F
工件
A
11 A
D D
T
4
钻孔夹具
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（2）双曲柄机构 特征：两个曲柄 作用：将等速回转转变为等速或变速回转。 应用实例：如叶片泵、惯性筛等。
1
A B D 2 C 3 A
1 B
6 C 2 3 1
E
4
D
2
C 3
B
平面四杆机构的基本型式: 基本型式－铰链四杆机构，其它四杆机构都是由它 演变得到的。
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名词解释：曲柄—作整周定轴回转的构件（能作360 相 对回转）； 连架杆—与机架相联的构件；
摇杆—作定轴摆动的构件（只能作有限角度
摆动）。
三种基本型式： 一、曲柄摇杆机构 特征：曲柄＋摇杆 曲柄
连杆
摇杆
K 1
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3.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。 切向分力: F’= Fcosα =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, F’ F” F 称γ为传动角。 为了保证机构良好的传力性能 γ C C F α γ 设计时要求: γmin≥50° B F’ F” B γmin出现的位置： A A D D 当∠BCD≤90°时， γ＝∠BCD 当∠BCD>90°时， γ＝180°- ∠BCD 当∠BCD最小或最大时，都有可能出现γmin 此位置一定是：主动件与机架共线两处之一。
3)动力条件（给定γmin）
设计方法：图解法、解析法、实验法
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一、按给定的行程速比系数K设计四杆机构 C2 1) 曲柄摇杆机构 已知：CD杆长，摆角φ及K， E 设计此机构。步骤如下： θ φ ①计算θ＝180°(K-1)/(K+1); ②任取一点D，作等腰三角形 A 腰长为CD，夹角为φ; ③作C2P⊥C1C2，作C1P使 ∠C2C1P=90°－θ,交于P;
此时，铰链A为整转副。
若取BC为机架，则结论相同，可知铰链B也是整转副。 可知：当满足杆长条件时，其最短杆参与构成的转动 C 副都是整转副。 l
B A
2
l1 l4
l3
D
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当满足杆长条件时，说明存在整转副，当选择不同 的构件作为机架时，可得不同的机构。如：
曲柄摇杆、 双曲柄、 双摇杆机构。
2l4 l4 令: P0 P2 P1 则化简为：cocφ＝P0 cosψ ＋ P1 cos(ψ－ φ ) ＋ P2 代入两连架杆的三组对应转角参数，得方程组： 消去δ整理得： cosφ ＝ l3 cosψ － l3 cos(ψ-φ) ＋ l42+ l32+1- l22
cocφ1＝P0 cosψ1 ＋ P1 cos(ψ1－ φ1 ) ＋ P2 cocφ2＝P0 cosψ2 ＋ P1 cos(ψ2－ φ2 ) ＋ P2 cocφ3＝P0 cosψ3 ＋ P1 cos(ψ3－ φ3 ) ＋ P2
作用：将曲柄的整周回转转变为 摇杆的往复摆动。如雷达天线。
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1.摇杆的极限位置和摆角 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，简称极位。 此两处曲柄之间的夹角θ 称为极位夹角。摆角Ψ
B
C1
CC
2
180°＋θ
θ
B2
A
Ψ
D D
B1
2.急回运动 当曲柄以ω 顺时针转过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：
最长杆与最短杆 的长度之和≤其 他两杆长度之和
→ l1+ l3 ≤ l2 + l4 l2
l1
A l1
将以上三式两两相加的： l1≤ l2, l1≤ l3, l1≤ l4 B’ AB为最短杆
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C’
l2l
C”
3
l4 l4- l1
D
l3
曲柄存在的条件： 1. 最长杆与最短杆的长度之和应≤其他两杆长度之和 称为杆长条件。 2.连架杆或机架之一为最短杆。
偏心轮机构
例：选择双滑块机构中的不同构件 作为机架可得不同的机构
2
2
1
1
3 4
3
4
正弦机构
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椭圆仪机构
§９－4 平面四杆机构的设计
连杆机构设计的基本问题 机构选型－根据给定的运动要求选择机 构的类型； 尺度综合－确定各构件的尺度参数(长度 尺寸)。 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）;
o
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二、按预定连杆位置设计四杆机构 a)给定连杆两组位置 将铰链 A 、 D 分别 选在 B1B2 ， C1C2 连线的垂直平分线上任意 位置都能满足设计要求。 有无穷多组解。 b)给定连杆上铰链BC的三组位置 有唯一解。
B1 B2 B1 B2
C1 C2 D D’ C1 C2 C3
A
A’
第九章 连杆传动
§９－1 连杆传动的组成、应用及特点 §９－2 铰链四杆机构的基本形式及其特性
§９－3 铰链四杆机构的尺寸关系及其演化形式
§9－4 平面四杆机构设计 § 9－5 连杆传动的结构与多杆机构简介
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§9－1连杆传动的组成、应用及特点
特点：
①采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损形状简单、易加工、容易 获得较高的制造精度。 ②改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。 ③连杆曲线丰富。可满足不同要求。
B3
A
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D
三、给定两连架杆对应位置设计四杆机构 给定连架杆对应位置： y 构件3和构件1满足以下位置关系： B 1 ψi＝f (φi ) i =1, 2, 3…n l1 φ 设计此四杆机构(求各构件长度)。A l1+l2=l3+l4 在x,y轴上投影可得：
2
l2 δ
4
C 3
l3
ψ D x
B’ C’ B C A D
要求连杆在两个位置 垂直地面且相差180˚
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3)满足预定的轨迹要求，如: 鹤式起重机、搅拌机等。
A C B C D D E
E
B
Q
Q A
搅拌机构
鹤式起重机 要求连杆上E点的轨 迹为一条水平直线 要求连杆上E点的轨 迹为一条卵形曲线
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给定的设计条件： 1)几何条件（给定连架杆或连杆的位置） 2)运动条件（给定K）
4.机构的死点位置 摇杆为主动件，且连杆 F 与曲柄两次共线时，有： γ＝0 γ ＝0 F 此时机构不能运动. γ＝0 称此位置为： “死点” 避免措施： 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）。
B’
A’ E’ F’ D’ C’ G’
A B
浙江大学专用
E
F
D C
G
也可以利用死点进行工作：飞机起落架、钻夹具等。
可求系数:P0 、P1、P2 以及: l2 、 l3、 l4
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将相对杆长乘以任意比例系数， 所得机构都能满足转角要求。若 给定两组对应位置，则有无穷多 组解。
举例：设计一四杆机构满足连架杆三组对应位置： φ1 ψ1 φ2 ψ2 φ3 ψ3
4 D A
惯性筛机构
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旋转式叶片泵
特例：平行四边形机构 特征：两连架杆等长且平行， 连杆作平动
B
B’ A D
C C’
实例：火车轮 摄影平台 播种机料斗机构 天平
C
B
AB = CD BC = AD
A B B
B
C
D C 料斗
A
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D
耕地
平行四边形机构在共线位置出现运 动不确定。采用两组机构错开排列。
B’ A’ E’ F’ D’ C’ G’