第八章连杆机构的及其设计案例

则由△B’C’D可得： a +d ≤ b + c 则由△B”C”D可得： b≤(d – a)+ c → a+b ≤ c + d c≤(d –a)+ b → a+ c ≤ b + d 将以上三式两两相加得： a≤ b, a≤c, a≤d B’ AB为最短杆 a 若设a>d，同理有： d≤a, d≤b, d≤c AD为最短杆
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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. 此两处曲柄之间的所夹的锐角θ 称为极位夹角 C C1 C2 摇杆之间的夹角称 B 为摆角ψ ω θ 180°＋θ A （∠C1DC2） B1 D D
B2
(1)
当曲柄以ω逆时针转过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：
3
3. 分类： 分为空间连杆机构和平面连杆机构
平面连杆机构
4
空间连杆机构
5
4. 连杆机构的特点（优缺点） 优点： 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。 缺点：
F’(Vc) F” α C F
可以证明：γmin出 现的位置是曲柄与 机架两次共线位置 之一。
B AA
B
F”
γ
最短杆为连杆
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C B 1 A 2 4
曲柄摇杆
C B 2 1 D B 1 A 2 4 C 3 D C B 2 1 D A 4
曲柄摇杆
39
3 A
3 4 D
双摇杆
C B 1 A
双曲柄
铰链四杆运动链
2 4
3
3 D
（2）当不满足杆长条件时，无周转副， 此时无论取哪一杆件为机架，均为双摇杆 机构。
40
推广到曲柄滑块机构
可用γ的大小来表示机构传力性能的好坏。 设计时要求:γmin≥40-- 50°
F’(Vc) F” α C
B AA
B
F”
γ
C γ F α F’
F
D D
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(3)γmin出现的位置：
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
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例题4： 在图示铰链四杆机构中，各杆长度分别为
l AB
=72m
=28mm，
l BC
=52mm，
lCD
=50mm，
l AD
若取
AB
为机架，该机构将演化成何种类型的机构?为什么?请说明这时 C 、D 两个转动副是周转副还是摆转副?
C B
A
D
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2. 急回运动与行程速比系数 当主动曲柄等速转动时，作往复运动的从动件，在工 作行程有较慢的平均速度，而在回程有较快的平均速度。 这种运动性质称为急回运动。
K为行程速比系数
说明:1)只要 θ ≠ 0 ， 就有 K>1，存在急回运动。K 的取值范围：1≤K<3. 2)且θ越大，K值越大，急回性质越明显。 3)设计新机械时，往往先给定K值，于是:
K 1 180 K 1
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急回作用的意义：
1.机构的急回作用，在机械中常被用来节省空 回行程的时间，以提高劳动生产率。例如在牛 头刨床中采用摆动导杆机构就有这种目的。 急回作用有方向性，当原动件的回转方向 改变，急回的行程也跟着改变。故在牛头刨床 等设备上都用明显的标志标出了原动件的正确 回转方向。 2.对某些颚式破碎机，采用快进慢退。 3.有些设备正反行程均在工作，故无急回要求 如：雷达天线俯仰转动时不应有急回现象
1 ）构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率 低。
2）产生动载荷（惯性力），且不易平衡，不适合高速。 3）设计复杂，难以实现精确的轨迹。
6
ห้องสมุดไป่ตู้8－2 平面四杆机构的类型和应用
1. 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。 连杆 名词解释： 曲柄(crank)—作整周定轴回转的构件； 连杆(coupler)—作平面运动的构件； 曲柄 摇杆(rocker)—作定轴摆动的构件； 连架杆(side link)—与机架相联的构件； 摇杆 周转副—能作360 相对回转的运动副； 摆转副—只能作有限角度摆动的运动副。
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内容提要
第八章
连杆机构的及其设计
§8－1 连杆机构及其传动特点
§8－2 平面四杆机构的类型和应用
§8－3 平面四杆机构的基本知识 §8－4 平面四杆机构的设计
2
§8－1 连杆机构及其传动特点
1.应用实例
内燃机、搅拌机、输送机、椭圆仪、 机械手爪、牛头刨床、开窗、车门、 机器人、折叠伞等。 2. 定义（连杆机构或称低副机构） 由低副（转动、移动）连接组成的平面 机构。特征是： 有一作平面运动的构件，称为连杆.
火车轮
A B
E F
D C
G
反平行四边形机构 --车门开闭机构
双曲柄机构中两相对杆的长度分 别相等，但不平行。
反向
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（3）双摇杆机构(double crock mechanism)
特征：两个摇杆
应用举例：铸造翻箱机构 风扇、起重机 炉门 炉门1起落架 夹紧机构
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18
19
20
21
22
特例：等腰梯形机构－汽车转向机构
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推广到曲柄滑块机构:
●
对心式曲柄滑块机构
结论：对心式曲柄滑块 机构无急回特性。
B A
0
B1
B2
C1
C
C2
●
偏置式曲柄滑块机构
B B1 A B2 C2
0
结论：偏置式曲柄滑块
机构有急回特性。
C
C1
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推广到导杆机构:
结论：有急回特性，且极位
夹角等于摆杆摆角，即
C

B C1 ψ
B
B’ A D
C C’
实例：火车轮 摄影平台 播种机料斗机构 天平
B
AB = CD BC = AD
A B B
作者：潘存云教授 作者：潘存云教授
C
B
C
作者：潘存云教授
D C 料斗
A
D
耕地
14
返回
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注：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’
例3：若要求该机构为曲 柄摇杆机构，问AB杆尺寸 应为多少？
解：1.设AB为最短杆
即
C 70 B 60
LAB+110≤60+70
2.设AB为最长杆
LAB≤20
A
110
D
即
LAB+60≤110+70 3.设AB为中间杆
110≤ LAB≤120
即
110+60≤LAB+70
100≤LAB ≤110
所以AB杆的取值范围为：LAB≤ 20，100≤LAB≤120
t1 (180 ) / V1 C1C2 t1 C1C2 /(180 )
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(2) 当曲柄以ω继续转过180°-θ时，摇杆从C2D位置 摆到C1D，所花时间为t2 ,平均速度为V2 , 那么有：
t2 (180 ) /
V2 C1C2 t2
A B2 B1
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：如火车轮、 惯性筛等。
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6 A D B C2 3 C 2 3 1
E
1
B
4 D A
振动筛机构
旋转式叶片泵
A
4 D
1 B 2 C 3
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特例：平行四边形机构 特征：两连架杆等长且平行， 连杆
作平动且始终与机架平行，两曲柄以相 同速度 同向转动。
φ
→∞ l
对心曲柄滑块机构
双滑块机构
正弦机构
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(2)改变运动副的尺寸（偏心轮机构）
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(3)选不同的构件为机架（情况1）
B 1
2 4
B 3 C 1
2 4
3 C
A
A
曲柄滑块机构
摆动导杆机构 导杆机构
（导杆4作摆动）
转动(回转）导杆 （导杆4作转动） 机构
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转动（回转）导杆机构
摆动（对心）导杆机构
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例2：判断图示两个铰链四杆机构的类型
40 55 30 70 (a) 解：对图(a)，有：∵ 30 + 70 > 40 + 55 ∴ 该机构为双摇杆机构。 20 80 (b) 40
70
对图(b)，有：∵ 20 + 80 < 40 + 70，
且机架为最短杆的相邻杆， ∴ 该机构为曲柄摇杆机构。
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a. 对心式 a + LAD∞ ≤ b + LCD∞
a≤b A
B
a
b
C
D
∞
D
∞
b. 偏置式 a + LAD∞ ≤ b + LCD∞ 而：LAD∞ = LCD∞ + e
A
对心式
B
a
b
C
e
所以：a + e ≤ b
D
∞ 偏置式
D
∞
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(2) 推广到导杆机构
若两连架杆均整周回转，则
C
机架应最短，而LAD∞ = LCD∞ ，