平面连杆机构运动学分析及设计

二、平面连杆机构的应用
由于其自身的特点被广泛应用于各种机械、仪表及各种机电 产品中。
第二节 平面连杆机构的类型和应用
一、铰链四杆机构的基本类型及应用
平面四连杆机构的型式繁多，但其最基本的型式为铰链四杆机构。 全部由转动副组成的平面四杆机构称为铰链四杆机构。
机架——固定不动的构件4； 连架杆——与机架相联的构件1、3；
功能之二，可反过来将摇杆的往复摆动 转换为曲柄的连续转动。如缝纫机的脚 踏驱动机构。
功能之三，可利用曲柄摇杆机构中连杆 作平面运动，连杆上某些点的特殊连杆 曲线，实现所需的连杆轨迹曲线要求。 如图1-3-1所示的电影放映机的抓片机构 。
（二）双曲柄机构
两连架杆都是曲柄，都能作360°周转运动的四杆机构。 主动曲柄作等速转动，从动曲柄作变速转动。
自动翻斗机构
汽车转向机构 两种类型：
一种是含两个整转副的双摇杆机构，如图 1-3-18所示电扇摇头机构。
另一种是属四个转动副均只能作摆动运动 的双摇杆机构
二、铰链四杆机构的演化及其应用 (一) 扩大转动副
偏心轮机构
应用： 颚式破碎机
（二）转动副转化为移动副
曲柄摇杆机构
e＞0，则称偏心的曲柄滑块机构 e＝0，则称对心的曲柄滑块机构 应用：
曲柄——作整周定轴回转的构件1； 摇杆——作定轴摆动的构件3； 连杆——连接两连架杆且作平面运动的构件2； 按两连架杆是曲柄，还是摇杆，可将其分为 三种基本类型： 曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构
（一）曲柄摇杆机构
两连架杆中一个为曲柄，另一个为摇杆的四杆机构。
功能之一，可将曲柄的连续转动转变为 输出构件摇杆的往复摆动。如图1-3-2所 示的汽车雨刮器机构。
的两位置之间所夹的锐角。
θ 越大，机构急回特性越显著。θ ＝0时，K＝1，机构无急回特
性。在实际应用中，一般取 K≤2。
除了曲柄摇杆机构具有此特性外，四杆机构的其他类型例如偏 心的曲柄滑块机构、摆动导杆机构等都具有该特性。
二、四杆机构的压力角α和传动角γ
从动件摇杆上的力的作用线与力作用点C的绝对速度vC之间 所夹的锐角α称为压力角。
43; l3 → l1+ l2 ≤ l3 + l4
l3≤(l4 – l1)+ l2 → l1+ l3 ≤ l2 + l4
将以上三式两两相加得：
l1≤ l2, l1≤ l3, l1≤ l4 整圈转动的条件为：
1）两构件中必定有一构件是最短构件；
2）最短构件与最长构件的长度之和小于或等于其它两构件长度之和， 其它两杆用l1，l2表示，可简单表示为
惯性筛机构
特例：平行四边形机构 组成四边形的对边构件平行且相等。
两曲柄转向相同、转速相等，连杆作平动。
机车车轮联动机构 摄影升降机构
平行四边形机构会出现运动不确定的现象。 可以在机构中安装一个飞轮，或
者采用错位排列，以避免这种现象的 发生 。
（三）双摇杆机构
两连架杆均为摇杆，只能作往复摆动的机构。
一、连杆机构的特点
平面连杆机构是由若干个构件全用低副（转动副、移动副） 联接而成的机构，又称低副机构。 优点：
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，传递运动的可 靠性好 。
缺点：
构件和运动副多，累积误差大，运动精度和效率较低。 连杆机构常适用于低速的场合；一般情况下，连杆机构只能 近似地实现给定的运动规律及运动轨迹，而且设计也较复杂。
lmin+ lmax ≤ l1 + l2
以上只是铰链四杆机构曲柄存在的必要条件，但不是充分 条件，下面我们用表1-3-1来说明铰链四杆机构的类型及其判别 条件。
对于其它类型的四杆机构，如曲柄滑块机构，转动导杆机构等， 也可用同样的分析办法来得到各自的曲柄存在条件。
第四节 平面连杆机构的一些基本特性
机械原理与设计
第三章 平面连杆机构运动学 分析与设计
第三章 平面连杆机构运动学分析与设计
第一节 平面连杆机构的特点和应用 第二节 平面连杆机构的基本类型及应用 第三节 平面四杆机构的曲柄存在条件 第四节 平面连杆机构的一些基本特性 第五节 平面连杆机构的设计 第六节 平面五连杆机构
第一节 平面连杆机构的特点和应用
冲压机床
曲柄滑块机构
若将铰链四杆机构中B处和D处的运动副或C处和D处运动副 分别改变为移动副，则可以分别得到正切机构（图1.3.23 a））、 正弦机构（图1.3.23 b）。若将B、C处或A、D处运动副分别改为 移动副，则可分别得到双转块机构（图1.3.23 c）和双滑块机构 （图1.3.23 d）。它们可分别用作解算装置，如a图可作正切运算， b图可作正、余弦运算；另外，c图可用作十字沟槽联轴节，d）图 可用于绘制椭圆曲线用仪器。
(三) 取不同构件为机架
低副运动可逆性原理
图a称曲柄滑块机构，图b称曲柄摇块机构，图c若BC≥AB，称转动 导杆机构，若BC＜AB，称摆动导杆机构，图d称移动导杆机构。
汽车车厢自动卸料机构 抽水机构
第三节 平面连杆机构的曲柄存在条件
AB杆作整周回转，必有两次与机架共线。
由△B'C'D可得：
l1+ l4 ≤ l2 + l3
有效分力 Ft = F cosα
分力 Fn = F sin α
压力角越小，有效分力 越大，Fn产生摩擦损耗也越 小。
由此可见，压力角可作为判断机构传力性能的指标。
为了表达机构急回特性的相对程度，我们用行程速比系数 K来表示，并定义
K = v2 = 从动件快行程平均速度 v1 从动件慢行程平均速度
根据以上所述可得
K = v2 = C1C2 t2 = t1 = 180° + θ v1 C1C2 t1 t2 180° − θ
或
θ = 180° K −1
K +1
式中θ 称为极位夹角，它是指当摇杆处于两极限位置时，对应的曲柄所在
一、平面四杆机构的急回特性及其在工程实际中的应用
左极限位置 连杆与曲柄重叠共线
右极限位置 连杆与曲柄拉直共线
当曲柄等角速转动 时，摇杆来回摆动的平 均速度是不同的，如果 把摇杆摆动速度慢的阶 段称为工作行程，则摇 杆摆动速度快的阶段称 为回程
摇杆回程的平均速度要大于摇杆工作行程的平均速度，我们 把曲柄摇杆机构具有的这种特性称为机构的急回特性。