第二章 平面连杆机构及其设计-3

第2章平面连杆机构2.1平面连杆机构的特点和应用连杆机构是由若干刚性构件用低副连接组成的机构，又称为低副机构。

在连杆机构中，若各运动构件均在相互平行的平面内运动，称为平面连杆机构；若各运动构件不都在相互平行的平面内运动，则称为空间连杆机构。

平面连杆机构被广泛应用在各类机械中，之所以广泛应用，是因为它有较显著的优点：（1）平面连杆机构中的运动副都是低副，其构件间为面接触，传动时压强较小，便于润滑，因而磨损较轻，可承受较大载荷。

（2）平面连杆机构中的运动副中的构件几何形状简单（圆柱面或平面），易于加工。

且构件间的接触是靠本身的几何约束来保持的，所以构件工作可靠。

（3）平面连杆机构中的连杆曲线丰富，改变各构件的相对长度，便可使从动件满足不同运动规律的要求。

另外可实现远距离传动。

平面连杆机构也存在一定的局限性，其主要缺点如下：（1）根据从动件所需要的运动规律或轨迹设计连杆机构比较复杂，精度不高。

（2）运动时产生的惯性力难以平衡，不适用于高速的场合。

（3）机构中具有较多的构件和运动副，则运动副的间隙和各构件的尺寸误差使机构存在累积误差，影响机构的运动精度，机械效率降低。

所以不能用于高速精密的场合。

平面连杆机构具有上述特点，所以广泛应用于机床、动力机械、工程机械等各种机械和仪表中。

如鹤式起重机传动机构（图2-1），摇头风扇传动机构（图2-2）以及缝纫机、颚式破碎机、拖拉机等机器设备中的传动、操纵机构等都采用连杆机构。

图2-1鹤式起重机图2-2 摇头风扇传动机构2.2平面连杆机构的类型及其演化2.2.1 平面四杆机构的基本形式全部用转动副组成的平面四杆机构称为铰链四杆机构，如图2-3所示。

机构的固定件4称为机架；与机架相联接的杆1和杆3称为连架杆；不与机架直接联接的杆2称为连杆。

能作整周转动的连架杆，称为曲柄。

仅能在某一角度摆动的连架杆，称为摇杆。

按照连架杆的运动形式，将铰链四杆机构分为三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。

第二章平面连杆机构及其分析设计连杆机构是由若干刚性构件用低副联接所组成。

在连杆机构中，若各运动构件均在相互平行的平面内运动，则称为平面连杆机构；若各运动构件不都在相互平行的平面内运动，则称为空间连杆机构。

由于平面连杆机构较空间连杆机构应用更为广泛，故本章着重介绍平面连杆机构。

第一节概述全部由低副（转动副、移动副、球面副、球销副或螺旋副等）将若干刚性构件联接组成的机构称为低副机构，工程中也把这类机构称为连杆机构。

按构件间的相对运动关系分，连杆机构可以分为平面连杆机构和空间连杆机构两大类。

各构件均相对同一平面作平行平面运动的连杆机构称为平面连杆机构，否则称为空间连杆机构。

在这两类连杆机构中，平面闭链型连杆机构应用十分广泛，尤其是以四个构件组成的平面四杆机构应用更为广泛。

图2–1示出了这些应用中的部份典型例子。

连杆机构得到广泛应用的原因是：1）相对高副机构，低副机构的零件容易制造，生产成本相对较低。

2）由于低副是面接触，接触应力相对高副较小，故承载能力较高，工作可靠。

3）连杆机构的构件可以做得较长，故可实现较大空间范围的运动，容易实现力和运动的远距离传递。

4）连杆机构可以实现多种运动要求，例如：转动、摆动、移动、平面或空间的复杂轨迹运动以及间歇运动等。

缺点：1）连杆机构通常不适合于高速工作的场合。

连杆机构由于有作平面或空间运动的构件，它们在运动中产生的惯性力和惯性力矩不易平衡，容易使机构在运动时产生振动和冲击，严重时还会影响机械产品的工作精度与寿命，因此，连杆机构通常不适合于高速工作的场合。

2）连杆机构不能精确实现任意设计要求的复杂轨迹曲线运动尽管连杆机构可以实现一些复杂的轨迹运动，但要精确实现任意设计要求的复杂轨迹曲线运动是相当困难的，甚至是不可能的，在实现运动要求的灵活性与复杂性方面，它不及某些高副机构，例如：凸轮机构。

3）连杆机构的构件和运动副数量越多，则传动效率越低，传动累积误差越大；设计也越复杂。

第二章平面连杆机构及其设计与分析§2-1 概述平面连杆机构（全低副机构）:若干刚性构件由平面低副联结而成的机构。

优点：（1）低副，面接触，压强小，磨损少。

（2）结构简单，易加工制造。

（3）运动多样性，应用广泛。

曲柄滑块机构：转动－移动曲柄摇杆机构：转动－摆动双曲柄机构：转动－转动双摇杆机构：摆动－摆动（4）杆状构件可延伸到较远的地方工作（机械手）（5）能起增力作用（压力机）缺点：（1）主动件匀速，从动件速度变化大，加速度大，惯性力大，运动副动反力增加，机械振动，宜于低速。

（2）在某些条件下，设计困难。

§2-2平面连杆机构的基本结构与分类一、平面连杆机构的基本运动学结构铰链四杆机构的基本结构1．铰链四杆机构所有运动副全为回转副的四杆机构。

BC－连杆AB、CD－连架杆连架杆：整周回转－曲柄往复摆动－摇杆2．三种基本型式（1）曲柄摇杆机构定义：两连架杆一为曲柄，另一为摇杆的铰链四杆机构。

特点：ϕ、β 0～360°, δ、ψ＜360°应用：鳄式破碎机缝纫机踏板机构揉面机（2）双曲柄机构定义：两连架杆均作整周转动的铰链四杆机构。

由来：将曲柄摇杆机构中曲柄固定为机架而得。

应用特例：双平行四边形机构（P35），天平反平行四边形机构（P45）绘图机构（3）双摇杆机构定义：两连架杆均作往复摆动的铰链四杆机构。

由来：将曲柄摇杆机构中摇杆固定为机架而得。

应用：翻台机构，夹具，手动冲床飞机起落架，鹤式起重机二．铰链四杆机构具有整转副和曲柄存在的条件上述机构中，有些机构有曲柄，有些没有曲柄。

机构有无曲柄，不是唯一地由取哪个构件为机架决定，机构有曲柄的首要条件是：机构中各构件长度间应满足一定的尺寸关系，该条件是首要条件。

然后，再看以哪个构件作为机架。

下面讨论机构中各构件长度间应满足的尺寸关系。

铰链四杆机构曲柄存在的条件曲柄摇杆机构考察BD间距离：f max=B’D=d+a, fmin=B’’D=d-a△BCD中：b+c≥f (b+c≥fmax)，b+c≥a+d (1) b+f≥c (b+fmin≥c) b+d-a≥c，b+d≥a+c (2)c+f≥b (c+fmin≥b) c+d-a≥b，c+d≥a+b (3) (1)+ (2) a≤d, (1)+ (3) a≤c，(2)+ (3) a≤b有曲柄条件：（a）最短构件与最长构件长度之和小于等于其余两构件长度之和。

题3-3:解：1）当AB为最短构件，满足题意。

∴l AB+l BC≤l CD﹢l AD，则l AB﹢50≤35+30 ∴l AB≤15 ∴l AB的最大值为15㎜。

2）a: 当AB为最长构件，则有：l AD+ l AB≤l BC+ l CD AB≤55l AB＞l BC AB＞50∴50＜l AB≤55b:当AB 既不是最长构件也不是最短构件，则有： lAD +l BC ≤l AB + l CD l AB ≥45l AB ＞l AD l AB ＞30∴l AB ≥45∴综上所述，45㎜≦l AB ≤55㎜。

3)分析题意得：当该机构的四个构件的长度不满足杆长之和条件时符合题意。

所以：(a)当AB 杆为最短构件时，则有：l AB +l BC ≧l CD ﹢l AD l AB ≥15 l AB ＜l AD l AB ＜30 ∴15≤l AB ＜30（b ）当A 杆为最长构件时，则有：l AD+ l ABl BC+ l CD l AB≥55l AB＞l BC l AB＞50l AB＜l BC+l CD+ l AD l AB＜115∴55＜l AB＜115（c）当AB不是最长杆，也不是最短杆时，则有：30＜l AB＜50l AD＜l AB＜l BC30＜l AB＜50l AD+l BC＞l AB+ l CD l AB＜45l AB+ l CD+ l AD＞l BC l AB＞-15（舍）∴综合上述情况，则有：AB杆的范围为15㎜＜l AB＜45㎜或者55㎜＜l AB＜115㎜时，此铰链四杆为双摇杆机构。

题3-4∵K=1.5 ∴θ=36°根据已知条件按1：1绘出上图，则有：(1) l AB+l BC=70.84l BC－l AB =25.82l AB=22.51㎜, l BC＝48.33㎜机构简图见图（1）：（2）如图二，则有：l＝l AB+ l BC2＝169.46AC2l AC1＝l BC2－l AB＝71.68∴l AB=48.89㎜, l BC2=120.57㎜。