第3章 平面连杆机构传动

图3-18 摆动导杆机构
3.4.2 压力角与传动角
将F分解可得推动摇杆的有效分力 分解可得推动摇杆的有效分力 Ft=Fcosα，只能产生摩擦阻力的有害分力 Fr=Fsinα。其中α称为压力角，它是不计 称为压力角， 摩擦力、惯性力和重力时从动件上C点所 摩擦力、惯性力和重力时从动件上 点所 受作用力的方向与其线速度方向所夹的锐 角。
3.3.3 扩大转动副
在曲柄滑块机构中， 在曲柄滑块机构中，若要求滑块行程 较小，则必须减小曲柄长度。 较小，则必须减小曲柄长度。
图3-16 偏心轮机构
3.4 平面四杆机构的传动特性 3.4.1 急回特性
摇杆CD处此两极限位置时曲柄所在直 摇杆 处此两极限位置时曲柄所在直 称为极位夹角， 线之间的锐角θ称为极位夹角，机构中输出 件在两极限位置间的移动距离或摆动角度 ϕ称为行程。 称为行程。
图3-9 铰链四杆机构
根据三角形任意两边之和必大于（ 根据三角形任意两边之和必大于（极 限情况等于）第三边， 限情况等于）第三边，在△B'C 'D中应有 中应有 即
b + c ≥ f max
b + c≥ a + d
在△B"C"D中应有 中应有
b + f min ≥ c
c + f min ≥ b
K −1 θ = 180° K +1
的大小。 机构的急回速度取决于夹角θ的大小。 θ 越大，K值越大，机构的急回程度也越高， 越大， 值越大 机构的急回程度也越高， 值越大， 但从另一方面看， 但从另一方面看，机构运动的平稳性就越 差。 曲柄滑块机构， 曲柄滑块机构，当e=0时，θ=0，则 时 ， K=1，机构无急回特性；当e≠0时，θ≠0， ，机构无急回特性； 时 ， 则K＞1，机构有急回特性。摆动导杆机构， ＞ ，机构有急回特性。摆动导杆机构， 其极位夹角等于导杆摆角，具有急回特性。 其极位夹角等于导杆摆角，具有急回特性。
输入件曲柄作等速转动时， 输入件曲柄作等速转动时，作往复摆 动的输出件摇杆在空载行程中的平均速度 大于工作行程中的平均速度， 大于工作行程中的平均速度，这一性质称 为连杆机构的急回特性。 为连杆机构的急回特性。通常用行程速度 变化系数K来表示这种特性 来表示这种特性： 变化系数 来表示这种特性：
从动件空回程平均速度 C1C2 / t2 t1 ϕ1 180° θ + K= = = = = − 主动件工作平均速度 C1C2 / t1 t2 ϕ2 180° θ
b+ d≥c + a
c + d ≥b + a
将式（ ）、 ）、式 ）、式 将式（3-1）、式（3-2）、式（3-3） ）、 ） 两两相加并简化可得
a≤b a≤c a≤d
铰链四杆机构有一个曲柄的条件是： 铰链四杆机构有一个曲柄的条件是： ① 最短杆与最长杆之和小于或等于其余两 杆长度之和； 杆长度之和； 最短杆为连架杆。 ② 最短杆为连架杆。
3.1 铰链四杆机构的基本类型、应用 铰链四杆机构的基本类型、 和特点
构件间用四个转动副相连的平面四杆 机构简称为铰链四杆机构， 机构简称为铰链四杆机构，在连架杆中能 绕固定轴线整周回转的构件称为曲柄， 绕固定轴线整周回转的构件称为曲柄，只 能在某一角度范围内摆动的构件称为摇杆。 能在某一角度范围内摆动的构件称为摇杆。
图3-10 连杆机构的倒置
3.3 铰链四杆机构的演化 3.3.1 改变运动副类型
图3-11 曲柄滑块机构
图3-12 双滑块机构
3.3.2 连杆机构的倒置
如图3-13(a)所示曲柄滑块机构，若改取 所示曲柄滑块机构， ① 如图 所示曲柄滑块机构 为机架， 杆2为机架，则成为导杆机构［如图 为机架 则成为导杆机构［如图3-13(b) 所示］。其中导杆3为主动件 ］。其中导杆 为主动件， 所示］。其中导杆 为主动件，它带动滑块 4相对杆 滑动并随之一起绕 点转动。杆1 相对杆1滑动并随之一起绕 点转动。 相对杆 滑动并随之一起绕A点转动 起导路作用，称为导杆。 起导路作用，称为导杆。
设杆2、 的长度分别为l2、 ， 设杆 、杆3的长度分别为 、l3，当 的长度分别为 l2≤l3时，杆3和杆 均可整圈旋转，故称为 和杆1均可整圈旋转 时 和杆 均可整圈旋转， 曲柄转动导杆机构； 曲柄转动导杆机构；当l2＞l3时，杆3可整 ＞ 时 可整 圈旋转， 却只能往复摆动， 圈旋转，杆1却只能往复摆动，故称为曲柄 却只能往复摆动 摆动导杆机构。 摆动导杆机构。导杆机构常用于回转式油 牛头刨床等工作机构中。 泵、牛头刨床等工作机构中。
以最短杆AB为机架时，为双曲柄机构［ 以最短杆 为机架时，为双曲柄机构［如 为机架时 所示］； 图3-10(b)所示］； 所示 以最短杆AB的对边为机架时 的对边为机架时， 以最短杆 的对边为机架时，为双摇杆机 如图3-10(c)所示］。 所示］。 构［如图 所示 若机构不满足杆长之和条件， ② 若机构不满足杆长之和条件，则只能为 动角
图3-20 某些四杆机构最小传动角位置
3.4.3 极限位置与死角
主动件的速度为输入速度， 主动件的速度为输入速度，从动件的 速度为输出速度， 速度为输出速度，则机构中瞬时输出速度 与输入速度的比值为零的位置称为连杆机 构的极限位置。 构的极限位置。
图3-21 极限位置和死点位置
图3-7 飞机起落架机构
图3-8 车辆前轮转向机构
3.1.2 铰链四杆机构的特点
铰链四杆机构具有如下特点。 铰链四杆机构具有如下特点。 铰链四杆机构是低副机构， ① 铰链四杆机构是低副机构，构件间的相 对运动部分为面接触， 对运动部分为面接触，故单位面积上的压 力较小。并且低副的构造便于润滑， 力较小。并且低副的构造便于润滑，摩擦 磨损较小，寿命长，适于传递较大的动力。 磨损较小，寿命长，适于传递较大的动力。 如动力机械、锻压机械等都可采用。 如动力机械、锻压机械等都可采用。 两构件的接触面为简单几何形状， ② 两构件的接触面为简单几何形状，便于 制造，能获得较高精度。 制造，能获得较高精度。
避免机构在死点位置出现卡死或运动 不确定现象，可以对从动件施加外力， 不确定现象，可以对从动件施加外力，或 利用飞轮的惯性带动从动件通过死点。 利用飞轮的惯性带动从动件通过死点。 工程上有的采用多套同样机构错位排 列使各套机构的死点位置互相错开， 列使各套机构的死点位置互相错开，靠位 置差通过死点位置。 置差通过死点位置。
图3-13 曲柄滑块机构的演化
若取杆3为机架 为机架， ② 若取杆 为机架，则成为摆动滑块机构 也称摇块机构），如图3-13(c)所示。这 ），如图 所示。 （也称摇块机构），如图 所示 种机构广泛用于摆缸式内燃机和液压驱动 装置中，如图3-14所示卡车车厢自动翻斗 装置中，如图 所示卡车车厢自动翻斗 机构。 机构。
图3-1 铰链四杆机构
3.1.1 铰链四杆机构的基本类型及 应用
铰链四杆机构中， 铰链四杆机构中，根据连架杆运动形 式的不同，可分为以下三种基本类型。 式的不同，可分为以下三种基本类型。
1．曲柄摇杆机构 ．
在铰链四杆机构的两连架杆中， 在铰链四杆机构的两连架杆中，若一 个为曲柄，另一个为摇杆， 个为曲柄，另一个为摇杆，则此四杆机构 称为曲柄摇杆机构。 称为曲柄摇杆机构。 通常曲柄等速转动， 通常曲柄等速转动，摇杆作变速往复 摆动。 摆动。
图3-22 快速夹具
3.5 多杆机构简介
1．扩大运动行程 ． 2．实现间歇运动 ． 3．夹紧力可变 ． 4．实现过载保护 ． 5．增大急回性能 ．
图3-23 压缩机机构
图3-24 间歇运动连杆机构
图3-25 铰链杠杆式夹紧机构
第3章 平面连杆机构传动
3.1
铰链四杆机构的基本类型、 铰链四杆机构的基本类型、应用和特点
3.2 铰链四杆机构曲柄存在的条件
3.3
铰链四杆机构的演化 平面四杆机构的传动特性 多杆机构简介
3.4
3.5
具有四个构件（含机架） 具有四个构件（含机架）的低副机构 称为四杆机构， 称为四杆机构，多于四个构件的低副机构 统称为多杆机构；连杆机构的缺点是： 统称为多杆机构；连杆机构的缺点是：低 副中存在间隙，会引起运动误差， 副中存在间隙，会引起运动误差，而且它 的设计比较复杂， 的设计比较复杂，不易精确地实现较复杂 的运动规律。 的运动规律。
③ 构件间的相互接触是依靠运动副元素的 几何形状来保证的，无需另外采取措施。 几何形状来保证的，无需另外采取措施。 运动副中存在间隙， ④ 运动副中存在间隙，难以实现从动件精 确的运动规律。 确的运动规律。
3.2 铰链四杆机构曲柄存在的条件
在铰链四杆机构中， 在铰链四杆机构中，允许两连接构件 作相对整周旋转的转动副称为整转副。 作相对整周旋转的转动副称为整转副。曲 柄是以整转副与机架相连的连架杆， 柄是以整转副与机架相连的连架杆，而摇 杆则不是以整转副与机架相连的连架杆。 杆则不是以整转副与机架相连的连架杆。
图3-17 曲柄摇杆机构的急回特性
当曲柄以等速顺时针从AB1转到 转到AB2 当曲柄以等速顺时针从 转到 摇杆C1D摆至 时，转过角度ϕ1 = 180° + θ ，摇杆 摆至 C2D，摆过工作行程ϕ角，所需时间为 ， 所需时间为t1， ， C点的平均速度为 v1 = C1C 2 / t1 。当曲柄继续 点的平均速度为 − 摇杆由C2D摆回到 摆回到C1D， 转过 ϕ2 = 180° θ 时，摇杆由 摆回到 ， 摆过的空载行程仍为ϕ角，所需时间为t2， 所需时间为 ， v2 = C1C 2 / t2 C点的平均速度为 点的平均速度为 。
2．双曲柄机构 ．
在铰链四杆机构中， 在铰链四杆机构中，若两连架杆均为 曲柄，则此四杆机构称为双曲柄机构。 曲柄，则此四杆机构称为双曲柄机构。
图3-2 平面连杆机构的应用
图3-3 惯性筛机构
图3-4 平行四边形机构