机械设计基础 平面连杆机构

急回运动机理
a)曲柄转过 1 180 摇杆上C点摆过： C1C2 所用时间：t1 1 180 1 1 b)曲柄转过 2 180
摇杆上C点摆过：C2C1
2 180 所用时间： t2 1 1
V1 C1C2 CC ;V2 2 1 t1 t2
加工制造；
③在原动件运动规律不变情况下，通过改变各构件的
相对长度可以使从动件得到不同的运动规律；
④可以连杆曲线可以满足不同运动轨迹的设计要求。
缺点： ①由于运动积累误差较大，因而影响传动精度；
②由于惯性力不好平衡而不适于高速传动；
③设计方法比较复杂。
§8-2 平面四杆机构的类型和应用
一、四杆机构基本型式
契贝谢夫四足机器人
它是利用连杆曲线特性，当一对角足运动处在曲线的直线段时则着地 静止不动，而另一对角足则处在曲线段作迈足运动，从而可实现类似动物 的足行运动。
二、连杆机构的特点 优点： ①连杆机构为低副机构，运动副为面接触，压强小，
承载能力大，耐冲击；
② 运动副元素的几何形状多为平面或圆柱面，便于
C
C2
铰链四杆机构装配模式
5. 错序不连续——原动件按同一方向连续转动时，连杆不能按 顺序通过给定的各个位置 图中 ，要求连杆依次占据 B1C1 、 B2C2 、 B3C3 ，当 AB
B3 B1 1 A 2 C1 C3
C2
沿 逆时针 转动可以满足要
求， 但 沿顺 时 针 转动， 则 不能满足连杆预期的次序 要求。
C
2
B
1 4
3
A
D
特例：等腰梯形机构 — — 两摇杆长度相等的双 摇杆机构
汽车前轮 转向机构
功能： 往 复 摆 动
往复摆动
二、四杆机构演化型式
1. 改变构件的形状和运动尺寸 曲柄摇杆机构
变摇杆 为滑块
曲线导轨曲柄滑块机构
摇杆尺寸为无穷大
偏置曲柄滑块机构 e=0 对心曲柄滑块机构
移动副可认为是回 转中心在无穷远处 的转动副演化而来
小扰动力的作用下，会出现运动不确定现象。
以往复运动构件为主动件的机构，通常存在死点。
1、死点位置
当输出构件与连杆共线时，机构出现死点。
特别注意： 机构有无死点与原动件选取有关
曲柄摇杆机构的死点位置
曲柄滑块机构的死点位置
2、机构通过死点采取的措施 对于传动机构来讲，死点是不利的，应采取措施使 机构能顺利通过死点位置。 利用惯性

F

vc 2 1 B
C
1
A
1
A
1
2 B
F
vB3
v F 1
2 B
0
3
3 C
3
C
C b
VB 2 3 c
= 90
2
C
3

A
B 1 a
d 4
VB
B 4
FB
D
1 A
D
四、死点
—— 机构传动角 γ = 0º ( α= 90º ) 的位置 当机构处于死点位置时，整个机构无法运动，但在外界微
K
v2 C1C2 / t2 t1 1 v1 C1C2 / t1 t2 2
K
180 1 180
K 1 K 1
或： 180 讨论：
1) 当θ≠0时，机构具有急回运动特性； 2) θK ，急回运动特性愈显著。
例：曲柄滑块机构
对心曲柄滑块机构 0， K=1，无急回运动
死点 —— 不计摩擦时，机构传动角 γ = 0º (α = 90º ) 的特
殊位置。利用惯性或其它方法，机构可以通过该位置。
自锁 —— 计入摩擦时，驱动力方向满足一定几何条件而使机
构无法运动的现象，具有方向性。
五．铰链四杆机构的运动连续性
1. 运动连续性 —— 当主动件连续运动时，从动件能否连续实现 给定的各个位置的运动。 2. 可行域 ——当曲柄AB连续转动时，摇杆CD的摆动范围或
B
1
2 4
B C
3 1
2
4
C
导杆
A
A
3
曲柄滑块机构
B
1
2
摇块
导杆机构
B
1 2 3 4
C
3
A
A
C
4
曲柄摇块机构
直动滑杆机构
3、改变运动副的尺寸：曲柄偏心轮
2 B 1 A 4 C 3
扩大转 动副B 的半径
2 B 1 A 4
C 3 D
超过 曲柄 长
2 B A 1 4
C 3 D
D
转动 副B 的半 径扩 大超 过曲 柄长
2 2
A
(x,y)
双转块机构
B 2 1 3 3 A A B 2 1 3 B 2
1
A
应用实例
十 字滑 块联 轴器
小
平面四杆机构的演化方式
结
1、改变构件的形状和相对尺寸：转动副移动副
对心曲柄滑块机构
变连杆 为滑块
双滑块机构
B
2
1 2 B
C
摇块
导杆
A
3
1
3
4
A
4
C
2、选用不同构件为机架——倒置法 机构的倒置：选运动链中不同的构件作机架以获得不同机构的 演化方法称为机构的倒置。
C
2
特例：若机构中相对两杆平行且相等， 则成为平面四边形机构。
3
B
1 4
A
D
平行四边 形机构特 性：
▲两曲柄 同速同向 转动 ▲连杆作 平动
应用实例
车门开闭机构
——逆平行（反平行）四边形机构（两相对杆长相等但不平行的双曲柄机构）
应用实例：
惯性筛机构
机车车轮联动机构
3. 双摇杆机构 (Double-Rocker Mechanism) ——两个连架杆都是摇杆的铰链四杆机构
3
D
B2 4
小 结
▲曲柄存在条件 lmin+lmax l4 +l3 连架杆或机架中有一杆是最短杆
▲急回特性及行程速比系数
偏置曲柄滑块机构 0， K1，有急回运动
摆动导杆机构
0， K1，有急回运动
三、四杆机构的压力角与传动角
1. 压力角与传动角
压力角 ——不考虑摩擦时，机构输出构件上作用的力F与该 力作用点的绝对速度方向所夹的锐角。
传动角 ——压力角的余角
90
机构常用传动角大 小及变化来衡量机 构传力性能的好坏。
l1 l2
l1l3
l 1 =l min 为最短杆。
且有： l1 l4
周转副的条件：
1)最短杆长度加最长杆长度小于或等于其余 两杆长度之和——杆长条件; 2) 组成周转副的两杆中必有一杆是最短杆. 曲柄存在条件：
3)连架杆或机架中必有一杆是最短杆。
讨 论
当铰链四杆机构满足杆长条件时，
1）最短杆的邻边杆为机架时
内摆动
应用实例 牛 头 刨 床
曲柄摇块机构
B
1 2 4
摇块
C
3
A
应用实例
自 卸 车
直动导杆机构
B
1 2 4
定块
直动导杆
C
3
A
应用实例 手 动 抽 水 机 炉 门 送 料 装 置
B
1 2 4
C
3
A
3、改变运动副的尺寸：曲柄偏心轮
2 B 1 A 4
C 扩大转 动副B
的半径
2 B 1 A 4
满足杆长之 和条件
最短杆本身为机架
最短杆相对的杆为机架 双摇杆机构（I）
不满足杆长 之和条件 任意杆为机架 双摇杆机构（II）
例：偏置曲柄滑块机构有曲柄的
条件。
解1： lmin=r； lmax=CD+e
r CD e l CD
r e l
A


B
r e
l
C
D
思考：对心曲柄滑块机构 有曲柄的条件？
故当 <90 o 时： =
min = min
当 >90o 时：
min = 180o-max
结 论 ： 当 =0o 或 180 o 时，有
min = min{ min ， (180o- max)}
曲柄与机架共线时，出现最小传动角。
例：标出机构在图示位置的压力角与传动角
t1 t2
c)设两过程的平均速度为V1、V2：
t1 t2
V2 V1 回程速度大于正行程速度。
注意！ 急回作用具有方向性,当原动件的回转方向改变时,急回的 行程也随之改变。
3. 行程速比系数K 为表明急回运动程度，用行程速度变化系数 K 来衡量，作 为机构的基本运动特征参数。定义为反正行程速度比，即
2

C
b B a

F VC

c
在BCD中：
BD
2

b2
c2
2bc cos
A
d
D
b 2 c 2 a 2 d 2 2ad cos cos 2bc
若此式为极值，则需 取极值，即
0 max min 1 cos cos 1 min max 180
() F 机构传动越有利
一般要求： min 40 ~ 50

C F
vC

C
F

VC B D B

D
当BCD 90时， BCD
当BCD 90时， 180 BCD
2. 最小传动角的位置