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第8章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计 §8—1 1 连杆机构及其传动特点连杆机构及其传动特点连杆机构及其传动特点 1．定义：连 杆 机 构：构件用低副联接而成的机构。
平面连杆机构：组成机构的构件都在相互平行的平面中运动的连杆机构。
空间连杆机构：组成机构的构件不在相互平行的平面中运动的连杆机构。
2．特点： 优：1）低副联接，面接触，磨损小，承载能力大。
2）杆状件，圆柱形或平面形接触面，易制造，传递运动远。
3）运动多样性（转、摆、移、平面运动等） 4）轨迹多样性。
缺：1）设计较困难。
2）运动副的制造误差会累积，从而降低机构的传动精度。
3）惯性力难平衡，不适用于高速。
3．应用： 很广泛（e.g：自行车，缝纫机，纺机等中都有应用）§8—2 2 平面四杆机构的类型平面四杆机构的类型平面四杆机构的类型和应用和应用和应用 一．四杆机构的基本型式四杆机构的基本型式：：四杆机构的基本型式为铰链四杆机构，其他四杆机构都可由其演化得到 1）铰链四杆机构： 四个构件通过转动副联接而成机构。
机机 架架：固定不动的构件——4. 连杆架连杆架连杆架：：与机架相连的杆——1、3。
曲曲 柄柄：能整周转动的连架杆。
摇摇 杆杆：不能整周转动的连架杆。
连连 杆杆：不与机架相连的杆——2。
2）周转副和摆转副：周转副：组成转动副的两构件能相对整周转动的转动副 摆转副：组成转动副的两构件不能相对整周转动的转动副1．曲柄摇杆机构： 两个连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆的铰链四杆机构 2．双曲柄机构： 两个连架杆均为曲柄的铰链四杆机构12343．双摇杆机构： 两个连架杆均为摇杆的铰链四杆机构二． 平面四杆机构的演化型式平面四杆机构的演化型式 1．改变构件的形状和运动尺寸1234AB CD12312344A A对对对对对对对对（ββ通通A ）偏偏对对对对对对（ββ不通通A ）l →∞CDββββββ2． 改变运动副的尺寸1234AB3．取不同的构件为机架：对-对对对导导对对摆对对对定对对对手手手4．运动副元素的转换：13241234§8—3 3 平面四杆机构的平面四杆机构的平面四杆机构的基本知识基本知识基本知识 一．铰链四杆机构铰链四杆机构有曲柄的条件有曲柄的条件有曲柄的条件：：设：铰四机构ABCD 中，AB 能360°转动的曲柄则：AB 必能转至与机架AD 共线的两个位置A′B′和A″B″，在两共线位置有：a bcdAB C DABCDB′B″C′C″l l ll 1234(a)(b)B′C′B″C″1）a ≤d 时 （图a）∆A′B′D a+ d ≤ b+c a+ d ≤ b+ c a≤b ∆A″B″D b+(d -a) ≥ c => a+ c ≤ b+ d ② => a≤c ① c+(d -a) ≥ b a+ b ≤ c+ d a≤d 2) a ＞d 时(图6-3b)∆A′B′D a + d ≤ b +c a + d ≤ b +c d ≤ a ∆A″B″D b ≤ c +(a -d ) => b + d ≤ a + c ② => d ≤ b ① c ≤ b +(a -d ) c + d ≤ a + b d ≤ c 1．有曲柄的条件:1）连架杆和机架中有一最短杆2）最短杆和最长杆的长度和不大于其余两杆的长度和。
#第八章平面连杆机构及其设计本章知识点串讲本章的主要知识点有：1．平面四杆机构的基本形式及其演化；平面四杆机构的基本形式是平面铰链四杆机构,其它形式的四杆机构均可认为是它的演化形式.铰链四杆机构可以通过4种方式演化出其他形式的四杆机构。
即①取不同构件为机架；②变转动副为移动副；③杆状构件与块状构件互换；④销钉扩大。
2．有关四杆机构的一些基本知识；1）构件及运动副名称|构件名称：连架杆——与机架连接的构件曲柄——作整周回转的连架杆摇杆——作来回摆动的连架杆连杆——未与机架连接的构件运动副名称：回转副(又称铰链)移动副"2）平面四杆机构有曲柄的条件：a. Lmax + Lmin≤ Lm (杆长条件)；b. Lmin不得为连杆。
3）急回运动和行程速比系数极限位置：当曲柄与连杆共线时，机构中摇杆所处的位置。
亦称机构此时的位置称为机构处于极限位置。
极位夹角θ ：当机构处于两极限位置时，曲柄所在线所夹的锐角。
急回特性：在曲柄等速回转的情况下，通常将作往复运动从动件速度快慢不同的运动称为急回运动。
4）压力角，传动角及死点。
压力角α：力F 的作用线与力作用点绝对速度V 所夹的锐角 传动角：压力角的余角。
角越大，对机构的传动越有利。
连杆机构中，常用传动角的大小及变化情况来衡量机构传力性能的优劣。
为了使机构的传动质量，要确定机构的最小传动角。
最小传动角出现在曲柄与机架共线或重合处。
min=min[180 - ′ ， ′] ,其中′为曲柄与机架共线时连杆与从动件所夹的内角。
5）死点：当 = 0°(α=90°)时，连杆作用在从动件上的力通过了从动件的回转中心，将无法使从动件产生运动，此时称机构处于死点位置。
死点位置的确定：在四杆机构中当从动件与连杆共线或重合时，机构处于死点位置。
|3．平面四杆机构的基本设计方法。
连杆机构的设计方法有图解法，解析法及实验法。
考试中以图解法为主。
-从动件去程的平均速度(或角速度)K ==180°+θ 180°-θ图解法主要内容有：(1) 已知连杆位置及活动铰链找固定铰链已知连杆两位置——无穷解。
第八章 平面连杆机构及其设计题8-1 试画出图示两种机构的机构运动简图，并说明他们各为何种机构。
在图a 中偏心盘1绕固定轴O 转动，迫使滑块2在圆盘3的槽中来回滑动，而圆盘3又相对于机架4转动；在图b 中偏心盘1绕固定轴O 转动，通过构件2，使滑块3相对于机架4往复移动。
（图a 的机构运动简图可有两种表达方式，绘出其中之一即可）A B(a)O1234ABO 123导杆机构或O曲柄摇块机构题8-1(b)题8-2如图所示，设已知四杆机构各构件的长度a=240mm ，b=600mm ，c=400mm ，d=500mm ，试回答下列问题：1）当取杆4为机架时，是否有曲柄存在？__________若有曲柄，则杆a 为曲柄，此时该机构为__________机构。
2）要使机构成为双曲柄机构，则应取杆_________为机架。
3) 要使此机构成为双摇杆机构，则应取杆_______为机架，且其长度的允许变动范围为_______________.4) 如将杆４的长度改为ｄ＝４００ｍｍ，而其他各杆的长度不变，则当分别以１、２、３杆为机架时，所获得的机构为___________机构。
解：1）因900500400600240=+=+≤+=+d c b a 且最短杆1为连架杆，故当取杆4为机架时，有曲柄存在。
此时该机构为曲柄摇杆机构。
2）要使此机构成为双曲柄机构，则应取最短杆1为机架。
3）要使此机构成为双摇杆机构，则取最杆3为机架，其长度的允许变动范围为： （1）因最短杆1为连杆，即使满足杆长条件，此机构也不能成为双摇杆机构 （2）不满足杆长条件时，b 为最长杆，c 为最短杆，d a c b +>+ 140>c c 为最长杆，但不可能大于三杆长度之和 d b a c ++< 故1340<c综合以上条件， 1340140<<c 时，均可为双摇杆机构。
4）如将杆4的长度改为400，其它杆长度不变，则当分别以1、2、3杆为机架时，因不满足杆长条件，故所获机构均为双摇杆机构。
题8-3 在图示的各四杆机构中，已知各构件的尺寸（由图上量取，图中比例尺μ1=2mm/mm ）杆AB 为主动件，转向如图所示。
现要求：1）试给出这三种机构有曲柄的条件和各机构的名称；2）机构有无急回运动？若有，试以作图法确定其极位夹角θ，并计算其行程速比系数K ；3）标出各机构在图示位置时的机构传动角γ和压力角α，求作最小传动角γmin 和最小压力角αmin ，并说明机构的传动性能如何？4）机构是否存在死点位置？解：a)图为曲柄摇杆机构。
杆AB 为曲柄的条件：CD BC AD AB +<+ BC AB < CD AB < AD AB <由图8-3 (a) 两极限位置AB 1C 1D 和AB 2C 2D 可得 极位夹角︒=0θ ，1=K 所以无急回运动。
机构传动角γ和压力角α如图示位置。
最小传动角γmin 位置为AB ″C ″D最小压力角αmin 位置为AB 0C 0D 。
︒=0min α 曲柄为主动件，不存在死点位置。
b) 图为偏置曲柄滑块机构。
杆AB 为曲柄的条件：∞∞+≤+CD BC AD AB 当 0≠e BC e AB ≤+∴ 当 0=e BC AB ≤∴极位夹角C 1AC 2 即︒=2.21θ ，27.1=K 有急回运动。
机构传动角γ和压力角α如图示位置。
最小传动角γmin 位置为曲柄垂直于导路时两位置中AB ″C ″︒=8.38min γ 最小压力角αmin 位置为AB 0C 0。
︒=0min α曲柄为主动件，不存在死点位置。
2题8-3（a)题8-3（c) 图为偏置导杆机构。
杆AB 为曲柄的条件：∞∞+≤+BD AC CD AB 当 0≠e BC e AB ≤+∴ 当 0=e BC AB ≤∴极位夹角B 1AE 即︒=81θ ，64.2=K 有急回运动。
机构传动角γ和压力角α如图示位置。
最小传动角γmin 位置为CB 最短，即CB ″︒=2.48min γ 最小压力角αmin 位置为为CB 最长，即CB ′。
︒=9min α曲柄为主动件，不存在死点位置。
题8-4 图a 所示为一新型杆式曲柄冲压机。
在此冲压机构中，动力是由绕固定轴心A 匀速转动的齿轮1输入，通过分别铰接在齿轮1轮缘上B 处和传动件3上C 处的杆2使杆3柄轴颈3` 和可绕其轴心E 相对转动的连杆4带动冲头5上下往复运动，可使冲头实现快进，低速冲压、高速返回的运动规律。
已知机构的尺寸：l AB =100mm ，l BC =110mm ，l CD =55mm ，l AD =20mm ，l DE =40mm ，l EF =250mm ，现要求：1）试以比例尺μ1=5mm/mm 绘制图示位置的机构的运动简图（图b ），并计算其自由度；2）确定四杆机构ABCD 和DEF 的类型和最小传动角γmin ，并说明此冲压机构的传动性能如何？3）确定该冲压机构的极位夹角θ和行程速比系数K ，并说明此冲压机构的冲头是进快还是返回快？为什么？解：1）5=n 7=l p 0=h p10725323=-⨯-⨯=--=h l p p n F2）ABCD 为双曲柄机构，︒=''=3.45min γγDEF 为对心曲柄滑块机构。
︒=''=8.80min γγ3）极位夹角 ︒=5.58θ 行程速比系数 97.1180180=-︒+︒=θθk题8-5如图所示，设要求四杆机构两连架杆的三组对应位置分别为α1=35°，φ1=50°；α2=80°，φ2=75°；α3=125°，φ3=105°。
另外l AD =80mm 。
试以解析法设计此四杆机构。
解：1）将i α、i φ的三组对应值代入下式（初选000==φα）()()()()[]2001000coscos cos P P P ++-+++=+ααφφφφαα 得 ()2103550cos 75cos 35cos P P P +︒-︒+︒=︒()2108075cos75cos 80cos P P P +︒-︒+︒=︒ ()210125105cos 105cos 125cos P P P +︒-︒+︒=︒ 解之得（计算到小数点后四位）0233.1,2637.1,5815.1210=-==P P P 2）求各杆的相对长度，得5831.121,2515.1,5815.122210=-++======lP n l m P nl P a c n3）求各杆的长度094.101923.635815.1197.101923.635815.1923.632515.18000.80=⨯===⨯======na c m a b l d a m md题8-6 图a 所示为一实验用小电炉的炉门启闭机构，炉门关闭时在位置E1，敞开时在位置E2，试设计一四杆机构来实现炉门启闭的操作。
（1）已选定炉门上的两个铰链B 及C 的位置（图b ）； （2）已选定炉壁上的两个固定铰链A 及D 的位置（图c ）。
解：1)已选定炉门上的两个铰链B 和C 的位置。
用作图法求出A 及D 的位置，并作出机构在E 2位置的运动简图，如图8-6（1）；由图量得：mmCD l mm BC l mmAB l l CD l BC l AB 29033595=⋅==⋅==⋅=μμμ2)已选定炉壁上的两个铰链A 和D 的位置。
用作图法求出B 及C 的位置，并作出机构在E 2位置的运动简图，如图8-6（2）由图量得：mmCD l mm BC l mmAB l l CD l BC l AB 5.2625.1275.92=⋅==⋅==⋅=μμμD B 2AC 1B 1DC 2M 1N 1M 2AD'N 2A'b 12c 12d 12a 12习题8-6(2)习题8-6(1)B 1C 1题8-8图a 所示为一用绳索操作的长杆夹持器，并用一四杆机构ABCD 来实现执握动作。
设已知AB 杆及DE 杆的对应角度关系如图a 所示，且l DE =60mm ，l AD =140mm ，l AB =20mm 。
试以作图法设计此四杆机构。
（保留作图线。
）解：取AD 杆为机架，并以适当比例尺作AD 、AB 与DE 杆的三对对应位置。
作图步骤如图题8-8所示（保留作图线）。
由图量得：mm AB l l AB 20=⋅=μmm AD l l AD 140=⋅=μmm BC l l BC 137=⋅=μ mm CD l l CD 4.38=⋅=μb 12b 13ADB 1C 1E 1B 2B 3E 3E 2B 3′B 2′题8-8题8-9如图所示为一已知的曲柄摇杆CD 和滑块F 连接起来，使摇杆的三个已知位置C 1D 、C 2D 、C 3D 和滑块的三个位置F 1、F 2、F 3相对应（图示尺寸系按比例尺绘出），试以作图法确定此连杆的长度及其摇杆CD 铰接点的位置。
（作图法求解时，应保留全部作图线。
）解：由题意知，本题实际是为按两连架杆（摇杆与滑块）的预定事对应位置设计四杆机构的问题。
具体作图过程如图8-9所示,连杆的长度为mm F E l l EF 2.2711==μA F 1F 2F 3C 1C 2B 3B 2B 1C 3F 3′F 2′E 1题8-9题8-10图a 所示为一汽车引擎油门控制装置。
此装置由四杆机构ABCD 、平行四边形机构DEFG 及油门装置所组成，由绕O 轴转动的油门踏板OI 驱动，可实现油门踏板与油门的协调配和动作。
当油门踏板的转角分别为0°、5°、15°及20°时，杆MAB 相对应的转角分别为0°、32°、52°、及63°（逆时针方向），与之相应油门开启程度为0°（关闭）、14°及60°（全开）四个状态。
现设l AD =120mm ，试以作图法设计此四杆机构ABCD ，并确定杆AB 及CD 的安装角度β1及β2的大小（当踏板转20°，AM 与OA 重合，DE 与AD 重合）。
解：取B 1及B 2为归并点，按点位归并（缩减）法设计此四杆机构（如图8-10）AB 1C 1Db 344量得各杆长度：mm AB95= mm BC 165= mm CD 48= mm AD 120=︒=921β ︒=1162β题8-11如图所示，现欲设计一铰链四杆机构，已知其摇杆CD 的长l CD =75mm ，行程速比系数K=1.5，机架AD 的长度为l AD =100mm ，又知摇杆的一个极限位置与机架间的夹角为ψ=45°，试求曲柄的长度l AB 和连杆的长l BC 。
