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第八章 平面连杆机构及其设计 §8-1 连杆机构及其传动特点 一、连杆机构的应用： 内燃机、鹤式吊、火车轮、急回冲床、牛头刨床、翻箱机、机械手爪、椭圆仪、开窗、车门、折叠伞、床、牙膏筒拔管机、自行车等。 特征：至少有一作平面运动的构件，称为连杆。 二、平面连杆机构的特点： ①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。 ②改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。 ③连杆曲线丰富。可满足不同要求。 ④构件呈“杆”状、传递路线长。 ⑤构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低。 ⑥产生动载荷（惯性力），不适合高速。 ⑦难以实现精确的轨迹。 三、连杆机构的分类 常以构件数命名：如四杆机构、多杆机构。 §8-2 平面四杆机构的类型和应用 一、平面四杆机构的基本型式 基本型式：如图8—1所示铰链四杆机构为平面四杆机构的基本型式，其它四杆机构都是由它演变得到的。 常用名词： 曲柄—作整周定轴回转的构件； 连杆—作平面运动的构件； 摇杆—作定轴摆动的构件； 连架杆—与机架相联的构件； 周转副—能作360°相对回转的运动副； 摆转副—只能作有限角度摆动的运动副。 三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。 1）曲柄摇杆机构 特征：曲柄＋摇杆。 作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。如图8—2所示雷达天线。 2）双曲柄机构 特征：两个曲柄。 作用：将等速回转转变为等速或变速回转。如图8—3所示惯性筛等。 特例：平行四边形机构，如图8—4所示。 特征：两连架杆等长且平行，连杆作平动 实例：火车轮、摄影平台（图8—5）、播种机料斗机构（图8—6）、天平（图8—7）、香皂成型机等。 为避免在共线位置出现运动不确定，采用如图8—8所示两组机构错开排列。或采用反平行四边形机构如图8—9所示车门开闭机构 3）双摇杆机构 特征：两个摇杆。 应用举例 ：如图8—10所示铸造翻箱机构、图8—11所示风扇摇头机构等。 特例：如图8—12所示等腰梯形机构－汽车转向机构 二、平面四杆机构的演化型式 1）改变构件的形状和运动尺寸，如图8—13所示。 曲柄摇杆机构当一个连架杆杆长变为无穷大时，就演化为曲柄滑块机构；若滑块导路通过曲柄回转中心则为对心曲柄滑块机构，若不过则为偏心曲柄滑块机构；进一步改变构件的形状和运动尺寸还可得到双滑块机构正弦机构如图8—14所示。 2）改变运动副的尺寸 曲柄滑块机构当曲柄与连杆间的转动副尺寸扩大到超过曲柄中心时，可得如图8—15所示偏心轮机构。 3）选不同的构件为机架 曲柄滑块机构当以曲柄为机架时，可得如图8—16所示导杆机构（若导杆不能整周转动则为摆动导杆，若能够整周转动则为转动导杆），应用实例如图8—17所示小型刨床或图8—18所示牛头刨床。 曲柄滑块机构若选连杆为机架则可得如图8—19所示摇块机构，应用实例如图8—20所示自卸卡车举升机构。 曲柄滑块机构若选滑块为机架则可得如图8—21所示直动滑杆机构，应用实例如图8—21所示手摇唧筒。这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法称为：机构的倒置；如图8—22所示选择双滑块机构中的不同构件作为机架可得不同的机构。 4）运动副元素的逆换 将低副两运动副元素的包容关系进行逆换，不影响两构件之间的相对运动。例如如图8—23所示导杆机构若将构件2和3的包容关系进行逆换则可得摇块机构，但各构件间的相对运动关系不变。 §8-3 平面四杆机构的基本知识 一、平面四杆机构有曲柄的条件 如图8—24所示，设ad,连架杆若能整周回转，必有两次与机架共线，则由△B’C’D可得：a+d≤b+c 则由△B”C”D可得： b≤(d-a)+c即: a+b≤d+c c≤(d-a)+b即: a+c≤d+b 将以上三式两两相加得： a≤b, a≤c, a≤d 可见AB杆为最短杆。 若设ad，同理有：d≤a，d≤b，d≤c AD杆为最短杆。 由上可得曲柄存在的条件为： 1）最长杆与最短杆的长度之和应≤其他两杆长度之和称为杆长条件。 2）连架杆或机架之一为最短杆。此时，铰链A为周转副。 二、急回运动和行程速比系数 在曲柄摇杆机构中，当曲柄与连杆两次共线时，摇杆位于两个极限位置，简称极位，如图8—26所示。此两处曲柄之间的夹角θ称为极位夹角。 当曲柄以ω逆时针转过180°+θ时，摇杆从C1D位置摆到C2D。所花时间为t1 ，平均速度为V1，那么有： 当曲柄以ω继续转过180°-θ时，摇杆从C2D，置摆到C1D，所花时间为t2 ,平均速度为V2 ，那么有： 因曲柄转角不同，故摇杆来回摆动的时间不一样，平均速度也不等。并且： t1 t2 V2 V1 摇杆的这种特性称为急回运动。用以下比值表示急回程度： 称K为行程速比系数。只要θ≠0，就有K1，且θ越大，K值