第8章平面连杆机构及其设计

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1、徐州工程学院第八章第八章 平面连杆机构平面连杆机构及其设计及其设计 (Planar Linkage Mechanisms and its Design)徐州工程学院81 连杆机构及其传动特点连杆机构及其传动特点一、概念一、概念(Definition) 连杆机构连杆机构：指所有构件用低副（转动副和移动副）联接而成的机构，又称为低副机构。1、平面连杆机构平面连杆机构：所有构件均在相互平行的平面内运动的连杆机构（如图a） 。2、空间连杆机构、空间连杆机构：所有构件不全在相互平行的平面内运动的连杆机构（如图b）。它可以分为：图a图b徐州工程学院二、特点二、特点(Characteristics)1、优点

2、、优点(Advantage) ：1）运动副都是低副，低副两元素为面接触，所以耐磨损，承载大；2）低副两元素几何形状简单，是圆柱面或平面，所以制造简单，容易获得较高的制造精度；3）可以实现不同的运动规律和特定轨迹要求。图c图d实现特定运动规律的牛头刨床（图c）；实现特定轨迹要求的椭圆仪（图d）。如：徐州工程学院2、缺点、缺点(Disadvantage) ：1）低副中存在间隙，会引起运动误差，使效率降低；2）动平衡较困难，所以一般不宜用于高速传动；3）设计比较复杂，不易精确地实现复杂的运动规律。三、应用三、应用(Application) 连杆机构广泛地应用在各种机械和仪器中。 如雷达天线俯仰机构（

3、图8-5）、缝纫机的踏板机构、鹤式起重机（图8-11） 、机车车轮的联动机构（图8-8 ）、牛头刨床、鄂式破碎机、机器人等。徐州工程学院机车车轮的联动机构 牛头刨床鄂式破碎机机器人雷达天线俯仰机构缝纫机的踏板机构鹤式起重机DQAECBQBCE徐州工程学院 最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的，称为平面四杆机构，它是组成多杆机构的基础。平面四杆机构的型式最常见的有：1）铰链四杆机构(pin-connected four-bar mechanism )2）曲柄滑块机构(slider-crank mechanism )3）导杆机构( guide-bar mechanism )铰链四杆机构曲柄滑块机

4、构导杆机构运动简图如图82，a、b 、c徐州工程学院82 平面四杆机构的类型及应用平面四杆机构的类型及应用(Type and Application of Planar Four-bar Linkage)一、平面四杆机构的基本型式一、平面四杆机构的基本型式(Basic form)图84a 图84a所示为铰链四杆机构。它是平面四杆机构的基本型式基本型式，其它型式的四杆机构可看作是在它的基础上通过演化而成的。 全部用转动副相连的平面四杆机构称为铰链四杆机构。机架机架(Frame) ：机构中的固定构件，如4；连架杆连架杆：直接与机架用转动副相连接的构件，如杆1、3；连杆连杆(coupler) ：不直

5、接与机架连接的构件，如杆2。徐州工程学院连架杆(side link )可分为：曲柄曲柄(crank) ：能绕机架作整周转动的连架杆，如杆1；摇杆摇杆(rocker) ：只能绕机架作小于360的某一角度摆动的连架杆，如3。在铰链四杆机构中，转动副分两种：）周转副周转副：组成转动副的两构件能作整周相对转动，如转动副、；）摆转副摆转副：组成转动副的两构件不能作整周相对转动，如转动副、。徐州工程学院 在铰链四杆机构中，按连架杆能否作整周转动，可将铰链四杆机构分为：曲柄摇杆机构(crank-rocker mechanism)双曲柄机构(double-crank mechanism)双摇杆机构(doubl

6、e-rocker mechanism)曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构徐州工程学院 两个连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆，则此铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。1）曲柄为原动件，摇杆为从动件时： 如图8-5所示的雷达天线俯仰机构。图8-5曲柄的连续转动 摇杆的变速往复摆动。A1、曲柄摇杆机构、曲柄摇杆机构(crank-rocker mechanism)抓片机构输送机搅拌机徐州工程学院2）摇杆为原动件，曲柄为从动件时：如图5所示的缝纫机踏板机构。摇杆的往复摆动 曲柄的连续转动。徐州工程学院2、双曲柄机构、双曲柄机构(double-crank mechanism) 两个连架杆都是曲柄，则称为双曲柄机

7、构。 如图8-3所示冲床机构中的双曲柄机构ABCD。其传动特点传动特点是： 主动曲柄连续等速转动时，从动曲柄一般作变速转动。图8-3振动筛机构徐州工程学院在双曲柄机构中，有两种特例特例：平行四边形机构、逆（或反）平行四边形机构1）平行四边形机构：其相对两杆平行且相等，如图8-7a所示。其运动特性运动特性是：两曲柄作等速同向转动；连杆作平移运动。图8-7a徐州工程学院应用实例应用实例： 如图所示的摄影平台升降机构和图8-9 b所示的播种机料斗机构则是利用了特性 。图8-8所示的机车车轮的联动机构就利用了特性 ；图8-8图8-9 b徐州工程学院2）逆（或反）平行四边形机构：其相对两杆长度相等，但不

8、平行，如图8-7b、c所示。其运动特性运动特性是：以其长边为机架时（图b），两曲柄沿相反的方向等速转动；以其短边为机架时（图c），其性能与一般的双曲柄机构相似。图8-7b）c）图8-10a应用实例：应用实例： 图8-10a所示的车门开闭机构则是利用了其两曲柄转向相反的运动特性，使两扇车门同时开启或关闭。徐州工程学院3、双摇杆机构、双摇杆机构(double-rocker mechanism)两个连架杆都是摇杆，则称为双摇杆机构。其运动特性运动特性是：两摇杆都作摆动，但两摇杆的摆角大小不同。应用实例：应用实例：如图所示的铸造用大型造型机的翻箱机构；图8-11图示的工件夹紧机构和鹤式起重机（图8-1

9、1）； 工件夹紧机构DQAECBQBCE翻箱机构徐州工程学院图8-12b所示的汽车、拖拉机前轮的转向机构。特例：等腰梯形机构两摇杆长度相等。图8-12b徐州工程学院二、平面四杆机构的演化型式二、平面四杆机构的演化型式 (Evolution of Planar Four-bar Linkage)1、四杆机构演化的目的：、四杆机构演化的目的： 满足运动方面的要求、改善受力状况、满足结构设计上的要求。2、四杆机构的演化方法：、四杆机构的演化方法：1）改变构件的形状和运动尺寸）改变构件的形状和运动尺寸图813 a ）图813 b ）摇杆3做成滑块做成导轨具有曲线导轨的曲柄滑曲柄滑块机构块机构徐州工程学

10、院摇杆长, 直线摇杆3 滑块，转动副D 移动副偏置(eccentric or offset) e0对心(in-line)e=0图814 曲柄滑块机构 曲柄滑块机构(slider-crank mechanism)常用在冲床、内燃机、空压机等机械中。图813 a ）徐州工程学院图814 b）连杆2做成滑块 做成导轨 在图814，b所示的曲柄滑块机构中，B点相对于C点的运动轨迹是。连杆长， 直线图815 a）图815 b）双滑块机构正弦机构s=LABsin曲柄滑块机构演化徐州工程学院2）改变运动副的尺寸）改变运动副的尺寸图816 a）扩大转动副B的半径使之超过曲柄的长度曲柄滑块机构偏心轮机构 偏心轮

11、机构常用在各种机床和夹具中。 图816 b）演化徐州工程学院3）选用不同的构件为机架）选用不同的构件为机架（此演化方法称为机构的倒置）b）导杆机构构件AB(1)为机架回转导杆机构：导杆能作整周转动， l2l1。 如图8-18所示的小型刨床机构。摆动导杆机构：导杆仅能在某一角度范围内往复摆动， l2l1 。如图8-19所示的牛头刨床机构。a）曲柄滑块机构图8-18图8-19徐州工程学院构件BC(2)为机架曲柄摇块机构：滑块3仅能绕点C摇摆。如图8-20所示的自卸卡车车箱的举升机构。c）曲柄摇块机构d）直动滑杆机构滑块(3)为机架直动滑杆机构（即定块机构）：滑块3固定。如图8-21所示的手摇唧筒。