连杆机构及其运动设计

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1、2连杆机构及其运动设计第二章连杆机构及其运动设计平面连杆机构是将各构件用转动副或移动副联接而成的、各构件在同一个平面内或互相平行的平面内运动的机构，又称平面低副机构。平面连杆机构中构件的运动形式是多样的，可以实现给定的运动规律或运动轨迹；低副以圆柱面或平面接触，承载能力高，耐磨损，制造简便。因此，平面连杆机构在各种机械、仪器中获得了广泛的应用。平面连杆机构的缺点是：不易实现复杂的运动规律，且设计较为复杂；当构件数和运动副数较多时，效率较低。最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的，简称平面四杆机构。它的应用非常广泛，而且是组成多杆机构的基础。因此，本章着重介绍平面四杆机构

2、的基本类型、特性、演化形式及其常用的设计方法。2.1铰链四杆机构的类型及应用全部用转动副组成的平面四杆机构称为铰链四杆机构，简称四杆机构，如图2-1所示。机构的固定件4称为机架；与机架用转动副相联接的杆1和杆3称为连架杆；不与机架直接联接的杆2402连杆机构及其运动设计称为连杆。能作整周转动的连架杆，称为曲柄。仅能在某一角度摆动的连架杆，称为摇杆。对于铰链四杆机构，机架和连杆总是存在的，因此可按照连架杆是曲柄还是摇杆，将铰链四杆机构分为三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构与双摇杆机构。图2-1铰链四杆机构1.曲柄摇杆机构在铰链四杆机构中，若两个连架杆中，一个为曲柄，另

3、一个为摇杆，则此铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。图2-2所示为调整雷达天线俯仰角的曲柄摇杆机构。曲柄1缓慢地匀速转动，通过连杆2使摇杆3在一定的角度范围内摇动，从而调整天线俯仰角的大小。402连杆机构及其运动设计图2-2雷达天线俯仰角调整机构图2-3（a）所示为缝纫机的踏板机构，图（b）为其机构运动简图。摇杆3（原动件）往复摆动，通过连杆2驱动曲柄1（从动件）作整周转动，再经过带传动使机头主轴转动。402连杆机构及其运动设计图2-3缝纫机的踏板机构曲柄摇杆机构的功能是：将转动转换为摆动，或将摆动转换为转动。2.双曲柄机构两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。通常双

4、曲柄机构的主动曲柄作等速转动，从动曲柄作变速转动。如图2-4所示为插床中的双曲柄402连杆机构及其运动设计机构及其运动简图。当小齿轮带动空套在固定轴A上的大齿轮（即构件1）转动时，大齿轮上点B即绕轴A转动。通过连杆2驱使构件3绕固定铰链D转动。由于构件1和3均为曲柄，故该机构称为双曲柄机构。在图示机构中，当曲柄1等速转动时，曲柄3作不等速的转动，从而使曲柄3驱动的插刀既能近似均匀缓慢地完成切削工作，又可快速返回，以提高工作效率。图2-4插床双曲柄机构图2-5天平机构双曲柄机构中，用的最多的是平行双曲柄机构，或称平行四边形机构，它的连杆与机架的长度相等，且两曲柄的转向相同

5、、长度也相等。由于这种机构两曲柄的角速度始终保持相等，且连杆始终作平动，故应用较广。如图2-5所示的天平机构能保证天平盘1，2始终处于水平位置。必须指出，这种机构当四个铰链中心处于同一直线时，将出现运动不确定状态，例如在图2-6（a）中，当曲柄1由AB2转到AB3时，从动曲柄3可能转到DC3′，也可能转到DC3″402连杆机构及其运动设计。为了消除这种运动不确定现象，除可利用从动件本身或其上的飞轮惯性导向外，还可利用图2-6（b）所示的错列机构或辅助曲柄等措施来解决。如图2-7所示机车驱动轮联动机构，就是利用第三个平行曲柄（辅助曲柄）来消除平行四边形机构在这个位置运动时

6、的不确定状态。（a）（b）图2-6平行四边形机构图2-7机车驱动轮联动机构3.双摇杆机构两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。图2-8所示为起重机机构，当摇杆CD摆动时，连杆BC上悬挂重物的M402连杆机构及其运动设计点作近似的水平直线移动，从而避免了重物平移时因不必要的升降而发生事故和损耗能量。图2-8起重机起重机构两摇杆长度相等的双摇杆机构，称为等腰梯形机构。图2-9所示，轮式车辆的前轮转向机构就是等腰梯形机构的应用实例。车子转弯时，与前轮轴固联的两个摇杆的摆角b和d不等。如果在任意位置都能使两前轮轴线的交点P落在后轮轴线的延长线上，则当整个车身绕P点转动时

7、，四个车轮都能在地面上纯滚动，避免轮胎因滑动造成的损伤。等腰梯形机构就能近似地满足这一要求。图2-9汽车前轮转向机构402连杆机构及其运动设计2.2铰链四杆机构的特性铰链四杆机构的基本特性包括运动特性和传力特性两个方面，这些特性不仅反映了机构的传递和交换运动与力的性能，而且也是四杆机构类型选择和运动设计的主要依据。2.2.1铰链四杆机构的曲柄存在条件铰链四杆机构中是否存在曲柄，取决于机构各杆的相对长度和机架的选择。首先，分析存在一个曲柄的铰链四杆机构（曲柄摇杆机构）。如图2-10所示的机构中，杆1为曲柄，杆2为连杆，杆3为摇杆，杆4为机架