7.2 平面连杆机构的类型及特性
学习目的：1、了解平面连杆机构的概念、特点及类型。 2、熟悉铰链四杆机构和曲柄滑块机构的特点和应用。 3、理解平面连杆机构的特性。,7.2 平面连杆机构的类型及特性,7.2.1 平面连杆机构的特点 定义平面连杆机构由一些刚性构件(简称“杆”)通过转动副和移动副连接而成的机构，且机构内各构件的相对运动都在同一平面内或相互平行的平面内。又称为平面低副机构。 特点：1)由于低副是面接触，因此压强小、便于润滑，磨损轻。2)运动副的接触面为圆柱面或平面，形状简单，因而制造容易。3)平面连杆机构结构简单、工作可靠，能满足多种运动规律和运动轨迹的要求。4)不适用于高速传动。5)对于多杆机构，因构件和运动副数目多，传动精度较低且设计困难。,7.2.2 平面连杆机构的类型常见的平面连杆机构有铰链四杆机构和曲柄滑块机构 铰链四杆机构定义：铰链四杆机构是由四个构件通过转动副连接而成的平面连杆机构。如图7-4a所示，7-4b为机构运动简图。,图7-4 铰链四杆机构 1连架杆 2连杆 3连架杆 4机架,根据连架杆运动形式不同，铰链四杆机构可分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本形式。,(1) 曲柄摇杆机构两连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆的铰链四杆机构，称为曲柄摇杆机构。曲柄能绕着与机架相连的固定铰链作整周转动的连架杆。摇杆只能在小于360°的某一角度内摆动的连架杆。曲柄摇杆机构能完成两种运动形式的转换：1)将曲柄整周的转动转换为摇杆的往复摆动。如图7-5所示的雷达天线俯仰调整机构。2)将摇杆的往复摆动变为曲柄的整周转动。如图7-6所示的缝纫机脚踏板机构。,(2) 双曲柄机构两连架杆均作整周旋转，即两个连架杆都是曲柄的铰链四杆机构，称为双曲柄机构。如图7-7所示的惯性筛机构，当曲柄AB作匀速转动时，曲柄CD作变速转动，通过构件CF使筛子产生变速直线运动，筛子内的物料因惯性而来回抖动，从而达到筛选的目的。 若两曲柄长度相等，连杆与机架的长度也相等，这种双曲柄机构称为平行双曲柄机构。如图7-8机车车轮联动机构，这种机构在工作时，两曲柄回转方向相同，角速度相等。,图7-8 机车车轮联动机构,(a),(b),双曲柄机构在实际工作中还存在一种特殊的情况，如图7-9所示，主动曲柄1回转方向不变时，各构件恰好位于同一直线AD上时，则从动曲柄3的回转方向不确定，有可能变为反向双曲柄机构，这时两曲柄回转方向相反，角速度不等。如图7-10所示的汽车车门启闭机构即为反向双曲柄机构。,图7-9 反向双曲柄机构,为防止平行双曲柄机构转化为反向双曲柄机构，可采用机构错位配置的方法来解决。即使平行双曲柄机构不同时处于可能反向的位置，来保证机构正常运转。如图7-11所示的机车车轮联动机构利用错列配置和增加平行曲柄来消除这种位置的运动不确定状态。,图7-11 机车车轮联动机构的错列配置,(3)双摇杆机构 两连架杆都是摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。 图7-12所示为自卸翻斗车的双摇杆机构。AD杆为车架，当油缸中的活塞向右运动时，带动双摇杆AB、CD向右摆动，使车卸货。图7-13所示为汽车前轮转向机构，该机构是两摇杆长度相等的双摇杆机构。,图7-13汽车前轮转向机构,曲柄滑块机构由滑块、连杆、曲柄和机架四个构件通过转动副和移动副连接而成的平面连杆机构，称为曲柄滑块机构。图7-14是常见的含有一个移动副的曲柄滑块机构。当曲柄AB旋转到与连杆BC成一直线时，滑块C的两个极限位置C1和C2之间的距离H，称为滑块的行程。它与曲柄的长度r存在如下关系 H=2r特点：1)当滑块为主动件时，机构可将滑块的往复运动转变为曲柄的转动。如图7-15a发动机的活塞连杆机构。2)当曲柄为主动件时，机构可将曲柄的转动转变为滑块的确往复运动。如图7-15b、7-15c、7-15d。,7.2.3 平面连杆机构的工作特性1.死点位置 在图7-14所示的曲柄滑块机构中，当滑块C为主动件，曲柄AB为从动件，连杆BC与曲柄共线时机构处于极限位置。连杆BC施加在曲柄AB上的力恰好通过转动中心A，无论作用力多大，其转动力矩都为零，因此不能推动曲柄转动。把机构所处的这种极限位置，称为死点位置。平面四杆机构死点存在的条件：从动件与连杆必须共线。克服死点的方法：在从动件上安装飞轮以加大惯性。死点的应用：如图7-16所示钻床夹紧机构，工件被夹紧，不会自动松脱；如图7-17所示飞机起落架机构，落地后作用力不会使起落架反转保证飞机安全可靠降落。,图7-17 飞机起落架机构,图7-16 钻床夹紧机构,2.急回特性在图7-18所示的曲柄摇杆机构中，曲柄AB为主动件，作匀速回转运动，摇杆CD为从动件作往复摆动，曲柄在转动一周的过程中的两次与连杆BC共线，两个共线位置分别为B1AC1和AB2C2，此时曲柄分别位于AB1和AB2，摇杆CD的位置分别C1D和C2D， C1D和C2D称为摇杆CD的极限位置，C1DC2=称为摇杆的最大摆角。摇杆处于两个极限位置的时候，对应的曲柄AB1和AB2之间所夹的锐角称为极位夹角，角表示。,分析：若曲柄AB沿顺时针方向以等角速度转动，当曲柄从AB1位置转到AB2位置时，曲柄转过的角度1=180+；当曲柄顺时针从AB2位置再转到AB1位置时，曲柄转角2=180-。两个过程摇杆的最大摆角相同，由于曲柄是等角速度转动的，从AB1位置转到AB2位置所用的时间比从AB2位置转到AB1位置用的时间要长，即摇杆CD从C2回到C1所用的时间比从C1到C2用的时间要短。从动件(工作件)的这种返回行程时间小于工作行程时间的特性，称为急回特性。,图7-18 曲柄摇杆机构的急回特性,从以上分析可以看出，平面四杆机构存在急回特性的条件是：极位夹角不为零。 利用急回特性的好处：缩短非工作时间，以提高生产率。,
