第三章  第一节  平面连杆机构的类型

第三章 平面连杆机构

【自学目的】：

    1、掌握平面连杆机构的类型及演化

    2、掌握平面四杆机构的基本特性

    3、掌握图解法设计简单平面四杆机构

【自学重点及处理方法】：

    平面连杆机构的类型及演化，平面四杆机构的基本特性，  图解法设计简单平面四杆机构

第一节 平面连杆机构的类型

一、平面连杆机构概述及类型

平面连杆机构是将各构件用转动副或移动副联接而成的平面机构。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。

全部用回转副组成的平面四杆机构称为铰链四杆机构，如图3-1所示。机构的固定件4称为机架；与机架用回转副相联接的杆1和杆3称为连架杆；不与机架直接联接的杆2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。对于铰链四杆机构来说，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、双曲柄机构和双摇杆机构。

图3-1 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，另一个为摇杆，则此铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。

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。在双曲柄机构中，通常主动曲柄作等速转动，从动曲柄作变速转动。

双曲柄机构中，用得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、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。例如在图3-9a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’’。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，还可利用错列机构（图3-9）或辅助曲柄等措施来解决。如图3-9不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的不确定状态。

a)                    b)

图3-9 平行四边形机构

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。

两摇杆长度相等的双摇杆机构，称为等腰梯形机构

二、铰链四杆机构的演化

在实际机械中，平面连杆机构的型式是多种多样的，但其中绝大多数是在铰链四杆机构的基础上发展和演化而成。

（1）．曲柄滑块机构

如图3-15a所示的曲柄摇杆机构中，摇杆3上C点的轨迹是以D为圆心，杆3的长度L₃为半径的圆弧mm。如将转动副D扩大，使其半径等于L’₃，并在机架上按C点的近似轨迹mm做成一弧形槽，摇杆3做成与弧形槽相配的弧形块，如图3-15b所示。此时虽然转动副D的外形改变，但机构的运动特性并没有改变。若将弧形槽的半径增至无穷大，则转动副D的中心移至无穷远处，弧形槽变为直槽，转动副D则转化为移动副，构件3由摇杆变成了滑块，于是曲柄摇杆机构就演化为曲柄滑块机构，如图3-15c所示。此时移动方位线mm不通过曲柄回转中心，故称为偏置曲柄滑块机构。曲柄转动中心至其移动方位线mm的垂直距离称为偏距e，当移动方位线mm通过曲柄转动中心A时（即e=0），则称为对心曲柄滑块机构，

             图3-15 曲柄滑块机构的演化

（2）．导杆机构

导杆机构可以看作是在曲柄滑块机构中选取不同构件为机架演化而成。

图3-16a所示为曲柄滑块机构，如将其中的曲柄1作为机架，连杆2作为主动件，则连杆2和构件4将分别绕铰链B和A作转动。如图3-16b所示。若AB<BC，则杆2和杆4均可作整周回转，故称为转动导杆机构。若AB>BC，则杆4只能作往复摆动，故称为摆动导杆机构。如图4-17为牛头刨床的摆动导杆机构。又如图3-18为牛头刨床回转导杆机构，当BC杆绕B点作等速转动时，AD杆绕A点作变速转动，DE杆驱动刨刀作变速往返运动。

          图3-16 曲柄滑块机构相导杆机构的演化

a．摇块机构

在图3-16a所示的曲柄滑块机构中，若取杆2为固定件，即可得图3-16c所示的摆动滑块机构，或称摇块机构。这种机构广泛应用于摆动式内燃机和液压驱动装置内。如图3-19所示自卸卡车翻斗机构及其运动简图。在该机构中，因为液压油缸3绕铰链C摆动，故称为摇块。

图3-19自卸卡车翻斗机构及其运动简图

b．定块机构

在图3-16a所示曲柄滑块机构中，若取杆3为固定件，即可得图3-16d所示的固定滑块机构或称定块机构。这种机构常用于抽水唧筒等机构中。

(3)．偏心轮机构

图3-21a所示为偏心轮机构。杆1为圆盘，其几何中心为B。因运动时该圆盘绕偏心A转动，故称偏心轮。A、B之间的距离e称为偏心距。按照相对运动关系，可画出该机构的

图3-21 偏心轮机构

运动简图。如图3-21b所示。由图可知，偏心轮是回转副B扩大到包括回转副A而形成的，偏心距e即是曲柄的长度。

当曲柄长度很小时，通常都把曲柄做成偏心轮，这样不仅增大了轴颈的尺寸，提高偏心轴的强度和刚度，而且当轴颈位于中部时，还可以安装整体式连杆，使结构简化。因此，偏心轮广泛应用于传力较大的剪床、冲床、颚式破碎机、内燃机等机械中。