连杆机构
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第四章 连杆机构
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。
4－1 铰链四杆机构的基本形式和特性
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４－1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4-1 铰链四杆机构
一、 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。
图4-2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。
图4-2 雷达天线俯仰角调整机构
图4-３a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。
图4-3 缝纫机的踏板机构
下面详细讨论曲柄摇杆机构的一些主要特性: 1．急回运动
如图４-4所示为一曲柄摇杆机构,其曲柄AＢ在转动一周的过程中,有两次与连杆BC共线。在这两个位置,铰链中心Ａ与Ｃ之间的距离ＡC１和AC2分别为最短和最长，因而摇杆CＤ的位置Ｃ1Ｄ和C2D分别为两个极限位置。摇杆在两极限位置间的夹角?称为摇杆的摆角。
图4-4 曲柄摇杆机构的急回特性
当曲柄由位置AB1顺时针转到位置AB2时,曲柄转角?1=1８0+?,这时摇杆由极限位置C1
Ｄ摆到极限位置C２D,摇杆摆角为?；而当曲柄顺时针再转过角度?2=１80-?时，摇杆由位置C2D摆回到位置Ｃ1Ｄ,其摆角仍然是? 。虽然摇杆来回摆动的摆角相同,但对应的曲柄转角却不等(?1??２);当曲柄匀速转动时,对应的时间也不等（t1>t２)，这反映了摇杆往复摆动的快慢不同。令摇杆自C1Ｄ摆至C2Ｄ为工作行程，这时铰链C的平均速度是V１＝C1C2/t1;摆杆
自Ｃ２D摆回至C1D为空回行程，这时C点的平均速度是Ｖ2=C1C2/t2，Ｖ1<Ｖ２,表明摇杆具有急回运动的特性。牛头刨床、往复式运输机等机械利用这种急回特性来缩短非生产时间,提高生产率。
急回运动特性可用行程速比系数K表示,即
V1C1C2/t2t1?1180???? K?????V2C1C2/t1t2?2180???将上式整理后,可得极位夹角的计算公式：
? ? （4－1）
式中,?为摇杆处于两极限位置时,对应的曲柄所夹的锐角,称为极位夹角。 ．．．．
??180?K?1 K?1 ?? ?
????(4－2)
由以上分析可知：极位夹角?越大，K值越大,急回运动的性质也越显著。但机构运动的平稳性也越差。因此在设计时,应根据其工作要求，恰当地选择K值,在一般机械中1 在生产实际中往往要求连杆机构不仅能实现预期的运动规律，而且希望运转轻便、效率高。图４－５所示的曲柄摇杆机构，如不计各杆质量和运动副中的摩擦,则连杆BＣ为二力杆,它作用于从动摇杆3上的力P是沿BC方向的。作用在从动件上的驱动力P 与该力作用点绝对速度vｃ之间所夹的锐角?称为压力角。由图可见，力P在vc方向的有效分力为Ｐt＝P．．．ｃos?，它可使从动件产生有效的回转力矩，显然Pt越大越好。而P在垂直于vc方向的分力Ｐn=Pｓin?则为无效分力,它不仅无助于从动件的转动,反而增加了从动件转动时的摩擦阻力矩。因此，希望Pｎ越小越好。由此可知,压力角?越小，机构的传力性能越好，理想情况是?=0，所以压力角是反映机构传力效果好坏的一个重要参数。一般设计机构时都必须注意控制最大压力角不超过许用值。 图4-５ 压力角与传动角 在实际应用中,为度量方便起见，常用压力角的余角?来衡量机构传力性能的好坏，?称为传力角。显然?值越大越好，理想情况是?=90?。 ．．．由于机构在运动中，压力角和传动角的大小随机构的不同位置而变化。?角越大，则?越小,机构的传动性能越好，反之，传动性能越差。为了保证机构的正常传动,通常应使传动角的最小值?ｍｉn大于或等于其许用值???。一般机械中，推荐???=4０?~50?。对于传动功率大的机构,如冲床、颚式破碎机中的主要执行机构，为使工作时得到更大的功率，可取?min=????50?。对于一些非传动机构,如控制、仪表等机构,也可取???<40?,但不能过小。可以采用以下方法来确定最小传动角?mｉｎ。由图4-5中?ＡBD和?BＣD可分别写出 BD2=l12+ｌ42-2l1l4cos?
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