曲柄连杆机构的应用设计论文

1、摘 要按连杆机构中的各构件的相对运动是平面运动还是空间运动，可将连杆机构分成平面连杆机构及空间连杆机构两大类。而在平面连杆机构中又以四连杆机构组成的平面四杆机构应用最广。本文主要介绍平面四杆机构的类型、应用、以及有关平面四杆机构的一些基本知识；并阐述了平面四杆机构的一些常用的设计方法。着重介绍了铰链四杆机构的类型及应用。关键词：铰链四杆机构、曲柄、四连杆Abstract The linkage of the various components of the relative movement is still room for movement plane motion can be divided into plane linkage and linkage space linkage two categories. The plane linkage again in the four-bar linkage of the plane four agencies most widely. This paper describes the four plane types, app

2、lications, and the plane four bodies of some basic knowledge on the plane and four bodies of some commonly used methods of design. Focus on the hinge of the four types of agencies and applications.Key words: hinge four bodies, crank, four-link.目 录第一章 论述. .1第二章 平面连杆机构. 22.1 铰链四杆机构 .22.2 铰链四杆机构的其它形式.72.3 平面四杆机构的工作特性. 92.4 平面四杆机构运动设计简介. 14第三章 平面连杆机构及其设计. 1731 平面连杆机构的特点及其设计的基本问题 .173.1.1平面连杆机构. 173.1.2平面连杆机构的特点. 173.1.3平面连杆机构设计的基本问题 .183.1.4设计方法 .1832 平面四杆机构的基本型式及其演化. 183.2.1铰链四杆机构：所有运动副均为 .183.2.2铰

3、链四杆机构的演化.1933 平面四杆机构有曲柄的条件和几个基本概念. 203.3.1平面四杆机构有曲柄的条件（也可作曲柄和连杆线图.203.3.2行程速度变化系数. 213.3.3压力角和传动角. 2234 平面四杆机构的设计. 233.4.1平面四杆机构的图解法设计 .23第四章 技术参数及维修 .254.1结构. 254.2维护保养. 254.3注意事项 .26第五章 结论 .27参考文献 .28致 谢. 296第一章 论述连杆机构是一种常用的传动机构，广泛地用于各种机器、仪表及操纵装置中。连杆机构中的各构件间的相对运动是平面运动还是空间运动，可将连杆机构分成平面连杆机构及空间连杆机构两大类。一般机械中多采用平面连杆机构。而在平面连杆机构中又以由四个构件组成的平面四杆机构应用最广。而且平面四杆机构又往往是组成多杆机构的基础。在连杆机构中的运动副都是低副。由于低副两元素为面接触，所以在同样的载荷条件下，其两元素间的压强比高副接触的压强为低，故连杆机构可以传递教大的动力。而且低副元素的几何形状比较简单（常为圆柱或平面等），故也便于加工。另外，在其原动件运动规律不变的条件下，只要改变各构

4、件间的相对长度，就可以使其从动件实现不同的运动规律要求。又由于连杆不与机架相连，故其上各点的轨迹是形状各异的曲线（我门称这些曲线为连杆曲线），人们可利用这些曲线来近似满足不同轨迹的需要。连杆机构的缺点是其必须经过中间构件作运动传递，而由于不可避免的制造误差和运动副中的间隙，致使运动传递中的误差环节教多；另外，由于连杆是平面运动构件，其所产生的惯性力难以平衡，故连杆机构一般不宜用于精密及高速运动。第二章 平面连杆机构2.1 铰链四杆机构一、铰链四杆机构的组成和基本形式1.铰链四杆机构的组成如图1-14所示，铰链四杆机构是由转动副将各构件的头尾联接起的封闭四杆系统，并使其中一个构件固定而组成。被固定件4称为机架，与机架直接铰接的两个构件1和3称为连架杆，不直接与机架铰接的构件2称为连杆。连架杆如果能作整圈运动就称为曲柄，否则就称为摇杆。2.铰链四杆机构的类型 图2-3 搅拌机铰链四杆机构根据其两个连架杆的运动形式的不同，可以分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本形式。图2-1 雷达天线调整机构 图2-2 汽车雨刮器 (1)曲柄摇杆机构。在铰链四杆机构中，如果有一个连架杆做循环的整

5、周运动而另一连架杆作摇动，则该机构称为曲柄摇杆机构。如图2-1所示曲柄摇杆机构，是雷达天线调整机构的原理图，机构由构件AB、BC、固连有天线的CD及机架DA组成，构件AB可作整圈的转动，成曲柄；天线3作为机构的另一连架杆可作一定范围的摆动，成摇杆；随着曲柄的缓缓转动，天线仰角得到改变。如图2-2所示汽车刮雨器，随着电动机带着曲柄AB转动，刮雨胶与摇杆CD一起摆动，完成刮雨功能。如图2-3所示搅拌器，随电动机带曲柄AB转动，搅拌爪与连杆一起作往复的摆动，爪端点E作轨迹为椭圆的运动，实现搅拌功能。图2-6 平面双曲柄机构的应用图2-7 起重机吊臂结构原理(2)双曲柄机构。在铰链四杆机构中，两个连架杆均能做整周的运动，则该机构称为双曲柄机构。如图2-4所示惯性筛的工作机构原理，是双曲柄机构的应用实例。由于从动曲柄3与主动曲柄1的长度不同，故当主动曲柄1匀速回转一周时，从动曲柄3作变速回转一周，机构利用这一特点使筛子6作加速往复运动，提高了工作性能。当两曲柄的长度相等且平行布置时，成了平行双曲柄机构，如图2-5a）所示为正平行双曲柄机构，其特点是两曲柄转向相同和转速相等及连杆作平动，因而应用广

6、泛。火车驱动轮联动机构利用了同向等速的特点；路灯检修车的载人升斗利用了平动的特点，如图2-6a、b)所示。如图2-5b)为逆平行双曲柄机构，图2-5 平面双曲柄机构具有两曲柄反向不等速的特点，车门的启闭机构利用了两曲柄反向转动的特点，如图2-6c)所示。(3)双摇杆机构。两根连架杆均只能在不足一周的范围内运动的铰链四杆机构称为双摇杆机构。如图2-7所示为港口用起重机吊臂结构原理。其中，ABCD构成双摇杆机构，AD为机架，在主动摇杆AB的驱动下，随着机构的运动连杆BC的外伸端点M获得近似直线的水平运动，使吊重Q能作水平移动而大大节省了移动吊重所需要的功率。图2-8所示为电风扇摇头机构原理，电动机外壳作为其中的一根摇杆AB，蜗轮作为连杆BC，构成双摇杆机构ABCD。蜗杆随扇叶同轴转动，带动BC作为主动件绕C点摆动，使摇杆AB带电动机及扇叶一起摆动，实现一台电动机同时驱动扇叶和摇头机构。图2-9所示的汽车偏转车轮转向机构采用了等腰梯形双摇杆机构。该机构的两根摇杆AB、CD是等长的，适当选择两摇杆的长度，可以使汽车在转弯时两转向轮轴线近似相交于其它两轮轴线延长线某点P，汽车整车绕瞬时中心P点转

7、动，获得各轮子相对于地面作近似的纯滚动，图2-8 电风扇摇头机构以减少转弯时轮胎的磨损。图2-9 汽车转向机构二、铰链四杆机构中曲柄存在的条件1.铰链四杆机构中曲柄存在的条件铰链四杆机构的三种基本类型的区别在于机构中是否存在曲柄，存在几个曲柄。机构中是否存在曲柄与各构件相对尺寸的大小以及哪个构件作机架有关。可以证明，铰链四杆机构中存在曲柄的条件为：条件一：最短杆与最长杆长度之和不大于其余两杆长度之和。条件二：连架杆或机架中最少有一根是最短杆。2.铰链四杆机构基本类型的判别准则(1)满足条件一但不满足条件二的是双摇杆机构；(2)满足条件一而且以最短杆作机架的是双曲柄机构；(3)满足条件一而且最短杆为连架杆的是曲柄摇杆机构;(4)不满足条件一是双摇杆机构。图2-10例2-1 铰链四杆机构ABCD的各杆长度如图2-10所示。请根据基本类型判别准则，说明机构分别以AB、BC、CD、AD各杆为机架时属于何种机构。解：分析题目给出铰链四杆机构知，最短杆为AD = 20，最长杆为CD = 55，其余两杆AB = 30、BC = 50。因为ADCD = 2055 = 75ABBC = 3050 = 80 LminLmax故满足曲柄存在的第一个条件。1)以AB或CD为机架时，即最短杆AD成连架杆，故为曲柄摇杆机构；2)以BC为机架时，即最短杆成连杆，故机构为双摇杆机构；3)以AD为机架时，即以最短杆为机架，机构为双曲柄机构。图2-11 曲柄滑块机构2.2 铰链四杆机构的其它形式一、曲柄滑块机构在图2-11a）所示的铰链四杆机构ABCD中，如果要求C点运动轨迹的曲率半径较大甚至是C点作直线运动，则摇杆CD的长度就特别长，甚至是无穷大，这显然给布置和制造带来困难或不可能。为此，在实际应用中只是根据需要制作一个导路，C点做成一个与连杆铰接的滑块并使之沿导路运动即可，不再专门做出CD杆。这种含有移动副的四杆机构称为滑块四杆机构，当滑块运动的轨迹为曲线时称为曲线滑块机构，当滑块运动的轨迹为直线时称为直线滑块机构。直线滑块机构可分为两种情况：如图2-11b）所示为偏置曲柄滑块机构，导路与曲柄转动中心有一个偏距e；当e = 0即导路通过曲柄转动

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