第8章 连杆机构及其设计

8-1连杆机构及其传动特点

连杆机构特点：

原动件的运动都要经过一个不与机架直接相连的中间构件（连杆 coupler），才能传动从动件

连杆机构传动优点：

• 运动副一般均为低副。运动副元素为面接触，压强小，承载能力大，润滑好，磨损小，加工制造容易。连杆机构中的低副一般几何封闭，有利于工作的可靠性
• 故连杆机构又被称为 低副机构 (lower pair mechanism)
• 原动件运动规律不变的条件下，可以改变各构件的相对长度，来使从动件得到不同的运动规律
• 连杆曲线 形状随着各构件相对长度的改变而改变，形式多种多样，可用来满足一些特定工作的需要
• 容易改变运动传递方向、扩大行程、实现增力、远距离传动等

连杆机构缺点：

• 传动路线长：易产生较大的误差积累、降低机械效率
• 惯性力难以用一般平衡方法加以消除，因而不适用于高速运动
• 为满足一些运动规律和运动轨迹的设计要求，设计十分繁难

连杆机构分类（按各构件间相对运动空间关系）：

• 平面连杆机构
• 空间连杆机构

8-2平面四杆机构的类型及应用

连杆架（side link）：

• 与机架相连的杆
• 如果能做整周回转则称为曲柄 （crank）
• 如果只能在一定范围内摆动则称为摇杆（rocker）

曲柄摇杆机构：

• 两个连架杆一为曲柄一为摇杆

双曲柄机构：

• 两个连架杆均为曲柄
• 若相对两杆长度相等：
  • 且平行，则构成平行四边形机构
    • 两曲柄以相同速度同向转动
    • 连杆作平动
    • 连杆上任一点的轨迹均为以曲柄长度为半径的圆
  • 但不平行，构成逆平行四边形机构

双摇杆机构：

• 两个连架杆都是摇杆
• 若两摇杆长度相等且最短，则构成等腰梯形机构

曲柄滑块机构

正弦机构

偏心轮机构

8-3平面四杆机构的基本知识

有曲柄的条件：

• 满足杆长条件

  最短杆长度 + 最长杆长度 ≤ 其余两杆长度之和

• 最短杆为连杆架/机架

急回运动和形成速度变化系数：

• 极位：摇杆处于极限位置

• 极位夹角 $\theta$

• 急回运动

• 行程速度变化系数/行程速比系数 $K$

$K = (180^{\circ} + \theta) / (180^{\circ} - \theta)$

压力角和传动角（pressure angle, transmission angle）：

压力角 $\alpha$ ：力与速度正方向之间的夹角，越大越好

传动角 $\gamma$ ：压力角的余角，越小越好

死点（dead point）：

• 传动角 $\gamma$ = 0°
• 主动件通过连杆作用于从动件上的力恰好通过其回转中心，出现不能使从动件转动的“顶死”现象
• 机构的极位和死点是同一位置（机构原动件不同）
• 极位附近可获得很大的增力效果

铰链四杆机构的连杆曲线

铰链四杆机构的运动连续性

8-4平面四杆机构的设计