文档介绍：平面四杆机构的演化及应用分析
【摘要】当平面四杆机构中的运动副全部是转动副时,则称其为铰链四杆机构,简称四杆机构(如起重机等),它是平面四杆机构最基本的形式,四杆机构的其他形式都是在它的基础上通过一些演化方法得到的,如通过改变机架、变换运动副、改变构件相对长度等可获得各种类型的平面四杆机构[1]。
关键字:平面四杆机构,曲柄摇杆机构,双曲柄机构,双摇杆机构,自由度。
一、前言
平面连杆机构能够实现多种运动轨迹曲线和运动规律,因而在工程实践中得到广泛应用,而其中结构最简单、应用最广泛的是有四个构件组成的,简称平面四杆机构(如:抽水唧筒,汽车车门,起重机等),它是组成其他多杆机构的基础。当平面四杆机构中的运动副全部是转动副时,则称其为铰链四杆机构,简称四杆机构(如起重机等)它是平面四杆机构最基本的形式,四杆机构的其他形式都是在它的基础上通过一些演化方法得到的,如通过改变机架、变换运动副、改变构件相对长度等可获得各种类型的平面四杆机构[1]。
二、平面四杆机构的类型及演化分析

机构中是否存在曲柄取决于各个构件的相对尺寸关系以及机架的选择。由机械原理课程可知,平面四杆机构存在曲柄必须同时满足以下两个条件[2]:
1)最短构件与最长构件的长度之和小于或等于其余两个构件的长度之和;
2)以最短杆或与其相邻的构件为机架。
其中第1)个条件为曲柄存在的必要条件,如果满足则要根据第2)个条件即机架的位置判定机构存在一个曲柄、两个曲柄还是没有曲柄。

运动转换:整周转动→整周转动

曲柄摇杆机构的主要特性
1. 急回运动特性
摇杆来回摆动的摆角相同,但其往复运动快慢不同的特性。
2. 死点位置
当摇杆为主动件,且从动曲柄与连杆成一直线时机构处于死点位置。
 
急回运动特性的应用
1.
2.

为了提高破碎机的工作效率,要求摇杆在工作行程中摆动得慢一些,而在空回行程中摆动得快一些。
死点位置的应用
1)夹紧机构
2) 飞机起落架
3. 压力角和传动角
压力角α:在不计运动副中摩擦和构件质量的情况下,机构从动件受力方向和受力点速度方向间所夹的锐角。
传动角γ:压力角的余角,指的是锐角。
为了保证四杆机构的传力性能,一般要求四杆机构运动过程中的最小传动角不小于许用值,即γmin≥[γ]。当曲柄为主动件时, γmin只可能发生在曲柄与机架共线的位置( =0或=1800)。

双曲柄机两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构
运动转换:整周转动→整周转动 

双曲柄机构的从动曲柄为单向转动,所以没有急回特性。但当主动曲柄
匀速转动时,从动曲柄的瞬时角速度一般是变化的,这称为双曲柄机构
的急转特性。

平行双曲柄机构:两个曲柄(两连架杆)运动同步,作同速转动。

两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构。
  在铰链四杆机构中,只要有作往复运动的构件,就有死点位置问题。双摇  杆机构同样存在死点位置,为了避免死点位置,应限制摇杆的摆动角度
运动转换:摆动→摆动

实现给定连杆上点的轨迹
四. 四连杆机构的应用
四连杆机构的基本应用命题
a) 实现连杆的几个位置

实现给定连杆上点的轨迹
两摇杆长度相等的双摇杆机构,称等腰梯形机构。
实现连架杆(摇杆)的给定运动规律
四连杆机构的基本设计命题
(1)实现给定的运动要求
a) 实现连杆的几个位置,如翻箱机构。
b) 实现连架杆的给定运动规律,如车轮转向机构。
c) 实现给定连杆上点的轨迹,如起重机。
(2)满足各种附加条件
a) 检验是否有曲柄存在
b) 运动连续性检验
c) 传力条件的检验:γmin≥[γ]
d) 其它

 
 

   

 
 

 

 

                                 

                                    
                                  

 

图1
2双曲柄机构
双曲柄机两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构
运动转换:整周转动→整周转动
图2
双曲柄机构的从动曲柄为单向转动,所以没有急回特性。但当主动曲柄匀速转动时,从动曲柄的瞬时角速度一般是变化的,这称为双曲柄机构的急转特性。
平行双曲柄机构:两个曲柄(两连架杆)运