平面机构自由度

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1、第2章平面连杆机构§2-1平面四杆机构的基本型式和特征§2-2铰链四杆机构有整转副的条件§2-4平面四杆机构的设计§2-3铰链四杆机构的演化平面连杆机构——由若干个构件通过平面低副(转动副和移动副)联接而构成的平面机构，也叫平面低副机构。平面连杆机构具有承载能力大、结构简单、制造方便等优点，用它可以实现多种运动规律和运动轨迹，但只能近似地实现所要求的运动。最简单的平面连杆机构由四个构件组成，简称平面四杆机构。四杆机构是具有转换运动功能而构件数目最少的平面连杆机构。§2-1平面四杆机构的基本型式和特征铰链四杆机构——全部由回转副组成的平面四杆机构，它是平面四杆机构最基本的形

2、态。曲柄——能绕机架上的转动副作整周回转的连架杆。摇杆——只能在某一角度范围(小于360°)内摆动的连架杆。图2-1铰链四杆机构如图2-1所示，铰链四杆机构由机架4、连架杆(与机架相连的1、3两杆)和连杆(与机架不相联的中间杆2)组成。铰链四杆机构按照连架杆是曲柄还是摇杆分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构三种基本型式。一、曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构——两连架杆中一个是曲柄，一个是摇杆的铰链四杆机构。曲柄摇杆机构当曲柄为原动件时，可将曲柄的连续转动，转变为摇杆的往复摆动。下图所示的雷达天线俯仰机构和颚式破碎机机构即为曲柄摇杆机构的应用。曲柄摇杆机构动画实例—抽油机颚式破

3、碎机机构当摇杆作为原动件时，可将摇杆的往复摆动转变为曲柄的连续转动。缝纫机踏板机构便属于此情况。缝纫机踏板机构1.急回特性在曲柄摇杆机构中，当曲柄为原动件并作等速转动时，从动摇杆空回行程的平均角速度大于其工作行程的平均角速度，摇杆的这种运动特性称为急回特性。曲柄摇杆机构的运动过程如图2-4所示。摇杆在两极限位置间的夹角称为摇杆的摆角。摇杆处于两极限位置时，主动件曲柄所夹的锐角称为极位夹角。图2-4曲柄摇杆机构的急回特性急回特性相对程度用行程速比系数K（即从动件空回行程的平均速度v2与工作行程的平均速度v1的比值）来表示，上式表明：机构要具有急回特性则必有k>1，即>

4、0;k值愈大，机构急回特性愈明显，k值的大小取决于极位夹角的大小。愈大，k值愈大；反之，愈小，k值愈小。若=00，则k=1，机构没有急回特性。将上式整理后，可得极位夹角的计算公式设计新机器时，总是根据机械的急回特性要求先给出K值，然后按（2-2）式算出极位夹角，再确定各构件的尺寸。极位夹角的大小也可由作图法（曲柄于连杆两共线位置之间的夹角）求得。2.死点位置如图所示，曲柄摇杆机构以摇杆CD作为主动件，而曲柄AB为从动件时，则当摇杆处于极限位置时，连杆BC与曲柄AB共线，此时在主动件上无论施加多大的驱动力，连杆加给曲柄的力均通过铰链中心A，此力对A点不产生力矩，所

5、以都不能使曲柄转动。机构的这种位置称为死点位置。机构是否有死点取决于从动件与连杆是否有共线的位置。为使机构正常运转，应设法避开死点。在机构设计时，一般采用安装飞轮加大惯性或采用相同机构错位排列的方法，使机构闯过死点。在机车车轮联动机构中，则是利用第三个平行曲柄来消除平行四边形机构在这种死点位置的运动不确定性。死点位置是摇杆作为主动件时曲柄摇杆机构固有的特性，在此位置从动件会出现“顶死”现象，还可能出现运动不确定现象。工程上也常利用死点来工作。如图2-6所示为机床夹具的夹紧机构。机构静止于死点位置时，若不改变原动件，机构具有保持原位置永远不变的特性。3.压力角和传动角在不计

6、运动副中摩擦和构件质量的情况下，机构中从动件受力F方向和受力点绝对速度vC方向间所夹的锐角称为机构在此位置的压力角。如图2-7所示。压力角是衡量机构传力效果的一个标志。力F在vC方向的有效分力F′=Fcos，即压力角愈小，有效分力愈大，对机构的传动愈为有利。机构运转时，压力角是变化的，为了保证机构具有较好的传动特性，在设计四杆机构时，要求最大压力角小于许用压力角，即max≤[]，[]通常取50°,此条件称为机构的传力条件。压力角的余角=900-，称为机构在此位置的传动角，如图2-7所示。对于连杆机构，传动角往往表现为连杆与从动件之间所夹的锐角，比较直观，所以

7、有时用传动角来反映机构的传力性能较为方便。即压力角越小，传动角越大，机构的传力性能越好；反之，越大，越小，机构传力越费劲，传动效率越低。因此，机构的传力条件也可以写成：min[]，[]=40°在以曲柄为原动件的曲柄摇杆机构中，最小传动角min出现在曲柄与机架共线的两位置之一。由图2-7中ABD和BCD可分别写出BD2=l12+l42-2l1l4cosBD2=l22+l32-2l2l3cosBCD由此可得：当φ=0°时，得BCDmin；当φ=180°时，得BCDmax。若BCD在锐角范围内变化，则