机械原理平面连杆机构分析报告

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机械原理平面连杆机构分析报告如下：

1、平面连杆机构优缺点的介绍

优点

1、运动副一般为低副，压强小、磨损轻。

2、构件多呈现为杆状，加工制造方便，成本较低。

3、传动距离远、行程较大。

4、可实现多种运动变换规律。

5、连杆曲线丰富，利用连杆曲线可满足不同运动轨迹的设计要求。

缺点

1、一般构件较多且复杂。

2、运动链长，精度不高，误差大。

3、惯性力难以平衡，动载荷大，不利于高速传动。

4、一般只能近似的满足运动规律设计的要求。

2、以平面四杆机构为例，介绍平面四杆机构的基本类型与应用实例

在平面四杆机构中，依据连架杆能否作整周转动，可将其分为三种基本类型：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。

1、曲柄摇杆机构

在铰链四杆机构的两个连架杆中，若其一为曲柄，另一为摇杆，则称其为曲柄摇杆机构。在这种机构中，当曲柄为原动件时，可将原动件的连续转动，转变为摇杆的反复摆动。如飞剪、间歇传送机构、传送带送料机构等。而当摇杆为原动件时，可以将原动机的反复摆动，转化为从动曲柄的整周转动。如缝纫机的踏板机构。

图1所示为飞剪机构，构件1为曲柄，它转动后通过连杆2使摇杆3绕D点摆动，通过与连杆2配合运动，在曲柄回转一周中会存在某个时刻连杆2与摇杆汇合在一起，即形成剪切动作。

图2所示为间歇传送机构，构件1为曲柄，它转动后通过连杆2使摇杆3绕D点摆动，在连杆2上固定安装有推动物料的构件，在曲柄1运动过程中，连杆带动该构件做出推动动作，且曲柄每回转一周完成一次推动动作，如此往复，便可实现间歇传动。

图3所示为缝纫机的踏板机构，构件1在人力的作用下作摆动运动，经连杆2传动使曲柄3绕D点转动，该杆机构存在死点，需要借助外力。

2、双曲柄机构

若铰链四杆机构中的两连架杆均为曲柄，则称其为双曲柄机构。

图4为示为惯性筛机构，构件1为主动曲柄，它转动后通过连杆2使从动曲柄3绕D点转动，该机构中曲柄长度不平行，当主动曲柄1匀速转动时，从动曲柄3做变速转动，从而使得上方的筛子具有一定的加速度，达到筛分物料的目的。

图5为示为公共汽车车门开闭机构，构件1为主动曲柄（一侧车门），它转动后通过连杆2使从动曲柄3绕D点转动。该机构中两曲柄长度相同但不平行，因此其运动的主从动曲柄转向相反。当曲柄1转动时，曲柄2即向相反方向转动，因而可以使得两侧车门同时打开，且速度相等。

3、双摇杆机构

若铰链四杆机构中的两连架杆都是摇杆，则称其为双摇杆机构。在这种机构中两连架杆均为摆动，可以实现一定范围内的移动。其应用实例有飞机起落架、鹤式起重机、汽车前轮转向机构等。

图6为示为汽车前轮转向机构，构件1为主动件，经连杆2传动使摇杆3绕D点摆动，该机构使一个动力驱动两前轮同向、同角度转动。

图7所示为鹤式起重机机构。AB为主动摇杆，CD为被动摇杆，重物悬挂在连杆CE上，当主动摇杆AB摆动时，从动摇杆CD也随之摆动，位于连杆BC延长线上的重物悬挂点E将沿近似水平直线运动。

图8所示为飞机起落架机构，构件1为主动摇杆，一般由液压缸带动，它转动后通过连杆2使从动摇杆3绕D点转动，同时带动轮子收起（放出）。当轮子处于伸出状态时，整个机构处于死点状态，有助于保证飞机降落时的安全。

3、平面四杆机构的演变方法、演变过程，演变后机构的应用实例

将转动副转化为移动副。

演变过程如下图a所示，将铰链四杆中的摇杆3做成滑块的形式，使其沿圆弧导轨往返滑动时，该机构演变为图b所示的具有曲线导轨的曲柄滑块机构。再将摇杆的长度演变成∞，机构就演变成图c所示的具有偏距e的曲柄滑块机构，当e=0时，则为图d所示对心曲柄滑块机构。

图9所示为小型冲床结构，构件3为曲柄，一般在冲床的曲柄上配有一个质量比较大的飞轮，转动起来之后借助飞轮的转动惯量，便可实现较大的冲压力。其具体的动作过程为，曲柄3转动带动连杆4运动，同时使滑块5顺着导轨槽上下往复运动。

该转化方法的应用实例有：

图10所示为内燃机一个工作缸的结构简图，构件3为滑块（活塞），活塞在柴油或汽油的燃烧作用被推动，活塞3的上下往复运动通过连杆2推动曲柄1做回转运动，从而为汽车提供了动力源。

选用不同的构件为机架。

对心曲柄滑块机构是具有一个移动副的四杆机构，在a图所示的曲柄滑块机构中，若取构件1为机架则转化为如b所示的转动导杆机构；若取构件2为机架则转化为图c所示的曲柄摇块机构；若取构件3为机架则转化为图e所示的定块机构。

该转化方法的应用实例有：

图示为小型刨床结构，图示的ABC部分即为转动导杆机构，构件1为曲柄，通过滑块2带动导杆3转动，运动时滑块C在导杆上滑动，导杆末端通过另一杆件与刨刀E相连接，E的运动具有急回特性。

图示为牛头刨床结构，图示的ABC部分即为摆动导杆机构，构件2为曲柄，通过滑块C带动导杆3摆动，运动时滑块C在导杆上滑动，滑块固定在一滑槽内，通过滑块带动刨刀运动。

图示为自卸卡车车厢举升机构，图示的ABC部分即为曲柄摇块机构，其中摇块3为油缸，用压力油推动活塞使车厢翻转。

图示为手摇唧筒，图示的ABC部分即为定块机构，构件1为摇杆，定块3通过连杆2与摇杆连接，摇杆带动限制在滑槽中的活塞4运动，完成取水动作。

变换构件的形态，改变转动副的尺寸。

在图a所示的曲柄摇杆机构中，如果将曲柄1端部的转动副曰的半径加大至超过曲柄1的长度AB，使得到如图b所示的机构。此时，曲柄l变成了一个几何中心为B、回转中心为A的偏心圆盘，其偏心距e即为原曲柄长。该机构与原曲柄摇杆机构的运动特性相同，其机构运动简图也完全一样。在设计机构时，当曲柄长度很短、曲柄销需承受较大冲击载荷而工作行程较小时，常采用这种偏心盘结构形式，在冲床、剪床、压印机床、柱塞油泵等设备中，均可见到这种结构。

4、连杆机构的创新

与传统的连杆机构相比，近年来的设计已经充分使用了仿真分析，比如利用矢量方法来描述平面连杆机构的运动及动力分析，使用ANSYS等软件对连杆机构机构模型进行运动仿真等。利用这些手段，现代利用数学分析的方法对连杆系统进行求解的比重大大增加，不仅降低了设计的难度，也使得系统的实用性也能够最大程度的满足设计的需求。

通过查阅资料，目前常见的连杆创新设计有变比例剪叉式连杆机构、多套四杆机构串联机构、六杆机构等。

图示为曲线轨迹变异剪叉式结构，通过改变销轴的位置，使其偏离于两杆的中心位置，在剪叉机构展开时，其打开方向就会呈现曲线的状态。

5、参考资料

1、黄华梁、彭文生主编，高教出版社出版，《机械设计基础》

2、阮宝湘主编，机械工业出版社出版《工业设计机械基础》

3、孙桓、陈作模、葛文杰主编，高等教育出版社出版，《机械原理》

4、杨家军编，华中科技大学出版，机械原理（第二版）

5、申永胜主编，清华大学出版社出版，机械原理

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