第二章 平面连杆机构 机械原理

第二章平面连杆机构§2－1连杆机构及其传动特点§2－2平面四杆机构的类型和应用§2－3有关平面四杆机构的一些基本知识§2－4平面四杆机构的设计§2－2 平面四杆机构的类型和应用1.平面四杆机构的基本型式基本型式基本型式－－铰链四杆机构，其它四杆机构都是由它演变得到的名词解释名词解释：：曲柄—作整周定轴回转的构件作整周定轴回转的构件；；三种基本型式三种基本型式：：（1）曲柄摇杆机构特征特征：：曲柄曲柄＋＋摇杆作用作用：：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。

如雷达天线如雷达天线。

连杆—作平面运动的构件作平面运动的构件；；连架杆—与机架相联的构件与机架相联的构件；；摇杆—作定轴摆动的构件作定轴摆动的构件；；周转副—能作能作360 360 相对回转的运动副相对回转的运动副；；摆转副—只能作有限角度摆动的运动副能作有限角度摆动的运动副。

曲柄连杆摇杆（2）双曲柄机构特征：两个曲柄作用作用：：将等速回转转变为等速或变速回转回转。

如惯性筛等。

雷达天线俯仰机构曲柄主动C 3AB DC 12432143缝纫机踏板机构摇杆主动3124ABD C 24E6耕地料斗实例实例：：火车轮惯性筛机构特例特例：：平行四边形机构AB = CD 特征特征：：两连架杆等长且平行两连架杆等长且平行，，连杆作平动香皂成型机香皂成型机。

BC = AD ABCD31B’C’BC DCAB、摄影平台ADBC、天平、播种机料斗机构为避免在共线位置出现运动不确定为避免在共线位置出现运动不确定，，采用两组机构错开排列采用两组机构错开排列。

反平行四边形机构----车门开闭机构车门开闭机构反向A’E’D’G’B’F’C’A BE FD CG2.平面四杆机构的演化型式(1)改变构件的形状和运动尺寸偏心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构曲柄摇杆机构曲柄滑块机构双滑块机构正弦机构φss=l sin φ改变摇杆形状改变滑槽直径改变偏心矩改变连杆形状改变滑槽直径(2)改变运动副的尺寸改变运动副的尺寸((改变连接曲柄和连杆的轴销直径)(3)选不同的构件为机架偏心轮机构导杆机构314A2BC314A2B C曲柄滑块机构摆动导杆机构转动导杆机构改变轴销直径构件构件44为机架构件构件11（曲柄曲柄））为机架摇块机构314A2BC导杆机构314A2B C 314A2BC 曲柄滑块机构ACB123421A 自卸卡车举升机构341A 4A 13C 应用实例1C 4A A1234B φ构件构件44为机架构件构件22为机架构件构件11（曲柄曲柄））为机架构件构件BC BC BC为机架为机架摇块机构314A2BC导杆机构314A2B C 314A2BC曲柄滑块机构314A2B C直动滑杆机构手摇唧筒这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法称为这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法称为：：----机构的倒置(4)运动副元素的逆换将低副两运动副元素的包容关系进行逆换将低副两运动副元素的包容关系进行逆换，，不影响两构件之间的相对运动构件之间的相对运动。

椭圆仪机构例：选择双滑块机构中的不同构件作为机架可得不同的机构导杆机构摇块机构正弦机构3214123443213214其中一个滑块为机架构件构件22包构件包构件33构件构件33包构件包构件22§2－3有关平面四杆机构的一些基本知识1.平面四杆机构有曲柄的条件设a<d ,连架杆若能整周回转连架杆若能整周回转，，必有两次与机架共线b≤(d-a)+c 将以上三式两两相加的将以上三式两两相加的：：a≤b,a≤c,a≤d 若设a>d ，同理有同理有：：d≤a,d≤b,d≤c abdcC’B’ADB”C”则由△B’C’D 可得可得：：三角形任意两边之和大于第三边则由△B”C”D 可得可得：：a+d≤b+cc≤(d-a)+ b 即: a+b≤d+c 即: a+c≤d+b AB 为最短杆AD 为最短杆最长杆与最短杆的长度之和≤其他两杆长度之和cbd-a2.连架杆或机架之一为最短杆连架杆或机架之一为最短杆。

可知可知：：当满足杆长条件时当满足杆长条件时，，其最短杆参与构成的转动副都是周转副副都是周转副。

曲柄存在的条件曲柄存在的条件：：1. 最长杆与最短杆的长度之和应≤其他两杆长度之和此时此时，，铰链A 为周转副为周转副。

若取BC 为机架为机架，，则结论相同则结论相同，，可知铰链B 也是周转副也是周转副。

ABC Da bcd称为杆长条件。

双摇杆机构曲柄摇杆机构双摇杆机构双曲柄机构由180 ° + θ K= 180 ° − θK −1 可得 : θ = 180 ° K +1曲柄滑块机构的急回特性 曲柄滑块机构的急回特性180° 180°＋θθ θ180° 180°＋θ 180° 180°-θ 180° 180°-θ思考题： 思考题： 对心曲柄滑块机构的急回特性如何？ 对心曲柄滑块机构的急回特性如何？ 导杆机构的急回特性 应用： 应用：空行程节省运动时间， 空行程节省运动时间，如牛头刨、 牛头刨、往复式输送机等。

往复式输送机等。

对于需要有急回运动的机构，常常是根据需要的行程速比系数K, 先求出θ ，然后在设计各构件的尺寸。

浙江大学专用3.四杆机构的压力角与传动角（不计构件质量和摩擦） 切向分力: 切向分力: Pt= Pcosα = Psinγ 法向分力: 法向分力: Pn= Pcosγ γ↑ →Pt↑ →对传动有利。

对传动有利 连杆BC 连杆BC和 BC和 可用γ的大小来表示机构传动力性能的好坏, 的大小来表示机构传动力性能的好坏, 称γ为传动角 从动件CD 从动件CD 所夹锐角 为了保证机构良好的传力性能， 为了保证机构良好的传力性能，设计时要求: 设计时要求: γmin≥50° 50°Pnγmin出现的位置： 出现的位置：C C γPα γ B B A A D D Pt P当∠BCD≤90 BCD≤90° 90°时，γ＝∠BCD 当∠BCD>90 BCD>90° 90°时， 180° γ＝180 °- ∠BCD 当 ∠ BCD最小或最大时 BCD 最小或最大时， 最小或最大时 ， 都有可能出现γmin 此位置一定是： 此位置一定是： 主动件与机架共线两处之一。

主动件与机架共线两处之一。

浙江大学专用α 压力角从动件受力点（ 从动件受力点（C点）的受力方向与 受力点的速度方向之间所夹的锐角。

受力点的速度方向之间所夹的锐角。

由余弦定律有： 由余弦定律有： ∠B1C1D＝arccos[b2+c2-(d(d-a)2]/2 ]/2bc 若∠B1C1D≤90 D≤90° 90°,则 γ1＝∠B1C1D ∠B2C2D＝arccos[b2+c2-(d+a)2]/2 ]/2bc 若∠B2C2D>90 D>90° 180°-∠B2C2D 90°, 则 γ2＝180° γmin＝[∠B1C1D, 180° 180°-∠B2C2D]min 机构的传动角一般在运动 链最终一个从动件上度量。

链最终一个从动件上度量 。

B2 车门 v浙江大学专用C2aγ2b cC1 γ1B1dγ4.四杆机构的死点 摇杆为主动件， 摇杆为主动件，且连杆与 曲柄两次共线时 曲柄两次共线时，有： γ＝0 此时机构不能运动 此时机构不能运动. 机构不能运动. 称此位置为： 称此位置为： “死点” 死点” 避免措施： 避免措施： 两组机构错开排列， 两组机构错开排列，如火车轮机构; 火车轮机构; 靠飞轮的惯性（ 飞轮的惯性（如内然机、 如内然机、缝纫机等） 缝纫机等）。

B’ A’ E’ F’ D’ C’ G’P PA B浙江大学专用E FD CG也可以利用死点进行工作： 也可以利用死点进行工作 起落架、 起落架、钻夹具等。

钻夹具等。

PC D A Aγ B =0C BBB 2 2 CC γ=0 33P飞机起落架工件 A11 AD D4FT钻孔夹具浙江大学专用5.铰链四杆机构的运动连续性 指连杆机构能否连续实现给定的各个位置。

指连杆机构能否连续实现给定的各个位置。

可行域： 摇杆的运动范围。

可行域 ：摇杆的运动范围 。

不可行域： 摇杆不能达到的区域。

不可行域 ：摇杆不能达到的区域 。

设计时不能要求从一个可行域跳过不可行域进入另一个可行域。

设计时不能要求从一个可行域跳过不可行域进入另一个可行域 。

称此为错位不连续 错位不连续。

称此为 错位不连续 。

C1 B A D A C’2 C C2 B1 B3 2 B2 3 D C1 C3 2 C2 3错位不连续C’1错序不连续C’设计连杆机构时， 设计连杆机构时，应满足运动连续性条件。

应满足运动连续性条件。

浙江大学专用§2－4 平面四杆机构的设计1.连杆机构设计的基本问题 2. 用解析法设计四杆机构 3.用作图法设计四杆机构 3.1按预定连杆位置设计四杆机构 3.2按两连架杆三组对应位置设计四杆机构 3.3按连杆上任意标志线的三组对应位置设计四杆机构 3.4按给定的行程速比系数K设计四杆机构 4.平面连杆机构的结构浙江大学专用§2－4 平面四杆机构的设计1.连杆机构设计的基本问题 机构选型－ 机构选型－根据给定的运动要求选择机构的类型； 根据给定的运动要求选择机构的类型； 尺度综合－ 尺度综合－确定各构件的尺度参数(长度尺寸)。

同时要满足其他辅助条件： 同时要满足其他辅助条件： a)结构条件（如要求有曲柄、 如要求有曲柄、杆长比恰当、 杆长比恰当、运动副结构合理等） 运动副结构合理等）; γ b)动力条件 动力条件（ （如γmin）; c)运动连续性条件等 运动连续性条件等。

。

三类设计要求： 三类设计要求： 1)满足预定的运动规律， 满足预定的运动规律 ， 两连架杆转角对应， 两连架杆转角对应， 如起落架、 起落架 、牛头刨。

牛头刨。

2)满足预定的连杆位置要求， 满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构。

铸造翻箱机构。

3)满足预定的轨迹要求， 满足预定的轨迹要求，如鹤式起重机、 鹤式起重机、搅拌机等 搅拌机等。

浙江大学专用A D B’ C’ B C Ax B D C y=logx 函数机构飞机起落架 要求两连架杆转角对应要求两连架杆的转角 满足函数 y=logx浙江大学专用A C E B DB C D EQQ A鹤式起重机 要求连杆上E点的轨 迹为一条水平直线搅拌机构 要求连杆上E点的轨 迹为一条卵形曲线浙江大学专用给定的设计条件： 给定的设计条件： 1)几何条件（ 几何条件（给定连架杆或连杆的位置） 给定连架杆或连杆的位置） 2)运动条件（ 运动条件（给定K） 3)动力条件（ 动力条件（给定γmin） 设计方法： 设计方法：解析法、 解析法、图解法 2. 用解析法设计四杆机构 思路： 思路：首先建立包含机构的各尺度参数和运动变量在内的解析 关系式， 关系式，然后根据已知的运动变量求解所需的机构尺度参数。