第三章 平面连杆机构.

2 1
3
(a) 曲柄滑块机构
4
2
导杆
3 1
(b) 转动导杆机构
4
4
3
2
1
(c) 摆动导杆机构
曲柄导杆机构应用实例
插床机构（转动导杆机构）
牛头刨床的机构（摆动导杆机构）
3.曲柄摇块机构
取曲柄滑块机构中的连杆 3 为机架而得到的。当曲柄2为原 动件转动时，滑块 4 绕机架 3 上 的铰链中心摆动，故称该机构 为曲柄摇块机构或称为摆动滑 块机构。 广泛应用于各种摆动式原动 机和工作机中。
4
2
1
3
4
(b)移动导杆机构
手压抽水机
第二节 平面四杆机构的工作特性
一、急回特性
机构的急回特性：原动件作匀速转动，从动件作往复运动时， 空回行程的速度比工作行程的速度大的特性。 （以曲柄摇杆机构为例，运动演示）
1.极位夹角θ： 对应从动杆的两个极 限位置, 主动件两相应 位置所夹锐角。
2.分析：
2.缺点：
（1）只能近似地满足给定的运动规律和轨迹，设计比较复杂
（2） 运动构件产生的惯性力难以平衡，高速时会引起较大的 振动，因此常用于速度较低的场合
平面连杆机构的用途：
1.实现一定的轨迹。 2.实现一定的动作。
3.实现运动形式的转换。
第一节 平面四杆机构的类型及应用
平面四杆机构：由四个构件组成的平面机构
摇杆 (摆杆)
连接两连架杆且不与机架直接相连的构件
连杆
2
C
连架杆
连架杆
3
B
1
A 4 D
机架
铰链四杆机构 (全转动副)
根据两个连架杆能否成为曲柄
曲柄摇杆机构
双曲柄机构
双摇杆机构
1.曲柄摇杆机构
(1)特点：既能将曲柄的整周转动变 换为摇杆的往复摆动，又能将摇杆 的往复摆动变换为曲柄的连续回转 运动。
【观察与思考】
请观察刮雨器是怎样工作的？
汽车刮雨器机构
图示钢料输送机是怎样实现钢料输送的？
钢料输送机
一、平面连杆机构：若干个构件用低副联接而成的平面机构。 二、平面连杆机构的特点
1.优点 （1）构件间为面接触,比压小、易润滑、 磨损轻、寿命长 （2）机构中运动副的元素形状简单、易 于加工制造和保证精度 （3）能够实现多种运动形式的转换、各 种预定的运动规律和复杂的运动轨迹。
B2
C1
C2
4
3
0 ，无急回特性
θ≠0，有急回特性

2
1
θ≠0，有急回特性
利用四杆机构的急回特性可节省空回行程的时间。如刨床的 刨刀在切削时，为保证切削质量而速度较慢；回刀时刀具不切 削，利用四杆机构的急回特性使速度快些，提高生产效率。
若在设计机构时先给定K值，则 :
K 1 180 K 1
(1)特点：可以实现转动和往复移动的变换。
(2)应用实例： （单击图片演示动作）
活塞式内燃机
2. 曲柄导杆机构 导杆机构可以视为改变曲柄滑 块机构中的机架演变而成。在图 示的曲柄滑块机构中，如果把杆 件2固定为机架，此时构件1起引 导滑块移动的作用，称为导杆。 构件3都作整周转动，成为曲柄。
若 l3 l2 ，导杆1作整周运动，称 为转动导杆机构 若 l3 l 2 ，导杆1作往复摆动，称为 摆动导杆机构。
二、压力角与传动角
压力角α：从动件上某点的受 力方向与从动件上该点速度方 向所夹的锐角。 传动角γ:压力角的余角。即 连杆与从动件间所夹的锐角。
运动演示
Fn

F

Ft vC
Fn F sin Ft F cos
有害分力 有效分力
压力角愈小（传动角愈大），有效分力Ｆt 越大，机构的传力 效果愈好。所以，可用压力角、传动角是衡量机构传力性能的标 志。 机构运转过程中，传动角是变化的，机构出现最小传动角的位 置正好是传力效果最差的位置，也是检验其传力性能的关键位置。 设计要求：
由此可知，（1）各杆长度保持不变，取铰链四杆机构中 不同构件作机架，将成为不同类型的机构。演示 （2）改变各杆长度，铰链四杆机构类型也将改变。判断演示
三、含有移动副的四杆机构
（一）四杆机构的演化 各种四杆机构，都是从铰链四杆演化而来的。了解四杆机构 的演化，对机构分析和机构创新很有帮助。 1.变更机架 在上节已讨论
铰链四杆机构
平面四杆机构 含有移动副的四杆机构
一、铰链四杆机构的基本形式
铰链四杆机构：所有运动副均为转动副的平面四杆机构 铰链四杆机构组成： 机架
铰 链 四 杆 机 构 铰链四杆机构中，固定不动的构件 能绕机架作整周转动的连架杆 只能在一定角度范围 内往复摆动的连架杆
曲柄 连架杆 连杆
与机架相联的构件
演化方法
2.改变各杆件长度 3.用移动副取代回转副
4.扩大回转副
1.用移动副取代回转副
B B
A
R
C
将摇杆CD作成滑块形式，此 时铰链四杆机构已演化为具有 曲线导轨的曲柄滑块机构
A
C
D
பைடு நூலகம்
C点的运动轨迹未发生改变
R
当曲柄AB绕轴A回转时，铰 链C将沿圆弧往复运动
将曲线导轨半径增至无穷大， 则铰链C及滑块的运动轨迹将变 为直线，铰链四杆机构将演化 成为曲柄滑块机构
曲柄滑块机构
B
A
R
C

2.转动副的销钉扩大
为此，将B铰处的小销 钉的半径扩大
滑块的工作行程(左右极限位置的距 离)S=2r,要求S很小时，曲柄长度r也很 小。要在很短的曲柄两端设计两个转 动副，曲柄强度受到限制
这时杆1（销钉）看上去是一 个“圆盘”，它与机架的转 动中心仍在A处，杆1实际上 成了一个偏心轮
两连架杆均是摇杆
起重机
车辆转向机构
二、铰链四杆机构类型的判断
铰链四杆机构的类型与机构中是否存在曲柄有关，因此研 究铰链四杆机构的类型首先需研究存在曲柄的条件。
1.铰链四杆机构存在曲柄的条件
可以论证，铰链四杆机构存在曲柄的条件是： （1）最短杆与最长杆的长度之和，小于 或等于其余两杆长度之和； （2）连架杆和机架中必有一个是最短杆。
min
min 40 ~ 50
１.曲柄摇杆机构的最小传动角 曲柄摇杆机构，以曲柄为原动件 时，其最小传动角发生在曲柄与 B 机架两次共线位置之一。
运动中，Δ BCD中， γ 角随ＢＤ边变化而变化
min

C
min
A 2.曲柄滑块机构的最小传动角 曲柄滑块机构，以曲柄为原动件 时，最小传动角出现在曲柄与滑块 导路垂直的位置，且在曲柄位于与 偏距相反方向一侧时的位置 。
AB的转角 180
0 1
C点摆过弧长 C1C2 (C1 C2C1 ∴ (C2
1
时间 t1
C 的平均速度
AB1 AB2 ： AB2 AB1：
∵
C2) —工作行程 C1)—回程
2
v C C t
1 1 2
1
<
>
180
0 2
t2
v C C t
2 1 2
2
曲柄作匀速转动 C2 为工作行程， C2
两连架杆一为曲柄，一为摇杆
(2)应用实例： （单击图片演示动作）
雷达天线机构 搅拌机
缝纫机等
汽车刮雨器机构
钢料输送机
2.双曲柄机构 (1)特点：能将等角速度转动转变为周 期性的变角速度转动。 (2)应用实例： （单击图片演示动作）
两连架杆均是曲柄
惯性筛机构
(3)双曲柄机构的特例
平行四边形机构：四杆中对边杆 两两相等且相互平行
特点：两曲柄转向相同且 角速度相等，连杆作平动
应用实例： （单击图片演示动作）
机车车轮
升降平台
特点：两曲柄转向相反、 角速度不相等 反平行四边形机构：四杆中对边杆 两两相等，但连杆与机架不平行 应用实例：
（单击图片演示动作）
车门
3.双摇杆机构
(1)特点：将主动摇杆的往复摆动经连 杆转换为从动摇杆的往复摆动。也可将 连杆的整周转动转换为两摇杆的往复摆 动。 (2)应用实例： （单击图片演示动作）
加热炉门四杆机构
lAB AB1 l
lCD C1D l
2.按给定连杆三个位置及连杆长度设计平 面四杆机构
D
曲柄摇杆机构的最小传动角
曲柄滑块机构的最小传动角
3.摆动导杆机构的最小传动角
摆动导杆机构，曲柄为原动件 时，由于在任何位置时主动曲 柄通过滑块传给从动杆的力的 方向，与从动杆上受力点的速 度方向始终一致，所以传动角 始终等于90º ，这说明导杆机 构具有很好的传动性能。 γ =900 C F,v
K =
180 180
+ -

K值的大小反映了急回运动特性的显著程度。K值的大小取决于 极位夹角 ， 角越大，K值越大，急回运动特性越明显；反之， 则愈不明显。当时 0 ，K=1 ，机构无急回特性。
4.其它机构急回特性分析
（１）对心曲柄滑块机构
BI A
（2）偏置曲柄滑块机构 （3）摆动导杆机构
扩大至超 过曲柄长 度r
这种结构尺寸的演化并没 有影响机构的运动性质
杆2端部做成与圆盘配合的大 套环，与杆1形成的转动副中 心仍在圆盘几何中心Ｂ处
２
（二）含有一个移动副的平面四杆机构
曲柄滑块机构
含有移动副 的平面四杆 机构 1.曲柄滑块机构 曲柄导杆机构 曲柄摇块机构 移动导杆机构
铰链四杆机构中，扩大转动副，使转动 副变成移动副演化而成。 根据滑块往复移动 对心曲柄滑块机构 的导路中心线是否 通过曲柄转动中心， 曲柄滑块机构可分 偏置曲柄滑块机构 为：
应用实例：
2
1
3
(a) 曲柄滑块机构
4
2 1
3
4
(b)曲柄摇块机构（单击图片显示运动）
汽车车箱自动翻转卸料机构
4.移动导杆机构 取曲柄滑块机构中的滑块4为机 架而得到的。当曲柄2转动时，导 杆 1 可在固定滑块 4 中往复移动， 故该机构称为移动导杆机构（或 定块机构）。 应用实例： 2 1 3
(a) 曲柄滑块机构

t1

t2
t t
1 2
1 2
∴ t1 > t2
v1<v2
取C1
C1 为回程， 故回程速度大——急回特性
3.行程速度变化系数
指空程速度与工作行程速度的比值——急回强弱的度量，即：
v c c t 180 k v c c t 180
0 2 2 1 2 1 0 1 1 2 1 2
摆动导杆机构的最小传动角
三、死点
连杆与从动件共线的位置，即传动角 （即 90）的位置称为死点位置。 机构处于死点位置，从动 件会出现卡死（机构自锁） 或运动方向不确定的现象。
0
措施和应用
１.传动机构：消除死点位置的停顿和运动不确定的现象。 措施： （１）利用惯性：安装质量较大的轮 （２）组合机构
缝纫机
机车联动机构
２.夹紧、压紧机构：利用死点位置。
夹紧机构
飞机起落架
第三节平面四杆机构运动设计简介
平面四杆机构的运动设计：根据给定的设 计条件（运动条件、几何条件等），确定 机构有关的尺寸参数和各构件的相对位置， 而不涉及构件的具体结构。
设计方法：图解法、实验法和解析法
一、按连杆的给定位置设计四杆机构
只有两条件同 时满足时，该 连架杆才成为 曲柄。
2.铰链四杆机构类型的判断
①铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆的长度之和大于其余两 杆长度之和，则不论取何杆为机架时均无曲柄存在，而只能得 双摇杆机构。 ②铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆的长度之和小于或等于 其余两杆长度之和时，则 取最短杆的相邻杆为机架时，得曲柄摇杆机构,演示； 取最短杆为机架时，得双曲柄机构,演示； 取与最短杆相对的杆为机架时，得双摇杆机构,演示。
第三章 平面连杆机构
【知识目标】明确平面四杆机构的主要形式 及其用途；了解铰链四杆机构的组成，掌握 铰链四杆机构曲柄存在的条件，掌握铰链四 杆机构类型的判别；了解平面四杆机构的工 作特性及其运动设计；了解构件内力、应力、 许用应力及应变等概念,了解低碳钢、铸铁 拉压时的力学性质，掌握轴向拉伸和压缩的 内力、应力、变形及强度计算。 【能力目标】能判断平面四杆机构的基本类 型；能根据所学知识，分析实际生产、生活 中平面连杆机构的工作原理；能利用拉压强 度条件解决简单工程结构的强度问题。
1.按给定连杆两个位置及连杆长度设计 平面四杆机构
要求：炉门BC能位于图示关闭（B1C1）和开 启（B2C2）两位置 步骤：
（1）选取适当的长度比例尺，画出连杆BC（炉门）的 两个已知位置B1C1、B2C2。 （2）连接B1B2、C1C2，分别作B1B2、C1C2的中垂线 b12、c12，则A点、D点应分别在b12和c12上，且有无穷 多解。 （3）根据实际情况提出的附加条件来确定A、D两点的 位置 若设计的附加要求为希望A、D两铰链均安装在炉的正 壁面上即图中yy位置,则yy直线分别与b12、c12相交点A 和D即为所求。 （4）按比例尺算出各杆件的真实长度