第三章 平面连杆机构

3.5连杆机构的应用
3.5连杆机构的应用
3.5连杆机构的应用
F

F
v

v


F v

F,v
3.5连杆机构的应用
3.5连杆机构的应用
3.5连杆机构的应用
止点位置对传动是不利 的，通常采用构件自身 的惯性或加装飞轮等措 施使机构顺利地通过止 点位置。
3.1铰链四杆机构的基本类型及性质
止点特性的利用
夹具机构
3.1铰链四杆机构的基本类型及性质
二、双曲柄机构 铰链四杆机构中的两连杆架均为曲柄时，称为 双曲柄机构。
3.1铰链四杆机构的基本类型及性质
当双曲柄机构中组成四边形的两对称边构件 的长度分别相等且平行时，称为正平行四边 形机构。
3.3铰链四杆机构的演化
通过改变铰链四杆机构中各杆的长度，或改变 回转副尺寸，或选取不同杆件作为机架等途径， 还可得到四杆机构的各种不同演化型式。 常用的演化机构有：曲柄滑块机构、偏心轮机构、 导杆机构等。 一、铰链四杆机构的演化方式 1.改变构件长度
3.3铰链四杆机构的演化
2.改变销轴半径（偏心盘）
当平面四杆机构中的运动副均 为转动副时，称为铰链四杆机 构。
4－机架，1、3－连架杆，2－连杆
在两个连架杆中能作整周回转的构件称为曲柄， 若只能绕其回转轴线作往复摆动的构件称为摇杆。
3.1铰链四杆机构的基本类型及性质
铰链四杆机构根据两连架杆运动形式不同可分为 三种基本形式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双 摇杆机构。 一、曲柄摇杆机构 铰链四杆机构中的两个连架杆，若一个是曲柄， 另一个是摇杆时，称为曲柄摇杆机构。
K 1 或 180 K 1

机构有无急回运动取决于极位夹角 。当 0 ，急回运动 消失，此时K=1； 角越大，急回运动越明显。
3.1铰链四杆机构的基本类型及性质
2.传力特性
传力的好坏可用压力角 来衡量。
有效分力Ft
越大，Ft越小 传动角 90
3.4平面四杆机构的运动设计
二、用解析法设计四杆机构 1.按给定的传动角设计四杆机构 min BD 2 l12 l42 2l1l4 cos
2 2 2 BD l2 l3 2l2 l3 cos
2 2 l2 l32 l12 l4 2l1l4 cos cos 2l2l3
l1 cos l2 cos l3 cos l4 l1 sin l2 sin l3 sin
m cos p n cos cos m sin n sin sin
n p 2 n 2 1 m2 cos n cos cos( ) p 2p
曲柄→偏心盘 滑块C的尺寸增加到大于连 杆的长度
3.5连杆机构的应用
一、平面四杆机构的应用实例
1.缝纫机针杆机构及挑线机构
3.5连杆机构的应用
2.皮革机械中的低革打光机构
3.玻璃陶瓷粉料筛选机构
3.5连杆机构的应用
4.铅笔间歇输送机构
5.牙膏小包装盒机构
3.5连杆机构的应用
二、平面多杆机构的应用实例 1.鞋底压平机构 2.革面打光机构的导向机构
设计具有急回特性的四杆机构时，一般是按工作 要求先给出K值，然后由机构在极限位置处的几 何尺寸关系，结合其他辅助条件，最后确定出机 构简图的尺寸参数。
⑴曲柄摇杆机构
已知：摇杆长度、摆角及行程速比系数K值
实质：求出曲柄的固定铰链中心A的位置，进而 可求出其他各杆尺寸。
3.4平面四杆机构的运动设计
设计步骤
一、图解法设计平面四杆机构
1.按连杆预定的两个或三个位置设计
3.4平面四杆机构的运动设计
3.4平面四杆机构的运动设计
2.按两连架杆预定对应位置设计 若已知杆AB、AD的 长度及连架杆三组对 应的位置，设计此铰 链四杆机构。
实质：求出连杆BC之尺寸及摇杆与连杆铰链点C
的位置。 反转法将问题转化成按连杆预定位置设计问题。
3.4平面四杆机构的运动设计
n p 2 n 2 1 m2 令 q0 n; q1 ; q2 p 2p
cos q0 cos q1 cos( ) q2
cos 1 q0 cos 1 q1 cos(1 1 ) q2 cos 2 q0 cos 2 q1 cos( 2 2 ) q2 cos q cos q cos( ) cos max cos min
2 2 l2 l32 l12 l4 2l1l 4 2l2l3 2 2 l2 l32 l12 l4 2l1l4 2l2l3
3.4平面四杆机构的运动设计
2.按给定两连架杆的对应位置设计四杆机构
m l2 l1 , n l3 l1 , p l4 l1
3.2铰链四杆机构具有曲柄的条件
结论：
1.若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和 小于或等于其余两杆长度之和，最短杆为连架 杆时，得到曲柄摇杆机构；当取最短杆为机架 时，得到双曲柄机构；而当取最短杆为连杆时， 得到双摇杆机构。
2.若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和 大于其余两杆长度之和，则不可能有曲柄存在， 这时无论将哪一个杆作为机架都将得到双摇杆 机构。
3.4平面四杆机构的运动设计
三、连杆机构设计中应注意的问题 1.防止轨迹干涉
检查构件若干个极限位置的情况
3.4平面四杆机构的运动设计
2.杆的行程及位置调节问题
调节行程大小：改变杆长。 调节行程的起始位置：将连杆长度做成可调的。
3.4平面四杆机构的运动设计
3.杆件外形结构的变化
由于受力及制造安装等因素的影响，机构中 有些杆的外形结构需要改变。
2.导杆机构
回转式油泵、牛头刨床
当l1≤l2时，称为回转导杆机构 当l1＞l2时，称为摆动导杆机构
摆动导杆机构具有急回特性， 传力性能最好。
3.3铰链四杆机构的演化
3.定块机构
抽水机、抽油泵
3.3铰链四杆机构的演化
4.曲柄摇块机构 各种摆动式原动机和工作机
3.3铰链四杆机构的演化
冲床、压力机等
这种机构的运动特性是，两曲柄以相同的角速度 沿相同的方向回转，这时连杆作平移运动。
3.1铰链四杆机构的基本类型及性质
当双曲柄机构中对边的长度相等但不平行时， 称为反平行四边形机构。
3.1铰链四杆机构的基本类型及性质
三、双摇杆机构
若铰链四杆机构中两连架杆均为摇杆时，则称为 双摇杆机构。
3.1铰链四杆机构的基本类型及性质
2 2 l2 l32 l12 l4 2l1l4 cos cos BCD 2l2l3 曲柄摇杆机构的最小传动角必然出现在曲柄 与机架两次共线的位置AB1或AB2处。
3.1铰链四杆机构的基本类型及性质
3.止点特性
当从动件上的传动角为零或压力角为90°时， 驱动力对从动件的有效分力为零，这个位置称 为机构的止点（死点）位置。
偏心盘摇杆机构
偏心盘滑块机构
3.改变机架
曲柄摇杆
双曲柄
曲柄摇杆
双摇杆
3.3铰链四杆机构的演化
4.复合演化
3.3铰链四杆机构的演化
二、常用演化机构 1.曲柄滑块机构
内燃机
偏心距e≠0时，曲柄滑块机构称为偏置曲柄滑块机构，其 K＞1。
偏心距e＝0时，曲柄滑块机构称为对心曲柄滑块机构， 其K＝1。
3.3铰链四杆机构的演化
1.按 180 ( K 1) ( K 1) 求出
2.选择适当比例尺 l ，取转动 副D的位置，并按摇杆CD之长 度与摆角作两个位置C1D,C2D。 3.连接C1C2，并作
C1C2 P 90
C2C1P 90
l1=KC2 l2=B2C2 得到交点P。 4.作外接圆，按最小传动角或 其他辅助条件确定点A的位置。 按共线关系求各杆长度。
等腰梯形机构
3.2铰链四杆机构具有曲柄的条件
铰链四杆机构中，能否具有作整周回转的曲柄 是与机构中各杆的相对长度有关。
l1 l4 l2 l3 l1 l3 l2 l4
l1 l2 l3 l4 l1 lmin
铰链四杆机构具有曲柄的条件为：
⑴曲柄是最短杆。
⑵最短杆长度与最长杆长度之和应小于或等 于其余两杆长度之和。
标线：构件上标志其位置的线段。
3.4平面四杆机构的运动设计
反转法：指根据机构的倒置理论，通过取不同构 件为机架，将按连架杆预定位置设计四杆机构转 化为按连杆预定位置设计四杆机构的方法。 机构倒置：
3.4平面四杆机构的运动设计
取待求的活动铰链所 在杆为“新机架”
3.4平面四杆机构的运动设计
3.按行程速比系数K设计四杆机构
5.偏心盘机构
3.4平面四杆机构的运动设计
平面四杆机构的运动设计主要是根据给定的运 动条件，确定机构运动简图的尺寸参数。 常遇到下面两类问题：
⑴按照给定从动件的位置设计四杆机构，称为 位置设计。 ⑵按照给定点的轨迹设计四杆机构，称为轨迹 设计。
设计机构的方法有图解法、解析法、实验 法和图谱法等。
3.4平面四杆机构的运动设计
AC1=l2-l1 AC2=l2+l1
3.4平面四杆机构的运动设计
⑵偏置曲柄滑块机构 一般已知滑块的行程H，偏距e及行程速比系数K，这时完 全可参照曲柄摇杆机构的设计方法。 ⑶摆动导杆机构 求曲柄长度的步骤： 1.由已知K值求 ，且 ； 2.任选一点作为固定铰链中心，作出导 杆两个极限位置Dm、Dn，使其夹角 mDn 3.作摆角的角平分线DC，并在其上按l 截取长AD等于机架长度即得曲柄转动中 心A。 4.过点A作极限位置的垂线AB1、AB2， 则AB1(或AB2)即为曲柄长度。