平面连杆机构1
第四章_常用机构1-1
4.2 凸轮机构
（2）等加速—等减速运动规律
等加速、等减速运动规 律，在前半程用等加速运动 规律，后半程采用等减速运 动规律，两部分加速度绝对 值相等。
等加速、等减速运动规 律在运动起点A、中点B、终 点C的加速度突变为有限值， 产生柔性冲击。用于中速、 轻载的场合。
4.2 凸轮机构
（3）摆线运动规律 当半径为R 的滚圆沿纵坐标轴作 纯滚动时，圆周上某定点M的运动轨 迹为一摆线，该点在纵坐标轴上投影 的变化规律即构成摆线运动规律。 由运动线图可知，当从动件按摆 线运动规律运动时，其加速度按正弦 曲线变化，故又称为正弦加速度运动 规律。从动件在行程的始点和终点处 加速度皆为零，且加速度曲线均匀连 续而无突变，因此在运动中既无刚性 冲击，又无柔性冲击，常用于较高速 度的凸轮机构。
1.曲柄摇杆转化为曲柄滑块
4.1平面连杆机构
2.曲柄滑块转化为偏心轮滑块
4.1平面连杆机构
3.其他机构 如压水井
42 凸轮机构
§4.2凸轮机构
一、凸轮机构的应用和类型
1.凸轮机构的组成特性和应用 平面连杆机构一般只能近似地实现给定的 运动规律，而且设计较为复杂，在各种机器 中，特别是自动化机器中，为实现各种复杂 的运动要求，常采用凸轮机构。 右图所示为内燃机的气门机构，当具有曲 线轮廓的凸轮1作等速回转时，凸轮曲线轮 廓通过与气门2（从动件）的平底接触，迫 使气门2相对于气门导管3（机架）作往复直 线运动，从而控制了气门有规律的开启和闭 合。气门的运动规律取决于凸轮曲线轮廓的 形状。
4.2 凸轮机构
凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，他通过与从动件 的高副接触，在运动时可以使从动件获得连续或不连续的任 意预期运动。
凸轮机构结构简单、紧凑，能方便地设计凸轮轮廓以实现 从动件预期运动规律，广泛用于自动化和半自动化机械中作 为控制机构。
生活中的平面连杆机构
生活中的平面连杆机构09090314李怀阳前言：平面连杆机构因其构造简单，加工、使用方便的特点使其成为是日常生产生活中的不可或缺的机构。
用心观察的话，会发现平面连杆机构出现在我们身边的很多地方。
用于平面连杆机构种类繁多，下面只记录了我在工大校园中发现的一些平面连杆机构。
一、窗户开启机构这种机构出现在宿舍和教室的窗户上，其中三教采用了使滑块竖直滑行的方式，一教、宿舍等其他地方则多采用使滑块平行滑动的方式，但本质上机构的性质完全相同。
机构运动简图：由此机构的机构运动简图我们可以看出，此机构属于曲柄滑块机构是曲柄连杆机构的一种特殊的存在方式。
下面进行分析。
原动件是什么：简图中1杆（即玻璃窗户） 原动件是不是曲柄：不是有无急回特性：无传递性能：此机构起对窗户的支撑作用，并不是主要为了传递运动，所以传递性能不是很好。
是否有死点位置：无二、订书器开盖机构这种机构出现在订书器的启盖处。
机构运动简图：由此机构的机构运动简图我们可以看出，此机构属于曲柄滑块机构。
下面进行分析。
原动件是什么：简图中1杆（即订书器上盖）原动件是不是曲柄：不是有无急回特性：无传递性能：此机构主要应用滑块的作用来固定订书钉，所以传递性能不是很好。
是否有死点位置：无四、手机滑盖机构这种机构出现在某些滑盖手机的滑盖处。
机构运动简图：由此机构的机构运动简图我们可以看出，此机构属于曲柄连杆机构。
下面进行分析。
原动件是什么：简图中1杆（手机屏幕）原动件是不是曲柄：不是有无急回特性：有传递性能：此机构起对屏幕的支撑作用，并不是主要为了传递运动，所以传递性能不是很好。
是否有死点位置：有死点的意义：此机构正是利用了死点的原理才能使手机屏幕在一定位置保持不动。
2。
第一节 平面连杆机构的基本类型和特性
机架4:固定不动
平面连杆机构的基本类型
1、曲柄摇杆机构
连架杆一为曲柄，一为摇杆的平面四杆机构。
平面连杆机构的基本类型
曲柄摇杆机构应用实例： 雷达天线仰俯角的调整装置
平面连杆机构的基本类型
汽车前窗刮雨器
平面连杆机构的基本类型 2、双曲柄机构
在铰链四杆机构中，两个连架杆都能做整周 回转，即有两个曲柄。
C
l2 B C1 l3
l1
A B1 l4
D
连杆机构的基本特性
当杆1处于AB2 位置时，设 l4 >l1 ,△AC2D 有：
L1+L2<=L3+L4 (3)
将（1）、（2）、（3）分别相加，得：
l1 l3
C l2 B l1 B2 C1 l3
C2
l1 l2 l1 l4
B1
A
l4
D
连杆机构的基本特性
双摇杆机构应用实例：气动搬运机构
平面连杆机构的基本类型
双摇杆机构应用实例：飞机起落架机构
减小空气阻力
平面连杆机构的基本类型
双摇杆机构应用实例： 港口用门式起重机变幅机构
平面连杆机构的基本类型
起吊中要求点E近似沿水平直线运动，以 保持货物在移动中高度不变，免使吊钩因不必 要的升降而损失能量。
二、连杆机构的基本特性
平面连杆机构的基本类型
双曲柄机构应用实例：机车车轮的联动机构
匀速
匀速
机车车轮的联动机构
平面连杆机构的基本类型
汽车车门开启与关闭装置
平面连杆机构的基本类型
双曲柄机构应用实例：惯性筛
变速 匀速
平面连杆机构的基本类型
3、双摇杆机构
在铰链四杆机构中，两个连架杆都只能做往 复摆动的四杆机构。
平面连杆机构
1.2 铰链四杆机构的类型及曲柄存在的 条件
图1.1 铰链四杆机构
图1.2 曲柄摇杆机构
图1.3 牛头刨床横向进刀机构
图1.4 缝纫机踏板机构 1.曲柄；2.连杆；3.踏板；4.支架
1.2 铰链四杆机构的类型及曲柄存在的 条件
2.双曲柄机构 两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构，如图1.5所示。在图
1.2 铰链四杆机构的类型及曲柄存在的 条件
1.2.1 铰链四杆机构的类型
平面连杆机构的类型很多，但最基本的是铰链四杆机构。铰链四杆机构由四 个构件用铰链连接而成，如图1.1所示。在此机构中固定不动的构件AD称为机 架，与机架相连的构件AB和CD称为连架杆，与机架相对的构件BC称为在某一角度（小于 360°）内摆动，称为摇杆。
图1.14 曲柄滑块机构
1.3 铰链四杆机构的演化
1.3.2 导杆机构
曲柄滑块机构各构件间具有不同的相对运动，因而当取不同的构件作机架时 ，机构呈现出不同的运动特点。 1.转动导杆机构和摆动导杆机构
在图1.15（a）所示的曲柄滑块机构中，当取杆1为机架时，则机构演化成 图1.15（b）所示的导杆机构。其中与滑块组成移动副的长杆4称为导杆。若杆 长l1l2，杆2整周回转时，杆4往复摆动，称此机构为摆动导杆机构。
在图1.12（a）所示的铰链四杆机构中，设各杆的长度分别为a、b、c、d。 先假定构件1为曲柄，则在其回转过程中杆1和杆4一定可实现拉直共线和重叠 共线两个特殊位置（摇杆处于左右极限位置），即构成△BCD[图1.12（b）、 （c）]。根据三角形任意两边之和必大于第三边的定理可得:
图1.12 铰链四杆机构的运动过程
铰链四杆机构根据其连架杆是否为曲柄，可以分为三种类型，即曲柄摇杆 机构、双曲柄机构和双摇杆机构。
平面连杆结构(一)
平面连杆结构(一)(总分：100.00，做题时间：90分钟)一、{{B}}计算题{{/B}}(总题数：25，分数：100.00)1.下图图a所示的铰链四杆机构中，已知各构件的长度：L AB=25mm，L BC=55mm，L CD=40mm，L AD=50mm[比例绘制]，试：(1)判断构件1能否成为曲柄(写出判断过程)。
(2)用作图法作出构件3的最大摆角ψ。
(3)用作图法作出极位夹角θ。
(4)用作图法作出最小传动角γmin。
(5)当分别固定构件1、2、3、4为机架时，各获得什么机构(要求直接给出机构名称，不用写出判断过程)。
（分数：4.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(如下图图b所示。
[*](1)杆长和条件为L min+L max≤其余两杆长度之和由于25+55＜40+50，且构件1为连架杆，所以构件1能成为曲柄。
(2)构件3最大摆角ψ出现在曲柄连杆两次共线位置时，摇杆的最大摆角为ψ。
(3)机构的极位夹角θ为摇杆处于两极限位置时，曲柄对应所夹锐角。
(4)最小传动角γmin为机构的最小传动角，出现在曲柄与机架重叠共线的位置；(5)当分别固定构件1、2、3、4为机架时，机构的名称如下：当固定构件1时，得双曲柄机构；当固定构件2时，得曲柄摇杆机构；当固定构件3时，得双摇杆机构；当固定构件4时，得曲柄摇杆机构。
[解析] (1)分析题目，本题属于机构分析作图求解的问题。
(2)给定机构尺寸，对铰链四杆机构进行工作特性分析，机构存在两个整转副的条件，具有急回特性；分析传力性能，画出压力角和传动角。
(3)主要是应用平面四杆机构的工作特性展开分析。
)解析：2.在下图图a所示曲柄滑块机构中，已知L AB=20mm，L BC=60mm，e=10mm的，试用作图法确定：(1)滑块的行程H。
机械原理-平面连杆机构及设计
平面连杆机构的运动分析
1
位置分析
通过几何和三角学的方法，确定各个连
速度分析
2
杆和转轴的位置。
计算各个部件的速度，了解机构的运动
特性。
3
加速度分析
研究连杆的加速度，对机械系统的稳定 性和性能影响重大。
平面连杆机构的设计原则
力学平衡Biblioteka 确保各个连杆和转轴保持力学平衡，避免不必 要的应力。
优化尺寸
选择合适的尺寸和比例，以提高系统的性能和 耐久性。
机械原理-平面连杆机构及设计
探索机械原理中的平面连杆机构，深入了解其组成部分、运动分析、设计原 则、类型和应用领域。
什么是平面连杆机构
平面连杆机构是由连杆和旋转副组成的机械装置，用于转换直线运动和旋转运动。它被广泛应用在各种机械设 备和工具中。
平面连杆机构的组成部分
• 连接杆：用于连接各个部件并传递力和运动。 • 转轴：提供连杆的旋转运动。 • 摩擦面或球面：减小连杆关节的摩擦。 • 约束物：限制连杆的自由运动。
减小摩擦
使用适当的润滑和设计摩擦减小装置，提高效 率。
动态平衡
通过合理设计和调整质量分布，减少系统的振 动。
常见的平面连杆机构类型
滑块曲柄机构
由连接杆、连杆、中心轴和滑块 组成，广泛应用在汽车和机床。
钟摆式机构
采用钟摆原理，具有稳定的运动 轨迹，用于摆锤和钟表。
平行连杆机构
通过平行排列的连杆传递运动和 力，在工程和自动化领域有广泛 应用。
平面连杆机构的应用领域
1 工业生产设备
机械加工、装配线和工厂自动化。
3 家庭用具
打印机、洗衣机和电动工具。
2 交通运输工具
汽车、火车和航空器。
0 第2章 (1-6) 平面连杆机构
平面四杆机构的基本特性 3. 度过死点位置的方法
采用错位排列地方式顺利地通过死点位置
增大从动件的质量、利用惯性度过死点位置
平面多杆机构简介
前面我们学了基本机构 ，可以根据基本机构的功能， 进行组合以及机构的演化及变异原理创新设计出丰富多彩 的多杆机构。 1. 扩大从动件的行程 冷床运输机就是一个六 杆机构。它用于把热轧 钢料在运输过程中冷却， 因此要求增大行程，该 机构由曲柄摇杆机构 ABCD和杆EF、滑块6所 组成。显然滑块6的行程 S比曲柄摇杆机构ABCD 中C点的行程要大的多。
铰链四杆机构的基本形式及其演化
2. 取不同的构件为机架
当以不同的构件作为机 架时，将得到不同类型 的机构。
以构件1为机架时， 为曲柄滑块机构。
以构件2为机架时， 为回转导杆机构。
以构件3为机架时， 为摇块机构。
以构件4为机架时， 为移动导杆机构。
铰链四杆机构的基本形式及其演化 手摇唧筒
铰链四杆机构的基本形式及其演化
➢ 本章主要介绍平面四杆机构的类型及应用、特性、设 计方法。
铰链四杆机构的基本形式及其演化
一、四杆机构的基本型式
根据连架杆运动形式的不同，可分为三种基本形式：
1. 曲柄摇杆机构—在两连架杆中，一个为曲柄，另一个为
摇杆。
➢ 运动特点：
一般曲柄主动，将连 续转动转换为摇杆的 摆动，也可摇杆主动， 曲柄从动。
铰链四杆机构的基本形式及其演化 平行双曲柄机构
应用：应用于从动件需要和主动件保持同步的场合。 举例：机车车轮的联动机构
机车车轮联动机构
铰链四杆机构的基本形式及其演化 3. 双摇杆机构—两连杆架均为摇杆的四杆机构
平面连杆机构
图2-1 铰链四杆机构
一、铰链四杆机构的基本型式
3、铰链四杆机构的分类 根据连架杆运动形式的不同，可分为三种基 本形式：曲柄摇杆机构、双摇杆机构、双曲柄机 构 （1）曲柄摇杆机构：两连架杆，一为曲柄，另一 为曲柄摇杆。 （2）双曲柄机构：两连架杆均为曲柄。 （3）双摇杆机构：两连架杆均为摇杆。
一、曲柄摇杆机构
4Байду номын сангаас
2 B 1 A
自卸卡车举升机构
B 1 A
2
A 3 4
1
2 3
B
4 C 曲柄滑块机构 C A
A 4 4
1
2
B
定块机构
设计：潘存云
3 C
手摇唧筒
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
2
2 1
1
3 4
3
4
椭圆仪机构 正弦机构 正切机构
三、曲柄滑快机构演化——偏心轮机构
曲柄长度较小时，一杆上不宜制两个转动副联接（两轴 直径较大而杆较短），此时可制成偏心轮机构，运动特 性不变，而增强刚度，改善受力。
摇杆为主动件时，且连杆与曲柄两次共线时有： 死点 极位夹角θ >0
3、压力角和传动角
（二）双曲柄机构 特征：两个曲柄 特点：将等速回转转变为等速或变速回转。 应用实例：如叶片泵、 惯性筛、 平行四边形 机构——火车车轮连动 机构等。
A B 1 D 2 设计：潘存云 C 3
6 C 设计：潘存云 2 3 B 4 D 1 A
也可以利用死点进行工作：飞机起落架、钻夹具等。
C D A A C
设计：潘存云
P
γ B =0
B
B 2 2 C
C γ=0 33
平面连杆机构
第3章平面连杆机构平面连杆机构是由若干个构件通过低副联接而成的机构,又称平面低副机构;由四个构件通过低副联接的平面连杆机构称为平面四杆机构,是平面连杆机构中最常见的形式;平面连杆机构广泛应用于各种机械和仪表中,具有许多优点：平面连杆机构中的运动副均为低副,组成运动副的两构件之间为低副联接,因而承受的压强小,便于润滑,磨损较轻,能承受较大的载荷；构件形状简单,加工方便,构件之间的接触是由构件本身的几何约束来保持的,所以工作平稳；在主动件等速连续运动的条件下,当各构件的相对长度不同时,可使从动件实现多种形式的运动；利用连杆可满足多种运动轨迹的要求;平面连杆机构的主要缺点：低副中存在间隙,会引起运动误差,不易精确地实现复杂的运动规律；连杆机构运动时产生的惯性力难以平衡,不适用于高速场合;平面连杆机构常以其所含的构件杆数来命名,如四杆机构、五杆机构……,常把五杆或五杆以上的平面连杆机构称为多杆机构;最基本、最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的平面四杆机构;它不仅应用广泛,而且又是多杆机构的基础;平面四杆机构可分为铰链四杆机构和衍生平面四杆机构两大类,前者是平面四杆机构的基本形式,后者由前者演化而来;平面四杆机构的基本形式及演化平面四杆机构可分为两类：1. 运动副全为转动副的平面四杆机构,称为铰链四杆机构;图3-1 铰链四杆机构图3-1为铰链四杆机构示意图,其中AD杆是机架,与机架相对的BC杆称为连杆,与机架相连的AB杆和CD杆称为连架杆,其中能做整周回转运动的连架杆称为曲柄,只能在小于360°范围内摆动的连架杆称为摇杆;2. 运动副中既有转动副又有移动副的平面四杆机构,称为衍生平面四杆机构,如曲柄滑块机构如图3-2所示;3.1.1铰链四杆机构的基本类型图3-2 曲柄滑块机构1．曲柄摇杆机构两连架杆中一个为曲柄另一个为摇杆的铰链四杆机构,称为曲柄摇杆机构;曲柄摇杆机构中,当以曲柄为原动件时,可将曲柄的匀速转动变为从动件的摆动;如图3-3所示的雷达天线机构,当原动件曲柄1转动时,通过连杆2,使与摇杆3固结的抛物面天线作一定角度的摆动,以调整天线的俯仰角度;图3-4为汽车前窗的刮雨器,当主动曲柄AB回转时,从动摇杆作往复摆动,利用摇杆的延长部分实现刮雨动作;图3-3 雷达天线机构图3-4 汽车前窗刮雨器1-曲柄 2-连杆 3-摇杆天线 4-机架 1-机架 2-曲柄 3-连杆4-摇杆也有以摇杆为原动件、曲柄为从动件的情况;如图3-5所示缝纫机的脚踏机构,当脚踏板原动件上下摆动时,通过连杆使曲柄从动件连续转动,输出动力;图3-5 缝纫机2. 双曲柄机构在铰链四杆机构中,若两个连架杆均为曲柄,则称为双曲柄机构;如图3-6所示的惯性筛机构,工作时以曲柄2为主动件,做等角速连续转动；通过连杆3带动曲柄4,做周期性的变角速连续转动；再通过构件5使筛体做变速往复直线运动;图3-6 惯性筛双曲柄机构中,应用很广的是两曲柄长度相等、连杆与机架的长度也相等且彼此平行的平行四边形机构,也称为平行双曲柄机构;其特点是两个曲柄的运动规律完全相同,连杆3始终做平动;如图3-7所示的机车车轮机构;图3-7机车车轮机构平行四边形机构中,若对边杆彼此不平行,则称为反向双曲柄机构;其特点是原动件与其对边从动件做相反方向的转动,如图3-8所示的窗门启闭机构;3. 双摇杆机构两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构;图3-9a 所示为港口起重机,当CD 杆摆动时,连杆CB 上悬挂重物的点M 在近似水平直线上移动;图3-9b 所示的电风扇的摇头机构中,电机装在摇杆4上,铰链A 处装有一个与连杆1固结在一起的蜗轮;电机转动时,电机轴上的蜗杆带动蜗轮迫使连杆1绕A 点作整周转动,从而使连架杆2和4作往复摆动,达到风扇摇头的目的;图3-9图3-8窗门启闭机图3-10a、b所示的飞机起落架及汽车前轮的转向机构等也均为双摇杆机构的实际应用;汽车前轮的转向机构中,两摇杆的长度相等,称为等腰梯形机构,它能使与摇杆固联的两前轮轴转过的角度不同,使车轮转弯时,两前轮的轴线与后轮轴延长线上的某点P交于点,汽车四轮同时以P点为瞬时转动中心,各轮相对地面近似于纯滚动,保证了汽车转弯平稳并减少了轮胎磨损;图3-103.1.2 平面四杆机构的演化在实际机器中,还广泛地采用着其他多种型式的四杆机构;这些型式的四杆机构,可认为是通过改变某些构件的形状、改变构件的相对长度、改变某些运动副的尺寸、或者选择不同的构件作为机架等方法,由四杆机构的基本型式演化而成的;铰链四杆机构的演化,不仅是为了满足运动方面的要求,还往往是为了改善受力状况以及满足结构设计上的需要等;各种演化机构的外形虽然各不相同,但是它们的运动性质以及分析和设计方法却常常是相同或类似的,这就为连杆机构的研究提供了方便;ab图3-11 铰链四杆机构的演化1．曲柄滑块机构在如图3-11a 所示的曲柄摇杆机构中,当曲柄1绕轴A 回转时,铰链C 将沿圆弧ββ往复运动;现如图b 所示,设将摇杆3做成滑块形式,并使其沿圆弧导轨BB 往复运动,显然其运动性质并未发生改变;但此时铰链四杆机构已演化为曲线导轨的曲柄滑块机构;又如在图3-11a 所示的铰链四杆机构中,设将摇杆3的长度增至无穷大,则铰链C 运动的轨迹ββ将变为直线,而与之相应的图3-11b 中的曲线导轨将变为直线导轨,于是铰链四杆机构将演化成为常见的曲柄滑块机构,如图3-12所示;其中图3-12a 所示的为具有一偏距e 的偏置曲柄滑块机构；而图3-12b 所示的为没有偏距的对心曲柄滑块机构;曲柄滑块机构在冲床、内燃机、空气压缩机等各种机械中得到了广泛的应用;2．导杆机构如图3-13a 所示的曲柄滑块机构中,若改选构件AB 为机架,则构件4将绕轴A 转动,而构件3则将以构件4为导轨沿该构件相对移动;将构件4称为导杆,而由此演化成的四杆机构称为导杆机构如图3-13b 所示;ab图3-12曲柄滑块机构 a bcd图3-13导杆机构在导杆机构中,如果其导杆能作整周转动,则称其为回转导杆机构;如图3-14所示,为回转导杆机构在一小型刨床中的应用实例;在导杆机构中,如果导杆仅能在某一角度范围内往复摆动,则称为摆动导杆机构;如图3-15a 所示为一种牛头刨床的导杆机构;图3-15b 为图3-15a 所示牛头刨床的主机运动简图;3．摇块机构和定块机构同样,在如图3-12a 所示的曲柄滑块机构中,若改选构件BC 为机架,则将演化成为曲柄摇块机构如图3-12c 所示;其中滑块3仅能绕点O 摇摆,如图3-16所示的液压作动筒,即为此种机构的应用实例,液压作动筒的应用很广泛;如图3-17所示的自卸卡车的举升机构即为应用的又一实例;ab图3-19偏心轮机构 图3-14回转导杆机构图3-16液压作动筒 图3-17自卸卡车的举升机构液图3-15 牛头刨床的导杆机构在图3-12a 所示的曲柄滑块机构中,若改选滑块3为机架,称定块,则将演化成为定块机构如图3-12d 所示;如图3-18所示为定块机构用于抽水唧筒的实例;4．偏心轮机构在如图3-19a 所示的曲柄滑块机构中,当曲柄AB 的尺寸较小时,由于结构的需要常将曲柄改作成如图3-19b 所示的一个几何中心不与其回转中心相重合的圆盘,此圆盘称为偏心轮,其回转中心与几何中心间的距离称为偏心距它等于曲柄长,这种机构则称为偏心轮机构;显然,此偏心轮机构与图3-18a 所示的曲柄滑块机构的运动特性完全相同;而此偏心轮机构,则可认为是将图3-18a 所示的曲柄滑块机构中的转动副B 的半径扩大,使之超过曲柄的长度演化而成的;这种机构在各种机床和夹具中广为采用;5．双滑块机构在图3-19a 的曲柄滑块机构中,将摇杆BC 改为滑块时,则变为如图3-19b 所示的双滑块机构;双滑块机构一般用于仪表和计算装置中如印刷机械、机床、纺织机械等 ,如缝纫机中针杆机构图3-20a 、b,椭圆规图3-21; 图3-18抽水唧筒图3-19双滑块机构图3-20 缝纫机针杆机构 图3-21 椭圆规平面四杆机构的基本特性3.2.1铰链四杆机构的类型的判别1．存在一个曲柄的条件铰链四杆机构是否存在曲柄,取决于两个因素：各杆的相对长度以及选择哪一个构件作为机架;设图3-22所示的机构为曲柄摇杆机构,其中杆1为曲柄,杆3为摇杆;各杆长度分别用1l 、2l 、3l 、4l 表示;杆1是否能作整周转动,就看其是否能顺利通过与机架共线的两个位置AB ′和AB ″;当曲柄位于AB ′时机构折叠成三角形B ′C ′D,根据三角形任意两边之差小于极限状态等于第三边的条件可得2l -3l ≤4l -1l图3-22存在曲柄的条件1l +2l ≤3l +4l 3-1或 3l -2l ≤4l -1l即 1l +3l ≤2l +4l 3-2当曲柄位于AB ″时机构折叠成三角形B ″C ″D,根据三角形任意两边之和大于等于第三边的条件可得1l +4l ≤2l +3l 3-3将式3-1、3-2、3-3两两相加可得1l ≤2l ,1l ≤3l ,1l ≤4l 3-4由式3-1、3-2、3-3 、3-4可得构成曲柄摇杆机构的必要条件：1曲柄为最短杆；2最短杆与最长杆长度之和小于等于另外两杆长度之和;2．铰链四杆机构类型的判别通则上述分析得出了铰链四杆机构存在一个曲柄的条件,但铰链四杆机构三个基本类型的演化取决于“取不同的构件作为机架”;如图3-22a 所示曲柄摇杆机构中,杆AD 为机架,杆AB 为曲柄,杆AB 与杆AD 可作相对整周转动,以大于半圆的单箭头弧线表示;CD 为摇杆,与杆AD 只能作相对摆动,以小于半圆的双箭头弧线表示;若以杆BC 为机架,仍然满足构成曲柄摇杆机构的两个条件,因此,杆AB 为曲柄,杆AB 与杆BC 可作相对整周转动,以大于半圆的单箭头弧线表示;CD 为摇杆,与杆BC 只能作相对摆动,以小于半圆的双箭头弧线表示,如图3-22b 所示; 图3-22 机架变更对机构类型的影响当四杆机构中各杆的长度确定之后,构件与构件之间相对运动的范围即已确定,与选择哪一构件作为机架无关;若以杆AB 为机架,根据图3-22a 所示的关系,杆AD 、BC 相对于杆AB 之间均可作整周转动,成为双曲柄机构,如图3-22c 所示；若以杆CD 为机架,杆AD 、BC 相对于杆CD 之间都只能作摆动,成为双摇杆机构,如图3-22d 所示;根据以上分析可得铰链四杆机构类型的判别通则：1 若最短杆与最长杆长度之和大于另外两杆长度之和,无论以哪一个构件作为机架,均不存在曲柄,都只能是双摇杆机构;2 若最短杆与最长杆长度之和小于另外两杆长度之和,是否存在曲柄取决于哪一个构件作为机架：1 以最短杆邻边作为机架,构成曲柄摇杆机构,如图3-22a 、3-22b 所示；2 以最短杆作为机架,构成双曲柄机构,如图3-22c 所示；3 以最短杆对边作为机架,构成双摇杆机构,如图3-22d 所示;作为特例,平行四边形机构以任何一边作为机架,均构成双曲柄机构;3.2.2机构的急回特性如图3-22所示为曲柄摇杆机构,当曲柄AB 沿顺时针方向以等角速度ω从与BC 共线位置AB l 转到共线位置AB 2时,转过的角度为ϕ1180°+θ；摇杆CD 从左极限位置C 1D 摆到右极限位置C 2D,设所需时间为1t ,C 点平均速度为1ν；当曲柄AB 再继续转过角度ϕ2180°+θ,即从AB 2到AB l ,摇杆CD 自C 2D 摆回到C 1D,设所需时间为2t ,C 点的平均速度为2ν;由于ϕ1>ϕ2,则1t >2t ;又因摇杆CD 往返的摆角都是ψ,而所用的时间却不同,往返的平均速度也不相同,即1ν<2ν;由此可见,当曲柄等速转动时,摇杆来回摆动的平均速度是不同的,摇杆的这种运动特性称为急回运动特性;为了表明摇杆的急回运动特性的程度,通常用行程速比系数K 来衡量,K 与极位夹角θ的关系是：1212ωωνν==K =错误! = 错误!=错误!=错误! 3-5 图3-23 曲柄存在的条件图3-24 急回运动特性式中,θ称为极位夹角,即从动摇杆处于左、右两极限位置时,主动曲柄相应两位置所夹的锐角;由式3-5可知,行程速比系数与极位夹角θ有关,θ越大,K 越大;当θ=0时,K=1,说明机构无急回运动;由式3-5可得：︒⨯+-=18011K K θ 3-6 由式3-6可知如果要得到既定的行程速比系数,只要设计出相应的极位夹角θ即可; 除曲柄摇杆机构外,具有急回运动特性的四连杆机构还有偏置曲柄滑块机构和曲柄摆动导杆机构;在各种机器中,应用四连杆机构的急回运动特性,可以节省空回行程的时间,以提高生产效率;3.2.3压力角和传动角如图3-25所示为曲柄摇杆机构,主动曲柄通过连杆BC 传递到C 点上的力F 的方向与从动摇杆受力点C 的绝对速度c ν的方向之间所夹的锐角α,称为压力角;压力角α的余角γ,称为传动角;力F 可分解为沿C 点绝对速度c ν方向的分力Ft,及沿摇杆CD 方向的分力Fn,Fn 只能对摇杆CD 产生径向压力,而Ft 则是推动摇杆运动的有效分力;α越小,γ越大,有效分力Ft 越大,而Fn 越小,对机构传动越有利;在机构运动过程中,其传动角γ的大小是变化的,为保证机构传动良好,设计时通常要使︒≥40min γ,传动力矩较大时,则要使︒≥50min γ;3.2.4死点位置图3-26四连杆机构的死点位置图3-25压力角和传动角在如图3-26a 所示的曲柄摇杆机构中,若摇杆主动,则当摇杆处于两个极限位置即机构处于两个虚线位置时,连杆与曲柄共线,此时传动角︒=0γ;这时,主动件摇杆CD 通过连杆作用于从动曲柄AB 上的力,恰好通过曲柄的回转中心A,所以理论上不论用多大的力,都不能使曲柄转动,因而产生了“顶死”现象,机构的这种状态位置称为死点位置;例如,如图3-26b 所示的偏置曲柄滑块机构,当滑块主动并处于极限位置时；如图3-26c 所示曲柄摆动导杆机构,当导杆主动并处于极限位置时;为了使机构能顺利通过死点而连续正常运转,曲柄摇杆机构和曲柄滑块机构可以安装飞轮,增大转动惯量如缝纫机、汽车发动机等；对曲柄摆动导杆机构和双摇杆机构,则通常是限制其主动构件的摆动角度;工程上,也常利用机构的死点位置来实现一定的工作要求;如图3-27所示为钻床夹紧机构,使机构处于死点位置来夹紧工件;如图3-28所示的飞机起落架也是利用双摇杆机构处于死点状态,来保证飞机安全起降的;平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计主要是根据给定的运动要求,确定各构件的几何参数;在设计中还应考虑结构条件如合适的杆长比和运动副结构与尺寸、动力条件如最大压力角限制、运动条件等;常用的设计方法有图解法、解析法和实验法;这里主要对图解法进行介绍;3.3.1已知连杆的位置设计四杆机构生产实践中,经常要求一个构件在运动过程中能达到某些特定的图3-29振实造型机翻台机构图3-27钻床夹紧机构 图3-28飞机起落架位置,如图3-29所示的造型机翻台机构,当翻台处于位置I 时,在砂箱内填砂造型；造型结束时,液压缸活塞杆驱动四杆机构AB l C l D,使翻台转至位置Ⅱ,这时托台上升,接下砂箱并起模;要求翻台能实现B 1C 1,B 2C 2两个位置;再如图3-30所示加热炉炉门启闭机构,要求加热工件时炉门关闭；加热后炉门开启,开启后炉门应放到水平位置并将G 面朝上,能作为一个平台使用为使炉门实现这两个位置,可将有一定位置要求的构件翻台和炉门视作该四杆机构中的连杆,此类问题可用作图法设计,具体设计方法如下;已知：连杆BC 的长度l BC 及其两个位置B lC l ,B 2C 2;分析：由图3-31可知,如能确定固定铰链A和D 的中心位置,便可确定各构件的长度;由于连杆上B,C 两点的轨迹分别在以A 和D 为圆心的圆周上,所以A,D 两点必然分别位于B 1B 2、C l C 2和中垂线b 12和c 12上;据此,可得设计方法和步骤如下：1选用比例尺1μ,按已知条件画出连杆的两个位置B 1C 1和B 2C 2;2分别连接B 1、B 2和C l 、C 2点;并作它的中垂线b 12和c 12;3在b 12上任取一点A,在c 12任取一点D,连接ABCD,则ABCD 即为所求的四杆机构;各杆长度11AB l AB μ=,D C l CD 11μ=,AD l AD 1μ=;在已知构件两个位置的情况下,由于A 、D 两点在b 12和c 12上是任取的,所以有无数解;若给出其他辅助条件,如机架长度AD l 及其位置等,就可得出唯一解;另外,如果给定连杆长度及其三个位置,则答案也是唯一的,如图3-32所示;给定连杆三个位置设计四杆机构步骤如下：图3-30加热炉炉门启闭机构 图3-31 按连杆位置来设计四杆机构图3-32 按给定连杆位置设计四杆机构连B 1B 2并作其垂直平分线,B 铰链中心运动轨迹的圆心A 必须在该垂直平分线上；连B 2B 3并作其垂直平分线,A 点也必定在该垂直平分线上,因而A 点必在这两条垂直平分线的交点上,由此可得铰链A 的位置;同理可得铰链D 的位置,从而作出四杆机构AB 1C 1D;3.3.2已知行程速比系数设计四杆机构知道了行程速比系数K,就知道了四杆机构急回运动的条件,从而可以计算出极位夹角θ；再根据其他一些限制条件及极位夹角θ,可用作图法方便地作出该四杆机构;1．曲柄摇杆机构设已知摇杆长度CD l 、摆角ψ和程速比系数K,请设计曲柄摇杆机构;分析 如图3-33所示,显然在已知CD l 、摆角ψ的情况下,只要能确定A 铰链的位置,则在量得1C A l 和2C A l 后,则可求得曲柄长度AB l 心和连杆长度BC l 212AC AC AB l l l -= 221AC AC BC l l l +=CD l 可直接量得;由于A 点是极位夹角的顶点,即∠C 1AC 2=θ,如过AC l C 2三点作辅助圆,由几何知识可知,在该圆上任取一点A 为顶点,其圆周角也是θ,且过辅助圆心O 的圆心角∠C 10C 2=2θ;显然,当求得极位夹角θ后,用作图法容易作出辅助圆并得到圆心O,则问题迎刃而解;作图步骤归纳如下：1计算：按式3-6求得θ ︒⨯+-=18011K K θ 2作摇杆的两极限位置：任选摇杆回转中心D 的位置,按一定的长度比例尺1μ,根据已知CD l 及摆角ψ作出摇杆的两个极限位置C l D 和C 2D 见图3-33b;图3-33 按行程速比系数设计四杆机构3作辅助圆：联接C 1、C 2,并且作与C l C 2成90θ-︒的两条直线,设它们交于O 点,则∠C 10C 2=2θ;以O 点为圆心,以OC 1或0C 2为半径作辅助圆;4在辅助圆上任取一点A 为铰链中心,并连接AC 1和AC 2,量得1AC l 和2AC l 的长度,据此可求出曲柄和连杆的长度5求其他杆件的长度：机架CD l 可直接量得,乘以比例尺1μ即为实际尺寸; 2121AC AC ABl l l -=μ 2211AC AC BC l l l +=μ由于A 点是在辅助圆上任选的一点,所以实际可有无穷多解;若能给定其他辅助条件,如曲柄长度AB l 、机架长AD l 或最小传动角min γ等,则可有唯一的解;实际设计时,多数都有相应的辅助条件,如果没有辅助条件,可以根据实际情况自行确定;若已知滑块行程s 、偏距e 和行程速比系数K的情况,则可设计偏置曲柄滑块机构;如果已知机架长度AC l 和行程速比系数K,由图3-34可以看出,摆动导杆机构的极位夹角θ与导杆的摆角ψ相等,则设计摆动导杆机构的实质,就是确定曲柄长度AB l ;设计方法和步骤：1计算θ：︒⨯+-=18011K K θ 2作导杆的两极限位置：任选一点为固定铰链C 点的中心,按ψ=θ作导杆的两极限位置C m 和C n ,使∠m C n =ψ;3确定A 点及曲柄长度：作摆角ψ的平分线,并在其上取CA=AC l ,得曲柄回转中心A 点的位置；过A 作C m 线C n 线的垂线AB 1AB 2,垂足为B 1、B 2,即得曲柄长度AB l =1μAB 1;画出滑块,则设计完成;2．曲柄滑块机构如图3-35所示,已知滑块行程H=50mm,偏心距e =10mm,行程速比系图3-34 摆动导杆机构图3-35 曲柄滑块机构数K=,试设计一偏置的曲柄滑块机构;解： 计算机构的极位夹角θ︒⨯+-=18011K K θ=° 1 选择作图比例1μ=2mm/mm,作滑块的极限位置C 1、C 2,使C 1C 2=H/1μ=25mm,如图3-36所示;2 作∠C 1C 2O=∠C 2C 1O =90θ-︒=°,直线C 1O 与C 2O 交于点O;以O 为圆心、C 1O 为半径画圆,则弦C 1C 2对应的加以角为2θ=°;3 作直线A A '∥21C C 并相距e ／1μ=5mm,与圆O 交于A 、A ',连接C 1A 与C 2A,圆周角∠C 2AC 1=θ；则C l A 与C 2A 即为滑块处于极限位置时曲柄与连杆对应的位置,A 点即为铰链A 的中心位置;4由C l A=BC-AB,C 2A=BC+AB,从图中量出线段C l A 与C 2A 的长度,可得212A C A C AB -=, 212A C A C BC += 杆的实际长度为：曲柄长度AB l ⨯=11μ=24mm,连杆长度BC l ⨯=12μ=48mm;由于点A 是圆O 与直线AA ′的交点,因而答案是唯一的取A ′为曲柄转动中心,所得杆长与取A 点时相同;本章小结通过对本章的学习,学生应理解平面四杆机构的概念,掌握铰链四杆机构基本类型及演化形式,平面四杆机构的基本特性;了解平面四杆机构常用的设计方法;图3-36 曲柄滑块机构设计图习题与思考题平面四杆机构的基本形式是什么它有哪些演化形式演化的方式有哪些什么是曲柄平面四杆机构中曲柄存在的条件是什么曲柄是否就是最短杆什么是行程速比系数、极位夹角、急回特性三者之间关系如何什么是机构的死点位置,用什么什么方法可以使机构通过死点位置在曲柄摇杆机构中,已知连杆长度BC=90mm,机架长度AD=100mm,摇杆长度CD=70mm,试确定曲柄长度AB的取值范围;在双曲柄机构中,已知连杆长度BC=130mm,两曲柄长度AB=100mm,CD=110mm,试确定机架长度AD的取值范围;在双摇杆机构中,已知连杆长度BC=200mm,摇杆长度AB=70mm,摇杆长度CD=120mm,试确定机架长度AD的取值范围;在曲柄摇杆机构中,已知曲柄长度AB=50mm,机架长度AD=120mm,摇杆长度CD=100mm,试确定连杆长度BC的取值范围;一曲柄滑块机构,知行程S=100mm,K=,偏距e=50mm;试设计该机构;。
平面连杆机构的基本形式
平面连杆机构的基本形式概述平面连杆机构是一种常见的机械结构，用来将转动运动转化为直线运动或者反之。
它由连杆、关节和固定支承组成，广泛应用于机械工程、汽车工业等领域。
本文将介绍平面连杆机构的基本形式、运动学分析和应用。
一、平面连杆机构的定义平面连杆机构是指所有连杆在同一平面内运动的机构，它由刚性连杆和用于连接连杆的关节构成。
常见的平面连杆机构包括曲柄滑块机构、摇杆机构和平行四边形机构等。
1. 曲柄滑块机构曲柄滑块机构是由一个固定的曲轴（曲柄）和一个滑块组成的机构。
滑块沿着直线轨迹运动，可以实现转动运动到直线运动的转换。
它常用于内燃机等系统中的往复运动。
2. 摇杆机构摇杆机构由一个固定支点和两个连杆组成，其中一个连杆通过关节与摇杆连接，另一个连杆通过关节与摇杆相连。
摇杆机构可以实现转动运动到转动运动的转换，广泛应用于机械工程中的传动装置。
3. 平行四边形机构平行四边形机构由四个连杆组成，其中两个连杆平行，另外两个连杆也平行且等长。
平行四边形机构可以实现转动运动到转动运动的转换，常用于机械工程中的转向装置和变速装置。
二、平面连杆机构的运动学分析平面连杆机构的运动学分析是研究连杆与连杆之间的运动关系，其核心是解决位置、速度和加速度问题。
1. 位置分析位置分析是研究连杆在运动过程中的几何关系。
一般通过建立坐标系和运动方程来描述连杆的位置。
对于曲柄滑块机构，滑块位置可以通过曲柄的转动角度和连杆长度来确定；对于摇杆机构，可以通过摇杆的转动角度和连杆长度来确定；对于平行四边形机构，可以通过两个平行连杆的转动角度和连杆长度来确定。
2. 速度分析速度分析是研究连杆在运动过程中的速度关系。
一般通过求解连杆的速度向量和运动学方程来描述连杆的速度。
对于曲柄滑块机构，滑块的速度可以通过曲柄的角速度和连杆长度来确定；对于摇杆机构，可以通过摇杆的角速度和连杆长度来确定；对于平行四边形机构，可以通过两个平行连杆的角速度和连杆长度来确定。
第八章 平面连杆机构
4.定块机构 定块机构 在图8-1(c)所示的曲柄滑块机构中，如果取滑块3为机 架，便得到如图8-6所示的定块机构。如图8-7所示的手摇唧 筒就是这种定块机构的应用实例。
图8-6定块机构
图8-7 手摇唧筒
第三节 平面四杆机构的运动特性
一、曲柄摇杆机构的运动特性 曲柄摇杆机构的运动特性 1.急回特性 急回特性 急回特性 如图8-8所示的曲柄摇杆机构，设曲柄AB为原动件，摇杆 CD为从动件。在曲柄回转一周的过程中，曲柄AB与连杆BC 有两次共线，此时摇杆CD分别处于左、右两个极限位置C1D 和C2D，摆角为ψ。
图8-12死点位置错开的曲柄滑块机构
图8-10偏置曲柄滑块机构的急回特性 偏置曲柄滑块机构的急回特性
图8-11对心曲柄滑块机构的急回特性
铰链四杆机构的动力学特性
死点：传动角为零的
机构位置。即γ=0 在不计摩擦的情况下，若以CD为主动件， AB杆上所受的力恰好通过其回转中心， 构件AB不能连续转动，出现“顶死”现象。 此时，CD杆已不能驱动AB杆作连续运动。
2.导杆机构 导杆机构 当取图8-1（c）所示的曲柄滑块机构中的构件AB为机架 时，可得到如图8-3所示的导杆机构。构件2为原动件，构件4 称为导杆，滑块3相对导杆4滑动并随其一起绕A点转动。当 l1≤l2时，构件2和4均可作整周转动，称为转动导杆机构；当l1 ＞l2时，导杆4只能作往复摆动，称为摆动导杆机构。 导杆机构常用作牛头刨床（摆动导杆机构）和插床（转 动导杆机构）等工作机构。
平面连杆机构
机构的倒置
双曲柄机构
曲柄连杆机构
曲柄连杆机构
双摇杆机构
二、铰链四杆机构的类型判别 铰链四杆机构的类型判别 通过对铰链四杆机构运动的分析可知，铰链四杆机构有 曲柄存在的条件是： （1）最短杆与最长杆的长度之和小于等于其余两杆的 长度之和； （2）在机架和连架杆当中必有一杆是最短杆。 铰链四杆机构的类型与组成机构的各杆长度有关，也与 机架的选取有关。根据四杆机构有曲柄存在的条件，一般可 按下述方法判定其类型:
精密机械设计第4章平面连杆机构
曲柄摇杆机构
特征：曲柄＋摇杆 作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。
雷达天线俯仰机构
(天线→摇杆)→调整天线 俯仰角的大小
2 . 双曲柄机构：
连架杆均为曲柄→ ┌主动曲柄: 匀速转动 └从动曲柄: 变速转动
作用：将等速回转转变为等速或变速回转。
特例：平行四边形机构 特征：两连架杆等长且平行，
二.急回运动和行程速比系数 （以曲柄摇杆机构为例）
从动件作往复运动的平面连杆机构中，若从动件工作行程的平 均速度小于回程的平均速度，则称该机构具有急回特性。
工作行程时间＞空回行程时间
在曲柄摇杆机构中，当从动件 （摇杆）位于两极限位置时， 曲柄与连杆共线。此时对应的
主动曲柄之间所夹的锐角θ
叫作极位夹角。
l3≤(l4 –l1) + l2 l2≤(l4– l1) + l3
l1+l4≤ l2 + l3
l1+ l3 ≤ l2 + l4 l1+l2 ≤ l3 + l4
将以上三式两两相加得： l1≤ l2
即：AB 为最短杆 l1最短
l1≤l3 l1≤l4
曲柄存在的条件： (1)最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和 (2)最短杆是连架杆或机架
常用γ的大小来表示
γ是α的余角。
机构传力性能的好坏
由于在机构运动过程中，角是变化的， 因此设计时一般要求: γmin≥40°
min 出现在什么位置？
当∠BCD最小或最大时，即在主动曲柄与机架共线的 位置，都有可能出现γmin
主动件与机架共线的两个位置之一,传动角最小.
四.死点位置
从动件与连杆共线（ =0） →卡死
平面连杆机构
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。
一、铰链四杆机构的基本型式
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）、转动副转化成移动副
1、铰链四杆机构中一个转动副转化为移 动副
对心曲柄滑块机构 偏置曲柄滑块机构
曲柄存在条件： 对心曲柄滑块机构：L1<L2 行程 S=2L1 偏置曲柄滑块机构：L1+e<L2
2、铰链四杆机构中两个转动副转化为移动副
由于此机构当主 动件1等速回转时， 从动到导杆3的位 移为y=Labsinα ， 故又称正弦机构
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 §2-3 铰链四杆机构的演化 §2-4 平面四杆机构的设计
§2-1 平 面 四 杆 机 构 的 基本型式和特征
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。
曲柄是连架杆，只有整转副处于机架
上才能形成曲柄。当铰链四杆机构满足
整转副条件时，机构中最短杆的两端转
动副一定为整转副。 因此可以得出铰链四杆机构存在曲柄
的条件： ⑴最短杆与最长杆长度之和小于或
等于其余两杆长度 之和； ⑵连架杆和机架中，必有一个是最
短杆。
结论： 若铰链四杆机构满足上述整转副条件，
缝纫机
5平面连杆机构1
C2 ——C1，构件 ，构件1 构件3 转动 α 构件 2 转 180°ω3>ω1 °
α 1
1 3 p34
p12
C ° p23 当∠BAC=90°时 ∞ C1 2
p13 ∞ C2 分目录
α4 2
A
ω3=ω1
p13 ∞ 退出
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♦5.2.4 几种其他类型的四杆机构 ♦1) 正弦机构
2
θ — 极位夹角
θ = β1 − β 2
分目录
+b
2
) − 2(b
2
− a cos θ
2
)
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退出
AB主动时，无死点 主动时， 主动时
a α max = arcsin b a 1 1 ≤ ~ b 2.5 3
a
A
B
b
α
C
B
滑块主动时，有两个死点位 a 滑块主动时， 置 A
分目录
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退出
♦铰链四杆机构
♦1) 曲柄摇杆机构
应用
转动——摆动 摆动 转动 满足杆长条件，且最短杆作连架杆。 满足杆长条件，且最短杆作连架杆。
分目录
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退出
♦铰链四杆机构
♦2) 双曲柄机构
应用
等速转动——变速转动 变速转动 等速转动 满足杆长条件，且最短杆作机架。 满足杆长条件，且最短杆作机架。
2
4 1
+
上一页 下一页 退出
分目录
5.3 多杆机构
牛头刨床利用了导杆 牛头刨床利用了导杆 机构的急回特性。 机构的急回特性。
分目录
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退出
插床利用了转动导杆机构的变速转动性质。 插床利用了转动导杆机构的变速转动性质。 利用了转动导杆机构的变速转动性质
机械原理与设计平面连杆机构
机械原理与设计平面连杆机构引言连杆机构是机械工程中非常重要的一类机构，广泛应用于各种机械装置中。
平面连杆机构是其中最简单、常见的一种连杆机构。
本文将介绍机械原理与设计平面连杆机构的基本概念、工作原理及设计要点。
一、连杆机构的基本概念连杆机构是指由刚性杆件连接而成的机械系统，它具有一定的自由度和特定的运动特性。
平面连杆机构是指所有杆件均在同一平面内运动的连杆机构。
平面连杆机构由连杆、铰链和主动副组成。
连杆：连杆是连接其他杆件的刚性杆件，具有一定的长度和形状。
铰链：铰链是连接连杆的关节，它允许连杆相对旋转，保持一定的约束。
主动副：主动副是指能够驱动整个机构运动的关节，通常由电机或气动装置驱动。
二、平面连杆机构的工作原理平面连杆机构的工作原理是利用连杆的长度、角度和铰链的位置来实现特定的运动。
在平面连杆机构中，主要有以下几种常见的运动形式：1.顺序运动：当主动副驱动时，各个连杆按照一定的顺序依次运动。
这种运动形式常见于内燃机的活塞连杆机构。
2.并联运动：当多个连杆同时受到主动副驱动时，它们以同步的方式进行运动。
这种运动形式可以用来实现机械手臂等装置的运动。
3.逆运动：当主动副驱动时，连杆和铰链的位置发生变化，使机构实现逆向运动。
这种运动形式常见于一些特殊装置的设计。
平面连杆机构的工作原理和运动形式可以通过机械原理的分析和运动学的计算来实现。
其中，机械原理用来推导连杆运动的基本方程，而运动学则用来分析连杆机构的运动特性和运动关系。
三、平面连杆机构的设计要点在设计平面连杆机构时，需要考虑以下几个要点：1.运动要求：根据具体的工作要求，确定机构需要实现的运动形式和工作速度等指标。
2.运动范围：根据工作空间和杆件的长度等约束条件，确定连杆机构的运动范围。
3.结构强度：根据承载力和杆件的材料等因素，设计连杆机构的结构强度和刚度，以确保机构的正常工作。
4.运动平稳性：通过运动学计算和动力学分析，确定机构的运动是否平稳，以及如何减小振动和冲击力。
平面连杆机构
②用三点定心 法确定两固定 铰链A、D。
B2 B3
A
C1 C2 C3
D
§2-4 平面四杆机构的设计
注意： 1）若连杆长度给定，已知三位置，有唯一解； 2）若已知两位置，有无穷多解； 3）若已知四位置， BC不能任意选定。但总可以在连杆上找到
一些点，其四个位置在同一圆上，涉及布尔梅斯特尔理论。 4）若已知五位置，可能有解，也可能无解。
另一个位置的反向所夹的角度。0⁰<θ<180⁰
§2-3 平面四杆机构的基本知识
C2
B2
θ
Ψmax
C1
A
D B1
极位夹角>90
§2-3 平面四杆机构的基本知识
若ω1=常数
1 1800 2 1800
t1 t 2 , v1 v2
行程速比系数K
C
B 1
C1 v2
C2
B2
φ1 A
D
φ2
B1
K
v2 v1
作图法 3. 设计方法 解析法
实验法
§2-4 平面四杆机构的设计
实现预定的连杆位置
飞机起落架机构 要求实现机轮放下和收起两个位置。
铸造翻砂机构 要求实现两个翻转位置。
§2-4 平面四杆机构的设计
实现预定的从动件运动规律（位置、速度或加速度）
慢 快
车门开闭机构
要求实现车门两组对应位置， 及转向相反。
能作整周转动的连架杆
c
a
存在曲柄的充要条件是：
A
d
D
1）机架和连架杆中必有一杆是最短杆；
2）最短杆+最长杆≤其余两杆之和。
推论：
固定最短杆
双曲柄机构
固定最短杆的邻杆 最短杆+最长杆≤其余两杆之和
平面连杆机构设计1
第二种
函数生成机构设计——按行程速比系数K设计
1、工程要求：设计满足给定的行程速比系数K的四杆机构，给定摇杆长，从动件行程
2、要点：掌握极位夹角及其与K的关系
180 0
3、思路：
K 1 K 1
B 1 1 A
C C1
C2 900-
2
3
A, C1, C2三点所在圆和 角之关系。 A C1, AC2, AB, BC长度 关系。 AC1=BC-AB AC2=BC+AB AB=(AC2-AC1)／2 4、问题
这类设计问题通常称为函数生成机构或
传动机构的设计。
3 实现预定轨迹的设计
在这类设计问题中，要求所设计的机构连杆 上一点的轨迹，能与给定的曲线相一致，或 者能依次通过给定曲线上的若干有序列的点。 例如鹤式起重机 工作要求连杆上吊钩滑轮中 心E点的轨迹为一直线，以避免被吊运的物体 作上下起伏。 输送机 这类设计问题通常称为轨迹生成机构的设 计。
平面连杆机构的设计方法 图解法、解析法和实验法三类。
图解法 直观性强、简单易行。对 于某些设计往往比解析法 方便有效，它是连杆机构 设计的一种基本方法。设 计精度低，不同的设计要 求，图解的方法各异。对 于较复杂的设计要求，图 解法很难解决。 解析法 实验法
解析法精度较高， 实验法通常用于 但计算量大，目 设计运动要求比 前由于计算机及 较复杂的连杆机 数值计算方法的 构，或者用于对 迅速发展，解析 机构进行初步设 法已得到广泛应 计。 用。
铸造 造型 机砂 箱翻 转机 构
图示的铸造造型机砂箱翻转机构，砂箱固结在连杆BC上，要 求所设计的机构中的连杆能依次通过位置Ⅰ，Ⅱ，以便引导 砂箱实现造型振实和拔模两个动作。
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复
1、求机构的瞬心
习
n P12
1
ω2
2
3
P23
P13 n
vP23
§2－2 铰链四杆机构有整转副的条件
一、铰链四杆机构
运动副A成为周转副的条件： 若A为周转副，则B绕A可到达任意位置，不应出现B、C、D三 点共线的情况，此时，机构不能转动。
B
C C
A A
D
B
D
§2－2 铰链四杆机构有整转副的条件
链铰四杆机构曲柄存在条件为： lmin+lmax ≤ l余1+l余2； 最短杆为机架或连架杆。
B
l2
C
l3
D
l1 A
l4
若lmin+lmax≤其余两杆长度和 N，无整转副
Y，存在整转副 最短杆为机架 双曲柄机构 最短杆的邻 杆为机架 最短杆的对 边为机架 双摇杆机构
曲柄摇杆机构
§2－2 铰链四杆机构有整转副的条件
l3
D D
l2 (l4 l1 ) l3 l3 (l4 l1 ) l2
+
l1 l4 l2 l3 l1 l2 l4 l3
同理，可得：
l1 l3
l1 l4
§2－2 铰链四杆机构有整转副的条件
B
l2
C
l1 A
l3
2 1 4 AB为曲柄，CD为摇杆 A、B-----周转副（整转副） C、D-----摆转副 曲柄摇杆机构 双摇杆机构 3 双曲柄机构
§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化
曲柄滑块机构 B 1 A 2 4
B
3 C 1 A
2 4
3 C 转动导杆机构 摆动导杆机构
曲柄滑块机构 B 1 A
导杆机构 B
2
4
偏心轮机构
复
习
1、求机构的自由度
1 4
2
3
复
1、求机构的自由度
习
C B E’ E D
A
F
G o
复 曲柄摇杆机构
2 1 4 AB为曲柄，CD为摇杆 A、B-----周转副（整转副） C、D-----摆转副 3
习
复 曲柄摇杆机构
2 1 4 AB为曲柄，CD为摇杆 A、B-----周转副（整转副） C、D-----摆转副 3
习
双曲柄机构
曲柄摇杆机构
双摇杆机构
复
习
vc1
1
vc2
C 2 P32
A
P31
3
P21
B
三心定理： 三个彼此作平面运动的构件共有三个瞬心， 且它们位于同一条直线上。 结论： P21 、 P 31 、 P 32 位于同一条直线上。
复
1、求机构的瞬心
习
P13 3 P23 2 P24 P12 1 P14 P34 4
3 C
1
A
2
4
3
C
摇块机构
定块机构
§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化
转动导杆机构
摆动导杆机构
§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化
导杆机构的应用
D C
3
6 E 5 4
2 B A
B
2 4
3 C
C1
1
C2 D 1
小ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ刨床
A
牛头刨床
§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化
摇块机构的应用 B 1 A
2
4
A
v
结论： min出现在曲柄与机架两次共线位置之一。
12 四、死点位置
§2－3 平面四杆机构的特性
F
⑴定义： 摇杆为主动件，且连杆与曲 柄两次共线时，有： 此时机构不能运动，称此位置为：
“死 点” ⑵克服的方法：
安装飞轮，利用惯性克服死点 （例如：内燃机、缝纫机） 多个机构错位排列（例如：火 车车轮）
D D
C C
§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化
三、平面四杆机构的演化型式 1、改变构件的形状和相对尺寸----转动副变为移动副 动画演示
曲柄摇杆机构
曲柄弧形滑块机构
偏心曲柄滑块机构
s =l sin l
C →∞
对心曲柄滑块机构
双滑块机构
§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化
2、机架置换（选取不同的构件为机架）
D
l4
运动副A成为周转副的条件为： 最短杆与最长杆的长度和小于等于其余两杆长度和——杆长条件；
组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆。
同理，运动副B所铰接的两个构件有一个为最短构件，且满 足杆长条件，B也为周转副。 推论：四杆机构满足杆长条件时，其最短杆两端均为周转副。
§2－2 铰链四杆机构有整转副的条件
1 2 B
3 C
C 3
4
自卸卡车举升机构
C 3 4 2 B A
1
§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化
定块机构的应用 A B 2 4A 4 1 B 2 3 C
A 4
1
C
3
定块机构
手摇唧筒
§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化
双移动副四杆机构
2 1 3 4
2
1
3
4
正弦机构
2 3
1
4
2 3
1
4
双转块机构
§2－1铰链四杆机构的基本型式和特性
一、铰链四杆机构的基本型式
机架-----作为参考坐标系的构件； 连架杆-----与机架相连的杆； 曲柄：能作360°转动 摇杆：在360°范围内摆动。 连架杆
机架
§2－1铰链四杆机构的基本型式和特性
一、铰链四杆机构的基本型式
机架-----作为参考坐标系的构件； 连架杆-----与机架相连的杆； 曲柄：能作360°转动 摇杆：在360°范围内摆动。 连杆-----作平面运动的构件。 （连接两个连架杆） 曲柄 连架杆 连杆 摇杆
一、铰链四杆机构 运动副A成为周转副的条件： 由△BCD可得：
B
l2 l2
C l 2
C
C
由△BCD可得：
l1 l4 l2 l3
l1 A B A B l l1 l4 4 1
l1 l 2 l4 l3 l1 l3 l4 l2
ll3 3
机架
铰链四杆机构的三种型式：
曲柄摇杆机构
§2－1铰链四杆机构的基本型式和特性
一、铰链四杆机构的基本型式
机架-----作为参考坐标系的构件； 连架杆-----与机架相连的杆； 曲柄：能作360°转动 摇杆：在360°范围内摆动。 连杆-----作平面运动的构件。 （连接两个连架杆） 曲柄 连架杆 连杆 摇杆
CC 2
3
A
θ B2
1 2 且1 C t1 t2
v2 v1
D D
4
B1
1
定义： 行程速比系数 K——
输出构件回程平均（角）速度 v2 C1C2 / t 2 t1 1 180 K 输出构件工作行程平均（角）速度 v1 C1C2 / t1 t 2 2 180
极位夹角 θ ——
摇杆处于极限位置时曲柄之间所夹锐角。
K 1 180 K 1
180 K 180
§2－3 平面四杆机构的特性
180 K 180
0
1
C1 2
1
C2
3
0 ，K 1 0，K 1 v2 急回 K B1 θ一般为锐角，1 K 3
机架
铰链四杆机构的三种型式：
曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构
§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化
二、铰链四杆机构的应用
曲柄摇杆机构的应用
雷达天线俯仰机构
C
2 B 1 A 4 3 D
§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化
曲柄摇杆机构的应用
缝纫机踏板机构
3
3
2
4
2
1
1 4
摇杆主动
§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化
双曲柄机构特例1：平行四边形机构
绘图仪
§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化
平行四边形机构在共线位置出现运动不确定。
B’ A’
F’
C’ D’ G’
E’
A B
E
F
D C
G
动画演示
§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化
双曲柄机构特例2：反向平行四边形机构
车门开闭机构
反向
§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化
第2章
平面连杆机构
§2－1 铰链四杆机构的基本型式和特性
§2－2 铰链四杆机构有整转副的条件
§2－3 平面四杆机构的演化 §2－4 平面四杆机构的设计
平面连杆机构
一、连杆机构 由若干构件用低副（转动副、移动副）联接而成的机构， 也称为低副机构。 二、应用实例： 飞剪
平面连杆机构
契贝谢夫四足步行机 利用连杆曲线特性，当一对 角足处在曲线的直线段时则着地 并静止不动，而另一对角足则处 在曲线段作迈足运动。
C
双摇杆机构的应用
鹤式起重机
E
B
D
Q
A
§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化
双摇杆机构的应用
电扇摇头机构
蜗杆 蜗杆
A
蜗杆 B B
电机 C 电机 B 电机 C C 蜗轮 蜗轮 D D 蜗轮
§2－1铰链四杆机构的基本型式和演化
双摇杆机构特例：等腰梯形机构-----两摇杆长度相等。 汽车转向机构
A A E E E B B
B