第8章 平面连杆机构及其设计解剖
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机械原理课件8平面连杆机构与设计说明
切向分力:
法向分力:
FFco sFsin FFcos
n
▲切向分力F ′越大,机构的传力
性能越好,法向分力 F″越大,机
构的传力性能越差
B
结论：
A
为保证机构的传力
F″
t
C γα F
F′ t
F ″ T′
D
F′
性能，压力角α不能
过大，传动角γ不能过小。
设计时要求:γmin≥50°
γmin出现的位置：
当 最小或最大时，都有可能出现
§8－2平面四杆机构的类型和应用
一. 平面四杆机构的基本形式 铰链四杆机构
双曲柄机构
曲柄摇杆机构
双摇杆机构
各铰部链名四称杆及机运构动形式 机是构架平的面基固四本定杆形的机式构件 连架杆 直接与机架相连接的杆件
连杆
B
铰曲链柄曲四柄能杆摇整机杆周构机转的构动三的种构基件本形式连为架：杆
A
摇杆 只双能曲做柄非机整构周摆动的连架杆
A
4
B
A1
2 3 C 导杆机构,动画
4
转动导杆机构 摆动导杆机构
曲柄滑块机构演化实例
B 1
A
2 3
4
C
曲柄摇块机构〔连杆作机架
B 1 A
4
2
C 3
DC
B A
自卸卡车举升机构
移动导杆机构
B BBB 11 1
222
A AA A
3333 CCC 444
B 1
A
2 3
4
C
曲柄滑块机构
B 1
A
手摇唧筒
2 3
F’ E’
C’
D’
G’
《机械原理》第八章第2讲平面连杆机构及其设计PPT课件
设计步骤：
1、计算极位夹角θ θ=180°(K-1)/(K+1)
2、任取一点D为摇杆固定 铰链中心 ，作等腰三角形 C1C2D，两腰长度等于CD， ∠C1DC2=φ 。
1. 按给定的连杆位置设计四杆机构（续）
◆已知连杆长度，要求机构在运动过程中占据图示 B1C1、B2C2、B3C3三个位置，试设计该四杆机构。
设计步骤：
b12
B1
B2
C1 b23
C2
c23 C3
B3
D
A
2020年9月28日
8
2. 按两连架杆的预定位置设计四杆机构
（1）设计方法 机架转换法或反转法：指根据机构的倒置理论，通
满足预定运动的规 律要求机构示例：
利用两连架杆的转 角关系实现对数计算。
对数计算机构
车门开闭机构 动画
2020年9月28日
设计时要求两连架杆的 转角应大小相等，转向相反， 以实现车门的起闭。
4
一、平面连杆设计的基本问题（续）
又称为刚体引导问题 （2）满足预定的连杆位置要求
即要求连杆能依次占据一系列的预定位置。
2020年9月28日
13
2. 按两连架杆的预定位置设计四杆机构（续） ◆给定两连架杆的对应位置设计四杆机构。
已知：连架杆AB和机架AD的长度，两连架杆三组对应 位置AB1 、AB2 、AB3 和DE1、DE2、DE3。 要求：设计该铰链四杆机构。
提示：用机架转换法，既改
取连架杆CD作为机架，原先
的机架AD作为连架杆，则B
第8章 平面连杆机构及其设计
◆平面四杆机构的基本知识
▲铰链四杆机构有曲柄的条件 ▲四杆机构传动角及压力角
◆平面四杆机构的设计
机械设计基础第八章平面连杆机构及其设计
b)曲柄转过 2 180
摇杆上C点摆过：C2C1
所用时间：
t2
2 1
180 1
1 2 t1 t2
c)设两过程的平均速度为V1、V2：
V1
C1C2 t1
;V2
C2C1 t2
t1 t2
V2 V1 回程速度大于正行程速度。
注意！ 急回作用具有方向性,当原动件的回转方向改变时,急回的行 程也随之改变。
B1
r
A
C1 B2
B
e
l
C C2
D
思考：对心曲柄滑块机构 有曲柄的条件？
第四十页，编辑于星期日：十五点 八分。
二、急回运动特性(Quick return property)
1. 概念
✓极 位 — — 输 出 构 件 的 极 限 位 置
✓摆 角 φ — — 两极限位置所夹的锐角
✓极位夹角 ——当输出构件在两极位时，原动件所处两个位置之间所
第二页，编辑于星期日：十五点 八分。
第三页，编辑于星期日：十五点 八分。
二、连杆机构的特点
优点：
①连杆机构为低副机构，运动副为面接触，压强小，承载能力大， 耐冲击；
② 运动副元素的几何形状多为平面或圆柱面，便于加工制造；
③在原动件运动规律不变情况下，通过改变各构件的相对长度可以 使从动件得到不同的运动规律； ④可以连杆曲线可以满足不同运动轨迹的设计要求。
2
C
柄滑块机构
A
4
3
B
偏置 (offset)曲 1 柄滑块机构 A
2
C
4
3
功能： 连 续 转 动
往复移动
第十八页，编辑于星期日：十五点 八分。
应
第8章 平面连杆机构
死点位置——在摇杆CD为主
动件的曲柄摇杆机构中，
连杆BC与从动曲柄AB出现 两次共线的位置。 特征——γ=0°（α=90°）
死点的缺陷
死点的利用
67
死点的缺陷
——卡死机构
顺利通过死点位置的措施：①利用系统的惯性；
68
死点的缺陷
顺利通过死点位置的措施：①利用系统的惯性； ②利用特殊机构 蒸汽机车驱动轮联动机构—— 利用机构错位排列
24
曲柄滑块机构
定义—— 一连架杆为曲柄，另一连架杆为相对机架作往
复移动的滑块的机构
分类—— 对心式、偏置式
25
曲柄滑块机构
26
曲柄滑块机构的应用
27
（二）含有一个移动副的四杆机构
曲柄滑块机构 曲柄导杆机构
曲柄摇块机构
移动导杆机构
28
曲柄导杆机构
定义：一连架杆为曲柄，另一连架杆与滑块组成移动副，其 相对滑块的运动起导路作用，且作定轴转动或摆动的机构
按照给定的运动轨迹设计四杆机构
73
（一）按照给定连杆一系列位置设计四杆机构
铸造车间翻转台
74
（二）按照连架杆的一系列位置设计四杆机构
75
（三）按照行程速比系数设计四杆机构
按照连架杆的两个极限位置和机构的急回特性设计四杆机构
76
按照给定的运动轨迹设计四杆机构
77
（一）按照给定连杆一系列位置设计四杆机构
1．按照连杆的二个位置设计四杆机构 c12
b12 C1 C2
B1
B2
无穷多解
A D
如果铰链A、D位置已知,铰链B、C位置未知？
78
2．按照连杆的三个对应位置设计铰链四杆机构
动件的曲柄摇杆机构中，
连杆BC与从动曲柄AB出现 两次共线的位置。 特征——γ=0°（α=90°）
死点的缺陷
死点的利用
67
死点的缺陷
——卡死机构
顺利通过死点位置的措施：①利用系统的惯性；
68
死点的缺陷
顺利通过死点位置的措施：①利用系统的惯性； ②利用特殊机构 蒸汽机车驱动轮联动机构—— 利用机构错位排列
24
曲柄滑块机构
定义—— 一连架杆为曲柄，另一连架杆为相对机架作往
复移动的滑块的机构
分类—— 对心式、偏置式
25
曲柄滑块机构
26
曲柄滑块机构的应用
27
（二）含有一个移动副的四杆机构
曲柄滑块机构 曲柄导杆机构
曲柄摇块机构
移动导杆机构
28
曲柄导杆机构
定义：一连架杆为曲柄，另一连架杆与滑块组成移动副，其 相对滑块的运动起导路作用，且作定轴转动或摆动的机构
按照给定的运动轨迹设计四杆机构
73
（一）按照给定连杆一系列位置设计四杆机构
铸造车间翻转台
74
（二）按照连架杆的一系列位置设计四杆机构
75
（三）按照行程速比系数设计四杆机构
按照连架杆的两个极限位置和机构的急回特性设计四杆机构
76
按照给定的运动轨迹设计四杆机构
77
（一）按照给定连杆一系列位置设计四杆机构
1．按照连杆的二个位置设计四杆机构 c12
b12 C1 C2
B1
B2
无穷多解
A D
如果铰链A、D位置已知,铰链B、C位置未知？
78
2．按照连杆的三个对应位置设计铰链四杆机构
第8章-平面连杆机构及其设计
B1
C1
B2
C2
min=00
min=00
B
A
C
B1
C１
min=00
C2
B2
min=00
F
v
死点位置——机构传动角γ=0 0 时的位置。
注意：曲柄摇杆机构和曲柄滑块机构， 曲柄主动时无死点位置。
克服死点的措施：
1）利用从动件和飞轮的惯性；
2）对从动件施加额外的力；
3）错位排列；
G
G’
C
A
B
D
C1
C2
错位不连续
杆组装配模式应始终保持一致
错序不连续
C1
A
B3
D
C1
C2
B4
B1
B2
C3
例：已知连杆三位置，设计四杆机构。
B1
C1
B2
C2
C3
B3
A
D
出现运动错位不连续。
措施？
另选铰链B、C位置。
C1’
AB1
DC1
若AB主动：
AB2
DC2
AB3
DC3
AB1
DC1’
DC1
AB1
若DC主动：
D
a
b
c
d
2
1
C2
B2
C1
B1
最小传动角 出现在曲柄与机架共线时。
重叠共线时：
拉直共线时：
讨论：标出下列机构在图示位置的压力角α、传动角γ；及最小传动角γmin。
注意：曲柄滑块机构曲柄主动时，γmin在曲柄与导路垂直的位置（两位置之一）。
max
min
a
B
b
A
精品课件!《机械原理》_第八章 平面连杆机构及其设计精选全文
1. 运动特性
曲柄存在条件 杆长条件 最短杆条件
急回特性 极位夹角 行程速比系数
2. 传力特性
压力角和传动角 死点
小结
平面四杆机构的基本知识
要求：
正确理解和掌握平面机构 工作特性的有关概念；
用有关工作特性检验机构 的运动和传力性能；
运用有关概念设计性能优 良的机构。
§8-4 平面四杆机构的设计
即要求连杆能占据一系列预定位置（又称刚体导引问题）。
小型电炉炉门的开闭机构
3. 实现给定的运动轨迹 即要求在机构的运动过程中，连杆上某些点的轨迹能满足预定的 轨迹要求。 鹤式起重机 搅拌机构
连杆机构的设计方法： 图解法、解析法、图谱法和实验法。
平面四杆机构的设计
二. 用图解法设计四杆机构 （一）. 按连杆预定的位置设计 ➢图解设计问题—作图求解各铰链中心的位置问题
第八章 平面连杆机构及其设计
§8-1 连杆机构及其传动特点 §8-2 连杆机构的类型和应用 §8-3 平面四杆机构的基本知识 §8-4 平面四杆机构的设计 §8-5 多杆机构
§8-1 连杆机构及其传动特点
1.应用举例 例 铰链四杆机构
C
2
B
B
31
1
4
A
此类机构的共同特点：
DA
机构的原动件1和从动件3运动都需要经过连杆2来传动， 故 此类机构统称为连杆机构。
α e A max
C'
平面四杆机构的基本知识
4.死点
以摇杆CD为主动件，则当连杆与从动件曲柄共线时，机构 的传动角γ＝0°，这时主动件CD通过连杆作用于从动件AB上的 力恰好通过其回转中心，出现了不能使构件AB转动的“顶死”现 象，机构的这种位置称为“死点”
第8章 平面连杆机构及其设计讲解
应用实例： 内燃机、鹤式吊、火车轮、手动冲床、牛头刨床、椭圆 仪、机械 手爪、开窗户支撑、开关门机构、折叠伞、 折叠床、 制动操作机构等。 定义：由低副（转动、移动）连接组成的平面机构。 特征：有一作平面运动的构件，称为连杆。 • 一、平面四杆机构的基本类型及应用 • 基本型式－铰链四杆机构：全部运动副为转动副的 四杆机构称为铰链四杆机构。 • 其他四杆机构都是其演化型式。
t1 (180 ) / V1 C1C2 t1 C1C2 /(180 )
当曲柄以ω继续转过180°-θ时，摇杆从C2D位置摆 到C1D，所花时间为t2 ,平均速度为V2 ,那么有： C1 C2 t2 (180 ) /
V2 C1C2 t2
C1C2 /(180 )
a、b、c、d
Y N
ad bc
双摇杆机构
以最短杆相邻杆为机架 以与最短杆相对的杆为机架
曲柄摇杆机构 双摇杆机构
以最短杆为机架
双曲柄机构
如果四杆机构两相邻杆两两相等，则为泛菱形机构 p117
泛菱形机构有三个周转副，一个摆转副 泛菱形机构当以短杆为机架时，为双曲柄机构 泛菱形机构当以长杆为机架时，为曲柄摇杆机构 泛菱形机构当相邻两杆重合时，为二杆机构 例：折叠架
C' B' B C
设计：潘存云
C C 电机
A
D
蜗轮 B B B A A 设计：潘存云 A D 蜗杆 蜗杆
D
设计：潘存云
A E E B
C
风扇座
梯形转向机构
转向条件: 所有车轮形成一个转动中心.
转向时汽车各轮纯 滚动的条件：
1. 内、外导向轮的 转速：ｎ外>ｎ内。 2. 内外驱动轮的转 速：ｎ外>ｎ内。 （靠差速器保证） L
t1 (180 ) / V1 C1C2 t1 C1C2 /(180 )
当曲柄以ω继续转过180°-θ时，摇杆从C2D位置摆 到C1D，所花时间为t2 ,平均速度为V2 ,那么有： C1 C2 t2 (180 ) /
V2 C1C2 t2
C1C2 /(180 )
a、b、c、d
Y N
ad bc
双摇杆机构
以最短杆相邻杆为机架 以与最短杆相对的杆为机架
曲柄摇杆机构 双摇杆机构
以最短杆为机架
双曲柄机构
如果四杆机构两相邻杆两两相等，则为泛菱形机构 p117
泛菱形机构有三个周转副，一个摆转副 泛菱形机构当以短杆为机架时，为双曲柄机构 泛菱形机构当以长杆为机架时，为曲柄摇杆机构 泛菱形机构当相邻两杆重合时，为二杆机构 例：折叠架
C' B' B C
设计：潘存云
C C 电机
A
D
蜗轮 B B B A A 设计：潘存云 A D 蜗杆 蜗杆
D
设计：潘存云
A E E B
C
风扇座
梯形转向机构
转向条件: 所有车轮形成一个转动中心.
转向时汽车各轮纯 滚动的条件：
1. 内、外导向轮的 转速：ｎ外>ｎ内。 2. 内外驱动轮的转 速：ｎ外>ｎ内。 （靠差速器保证） L
第八章 平面连杆机构及其设计2019
连杆机构 由若干刚性构件用低副联接而成的机构，又称为低副机构。
平面连杆机构 连杆机构
空间连杆机构
4
2.平面连杆机构的特点
优点： （1）承受载荷大，便于润滑 （2）制造方便，易获得较高的精度 （3）两构件之间的接触靠几何封闭实现 （4）较好实现多种运动规律和轨迹要求
5
缺点： （1）惯性力不易平衡，常应用于中低速场合
（2）解析法
65
2.函数机构设计
设计方法：图解法、解析法、数值比较法 （1）解析法
66
a as cio n s(( 0 0 )) b b sc io ns cd si n(c c0 os ( 0 ))
b 2 a 2 c 2 d 2 2 c d c o s (0 ) 2 a d c o s (0 )
39
（2）急回运动
在曲柄等速回转情况下，摇杆往复摆动速度快慢 不同的运动。
（3）行程速比系数
从动件快速行程平均速度 K 从动件慢速行程平均速度
为衡量摇杆急回作用的程度，通常把从动件往复摆 动平均速度的比值（大于1）称为行程速比系数，并用K 来表示。
40
K 3 3 tt1 2 1 2// 1 1 1 21 18 80 0
（1）周转副和摆转副
周转副
连架杆 曲柄 周转副
机架
连杆 曲柄摇杆机构
摆转副 连架杆
摇杆 摆转副
31
(2)周转副存在条件
adbc
abdc acdb
铰链四杆机构
AB整周转动
ac
ab
B1C1D和B2C2D成立
ad
结论：
（1）构成周转副的两个构件中，必有一个是最短杆。
32
平面连杆机构 连杆机构
空间连杆机构
4
2.平面连杆机构的特点
优点： （1）承受载荷大，便于润滑 （2）制造方便，易获得较高的精度 （3）两构件之间的接触靠几何封闭实现 （4）较好实现多种运动规律和轨迹要求
5
缺点： （1）惯性力不易平衡，常应用于中低速场合
（2）解析法
65
2.函数机构设计
设计方法：图解法、解析法、数值比较法 （1）解析法
66
a as cio n s(( 0 0 )) b b sc io ns cd si n(c c0 os ( 0 ))
b 2 a 2 c 2 d 2 2 c d c o s (0 ) 2 a d c o s (0 )
39
（2）急回运动
在曲柄等速回转情况下，摇杆往复摆动速度快慢 不同的运动。
（3）行程速比系数
从动件快速行程平均速度 K 从动件慢速行程平均速度
为衡量摇杆急回作用的程度，通常把从动件往复摆 动平均速度的比值（大于1）称为行程速比系数，并用K 来表示。
40
K 3 3 tt1 2 1 2// 1 1 1 21 18 80 0
（1）周转副和摆转副
周转副
连架杆 曲柄 周转副
机架
连杆 曲柄摇杆机构
摆转副 连架杆
摇杆 摆转副
31
(2)周转副存在条件
adbc
abdc acdb
铰链四杆机构
AB整周转动
ac
ab
B1C1D和B2C2D成立
ad
结论：
（1）构成周转副的两个构件中，必有一个是最短杆。
32
机械原理--平面连杆机构及其设计 ppt课件
变更机架
曲柄滑块机构
移动导杆机构（定块机构） 曲柄摇块机构 导杆机构
B2 1
3
移动导杆机构1
B
1
2 3
A
4
C
曲柄滑块机构
A
4
C 移动导杆机构2
B
1
2 3 C 曲柄摇块机构
A
4
B
1 A
2 4
3 C 导杆机构,动画
转动导杆机构
ppt课件
摆动导杆机19构
曲柄滑块机构演化实例
B 1
A
2 3
4
C
曲柄摇块机构（连杆作机架）
3. 连杆机构的设计比较复杂繁琐，且一般多为近似解。
连杆机构设计近年来的新方法、新的发展趋势
1. 根据机械设计理论，利用数学上的最优化方法，借助计算机
对机构进行设计，即计算机优化设计近年来已成为一个重要发 展方面；
2. 已不再仅局限在单自由度的四杆机构设计，更多地注意 多自由度的多杆机构的研究；
3. 同时兼顾运动学和动力学的特性的研究；
9
平行四边形机构应用举例
天平
B C
A
D
平行四边形机构运动不确定问题 第一种可能 第二种可能 改进措施 加虚约束构件 或加焊接构件
注意：在长边做机架的平行四边形机构中，当各构件位于一
条直线时（两曲柄与机架共线时）从动曲柄有可能反转，即
在曲柄通过机架位置时，存在pp运t课件动不确定。
10
3）逆（反）平行四边形机构
4. 针对高速运动构件的运动弹性动力学研究得到高速发展；
ppt课件
3
§8－2平面四杆机构的类型和应用
一. 平面四杆机构的基本形式 铰链四杆机构
机械原理课件 第八章 平面连杆机构及其设计-1o
第 八 章 平 面 连 杆 机 构 及 其 设 计
m'
m"
M1 M2
连杆曲
线
B A
M
连杆
D
j
M3
§8-2 平面四杆机构的类型和应用
平面四杆机构（Planar Four-bar Linkage）
构成和研究平面多杆机构的基础；
第 八 章 平 面 连 杆 机 构 及 其 设 计
应用最广泛的连杆机构。
平 K 面 连 杆 原动件转角 机 构 工作行程 ∠B AB =180°+θ 1 2 及 其 空回行程 ∠B1AB2=180°-θ 设 计
ψ
t2=(180°- θ)／ω1
180 K 180
第 八 章 平 面 连 杆 机 构 及 其 设 计
K 1 180 K 1
B ω θ 180°＋θ A A B1 第 八 章 B2 180°-θ
C2
ψ
CC D D
行程速比系数
（time ratio） K
1
两行程平均速
度v2、v1比值；
表示急回程度 。
v2 t2 t1 180 v1 t1 t 2 180
从动件转角 时间 ψ t1=(180°+θ)／ω1
§8-1 连杆机构及其传动特点
y b B a C
b
d
一、平面连杆机构特点
a0
x
c
j
a j0
D
第 八 章 平 面 连 杆 机 构 及 其 设 计
A
由低副将若干构件（杆） 连接而成，又称为低副 机构；
连杆曲线
M
M1
M2
机械原理第八章 平面连杆机构及其设计 孙恒版
当 ∠BCD ≤ 90°时，γ＝∠BCD 当 ∠BCD ＞ 90°时，γ＝180°- ∠BCD
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
平面连杆机构的运动和动力特性
根据余弦定律， 1.当 ∠B1C1D ≤ 90°（φ = 0）时，
min
2 l 2 l32 (l 4 l1 ) 2 arccos 2l 2 l3
题6-3图
欲设计一个铰链四杆机构，机构的输入运动为单向连续转动，确 定在下列情况下，应取哪一个构件为机架？①输出运动为往复摆动； ②输出运动也为单向连续转动。
解：①当输出运动为往复摆动时，机构应为曲柄摇杆机构， 此时应取四杆中最短杆的相邻杆，即b或d作为机架。 ②当输出运动也为单向连续转动时，机构应为双曲柄机构， 此时应取四杆中的最短杆，即a作为机架。
平面连杆机构的类型、特点和分类
小型刨床
（转动导杆机构）
牛头刨床
（摆动导杆机构）
(3) 扩大转动副
曲柄滑块机构
将转动副B加大，直至把 转动副A包括进去，成为 几何中心是B，转动中心 为A的偏心圆盘。
偏心轮机构
(4) 变换构件的形态
平面连杆机构的类型、特点和分类
曲柄摇块机构
摆动导杆机构
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。
▲组成该周转副的两杆中必有一杆为 最短杆。
曲柄存在的条件: ▲最长杆与最短杆的长度之和 此时，铰链A、B均 为周转副。 当满足杆长条件时，其最短杆上的转动副都是周转副。 ≤其他两杆长度之和 ▲连架杆之一或机架为最短杆。
思考与测验
1、铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和 其 他两杆之和 A <=； B >=； C > 。 2、铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和小于或等于 其他两杆之和，而充分条件是取 为机架。 A 最短杆或最短杆相邻边； B 最长杆； C 最短杆的对边。 3、铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和， 当以 为 机架时，有两个曲柄。 A 最短杆相邻边； B 最短杆； C 最短杆对边。 4、在题6-3图的四杆闭运动链中，已知
第8章平面连杆机构及其设计
徐州工程学院
二、特点(Characteristics) 1、优点(Advantage) ： 1）运动副都是低副，低副两元素为面接触，所以耐磨损， 承载大； 2）低副两元素几何形状简单，是圆柱面或平面，所以制 造简单，容易获得较高的制造精度； 3）可以实现不同的运动规律和特定轨迹要求。如：
实现特定运动规律的牛头刨床（图c）； 实现特定轨迹要求的椭圆仪（图d）。
(Evolution of Planar Four-bar Linkage)
1、四杆机构演化的目的： 满足运动方面的要求、改善受力状况、满足结构设 计上的要求。 2、四杆机构的演化方法： 1）改变构件的形状和运动尺寸
摇杆3做成滑块 ββ做成导轨
具有曲线导 轨的曲柄滑 块机构
图8－13 a ）
图8－13 b ）
徐州工程学院
图8－13 a ）
摇杆长→∞, ββ →直线 摇杆3 →滑块， 转动副D →移动副 偏置(eccentric or e≠0
offset)
对心(in-line) e=0 图8－14 曲柄滑块机构
曲柄滑块机构(slider-crank mechanism)常用在冲床、 内燃机、空压机等机械中。
徐州工程学院
70≤LCD≤90
二、急回运动和行程速比系数(Quick-return Motion and
Coefficient of Travel Speed Ratio)
1、曲柄摇杆机构 图8-26所示为曲柄摇杆机构， 主动曲柄AB以ω1方向转动。 在曲柄转动一周过程中，有 两次与连杆BC共线（AB1C1重叠 共线、AB2C2拉直共线），这时 摇杆CD的位置CD1、CD2分别位 于其左、右极限位置。
a为最短杆
2）组成该转动副的两杆中必有一杆是最短杆。 上述条件表明：如各杆长动 徐州工程学院 副（C 、D）则为摆转副。
二、特点(Characteristics) 1、优点(Advantage) ： 1）运动副都是低副，低副两元素为面接触，所以耐磨损， 承载大； 2）低副两元素几何形状简单，是圆柱面或平面，所以制 造简单，容易获得较高的制造精度； 3）可以实现不同的运动规律和特定轨迹要求。如：
实现特定运动规律的牛头刨床（图c）； 实现特定轨迹要求的椭圆仪（图d）。
(Evolution of Planar Four-bar Linkage)
1、四杆机构演化的目的： 满足运动方面的要求、改善受力状况、满足结构设 计上的要求。 2、四杆机构的演化方法： 1）改变构件的形状和运动尺寸
摇杆3做成滑块 ββ做成导轨
具有曲线导 轨的曲柄滑 块机构
图8－13 a ）
图8－13 b ）
徐州工程学院
图8－13 a ）
摇杆长→∞, ββ →直线 摇杆3 →滑块， 转动副D →移动副 偏置(eccentric or e≠0
offset)
对心(in-line) e=0 图8－14 曲柄滑块机构
曲柄滑块机构(slider-crank mechanism)常用在冲床、 内燃机、空压机等机械中。
徐州工程学院
70≤LCD≤90
二、急回运动和行程速比系数(Quick-return Motion and
Coefficient of Travel Speed Ratio)
1、曲柄摇杆机构 图8-26所示为曲柄摇杆机构， 主动曲柄AB以ω1方向转动。 在曲柄转动一周过程中，有 两次与连杆BC共线（AB1C1重叠 共线、AB2C2拉直共线），这时 摇杆CD的位置CD1、CD2分别位 于其左、右极限位置。
a为最短杆
2）组成该转动副的两杆中必有一杆是最短杆。 上述条件表明：如各杆长动 徐州工程学院 副（C 、D）则为摆转副。
08第八章 平面连杆机构及其设计
第八章 平面连杆机构及其设计8-1 连杆机构及其传动特点 一、连杆机构的应用：内燃机、鹤式吊、火车轮、急回冲床、牛头刨床、翻箱机、机械手爪、椭圆仪、开窗、车门、折叠伞、床、牙膏筒拔管机、自行车等。
特征：至少有一作平面运动的构件，称为连杆。
二、平面连杆机构的特点：①采用低副。
面接触、承载大、便于润滑、不易磨损、形状简单、易加工。
②改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。
③连杆曲线丰富。
可满足不同要求。
④构件呈“杆”状、传递路线长。
⑤构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低。
⑥产生动载荷（惯性力），不适合高速。
⑦难以实现精确的轨迹。
三、连杆机构的分类⎩⎨⎧空间连杆机构平面连杆机构分类常以构件数命名：如四杆机构、多杆机构。
8-2 平面四杆机构的类型和应用 一、平面四杆机构的基本型式基本型式：如图8—1所示铰链四杆机构为平面四杆机构的基本型式，其它四杆机构都是由它演变得到的。
常用名词：曲柄—作整周定轴回转的构件； 连杆—作平面运动的构件； 摇杆—作定轴摆动的构件； 连架杆—与机架相联的构件；周转副—能作360°相对回转的运动副；摆转副—只能作有限角度摆动的运动副。
三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。
）曲柄摇杆机构特征：曲柄＋摇杆。
图8—1作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。
如图8—2所示雷达天线。
）双曲柄机构特征：两个曲柄。
作用：将等速回转转变为等速或变速回转。
如图8—3所示惯性筛等。
特例：平行四边形机构，如图8—4所示。
图8—2 图8—3 图8—4特征：两连架杆等长且平行，连杆作平动实例：火车轮、摄影平台（图8—5）、播种机料斗机构（图8—6）、天平（图8—7）、香皂成型机等。
图8—5 图8—6 图8—7为避免在共线位置出现运动不确定，采用如图8—8所示两组机构错开排列。
或采用反平行四边形机构如图8—9所示车门开闭机构图8—8图8—9）双摇杆机构特征：两个摇杆。
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4
导杆
3
★回转导杆机构——
导杆能作整周转动
★摆动导杆 机构——
导杆只能在 一定的角度 内摆动
功 能 连续转动
连续转动 连续转动
往复摆动
牛头刨床
应用实例 早期的飞机发动机
回转柱塞泵
3. 曲柄摇块机构(Rock-Slider Mechanism)
B
2 1
A
4
摇块
C
3
功能： 连续转动
往复摆动
应用实例
3. 根据已知条件设计平面四杆机构。
构的方法。
§8-1 连杆机构及其传动特点
一. 连杆机构
连杆机构由若干个构件通过低副连接而组成，又称为低副机构。 共同特点——原动件通过 不与机架相连的中间构件 传递到从动件上。 不与机架相连的中间构件
——连杆（Linkage） 具有连杆的机构——连杆机构
连杆机构根据各构件间的相对运动 是平面还是空间运动分为
图-
鹤式起重机
22M
重
型
轰
炸
机
前
起
落
架
应用实例：
推 土 机 铲 斗 机 构
电风扇摇头机构
C
C
C
2
2
2
B
3
B
3
B
3
1
1
1
A
4
DA
4
DA
4
D
曲柄摇杆机构
双曲柄机构
双摇杆机构
✓构件4为机架——曲柄摇杆机构 ✓构件2为机架——曲柄摇杆机构
低副运动的可逆性：
✓构件1为机架——双曲柄机构 ✓构件3为机架——双摇杆机构
第八章 平面连杆机构及其设计
本章教学内容
本章教学要求
➢连杆机构及其特点 ➢平面连杆机构的类型及应用 ➢平面连杆机构的基本知识 ➢平面四杆机构的设计 重点：
1. 曲柄存在条件、传动角、死点、 急回运动、行程速比系数；
◆了解平面连杆机构的组成及 其主要优缺点;
◆了解平面连杆机构的基本形 式及其演化和应用；
2
C
曲柄滑块机构
A
4
3
B
偏置 (offset) 1 曲柄滑块机构 A
2
C
4
3
功能： 连续转动
往复移动
应 用
发动机
实
例
：
压 力 机
雨伞
应用实例：
空气压缩机
车
门
开
B
闭 机 构
1
2车门
C 3汽缸
A
4
应用实例： 送料装置
筛分机
2. 导杆机构 (Crank-Shaper Mechanism)
B
1
2
C
A
§8-2 平面四杆机构的类型和应用
➢四杆机构各部分的名称：
构件
转动副
机架
连架杆
连杆
周转副 摆转副
曲柄
摇杆
整周 回转
往复 摆动
相对 整周 固定 回转
往复 平面 摆动 运动
➢机构命名：原动件名 + 输出构件名
（也可以几何特点命名）
一、全转动副四杆机构（铰链四杆机构）——基本型式 1. 曲柄摇杆机构 (Crank-Rocker Mechanism)
在低副机构中，取不同构件作为机架时，任意两个构件间 的相对运动关系不变。
二、含有一个移动副的四杆机构——演化型式I
曲柄摇杆机构
曲线导轨曲柄滑块机构
变摇杆 为滑块
摇杆尺寸为无穷大
偏置曲柄滑块机构 e=0
对心曲柄滑块机构
1. 曲柄滑块机构 (Slider- Crank Mechanism)
B
对心(radial) 1
◆明确四杆机构曲柄存在条件 和机构急回运动及行程速比系 数等概念；
2. 平面四杆机构设计的一些基本方 法。
◆ 对传动角、死点、运动连续 性等有明确的概念；
难点： 1. 平面四杆机构最小传动角的确定；
◆了解平面四杆机构设计的基 本问题，掌握根据具体设计条
2. 平面铰链四杆机构运动连续性的判断；件和实际需要设计平面四杆机
自卸车
4. 直动导杆机构 (Fixed-Slider Mechanism)
B
2 1
A
4
直动导杆
C
3
定块
功能： 往 复 摆 动
往复移动
应用实例 手动抽水机
炉门送料装置
B
2 1
A
4
C
3
三、含有两个移动副的四杆机构——演化型式II
对心曲柄滑块机构
变连杆 为滑块
从动件3的位移与原 动件1的转角成正比：
——逆平行（反平行）四边形机构（两相对杆长相等但不平行的双曲柄机构）
3. 双摇杆机构 (Double-Rocker Mechanism)
——两个连架杆都是摇杆的铰链四杆机构
C
2
B
3
1
A
4
D
特例：等腰梯形机构— —两摇杆长度相等的双 摇杆机构
汽车前轮 转向机构
功能： 往复摆动
往复摆动
应用实例：
飞 机 起 落 架 机 构
B
2
1
A
4
C 摇块
3
双滑块机构
2B
1
A
4
导杆
3
C
2、改变运动副的尺寸：曲柄偏心轮
2
C 扩大转
动副B
2
C 超过
曲柄
B
3 的半径 B
3长
1
1
A 4
DA 4
B 1
A (x,y)
3 ( x y ctg )2 ( y x tg )2 a2
2
x
2
y
2
1
a cos a sin
3. 双转块机构
B
2
1 3
A
应用实例
B
2
1 3
A
十字滑块联轴器
B
2
1 3
A
平面四杆机构的演化方式
1、改变构件的形状和相对尺寸：转动副移动副
对心曲柄滑块机构
变连杆 为滑块
——两个连架杆都是曲柄的铰链四杆机构
B
1
A
C
特例：若机构中相对两杆平行且相等，
则成为平面四边形机构。
2
3
4
D
平行四边 形机构特 性：
▲两曲柄 同速同向 转动
▲连杆作 平动
功能： 连续转动
连续转动
应用实例：
惯性筛机构
机车车轮联动机构
应用实例 播种机料斗机构
升降机构
升降车
台灯伸展机构
应用实例
车门开闭机构
s lAB sin
移动副可认为是回 转中心在无穷远处 的转动副演化而来
正弦机构
双滑块机构
连杆尺寸 为无穷大
1. 正弦机构
应用 实例
B2
1 A
3
B2 1
3
A
从动件3的位移与原动件1的转角成正比 s lAB sin
压缩机
缝纫机进针机构
2. 双滑块机构
B
2
1 3
B
2
1 3
A
应用实例 椭 圆 仪
A
铰链四杆机构中，若其两个连架杆一为曲柄，一为摇杆， 则此四杆机构称为曲柄摇杆机构。
C
2
B
3
1
A
4
D
功能：连 续 转 动
往复摆动
应用实例：
飞 机 起 落 架 机 构
缝 纫 机 脚 踏 板 机 构
雷达天线俯仰机构
抽 油 机 机 构
应用实例： 搅拌机构
剪板机
碎石机 拉胶片机构
2. 双曲柄机构 (Double-Crank Mechanism)
空间连杆机构 平面连杆机构
二、连杆机构的特点
优点： ①连杆机构为低副机构，运动副为面接触，压强小，承载能力大， 耐冲击； ② 运动副元素的几何形状多为平面或圆柱面，便于加工制造； ③在原动件运动规律不变情况下，通过改变各构件的相对长度可 以使从动件得到不同的运动规律； ④可以连杆曲线可以满足不同运动轨迹的设计要求。 缺点： ①由于运动积累误差较大，因而影响传动精度； ②由于惯性力不好平衡而不适于高速传动； ③设计方法比较复杂。