四杆机构特性
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存在曲柄且满足杆长条件的铰链四杆机构有 以下三种类型： 以下三种类型：
三种类型 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构 存在条件
以最短杆的相邻杆作为机架 以最短杆作为机架 以连杆作为机架
引申： 引申：不满足杆长条件的四杆机构均为双摇杆机 构。
5.2 铰链四杆机构的基本特性
基 本 特 性
运动特性
应用：通过死点位置设计相关的夹具。 应用：通过死点位置设计相关夹具。
（夹紧机构） 夹紧机构）
9.3平面四杆机构的设计 9.3平面四杆机构的设计
设计类型 ：
1.实现给定的运动规律： 1.实现给定的运动规律：给定行程速 实现给定的运动规律 比系数以实现预期的急回特性、 比系数以实现预期的急回特性、实现 连杆的几组给定位置等。 连杆的几组给定位置等。 2.实现给定的运动轨迹：要求连杆上 2.实现给定的运动轨迹： 实现给定的运动轨迹 某点沿着给定轨迹运动等。 某点沿着给定轨迹运动等。
例：设计一铰链四杆 机构作为加热炉炉门 的启闭机构。 的启闭机构。已知炉 门上两活动铰链B 门上两活动铰链B、C 的中心距为50 50。 的中心距为50。要求 炉门打开后成水平位 且热面朝下（ 置，且热面朝下（如 虚线所示）。 ）。如果规 虚线所示）。如果规 定铰链A 定铰链A、D安装在炉 体的y 坚直线上， 体的y-y坚直线上， 其相关尺寸如图所示。 其相关尺寸如图所示。 用图解法求此铰链四 杆机构其余三杆的尺 寸。
2.行程速比系数 行程速比系数
为描述从动摇杆的急 回特性， 回特性，在此引入行 程速比系数 K，即：
K =
180 180
+ -
θ θ
K值的大小反映了急回运动特性的显著程度。K值的大 值的大小反映了急回运动特性的显著程度。 小取决于极位夹角θ ， 角越大，K值越大，急回运动 θ 角越大， 值越大， 特性越明显；反之，则愈不明显。 特性越明显；反之，则愈不明显。当时 θ = 0 ，K=1 ， 机构无急回特性。 机构无急回特性。
Fn γ
γ
F
α
Ft v C
在连杆机构中，为度 在连杆机构中， 量方便， 量方便，常用压力角 的余角即连杆与从动 件间所夹的锐角( 件间所夹的锐角(传 动角) 动角)检验机构的传 力性能。 力性能。
传动角愈大，机构的传力性能愈好，反之则不利于机构 传动角愈大，机构的传力性能愈好， 中力的传递。机构运转过程中，传动角是变化的， 中力的传递。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， 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。 是检验其传力性能的关键位置。 设计要求： 设计要求：
C
B
F v
机构处于死点位置， 机构处于死点位置，从动件会 卡死（ 出现卡死 机构自锁） 出现卡死（机构自锁）或运动 方向不确定的现象 的现象。 方向不确定的现象。
3.死点位置的防止和应用 死点位置的防止和应用 防止： 设计时可以通过利用飞轮 设计时可以通过利用飞轮， 防止： a.设计时可以通过利用飞轮，由 构件自身的惯性施加一定的外力， 构件自身的惯性施加一定的外力，从而使 机构顺利的通过死点位置。（缝纫机） 。（缝纫机 机构顺利的通过死点位置。（缝纫机） b. 由机构的错位排列（机车的车轮） 由机构的错位排列（机车的车轮）
2.按给定的行程速比系数设计四杆机构 2.按给定的行程速比系数设计四杆机构
设计具有 急回特性 的四杆机 构，关键 是要抓住 机构处于 极限位置 时的几何 关系，必 要时还应 考虑其他 辅助条件。
θ θ θ
例：已知摇杆长度L=100，摆角 ψ =50 和行程速比 已知摇杆长度L=100， L=100 系数k=1.4 试设计曲柄摇杆机构。 k=1.4， 系数k=1.4，试设计曲柄摇杆机构。
若在设计机构时 先给定K 先给定K值，则 :
K −1 θ = 180° ⋅ K +1
在生产实际中，常利用机构的急回运动来缩 在生产实际中， 短非生产时间，提高生产率， 牛头刨床、 短非生产时间，提高生产率，如牛头刨床、 往复式运输机等 往复式运输机等。
）、传力特性 （二）、传力特性
1.压力角与传动角 1.压力角与传动角
BC = B1C1 = B2 C 2
l4
θ
A
ψ
θ
.
设计目标 ：
根据给定的运动条件，选定机构的类 根据给定的运动条件， 确定机构中各构件的尺寸参数。 型，确定机构中各构件的尺寸参数。 图解法、 设计方法 ：图解法、实验法和解析法等。 图解法 实验法和解析法等。
1.按给定连杆两个位置设计铰链四杆机构 1.按给定连杆两个位置设计铰链四杆机构
有无穷多个解。实际上，还应考虑几何、 有无穷多个解。实际上，还应考虑几何、动力等辅助条 例如各杆所允许的尺寸范围、 件，例如各杆所允许的尺寸范围、最小传动角或其他结 构上的要求，就可以合理选定A 构上的要求，就可以合理选定A、D两点的位置而得到确 定的解。 定的解。 如果给定连杆三个、四个或五个位置呢？ 如果给定连杆三个、四个或五个位置呢？
传力特性
了解机构的特性， 了解机构的特性，对于选择平面 连杆机构的类型和设计平面连杆 机构具有重要的意义。 机构具有重要的意义。
（一）、机构的运动特性 ）、机构的运动特性
1.急回特性 急回特性
极位：从动件摇杆所处的极限位置（ 极位：从动件摇杆所处的极限位置（C1D,C2D) 摇杆摆角： 摇杆摆角：摇杆极限位置所夹角
K −1 解： 由给定的行程速比系 θ = 180° ⋅ = 30 数求出极位夹角 : K +1
C1 90-θ E B2 D B1 C2 以A为圆心，AC1为 为圆心， 半径作圆弧交A 半径作圆弧交A与 平分EC E，平分EC2得曲柄 再以A 长度 AB 。再以A 为圆心， 为圆心， AB 为 半径作圆， 半径作圆，交C1A 的延长线和C 的延长线和C2A于 B1和B2，连杆长度
Fn γ
γ
F
α
Ft v C
压力角：从动件 压力角： 受力方向与受力 点线速度方向之 间所夹的锐角。 间所夹的锐角。 传动角:压力角 传动角: 的余角即连杆与 从动件间所夹的 锐角。 锐角。
Fn = F sin α
Ft = F cos α
压力角愈小，机构的传力效果愈好。所以， 压力角愈小，机构的传力效果愈好。所以， 衡量机构传力性能，可用压力角作为标志。 衡量机构传力性能，可用压力角作为标志。
当主动件AB在位置AB 与连杆BC BC成一直线 当主动件AB在位置AB1与连杆BC成一直线 AB在位置 从动件CD处于左极限位置CD CD处于左极限位置 时，从动件CD处于左极限位置CD1。曲柄AB1 以匀角速度 ω 顺时针转过角ϕ1=180+θ 到达 位置时，摇杆达右极限位置CD2 CD2。 AB2位置时，摇杆达右极限位置CD2。
γ min ≥ [γ ]
曲柄摇杆机构，以曲柄为原动件时， 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机架两次共线 重叠和拉直） （重叠和拉直）位置之一。
C
γ min
B A D
2.死点状态 2.死点状态
机构传动角 γ 为死点位置。 为死点位置。
= 0° （即α = 90°）的位置称
存在曲柄且满足杆长条件的铰链四杆机构有 以下三种类型： 以下三种类型：
三种类型 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构 存在条件
以最短杆的相邻杆作为机架 以最短杆作为机架 以连杆作为机架
引申： 引申：不满足杆长条件的四杆机构均为双摇杆机 构。
5.2 铰链四杆机构的基本特性
基 本 特 性
运动特性
应用：通过死点位置设计相关的夹具。 应用：通过死点位置设计相关夹具。
（夹紧机构） 夹紧机构）
9.3平面四杆机构的设计 9.3平面四杆机构的设计
设计类型 ：
1.实现给定的运动规律： 1.实现给定的运动规律：给定行程速 实现给定的运动规律 比系数以实现预期的急回特性、 比系数以实现预期的急回特性、实现 连杆的几组给定位置等。 连杆的几组给定位置等。 2.实现给定的运动轨迹：要求连杆上 2.实现给定的运动轨迹： 实现给定的运动轨迹 某点沿着给定轨迹运动等。 某点沿着给定轨迹运动等。
例：设计一铰链四杆 机构作为加热炉炉门 的启闭机构。 的启闭机构。已知炉 门上两活动铰链B 门上两活动铰链B、C 的中心距为50 50。 的中心距为50。要求 炉门打开后成水平位 且热面朝下（ 置，且热面朝下（如 虚线所示）。 ）。如果规 虚线所示）。如果规 定铰链A 定铰链A、D安装在炉 体的y 坚直线上， 体的y-y坚直线上， 其相关尺寸如图所示。 其相关尺寸如图所示。 用图解法求此铰链四 杆机构其余三杆的尺 寸。
2.行程速比系数 行程速比系数
为描述从动摇杆的急 回特性， 回特性，在此引入行 程速比系数 K，即：
K =
180 180
+ -
θ θ
K值的大小反映了急回运动特性的显著程度。K值的大 值的大小反映了急回运动特性的显著程度。 小取决于极位夹角θ ， 角越大，K值越大，急回运动 θ 角越大， 值越大， 特性越明显；反之，则愈不明显。 特性越明显；反之，则愈不明显。当时 θ = 0 ，K=1 ， 机构无急回特性。 机构无急回特性。
Fn γ
γ
F
α
Ft v C
在连杆机构中，为度 在连杆机构中， 量方便， 量方便，常用压力角 的余角即连杆与从动 件间所夹的锐角( 件间所夹的锐角(传 动角) 动角)检验机构的传 力性能。 力性能。
传动角愈大，机构的传力性能愈好，反之则不利于机构 传动角愈大，机构的传力性能愈好， 中力的传递。机构运转过程中，传动角是变化的， 中力的传递。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， 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。 是检验其传力性能的关键位置。 设计要求： 设计要求：
C
B
F v
机构处于死点位置， 机构处于死点位置，从动件会 卡死（ 出现卡死 机构自锁） 出现卡死（机构自锁）或运动 方向不确定的现象 的现象。 方向不确定的现象。
3.死点位置的防止和应用 死点位置的防止和应用 防止： 设计时可以通过利用飞轮 设计时可以通过利用飞轮， 防止： a.设计时可以通过利用飞轮，由 构件自身的惯性施加一定的外力， 构件自身的惯性施加一定的外力，从而使 机构顺利的通过死点位置。（缝纫机） 。（缝纫机 机构顺利的通过死点位置。（缝纫机） b. 由机构的错位排列（机车的车轮） 由机构的错位排列（机车的车轮）
2.按给定的行程速比系数设计四杆机构 2.按给定的行程速比系数设计四杆机构
设计具有 急回特性 的四杆机 构，关键 是要抓住 机构处于 极限位置 时的几何 关系，必 要时还应 考虑其他 辅助条件。
θ θ θ
例：已知摇杆长度L=100，摆角 ψ =50 和行程速比 已知摇杆长度L=100， L=100 系数k=1.4 试设计曲柄摇杆机构。 k=1.4， 系数k=1.4，试设计曲柄摇杆机构。
若在设计机构时 先给定K 先给定K值，则 :
K −1 θ = 180° ⋅ K +1
在生产实际中，常利用机构的急回运动来缩 在生产实际中， 短非生产时间，提高生产率， 牛头刨床、 短非生产时间，提高生产率，如牛头刨床、 往复式运输机等 往复式运输机等。
）、传力特性 （二）、传力特性
1.压力角与传动角 1.压力角与传动角
BC = B1C1 = B2 C 2
l4
θ
A
ψ
θ
.
设计目标 ：
根据给定的运动条件，选定机构的类 根据给定的运动条件， 确定机构中各构件的尺寸参数。 型，确定机构中各构件的尺寸参数。 图解法、 设计方法 ：图解法、实验法和解析法等。 图解法 实验法和解析法等。
1.按给定连杆两个位置设计铰链四杆机构 1.按给定连杆两个位置设计铰链四杆机构
有无穷多个解。实际上，还应考虑几何、 有无穷多个解。实际上，还应考虑几何、动力等辅助条 例如各杆所允许的尺寸范围、 件，例如各杆所允许的尺寸范围、最小传动角或其他结 构上的要求，就可以合理选定A 构上的要求，就可以合理选定A、D两点的位置而得到确 定的解。 定的解。 如果给定连杆三个、四个或五个位置呢？ 如果给定连杆三个、四个或五个位置呢？
传力特性
了解机构的特性， 了解机构的特性，对于选择平面 连杆机构的类型和设计平面连杆 机构具有重要的意义。 机构具有重要的意义。
（一）、机构的运动特性 ）、机构的运动特性
1.急回特性 急回特性
极位：从动件摇杆所处的极限位置（ 极位：从动件摇杆所处的极限位置（C1D,C2D) 摇杆摆角： 摇杆摆角：摇杆极限位置所夹角
K −1 解： 由给定的行程速比系 θ = 180° ⋅ = 30 数求出极位夹角 : K +1
C1 90-θ E B2 D B1 C2 以A为圆心，AC1为 为圆心， 半径作圆弧交A 半径作圆弧交A与 平分EC E，平分EC2得曲柄 再以A 长度 AB 。再以A 为圆心， 为圆心， AB 为 半径作圆， 半径作圆，交C1A 的延长线和C 的延长线和C2A于 B1和B2，连杆长度
Fn γ
γ
F
α
Ft v C
压力角：从动件 压力角： 受力方向与受力 点线速度方向之 间所夹的锐角。 间所夹的锐角。 传动角:压力角 传动角: 的余角即连杆与 从动件间所夹的 锐角。 锐角。
Fn = F sin α
Ft = F cos α
压力角愈小，机构的传力效果愈好。所以， 压力角愈小，机构的传力效果愈好。所以， 衡量机构传力性能，可用压力角作为标志。 衡量机构传力性能，可用压力角作为标志。
当主动件AB在位置AB 与连杆BC BC成一直线 当主动件AB在位置AB1与连杆BC成一直线 AB在位置 从动件CD处于左极限位置CD CD处于左极限位置 时，从动件CD处于左极限位置CD1。曲柄AB1 以匀角速度 ω 顺时针转过角ϕ1=180+θ 到达 位置时，摇杆达右极限位置CD2 CD2。 AB2位置时，摇杆达右极限位置CD2。
γ min ≥ [γ ]
曲柄摇杆机构，以曲柄为原动件时， 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机架两次共线 重叠和拉直） （重叠和拉直）位置之一。
C
γ min
B A D
2.死点状态 2.死点状态
机构传动角 γ 为死点位置。 为死点位置。
= 0° （即α = 90°）的位置称