第三章 连杆机构
合集下载
第三章平面连杆机构——平面机构的运动简图
实例
例1 卡车翻斗卸料机构示意图
1. 确定机构组成: 2. 车体1-机架 3. 活塞杆3-原
动件 4. 翻斗2、液压
缸体4为从动件
2.运动副类型: 3和4——移动副 3和2——转动副 4和1——转动副 2和1 ——转动副
3.机构草图绘制 测量各运动副 相对位置实际尺寸。 本图中,测量Lab,Lbc 以及BC连线与水平线 的夹角。
▪ 作业：2-4
例如：1、轴与轴承间构成运动副，轴的外圆柱面与轴承 内孔为运动副元素。
2、凸轮与尖顶间构成运动副，凸轮与尖顶接触部 分为运动副元素。
二、 运动副分类 （一）平面运动副
按两构件接触特性，常分为低副、高副两大类。
1、低副：两构件以面接触而形成的运动副。按运动特性可分 为转动副和移动副。
(1) 转动副：只能在一个平面内做相对转动, 也称铰链。 两构件中如有一个构件固定不动, 则称为固定铰链； 二者均能转动， 则称为活动铰链。
活塞2 顶杆8 连杆5
曲轴6
5）用简单线条和规定符号 表示出各构件和运动副， 画出机构运动简图。
齿轮10
排气阀4 气缸体1
凸轮7
习题
画出图示平面机构的运动简图
▪ 课后要求
1、明确绘制机构运动简图的目的
机构运动简图与真实机构具有完全相同的运动特性，主 要用于简明地表达机构的传动原理.
2、熟练掌握好运动副的基本知识
(a)固定铰链
(b)活动铰链
(2) 移动副：只允许两构件作相对移动。
移动副
转动副
转动副、移动副实例
2、高副 两构件以点或线接触而构成的运动副。
凸轮副
齿轮副
（二）空间运动副
若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空 间运动副。如：球面副、螺旋副。
例1 卡车翻斗卸料机构示意图
1. 确定机构组成: 2. 车体1-机架 3. 活塞杆3-原
动件 4. 翻斗2、液压
缸体4为从动件
2.运动副类型: 3和4——移动副 3和2——转动副 4和1——转动副 2和1 ——转动副
3.机构草图绘制 测量各运动副 相对位置实际尺寸。 本图中,测量Lab,Lbc 以及BC连线与水平线 的夹角。
▪ 作业：2-4
例如：1、轴与轴承间构成运动副，轴的外圆柱面与轴承 内孔为运动副元素。
2、凸轮与尖顶间构成运动副，凸轮与尖顶接触部 分为运动副元素。
二、 运动副分类 （一）平面运动副
按两构件接触特性，常分为低副、高副两大类。
1、低副：两构件以面接触而形成的运动副。按运动特性可分 为转动副和移动副。
(1) 转动副：只能在一个平面内做相对转动, 也称铰链。 两构件中如有一个构件固定不动, 则称为固定铰链； 二者均能转动， 则称为活动铰链。
活塞2 顶杆8 连杆5
曲轴6
5）用简单线条和规定符号 表示出各构件和运动副， 画出机构运动简图。
齿轮10
排气阀4 气缸体1
凸轮7
习题
画出图示平面机构的运动简图
▪ 课后要求
1、明确绘制机构运动简图的目的
机构运动简图与真实机构具有完全相同的运动特性，主 要用于简明地表达机构的传动原理.
2、熟练掌握好运动副的基本知识
(a)固定铰链
(b)活动铰链
(2) 移动副：只允许两构件作相对移动。
移动副
转动副
转动副、移动副实例
2、高副 两构件以点或线接触而构成的运动副。
凸轮副
齿轮副
（二）空间运动副
若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空 间运动副。如：球面副、螺旋副。
第三章 平面连杆机构
第三章平面连杆机构平面连杆机构是由若干构件和低副组成的平面机构，又称平面低副机构。
这种机构可以实现预期的运动规律及位置、轨迹等要求。
平面连杆机构用于各种机械中，常与机器的工作部分相连，起执行和控制的作用，在工程实际中应用十分广泛。
平面连杆机构的主要优点有：1、低副为面接触，所以压强小，易润滑，磨损少，可以承受较大的载荷。
2、构件结构简单，便于加工，构件之间的接触是由构件本身的几何约束来保持的，故工作可靠。
3、在原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，满足多种运动规律的要求。
其主要的缺点有：1、运动副中存在间隙，当构件数目较多时，从动件的运动累计误差较大。
2、不容易精确地实现复杂的运动规律，机构设计相对复杂。
3、连杆机构运动时产生的惯性力难以平衡，所以不适用于高速场合。
平面连杆机构是常用的低副机构，其中以由四个构件组成的平面四杆机构应用最广泛，而且是组成多杆机构的基础。
因此本章着重讨论平面四杆机构的基本形式及在实际中的应用，理解四杆机构的运动特性及设计平面四杆机构的基本设计方法。
3.1 平面连杆机构及其应用连杆机构有平面连杆机构和空间连杆机构。
其中，若各运动构件均在相互平行的平面内运动，则称为平面连杆机构。
若各运动构件不都在相互平行的平面内运动，则称为空间连杆机构。
平面连杆机构较空间连杆机构应用更为广泛，在平面连杆机构中，结构最简单的且应用最广泛的是由四个构件所组成的平面四杆机构，其它多杆机构可看成在此基础上依次增加杆件而组成。
故本章着重介绍平面四杆连杆机构。
3.1.1铰链四杆机构的类型所有运动副均为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构。
它是平面四杆机构的基本形式。
如图3-1所示。
图中固定不动的构件AD是机架；与机架相连的构件AB、CD称为连架杆；不与机架直接相连的构件BC称为连杆。
连架杆中，能作整周回转的构件称为曲柄，只能作往复摆动的构件称为摇杆。
图3-1 铰链四杆机构根据两连架杆中曲柄(或摇杆)的数目，铰链四杆机构可分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本形式。
机械原理 第三章 平面连杆机构及其设计
2
二、连杆机构的特点 优点：
• 承受载荷大，便于润滑
• 制造方便，易获得较高的精度 • 两构件之间的接触靠几何封闭实现 • 实现多种运动规律和轨迹要求
y B a A Φ b β c ψ ψ0 C B φ A D M3
3
连杆曲线
M
M1
M2
连杆
φ0
d
D
x
缺点：
• 不易精确实现各种运动规律和轨迹要求；
27
55
20
40
70
80 (b)
例2：若要求该机构为曲 柄摇杆机构，问AB杆尺寸 应为多少？
解：1.设AB为最短杆
即 LAB+110≤60+70 2.设AB为最长杆 即 LAB+60≤110+70 3.设AB为中间杆 即 110+60≤LAB+70 100≤LAB LAB≤120 A
70
C
60
B
110
FB
D
36
2、最小传动角出现的位置
C b
F VC
B
c
A
d
D
当 为锐角时，传动角 = 当为钝角时，传动角 = 180º - 在三角形ABD中：BD² =a² +d² -2adcos 在三角形BCD中：BD² =b² +c² -2bccos (1) (2)
37
由（1）=（2）得：
b2 c 2 a 2 d 2 2ad cos cos 2bc
1）当 = 0º 时，即曲柄与机架重叠共线，cos =+1， 取最小值。
min
b c (d a ) arccos 2bc
第三章 连杆机构
三、死点
死点的概念—无论驱动力多大，均 不能使从动件运动，机构的这种位 置为死点。 四杆机构中是否存在死点，取决 于机构中是整周转动构件为主动还 是往复运动构件为主动。对曲柄摇 杆机构，若以曲柄为原动件，就不 存在死点；若以摇杆为原动件，在 机构连杆与从动曲柄共线位置，即 是死点位置。 从传动角度的角度来看，机构中存 在死点是不利的。 工程上有时也利用死点来实现一定 的工作要求。
全铰链四杆机构存在曲柄的条件： （1）连架杆与机架中至少有一个是最短杆； （2）最短杆与最长杆长度和应≤其余两杆长度和。 其中条件（2）又称为格拉肖夫判别式。 例3.3.1分析。通过此例，可以得出以下结论： 若全铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和≤其 余两杆长度和时：1）最短杆是连架杆，为曲柄摇杆 机构；2）最短杆是机架，为双曲柄机构；3）最短杆 是连杆，为双摇杆机构。 对于平行四边形机构，因为两对边分别相等，则不 论取哪个杆为机架，均存在两个曲柄。 综上所述，对于满足格拉肖夫判别式的铰链四杆机构， 存在着内在联系。可通过取不同的构件为机架而相互 转化，如图3.2.13所示。
第五节 平面四杆机构的设计
平面四杆机构的设计任务：
主要是根据使用要求选定机构的型式，并根据已知
条件来确定机构中各构件的尺寸。 设计类型： （1）实现预期的运动规律； （2）实现给定的运动轨迹 。
பைடு நூலகம்
设计方法有：图解法、解析法和实验法。
一、按给定的K值设计四杆机构
设计具有急回特性的四杆机构，通 常根据实际工作需要，先确定行程速 度变化系数K，然后根据机构在极限 位置处的几何关系，结合有关 辅助条件，确定出机构中各杆 的尺寸。 1. 设计曲柄摇杆机构 已知摇杆CD的长度lCD、摆 角Ψ和行程速度变化系数K， 试设计该曲柄摇杆 机构。设计的关键是确定固定 铰链中心A的位置，具体设计 步骤如下：
机械原理第三章精选全文完整版
利用死点: ①夹紧机构 图 ②飞机起落架 图
第三节 四杆机构的设计
一、四杆机构的设计的基本问题
平面连杆机构的功能：
（1）传动功能 图
（2）引导功能
图
四杆机构的设计的基本问题：
（1）实现预定的连杆位置问题； （1）实现已知运动规律问题； （2）实现已知轨迹问题。
设计方法：（1）图解法；（2）解析法；
ψ
θ
a AC2 AC1 2
a EC1 / 2
90 -θ
ψ
θ
θ
（2）曲柄滑块机构
已知： H , K,e ，求机构其它构件尺寸.
步骤：
180 (k
1)
k 1
取 l 作图
AB=(AC1-AC2)/2 BC=AC1-AB
H
c2
c1
90
A
lAB l AB
O
Hale Waihona Puke lBC l BCM
（3）导杆机构
已知： lAD , K
根据 3 ，则得
2
arcsin
l3
sin
3 l1 sin
l2
1
第四节 平面连杆机构的运动分析（8）
2.速度分析
将式（l1ei1 l2ei2 l4 l3ei3 对时间求导，得到
l ie 指数函数求导
i1
11
l22iei2
l33iei3
e 将式中的每项乘 i2，并取实部消去 2 ，解得：
3)以平面高副联接的两构件, 若高副元素之间为纯 滚动时, 接触点即为两构件的瞬心；若高副元素 之间既滚动又滑动, 则瞬心在高副接触点处的公 法线上。 图
（2）不直接相联的两构件的瞬心——三心定理
三心定理: 三个彼此作平面运动的构件共有三个瞬 心，且必定位于同一直线上。 图
第三节 四杆机构的设计
一、四杆机构的设计的基本问题
平面连杆机构的功能：
（1）传动功能 图
（2）引导功能
图
四杆机构的设计的基本问题：
（1）实现预定的连杆位置问题； （1）实现已知运动规律问题； （2）实现已知轨迹问题。
设计方法：（1）图解法；（2）解析法；
ψ
θ
a AC2 AC1 2
a EC1 / 2
90 -θ
ψ
θ
θ
（2）曲柄滑块机构
已知： H , K,e ，求机构其它构件尺寸.
步骤：
180 (k
1)
k 1
取 l 作图
AB=(AC1-AC2)/2 BC=AC1-AB
H
c2
c1
90
A
lAB l AB
O
Hale Waihona Puke lBC l BCM
（3）导杆机构
已知： lAD , K
根据 3 ，则得
2
arcsin
l3
sin
3 l1 sin
l2
1
第四节 平面连杆机构的运动分析（8）
2.速度分析
将式（l1ei1 l2ei2 l4 l3ei3 对时间求导，得到
l ie 指数函数求导
i1
11
l22iei2
l33iei3
e 将式中的每项乘 i2，并取实部消去 2 ，解得：
3)以平面高副联接的两构件, 若高副元素之间为纯 滚动时, 接触点即为两构件的瞬心；若高副元素 之间既滚动又滑动, 则瞬心在高副接触点处的公 法线上。 图
（2）不直接相联的两构件的瞬心——三心定理
三心定理: 三个彼此作平面运动的构件共有三个瞬 心，且必定位于同一直线上。 图
第三章 平面连杆机构
第三章平面连杆机构3.1概述3.2平面四杆机构的基本型式和应用3.2 平面四杆机构的运动特性3.3 平面四杆机构的设计3.1概述一、基本概念平面四杆机构：由四个构件通过低副连接而成的平面连杆机构称为。
铰链四杆机构：低副均为转动副的平面四杆机构。
3.2平面四杆机构的基本型式和应用一、四杆机构的基本形式下图所示为铰链四杆机构, 其中AD杆为机架, 与机架相连的AB杆和CD杆称为连架杆, 与机架相对的BC杆称为连杆。
其中能作整周回转运动的连架杆称为曲柄；只能在小于360°的范围内摆动的连架杆称为摇2. 双曲柄机构定义：两连架杆均为曲柄的四杆机构平行双曲柄机构：在双曲柄机构中分别相等。
作用：等速转变为变速转动MBB′C′M′ADC例2：鹤式起重机应用：曲柄滑块机构用途很广, A当曲柄等速转动时，摇杆来回摆动的速度不同，返回速度较大。
称为机构的，通常用行程速度变化传动角γ:压力角的余角，γ角更便于观察和测量。
在机构运动过程中，压力角和传动角的大小是随机构位置而变化的，为保证机构的传力性能良好，设计时须限定最小传动角或最大压力角αmax 。
通常取γmin ≥40°～50°。
为此，必须确定γ = γmin 时机构的位置并检验γmin 的值是否小于上述的最小允许值。
对于曲柄滑块机构，当主动件为曲柄时，最小传动角出现在曲柄与机架垂直的位置，如图所示。
导杆机构，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，与从动杆受力的速度方向始终一致，所以传动角始终等于90°2．死点定义：传动角为90度。
表现：倒、顺转向不定（图a ）或者从动件卡死不动（图b ）的现象。
曲柄滑块机构中，以滑块为主动件、曲柄为从动件时，死点位置是连杆与曲柄共线位置。
摆动导杆机构中，导杆为主动件、曲柄为从动件时，死点位置是导杆与曲柄垂直的位置。
克服死点方法：利用惯性法使机构渡过死点；当一个机构处于死点位置时，可借助死点。
3.曲柄连杆机构
活塞裙部
位置：从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，包括销座 孔。
作用：活塞在气缸内的起良好的导向作用，气缸与活塞之 间在任何工况下都应该保持适宜的间隙，并承受侧压力， 防止破坏油膜。
主
次
推
推
销座孔 力
力
裙
面
面
部
2016.9
活塞的变形
形变原因：热膨胀、侧压力和气体压力。 变形规律：
凸起呈球状、顶部强 度高，起导向作用、 有利于改善换气过程, 在不改变气缸盖结构 的情况下增大压缩比。
2016.9
凹坑的形状、位置必 须有利于可燃混合气 的燃烧；调整压缩比， 防止碰气门。
活塞头部
位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。 作用：
1、承受活塞顶的压力，并传给活塞销。 2、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸，防止可燃混合气漏到曲
2016.9
1)浴盆形燃烧室，结构简单，气门与气缸轴线平行， 进气道弯度较大。压缩行程终了能产生挤气涡流。
2)楔形燃烧室，结构比较紧凑，气门相对气缸轴线 倾斜，进气道比较平直，进气阻力小。压缩行程终 了时能产生挤气涡流。
3)半球形燃烧室，结构最紧凑，燃烧室表面积与其 容积之比(面容比)最小。进排气门呈两列倾斜布置， 不能产生挤气涡流。
工作条件：由于接触高温 高压燃气，要求气缸盖应 具有足够的强度和刚度， 良好的冷却。
导热性好、利于提高压缩比，但 刚度低，易变形，适用与高速高
强化汽油机
2016.9
燃烧室
燃烧室基本要求
1、结构紧凑（表面积/容积）要小，减小 热损失，缩短火焰行程，提高热效率 2、能增大进气门直径或进气道通道面积： 增加进气量，提高发动机转矩和功率 3、能在压缩行程终点产生挤气涡流：以提 高混合气燃烧速度，保证混合气充分燃烧 ·汽油机燃烧室： 在气缸盖底面通常铸有形状各异的凹坑， 保证火焰传播距离最短，以防止发生不正 常燃烧 ·柴油机燃烧室： 有直喷式和分隔式两种燃烧室。应与燃油 喷射、空气涡流运动进行良好配合。
机械原理第三章平面连杆机构及其设计
b12
C1
B
B2
B1
b. 设计 b12
c12
A
B2
C1
C2
B1
A点所在线
A
D点所在线
D
C C2
D
★ 已知连杆两位置
c23
——无穷解。要唯一解需另加条件 ★ 已知连杆三位置
b23 B3
c23
——唯一解 ★ 已知连杆四位置
——无解 B3
b12 B2 B1
C1 C2
C3
AD
B2 B1
分析图3-20
C2 C1 B4
反平行四边形
车门开闭机构
3)、双摇杆机构
若铰链四杆机构的两连架杆均为摇杆， 则此四杆机构称为双摇杆机构。
双摇杆机构
双摇杆机构的应用 鹤式起重机机构
鹤式起重机
倒置机构：通过更换机架而得到的机构称为原机构的倒置机构。
变化铰链四杆机构的机架
C
B
整转副
2
(<360°)
(0~360°)
3
1
(0~360°)
（1）、取最短构件为机架时，得双曲柄机构。 （2） 、取最短构件的任一相邻构件为机架时，均得曲柄
摇杆机构。 （3）、取最短构件的对面构件为机架时，得双摇杆机构。
判断：所有铰链四杆机构取不同构件为机架时，都能演化成带 曲柄的机构。
例：图示机构尺寸满足杆长条件，当取不同构件为机架时 各得什么机构？
取最短杆相 邻的构件为 机架得曲柄 摇杆机构
最短杆为 机架得双 曲柄机构
取最短杆对 边为机架得 双摇杆机构
特殊情况：
如果铰链四杆机构中两个构件长度相等且均为最短杆 1、若另两个构件长度不相等，则不存在整转副。 2、若另两个构件长度也相等， （1）当两最短构件相邻时，有三个整转副。 （2）当两最短构件相对时，有四个整转副。
第三章 平面连杆机构
1 2 , t1 t2 , v2 v1
急回运动的相对程度用行程速比系数来衡量
v2 t1 1 180 K v1 t2 2 180
曲柄滑块机构的急回特性
对心
无急回运动特性
偏心
有急回运动特性
导杆机构的急回特性
摆动导杆机构的极位夹角θ＝ψ（导杆摆角），导杆慢行程摆动方向 总是与曲柄转向相同。
三、 压力角与传动角(衡量传力性能)
压力角α：连杆BC为二力构件，连杆给从动构件的作用力P方向和受力点运动方 向（Vc方向）之间的锐角。——与机构的运转轻便和效率有关的参数。 传动角γ：压力角的余角——衡量机构的传动质量，可从平面连杆机构运动简图 上直接观察大小。（γ＝δ或180°－δ，δ：连杆与从动件之间夹角）
各构件的长度间关系： 在BC D中，a d b c （） 1 在BC D中，当b c时，b c d a a b c d (2) 当c b时，c b d a，c a b d (3) （ ）＋（2）得：a c， 1 （ ）＋（ ）得：a b， 1 3 又 ad
2．扩大转动副尺寸的演化
曲柄滑块机构中，当曲柄尺寸较短时， 因工艺结构和强度等方面的要求，需 将回转副扩大形成偏心圆盘机构。这 种结构尺寸的演化，不影响机构的运 动性质，却可避免在尺寸很小的曲柄 两端装设两个转动副而引起结构设计 上的困难。同时盘状构件在强度方面 优于杆状构件，在一些传递动力较大、 从动件行程很小的场合，广泛采用偏 心盘结构
实例
曲柄摇块机构
卡车翻箱卸料机构
实例
移动导杆机构
手动唧筒
1、曲柄摇杆机构；2、双曲柄机构； 3、曲柄摇杆机构；4、双摇杆机构。
第三章 连杆机构设计和分析
第三章连杆机构设计和分析本章重点：平面四杆机构设计的几何法、解析法，及平面连杆机构运动分析的几何方法、解析法，机构动态静力分析的特点本章难点：1. 绘制速度多边形和加速度多边形时，不仅要和机构简图中的位置多边形相似，而且字母顺序也必须一致。
2．相对速度和加速度的方向，及角速度和角加速度的转向。
3．用解析法对平面机构进行运动分析，随着计算机的普及，已越来越显得重要，并且将在运动分析中取代图解法而占主要地位。
其中难点在于用什么样的教学工具来建立位移方程，并解此方程。
因为位移方程往往是非线性方程。
基本要求：了解平面连杆机构的基本型式及其演化；对平面四杆机构的一些基本知识(包括曲柄存在的条件、急回运动及行程速比系数、传动角及死点、运动的连续性等)有明确的概念；能按已知连杆三位置、两连架杆三对应位置、行程速比系数等要求设计平面四杆机构。
§3－1 平面四杆机构的特点和基本形式一、平面连杆机构的特点能够实现多种运动轨迹曲线和运动规律，低副不易磨损而又易于加工。
由本身几何形状保持接触。
因此广泛应用于各种机械及仪表中。
不足之处:作变速运动的构件惯性力及惯性力矩难以完全平衡；较难准确实现任意预期的运动规律，设计方法较复杂。
连杆机构中应用最广泛的是平面四杆机构。
二、平面四杆机构的基本型式三种：曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构三、平面四杆机构的演变1．转动副转化为移动副2．取不同构件为机架：3．变换构件的形态4．扩大转动副尺寸。
§3－2 平面连杆机构设计中的一些共性一、平面四杆机构有曲柄的条件上一节中，已经讲过平面四铰链机构中有三种基本形式：曲柄摇杆机构（一个曲柄）；双曲柄机构（二个曲柄）；双摇杆机构（没有曲柄）。
可见有没有曲柄，有几个曲柄是基本形式的主要特征。
因此，曲柄存在条件在杆机构中具有十分重要的地位。
下面分析曲柄存在条件：在铰链四杆机构中，有四个转动副和四个杆，为什么连架杆能作整周旋转（曲柄），有时就不能作整周旋转（摇杆）呢？这主要是因为四杆的相对杆长能约束连架杆是否能整周旋转或只作摆动的缘故。
第三章-平面连杆机构讲解
小型刨床机构
曲柄摆动导杆机构 (a)曲柄摆动导杆机构 ; (b)电气开关
卡车车厢自动翻转卸料机构
手动抽水机
第十一页，编辑于星期二：二十二点 五分。
3. 偏心轮机构 扩大转动副
（ a）等效曲柄滑块机构
（ b）曲柄滑块机构 （ c）等效曲柄摇杆机构 （d) 曲柄摇杆机构
特点：容易加工；
工作时润滑条件和受力情况好；
∴X ≤67
②当45mm为最长杆时：即18+45≤40+x
∴X ≥23 ∴当23≤X ≤67时，该机构为曲柄摇杆机 构
第十九页，编辑于星期二：二十二点 五分。
二、急回特性和行程速比系数
曲柄等速转动时， 摇杆往复摆动的平均速 度不相同，这种运动称 为曲柄摇杆机构的 急回
运动。曲柄摇杆机构的
急回运动程度可以用 2
A
AC 1= l1+l2
AC2=l2- l1
=> l1 =( AC1－ AC2)/ 2
⑥以 A为圆心， A C2为半径作弧交
于 E,得：l1 =EC1/ 2 l2 = A C1－EC1/ 2
θD P
第二十九页，编辑于星期二：二十二点 五分。
（7）讨论：由于 A点可在△ C1PC2的外接圆周的弧 C1PC2 上任意选取，所以，若仅按行程速比系数 K来
18 15
A
30
D
∵15+30>20+18 ∴此机构属于 双摇杆机构
其中 AB、CD都为摇杆
C B 17
22
10
A
28
D
∵10+28<17+22
又∵最短杆AB固定作为机架
∴此机构属于 双曲柄机构 其中 AB、CD都为曲柄
第三章平面连杆机构的及其设计
3-2 平面四杆机构的基本型式及其演化 • 铰链四杆机构 所有运动副均为转动副的四杆机构称 为铰链四杆机构。它是平面四杆机构的基本型式。 此机构中，包括以下几部分：
连杆
2 C 3
连架杆
B 1 A 4
连架杆
D
机架 曲柄: 能做整周回转的连架杆； 摇杆 :仅能在某一角度范围内往复摆动的连架杆 整转副:能作3600相对回转的运动副 摆动副 :只能作有限角度摆动的运动副 铰链四杆机构分为3种基本型式。
§3-1 平面连杆机构的特点及其设计的基本问题 一、什么是连杆机构？ 全部由低副连接构件而成的机构。
二、连杆机构的优缺点 1、优点
（1）面接触压强小，便于润滑制造简单，靠本身的几何封闭保持接触。 （2）改变构件尺寸可得到从动件各种不同的运动规律。 （3）运用连杆曲线，可以得到各种不同的运动轨迹
2、缺点
（经常用γ衡量机构的传动质量）
3、许用压力角
一般： 40
4、压力角的计算
90,
90 , 180
压力角和传动角示例：
V
F
1800
传动不利，设计时规定 4050
Ⅱ型曲柄滑块机构
K 1(q 00 ) a 2 d 2 c 2 b2
Ⅲ型曲柄滑块机构
K 1(q 00 ) a d c b
2 2 2 2
曲柄滑块机构
180º q
q
慢行程
180º q
快行程
q — 极位夹角
e0
e0
偏心曲柄滑块机构
对心曲柄滑块机构
有急回特性
可分以下三种情况讨论： ① δ≤ 90o时， min=δmin ；
汽车发动机构造与维修-第三章曲柄连杆机构
第一节 机体组
二、气缸盖
二、气缸盖 气缸盖作用：用来密封气缸的上部，与 活塞、气缸等共同构成燃烧室。
气缸盖示意图 1－排气门 2－进气门 3－排气道 4－火花塞座 孔 5－进气门 6－凸轮轴座孔
第一节 机体组
二、气缸盖
别克气缸盖示意图 1－前凸轮轴盖 2－气缸盖螺栓 3－ 孔塞 4－气门导管 5－凸轮轴轴承 盖 6－火花塞座孔7－后凸轮轴轴承 盖 8－防冻塞 9－机油油道盖 10－ 排气管安装螺栓 11－节温器 12－ 气门 13－凸轮轴座孔
第二节 活塞连杆组
二、活塞环
二、活塞环 活塞环按其主要功用可分为气环和油环两类。
活塞环三隙 1－活塞环工作状态2－活塞环自由状态3－工作面4 －内表面5－活塞6－活塞环7－气缸壁 Δ1－开口间隙Δ2－侧隙Δ3－背隙d－内径B－宽度 油环 气环
第二节 活塞连杆组
二、活塞环
1.气环 气环也叫压缩环，用来密封活塞与气缸壁的间隙，防止气缸内的气 体窜入油底壳，以及将活塞头部的热量传给气缸壁，再由冷却水或空气 带走。另外还起到刮油、布油的辅助作用。
拔掉火花塞 拔掉分电器电插头
第四节 曲柄连杆机构的维护
一、气缸压缩压力的检验
一、气缸压缩压力的检验
技术提示
在拆卸火花塞或喷油器前， 要用压缩空气吹净火花塞或喷 油器周围的赃物。在吹赃物的 过程中，眼睛要进行防护或躲 开，防止赃物进入眼睛中。在 装火花塞或喷油器时，不要忘 记安装密封垫，密封垫应更换 新件。要保证螺纹扣对正，扭 紧力矩合适。
飞轮上的转速信号轮 正时标记
第四节 曲柄连杆机构的维护
第四节 曲柄连杆机构的维护
一、气缸压缩压力的检验
一、气缸压缩压力的检验
拔掉喷油器电插头
第三章 曲柄连杆机构
制作：程金铭
裙部表面的保护 1）镀锡 ）
油膜破坏时，起润滑作用；又可加速磨合作用。 油膜破坏时，起润滑作用；又可加速磨合作用。
2）涂石墨(柴油机） ）涂石墨 柴油机 柴油机） 易脆断可加速磨合，自润滑。 易脆断可加速磨合，自润滑。 3）表面粗糙化 ） 有规律的粗糙化，可加速磨合， 有规律的粗糙化，可加速磨合，沟谷可存 机油润滑。 机油润滑。
制作：程金铭
（1）按气缸体与 ） 油底壳安装平面位 置不同分为
名称 性能
油底壳安装平 面和曲轴旋转 中心在同一高 度。
应用
机体高度小、 机体高度小、重 492Q汽油 汽油 一般式 量轻、结构紧凑， 量轻、结构紧凑， 机，90系 系 平分式） 便于加工拆卸。 （平分式） 便于加工拆卸。 列柴油机。 列柴油机。 刚度和强度差。 刚度和强度差。 龙门式 捷达轿车、 捷达轿车、 强度和刚度较好。 强度和刚度较好。 富康轿车、 富康轿车、 工艺性差、 工艺性差、结构 桑塔纳轿 笨重、加工困难。 笨重、加工困难。 车 结构紧凑、 结构紧凑、刚度 负荷较大 和强度好。 和强度好。难加 的柴油机 工艺性差、 工、工艺性差、 上。 曲轴拆卸不方便。 曲轴拆卸不方便。 油底壳安装 平面低于曲 轴的旋转中 心。 气缸体上曲 轴的主轴承 孔为整体式。 孔为整体式。
制作：程金铭
三、工作条件
承受机械载荷： 承受机械载荷： 1、气体压力、惯性力、离心力、摩擦力 、气体压力、惯性力、离心力、 2、汽车行驶中产生的冲击力。 、汽车行驶中产生的冲击力。
制作：程金铭
§3.2 机体组
机体组组成： 机体组组成：
气缸垫 气缸盖 油道和水道 气缸体 曲轴箱
油底壳 气缸
制作：程金铭
连杆组件分解图
第3章平面连杆机构
偏心轮机构的演化过程
偏心轮机构结构简单，偏心轮轴颈的强度和刚度大，且易于安装整 体式连杆，广泛用于曲柄长度要求较短、冲击在和较大的机械中。
颚式破碎机
下次课准备
• 班级分成4组 • 每组下次课准备的物品：剪刀，针线，尺 子，鞋盒（类似的硬纸板）。
任务3 制作平面四杆机构模型 并分析其基本特性
1、 分组制作一个铰链四杆机构
第3章 平面连杆机构
回顾：
1、什么叫做运动副？
2、构件 ？ 机构
3、内燃机的曲柄连杆机构各构件之间是什么运动副？
任务1 四杆机构的认知
1、绘制跑步机的运动简图
1）平面连杆机构：构件全部用低副联接而成 的平面机构（低副机构）。 2）平面四杆机构：最简单的平面连杆机构， 由四个构件组成。 3）铰链四杆机构：全部用转动副组成的平面 四杆机构。
摆动导杆机构 L1>L2
L2 ：曲柄长度
(3)、应用
简易刨床
牛头刨床机构
3、摇块机构 (1)、演化过程 曲柄滑块机构中，当将连杆改为机架时，就演化成摇块机构。
(2)、应用
泵
4、定块机构 (1)、演化过程 曲柄滑块机构中，当将滑块改为机架时，就演化成定块机构。
(2)、应用
移动导杆机构
5、偏心轮机构（扩大运动副) 在曲柄滑块机构（曲柄摇杆机构）中，若曲柄很短，可将转动 副B的尺寸扩大到超过曲柄长度，则曲柄AB就演化成几何中心B不与 转动中心A重合的圆盘，该圆盘称为偏心轮，含有偏心轮的机构称 为偏心轮机构。
2.若机构满足杆长之和条件，则 (1) 以最短杆的邻边为机架时为曲柄摇杆机构 (2) 以最短杆为机架时为双曲柄机构 (3) 以最短杆的对边为机架时为双摇杆机构
曲柄摇杆机构的一些主要特性：
高职汽车构造课件第3章发动机之曲柄连杆机构
活塞裙部的变形
防止活塞的变形的结构措施
（1） 活塞纵断面制成上小下大的截锥形。 （2） 活塞横断面制成椭圆形，长轴垂直于销座孔轴线方向，即侧压力方向。 （3） 裙部开绝热—膨胀槽（“T”形或形槽），其中横槽叫绝槽，竖槽叫膨胀槽。
（1）
（2）
（3）
偏置销座
1. 定义：活塞销座朝向承受作功侧压力的一面（图示左侧）偏移1mm～ 2mm。 2. 作用：减轻活塞换向时对气缸壁的敲击噪声。 3. 原理：因销座偏置，在接近上止点时，作用在活塞销座轴线以右的气 体压力大于左边，使活塞倾斜，裙部下端提前换向。而活塞在越过上止 点，侧压力反向时，活塞才以左下端接触处为支点，顶部向左转（不是 平移），完成换向。可见偏置销座使活塞换向分成了两步，第一步是在 气体压力较小时进行，且裙部弹性好，有缓冲作用；第二步虽气体压力 大，但它是个渐变过程。为此，两步过渡使换向冲击力大为减弱。
• （3）气环的断面形状
图 气环的断面形状 a)矩形环；b)锥形环；c)内切口扭曲环；d)外切口扭曲环；e)梯形环；f)桶形环
• 矩形活塞环的泵油作用及危害
• 原因：（1）存在侧隙和背隙； （2） 环运动时在环槽中 靠上靠下。 现象：当活塞带着环下行（进气 行程）时，环靠在环槽的上方， 环从缸壁上刮下的润滑油充入环 槽下方；当活塞又带着环上行（ 压缩行程）时，环又靠在环槽的 下方，同时将油挤压到环槽上， 如此反复，就将润滑油泵到活塞 顶。 • 危害：（1）增加了润滑油的消 耗； （2） 火花塞沾油不跳火； （3） 燃烧室积炭增多，燃 烧性能变坏； （4） 环槽内形成积炭，挤 压活塞环而失去密封性； （5） 加剧了气缸的磨损。
•
3.气缸垫 1）作用： 保证气缸体与气缸盖间的密封，防 止漏水、漏气。 2） 构造 （1） 金属—石棉垫：（见a、b） 外包铜皮和钢片，且在缸口、水孔 、油道口周围卷边加强，内填石棉 （常掺入铜屑或钢丝，以坚强导热 ）。 （2） 金属骨架—石棉垫：以编织 的钢丝网（图c）或有孔钢板（图 e）为骨架，外覆石棉，只在缸口 、水孔、油道口处用金属片包边。 （3） 纯金属垫：（见图e）由单 层或多层金属片（铜、铝或低碳钢 ）制成，用于某些强化发动机。 3） 安装注意： 金属皮的金属—石棉垫，缸口金属 卷边一面应朝向易修整接触面或硬 平面。因卷边一面会对与其接触的 平面造成压痕变形。
第三章曲柄连杆机构
根据气缸体与油底壳安装平面位置不同，通常把气缸 体分为一般式、龙门式和隧道式三种。
第三章 曲柄连杆机构
为了能够使气缸内表面在高温下正常工作，必须对气
缸和气缸盖进行适当地冷却。
第三章 曲柄连杆机构
二、气缸套
气缸直接镗在气缸体上称为整体式气缸，整体式气
缸强度和刚度都好，能承受较大的载荷，但这种气缸对
材料要求高，成本高。
干式气缸套
第三章 曲柄连杆机构
湿式气缸套
第三章 曲柄连杆机构
三、气缸盖
气缸盖安装在气缸体的上面, 从上部密封气缸并构
成燃烧室。
第三章 曲柄连杆机构
四、汽油机燃烧室
第三章 曲柄连杆机构
五、气缸垫
气缸垫装在气缸盖和气缸体之间，其作用是保证气缸 盖与气缸体接触面的密封，防止漏气、漏水和漏油。
活塞环密封面
气环开口形状
第三章 曲柄连杆机构
气环的断面形状很多，最常见的有矩形环、扭曲环、 锥面环、梯形环和桶面环。
第三章 曲柄连杆机构
第三章 曲柄连杆机构
第三章 曲柄连杆机构
2. 油环
第三章 曲柄连杆机构
三、活塞销
活塞销的作用是连接活塞和连杆小头，并把活塞承受 的气体压力传给连杆。
第三章 曲柄连杆机构
第三章 曲柄连杆机构
3. 连杆大头
（1）连杆大头的形式
1）平分
第三章 曲柄连杆机构
2）斜分
斜分式连杆及其定位方法
第三章 曲柄连杆机构
（2）连杆轴瓦 为了减小摩擦阻力和曲轴连杆轴颈的磨损, 连杆大头 孔内装有瓦片式滑动轴承， 简称连杆轴瓦。
连杆轴瓦 1—钢背 2—油槽 3—定位凸键 4—减磨合金杆轴瓦
第三章 曲柄连杆机构
第三章 曲柄连杆机构
为了能够使气缸内表面在高温下正常工作，必须对气
缸和气缸盖进行适当地冷却。
第三章 曲柄连杆机构
二、气缸套
气缸直接镗在气缸体上称为整体式气缸，整体式气
缸强度和刚度都好，能承受较大的载荷，但这种气缸对
材料要求高，成本高。
干式气缸套
第三章 曲柄连杆机构
湿式气缸套
第三章 曲柄连杆机构
三、气缸盖
气缸盖安装在气缸体的上面, 从上部密封气缸并构
成燃烧室。
第三章 曲柄连杆机构
四、汽油机燃烧室
第三章 曲柄连杆机构
五、气缸垫
气缸垫装在气缸盖和气缸体之间，其作用是保证气缸 盖与气缸体接触面的密封，防止漏气、漏水和漏油。
活塞环密封面
气环开口形状
第三章 曲柄连杆机构
气环的断面形状很多，最常见的有矩形环、扭曲环、 锥面环、梯形环和桶面环。
第三章 曲柄连杆机构
第三章 曲柄连杆机构
第三章 曲柄连杆机构
2. 油环
第三章 曲柄连杆机构
三、活塞销
活塞销的作用是连接活塞和连杆小头，并把活塞承受 的气体压力传给连杆。
第三章 曲柄连杆机构
第三章 曲柄连杆机构
3. 连杆大头
（1）连杆大头的形式
1）平分
第三章 曲柄连杆机构
2）斜分
斜分式连杆及其定位方法
第三章 曲柄连杆机构
（2）连杆轴瓦 为了减小摩擦阻力和曲轴连杆轴颈的磨损, 连杆大头 孔内装有瓦片式滑动轴承， 简称连杆轴瓦。
连杆轴瓦 1—钢背 2—油槽 3—定位凸键 4—减磨合金杆轴瓦
第三章 曲柄连杆机构
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
35
3.1 平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念
2. 平面四杆机构的急回特性
当摆杆从DC2 曲柄从AB2 DC1， AB1
B C C1 2
C2
转过的角度
1
1 A B2 4
3
1 180
0
D
B1
对应的时间
t1 1 / 1
摇杆点C的平均速度
v1 C1C2 / t1
36
3.1 平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念
机构中的运动副均为低副，故又称低副机构。
面接触，应力分散，承载能力高，可用来传递较大的力 减少磨损，便于润滑 接触面为圆柱面或平面，制造简单，两构件连接可靠
构件运动形式及连杆曲线具有多样性。
缺点：
不易精确实现复杂的运动规律，且设计较为复杂；
运动链长，累积误差大，效率低； 高速运转时动平衡比较困难
5
3.1 平面连杆机构的类型及演化
33
3.1 平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念
1. 平面四杆机构的曲柄存在条件
34
3.1 平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念
2. 平面四杆机构的急回特性
极位夹角 B 1 2 C C1 C2
1
A
B2 4
3
D
摆角
以曲柄摇杆 机构为例
B1
当曲柄与连杆两次共线时，摇杆处于两极限位置。
摇杆在两极限位置间的夹角(∠C1DC2)。 摆角ψ： 极位夹角θ： 曲柄在摇杆处于两极限位置时所夹的补角(∠C1AC2)。
3 2 1 3 1 2
e：偏距
2017年11月对心曲柄滑块机构 8日
偏置曲柄滑块机构
17Leabharlann .1 平面连杆机构的类型及演化平面连杆机构的演化—— 将转动副变为移动副
摇杆变为滑块， 滑槽弧半径为摇 杆长度时 曲柄摇杆机构
滑槽弧半径 为无穷大时 曲柄滑块机构
偏心曲柄滑块机构
滑道与曲柄 铰链共线
摇杆变为滑块， 滑槽弧半径为连 杆长度时 对心曲柄滑块机构
铰链四杆机构 ——由转动副组成的四杆机构。
转 动 副
整转副：转动副连接的构件能整周相对运动 摆转副(摆动副)：转动副连接的构件不能整周相对运动
连杆
机架： 固定构件
构 件
连架杆：直接与机架相连的构件
曲柄：能做整周回转的连架杆 摇杆：不能做整周回转的连架杆
连架杆 连架杆
连杆： 不直接与机架相连的构件
2017年11月8日
由上式可得： 1800 K 1
K 1
可见：θ↑ K↑急回特性越显著——导致机器动载↑ 冲击↑
3.1 平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念
2. 平面四杆机构的急回特性
曲柄滑块机构的急回特性
导杆机构的急回特性
3.1 平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念
2. 平面四杆机构的急回特性
4 d
3 D
a≤b，a≤c ，a≤d
3.1 平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念
1. 平面四杆机构的曲柄存在条件
当则杆1通过AB1关键位置。
a+d≤b+c
b
2 C1 4
c
C2
a1
B1
B2 A
3 D
当则杆1通过AB2关键位置。
c≤(d-a)+b b≤(d-a)+c 即 a+c≤ b+ d 即 a+b≤ c+ d
2017年11月8日
缝纫机下针机构
正弦机构
25
3.1 平面连杆机构的类型及演化
平面连杆机构的演化
含有两个移动副的四杆机构
l1 y
导杆1在一个范 围内摆动，杆3 作直线移动：
y=l1tgφ
正切机构
2017年11月8日 26
3.1 平面连杆机构的类型及演化
平面连杆机构的演化
含有两个移动副的四杆机构
主动转块1等速转动，从动转块3也作 等速转动，且转向相同。
滑槽弧半径为 无穷大时 双滑块机构 正弦机构
2017年11月8日
18
3.1 平面连杆机构的类型及演化
平面连杆机构的演化——取不同构件为机架
选取不同构件作为机架，得到不同形式的机构
曲柄摇杆机构
双摇杆机构
双曲柄机构
19
2017年11月8日
3.1 平面连杆机构的类型及演化
平面连杆机构的演化
含有1个移动副的四杆机构
3.1 平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念
3. 平面四杆机构的传力特性 最小传动角出现在曲柄与机架共线的位置， 且min=min（1，2）
b 2 c 2 - (d a )2 1 arccos 2bc
2 2 2 b c ( d a ) 2 180 arccos 2bc
2. 平面四杆机构的急回特性
C C1 2
C2
摆杆: DC2
DC1
DC1
DC2
0 0 180 1 180 转过的角度 1 2
B 1 A
B2 4
3
对应的时间 t1 1 / 1 摇杆点C的 v1 C1C2 / t1 平均速度
t 2 2 / 1
B1
D
31
3.1 平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念
1. 平面四杆机构的曲柄存在条件
铰链四杆机构的类型与尺寸之间的关系：
1）如果：lmin+lmax≤其它两杆长度之和 ——满足曲柄存在的条件（满足杆长和条件） 以最短杆的相邻构件为机架，此机构为曲柄摇杆机构； 以最短杆的对边为机架，此机构为双摇杆机构。 以最短杆为机架，则此机构为双曲柄机构；
2017年11月8日
3.1 平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念
3. 平面四杆机构的传力特性
有效分力 F Fcos Fsin 径向压力 F Fsin=Fcos
A
B F
C
F
F V D
传动角 —压力角的余角，亦 即连杆与从动件所夹的锐角。 连杆机构中，常用传动角的大小及变化情况来衡量机构传力 性能的优劣。且传动角越大， 对机构的传动越有利。 传动过程中，传动角是不断变化的,而不是常量。
平面连杆机构的演化
含有1个移动副的四杆机构
摆动导杆机构
2017年11月8日
曲柄摇块机构
23
3.1 平面连杆机构的类型及演化
平面连杆机构的演化
含有1个移动副的四杆机构
摆动导杆机构
2017年11月8日
移动导杆机构
24
3.1 平面连杆机构的类型及演化
平面连杆机构的演化
含有两个移动副的四杆机构
曲柄1通过导块2使导杆3作往 复移动。导杆3的动程等于两 倍曲柄长度， y=l1sinφ
连杆机构——若干构件全部用低副连接组成的机构。
平面连杆机构——各构件都在同一平面内运动的连杆机构。
平面连杆机构是由若干个刚性构件用低副连接而成 的机构，也称平面低副机构。
2
3.1 平面连杆机构的类型及演化
内燃机
3
3.1 平面连杆机构的类型及演化
抽油机
4
3.1 平面连杆机构的类型及演化
平面连杆机构的特点 优点：
为了保证机构具有良好的传力性能，设计时通 常要求min 40º ； 对于高速和大功率传动机械， min 50º 。 2017年11月8日
2）如果： lmin+lmax＞其它两杆长度之和——不满足曲柄存在的条件， 则不论选哪个构件为机架，都为双摇杆机构。
32
3.1 平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念
1. 平面四杆机构的曲柄存在条件
例1 已知铰链四杆机构ABCD，其中a240mm，b600mm，c400mm, d=500mm。试问： （1）当取杆4为机架时，是否有曲柄存在？ （2）若各杆长度不变，能否以选不同杆 为机架的办法获得双曲柄机构和双摇杆机构？ （3）若1、2、3三杆的长度保持不变， 取杆4为机架，要获得曲柄摇杆机构， d的取值范围如何？
画出图 中各个机构的极位夹角
3.1 平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念
已知偏置式曲柄滑块机构偏距为 e=10 ，曲柄与 连杆长度分别为 AB=15 、 BC=45 ，求作该机构的极 位夹角 和滑块行程H。
15
45
10
2017年11月8日
3.1 平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念
3. 平面四杆机构的传力特性
曲柄摇杆机构——实例：
缝纫机踏板机构
2017年11月8日
3.1 平面连杆机构的类型及演化
铰链四杆机构——双曲柄机构：
两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构。
特点：转动
转动
主动曲柄作等速转动， 从动曲柄作变速转动。
2017年11月8日
3.1 平面连杆机构的类型及演化
双曲柄机构——实例：
惯性筛机构
2017年11月8日
第三章 连杆机构 3.1 平面连杆机构的类型及演化 3.2 平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本
概念
3.3 平面四杆机构的图解法设计
1
3.1 平面连杆机构的类型及演化
平面连杆机构的含义
机构——构件通过运动副构成的确定相对可动的系统， 且这个系统中具有一个固定构件。
运动副——按照接触形式有高副和低副之分。
铰链四杆机构——双摇杆机构：
两连架杆都为摇杆的铰链四杆机构。
特点：摆动
摆动
主动摇杆作等速摆动， 从动摇杆作变速摆动。
3.1 平面连杆机构的类型及演化
双摇杆机构——实例：
鹤式起重机
2017年11月8日