平面连杆机构

第一讲

一、教学目标

(一）能力目标。

能准确判断具体实例属于哪种平面四杆机构类型

(二)知识目标

熟悉平面四杆机构的基本型式、应用及其演化

二、教学内容

1.平面连杆机构概述

2.平面连杆机构基本类型

3.平面连杆机构的演化

三、教学的重点与难点

(一）重点

平面四杆机构的基本型式、应用及其演化。

(二)难点

平面四杆机构类型的判断。

四、教学方法与手段

多媒体教学，采用动画展示平面连杆机构的运动特点，注重启发学生理论联系实际。

4.1 概述

平面连杆机构定义：由若干构件通过低副（铰链或滑道）连接而成的机构。因构件形状多呈杆状，所以称连杆机构。

平面连杆机构的特点：（1）能够进行多种运动形式的转换；（2）构件之间连接处是面接触，单位面积上的压力较小，磨损较慢，可以承受较大载荷；（3）两构件接触表面是圆柱面或平面，制造容易；（4）连接处的间隙造成的积累误差较大；（5）连杆机构运动时产生惯性力，不适用于高速场合。

平面连杆机构的应用：各种机器和仪器中，例如金属加工机床、起重运输机械、采矿机械、农业机械、交通运输机械和仪表等。

4.4 四杆机构的基本型式及演化

平面四杆机构的基本型式是铰链四杆机构。其它型式的四杆机构都可看成是在它的基础上通过演化而成的。

由四个构件用铰链连接而成的机构称为铰链四杆机构。如图所示，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。如果连架杆能绕轴线作360o的回转运动，称为曲柄；若只能在某一角度(小于360°)内摆动，称为摇杆。与机架不相连接的构件BC称为连杆。

铰链四杆机构可按有无曲柄、摇杆，分为以下三种基本型式。

1、曲柄摇杆机构

定义：在铰链四杆机构中，若两连架杆之一为曲柄，另一个是摇杆，此机构称为曲柄摇杆机构。

应用：在曲柄摇杆机构中，当曲柄为主动件时，可将曲柄的连续回转运动转换成摇杆的往复摆动。如雷达天线俯仰角调整机构。当摇杆为主动件时，可将摇杆的往复摆动转换成曲柄的连续回转运动，如缝纫机踏板机构。

雷达天线俯仰角调整机构缝纫机踏板机构

2、双曲柄机构

定义：铰链四杆机构中，若两连架杆均为曲柄时，此机构称为双曲柄机构。

在双曲机构中，如果两曲柄的长度不相等，主动曲柄等速回转一周，从动曲柄变速回转一周，如惯性筛。如果两曲柄的长度相等，且连杆与机架的长度也相等，称为平行双曲柄机构。这种机构运动的特点是两曲柄的角速度始终保持相等，在机器中应用也很广泛，如机车车轮联动机构。

惯性筛 机车车轮联动机构 3、双摇杆机构

定义：铰链四杆机构中，若两连架杆均为摇杆时，此机构称为双摇杆机构。

在双摇杆机构中，两摇杆可分别为主动件，当主动摇杆摆动时，通过连杆带动从动摇杆作摆动运动。如码头起重机中的双摇杆机构，当CD 摇杆摆动时，连杆BC 上悬挂重物的点M 近似水平直线移动。

码头起重机

4.4.2 平面四杆机构的演化

1、曲柄滑块机构

如图所示，由曲柄AB 、连杆BC 、滑块C 及机架组成的平面连杆机构，称为曲柄滑块机构。

M

B

B ′

C ′M ′

A

D

C

在曲柄滑块机构中，若曲柄为主动件，当曲柄连续回转时，通过连杆带动滑块作往复直线运动；反之，若滑块为主动件，当滑块作往复直线运动时，通过连杆带动曲柄作连续回转运动。

2、导杆机构

导杆机构由曲柄、滑块、导杆和机架组成。

（1）摆动导杆机构

如图所示，若L4＞L1，则该机构称为摆动导杆机构，它由曲柄、滑块、摆动导杆和机架组成。在摆动导杆机构中，当曲柄连续转动时，滑块一方面沿着导杆滑动，另一方面带动导杆绕铰链A往复摆动。摆动导杆机构常用作回转式油泵、插床和等的传动机构。

（2）转动导杆机构

若L4＜L1，则该机构称为转动导杆机构，构件3为转动导杆。如牛头刨床机构。

3、摇块机构和定块机构

（1）摇块机构

如图所示为摇块机构的简图。当曲柄为主动件转动或摆动时，连杆相对滑块滑动，并一

起绕C点摆动。例如卡车自动卸料机构就是应用的摇块机构。

（2）定块机构

在曲柄滑块机构中，若取滑块为机架，则得到定块机构。定块机构常用于抽水机筒中。

4、偏心轮机构

在实际生产中，当传递力较大，滑块行程又较小，曲柄也就很短，以致于曲柄两端很难安装铰销时，往往用一个回转中心与几何中心不相重合的偏心轮代替曲柄，连杆的一端有大圆环套在偏心轮上，这种机构称偏心轮机构。

这种机构常用于冲床、剪床等机器中。

小结：

1.平面连杆机构概述

2.平面连杆机构基本类型

3.平面连杆机构的演化

作业与思考：

1、铰链四杆机构有那几种基本型式？各有什么特点？

2、铰链四杆机构可以通过那几种方式演变成其它型式的四杆机构？试说明曲柄摇块机构是如何演化而来的？

3、什么是偏心轮机构？它主要用于什么场合？

第二讲

一、教学目标

(一）能力目标

理解平面四杆机构工作特性的工程应用。

(二)知识目标

理解平面四杆机构的几个工作特性

二、教学内容

平面连杆机构几个工作特性

三、教学的重点与难点

(一）重点

平面四杆机构的工作特性。

(二)难点

急回特性、死点位置。

四、教学方法与手段

利用动画辅助理解急回特性、死点位置概念，工程案例展示其应用。

4.5 平面四杆机构的基本特性

4.5.1 铰链四杆机构有曲柄的条件

在铰链四杆机构中，曲柄存在的条件为：

（1）曲柄为最短构件，又称最短构件条件；

（2）最短构件与最长构件长度之和小于或等于其他两构件长度之和，又称构件长度和条件。

结论：

1、在铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和时：（1）取最短杆为连架杆，得曲柄摇杆机构；（2）取最短杆为机架，得双曲柄机构；（3）取最短杆为连杆，得双摇杆机构。

2、在铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆长度之和时，则不论取哪一个构件为机架，都只能得到双摇杆机构。

4.5.2 压力角和传动角

平面连杆机构不仅要保证实现预定的运动要求，而且应当运转效率高，具有良好的传力特性。通常以压力角或传动角表明连杆机构的传力特性。

如图所示的曲柄摇杆机构中，若忽略各杆的质量和铰链中摩擦力影响，则连杆为二力构件，主动件AB通过连杆对从动件摇杆CD的作用力F沿BC方向。