第二章--平面连杆机构讲课稿
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当曲柄等速转动时，滑块可实现急回运动。
2.导杆机构
曲 柄 滑 块
机 构
转 动 导 杆 机 构
l1 l2
曲 柄 摆 动 导 杆 机 构
l1 l2
导杆机构
传动角始终等于 90°。
有良好的传力性 能。
例：牛头刨床， 插床等。
3.摇块机构和定块机构
曲 柄
摇 块
滑
机
块
构
机
定 块 机 构
构
摇块机构和定块机构的应用
t1 1 180 t 2 2 180
行程速比系数K
K 180 180
极位夹角越大，K值越大，急回运动 性质越显著。
180 K1
K1
设计时：
一般先定K，再算
具有急回特性的四杆机构
曲柄摇杆机构 偏置曲柄滑块机构 摆动导杆机构
三、压力角和传动角
压力角 ——作用在从动件上的驱动力 与该力作用点速度VC之间所夹锐角 判断机构传动性能的标志 传动角=90°-
摇块机构
定块机构
三、含两个移动副的四杆机构
（双滑块机构）
两移动副不相邻（如：正切机构）。 两移动副相邻，且一个与机架相邻（如：
正弦机构）。
双滑块机构
两移动副相邻，且都不与机架相联。 如：滑块联轴器。
双滑块机构
两移动副相邻，且都与机架相联。 如：椭圆仪。
四、具有偏心轮的四杆机构
提高曲柄强度、刚度； 简化结构。 应用：剪床、冲床、颚式破碎机等。
解决的办法： ❖ 在从动件上加外力 ❖ 利用惯性冲过死点位置 ❖ 设计两个相同机构连动
死点位置应用
在夹紧装置中，用于防松
2-3 平面四杆机构的设计
根据： ❖ 给定运动条件； ❖ 几何条件； ❖ 运动条件。 选择机构类型； 确定尺寸参数； 绘制机构运动简图。
设计问题的类型
实现给定从动件的运动规律 实现给定的运动轨迹
设计方法
解析法
❖ 建立数学模型，通过计算得到机构参数； ❖ 设计精确，应用逐渐广泛。
作图法
❖ 直观、简单，能满足一般工程上的精度要求； ❖ 在实际中应用较多。
实验法 简便易行，试凑结果。
一、按给定的行程速比变化系数 K设计四杆机构
有急回要求的机构，按K设计。 有急回特性的机构： ❖ 曲柄摇杆机构； ❖ 偏心式曲柄滑块机构； ❖ 摆动导杆机构。
3.双摇杆机构
两个连架杆均 为摇杆
如： 飞机起落架
双摇杆机构实例
等腰梯形机构— —两个摇杆长度 相等的双摇杆机 构
如：车辆的转向 机构
二、 含一个移动副的四杆机构
铰链四杆机构的演化为其它机构： ❖ 移动副代换回转副 ❖ 改变杆长 ❖ 改变机架 ❖ 扩大运动副
1.曲柄滑块机构
对心曲柄滑块机构 偏置曲柄滑块机构
由(1，2，3)式得:
l1l2 l1l3 l1l4
铰链四杆机构有整转副的条件:
铰链四杆机构有整转副的条件—— 最短杆+最长杆≤其余两杆之和；
整转副是由最短杆与其相邻杆组成；
曲柄存在的条件
曲柄存在的必要条件——有整转副； 曲柄是否真正存在，要看哪个构件为机架： ❖ 最短杆为机架—————— 双曲柄机构； ❖ 以最短杆相邻杆为机架—— 曲柄摇杆机构； ❖ 最短杆对面的杆为机架—— 双摇杆机构； 最短杆+最长杆≥其余两杆之和： ❖ 无整转副存在 ❖ 以任何杆为机架——双摇杆机构；
4. 在圆上任选一点A，为固定铰链中心位置； 5. 极限位置有:AC1 = l2- l1, AC2 = l2+ l1 ；
二、急回特性
曲柄AB转动一周，有两次极限位置： ❖ 曲柄与连杆共线
B1AC1，AB2C2 其所夹锐角——
极位夹角
❖ 摇杆处于极限位置 C1D，C2D 其夹角——
摆角
急回特性
假定曲柄匀速转动，则摇杆往复摆动快慢 不同——急回特性
用行程速度变化系数（行程速比系数）K 表示
K
2 1
t2 t1
1、曲柄摇杆机构
已知条件：
❖ 摇杆长度l3；
❖ 摇杆摆角 ；
❖ 行程速比系数K。
求： ❖ 各杆长度； ❖ 铰链的位置。 解题思路。
解题步骤：
1. 由K——求极位夹角 180K1
2. 任定固定铰链中心D的位置，由Kl31、 定
C1D1、 C来自百度文库D2 极限位置；
3. 过C1C2作一圆，使C1C2圆弧角= ；
当曲柄处于AB′时，因三角形两边之和≥第
l4 三(边l2，l△1) AlC3′D 有：
l1l4l3l2 (1)
l3(l2l1)l4
l1l3l2l4 (2)
分析曲柄摇杆机构的几何关系
当曲柄处于AB″时，因三角形两边之和≥ 第三边，△ AC″D有：
l1l2l3l4 (3) l1l4l3l2 (1) l1l3l2l4 (2)
第二章--平面连杆机构
2-1 铰链四杆机构的基本型式 和特性
铰链四杆机构——全部由回转副组成的平 面四杆机构
组成： ❖ 机架——固定构件4 ❖ 连架杆——与机架相连的构件1、3 ❖ 连杆——机架对面的构件2
一、铰链四杆机构
整转副——组成转动副的两构件能作整周 相对转动
曲柄——与机架组成整转副的连架杆 摇杆——与机架组成摆动副的连架杆 按连架杆是曲柄或摇杆分类： ❖ 曲柄摇杆机构 ❖ 双曲柄机构 ❖ 双摇杆机构
偏心轮机构
五、四杆机构的扩展
手动冲床 六杆机构，两次增力。
晒料机
2-2 平面四杆机构的基本特性
运动特性 传力特性
一、铰链四杆机构有整转副的条件
整转副——两构件能相对转动360o的转动 副
整转副是否存在取决于： ❖ 各杆的相对长度 ❖ 机架的选择
分析曲柄摇杆机构的几何关系
l1、 l2、 l3、 l4分别为各杆长， l1为曲柄 。
Pt Pcos
越小， 越大， Pt越大，传力性能 越好。
传动角
机构运转时， 是不断变化的 当AB与AD重合时， 角最小 为保证机构正常工作，要限制最小min值
的下限， ❖ 一般min ≥40° ❖ 大功率机械min ≥50°
四、死点位置
摇杆为主动件，且处于极限位置时，从动 件出现卡死或运动的不定状态。
1.曲柄摇杆机构
连架杆： ❖ 一个为曲柄 一般为原动件 一般作匀速转动 ❖ 一个为摇杆 一般为从动件 一般作变速摆动
曲柄摇杆机构实例
2. 双曲柄机构
两个连架杆 均为曲柄。
若主动曲柄 等速回转， 则从动曲柄 变速回转。
双曲柄机构实例
平行四边形机构应用最多，但其死点为止 存在不确定状态。
2.导杆机构
曲 柄 滑 块
机 构
转 动 导 杆 机 构
l1 l2
曲 柄 摆 动 导 杆 机 构
l1 l2
导杆机构
传动角始终等于 90°。
有良好的传力性 能。
例：牛头刨床， 插床等。
3.摇块机构和定块机构
曲 柄
摇 块
滑
机
块
构
机
定 块 机 构
构
摇块机构和定块机构的应用
t1 1 180 t 2 2 180
行程速比系数K
K 180 180
极位夹角越大，K值越大，急回运动 性质越显著。
180 K1
K1
设计时：
一般先定K，再算
具有急回特性的四杆机构
曲柄摇杆机构 偏置曲柄滑块机构 摆动导杆机构
三、压力角和传动角
压力角 ——作用在从动件上的驱动力 与该力作用点速度VC之间所夹锐角 判断机构传动性能的标志 传动角=90°-
摇块机构
定块机构
三、含两个移动副的四杆机构
（双滑块机构）
两移动副不相邻（如：正切机构）。 两移动副相邻，且一个与机架相邻（如：
正弦机构）。
双滑块机构
两移动副相邻，且都不与机架相联。 如：滑块联轴器。
双滑块机构
两移动副相邻，且都与机架相联。 如：椭圆仪。
四、具有偏心轮的四杆机构
提高曲柄强度、刚度； 简化结构。 应用：剪床、冲床、颚式破碎机等。
解决的办法： ❖ 在从动件上加外力 ❖ 利用惯性冲过死点位置 ❖ 设计两个相同机构连动
死点位置应用
在夹紧装置中，用于防松
2-3 平面四杆机构的设计
根据： ❖ 给定运动条件； ❖ 几何条件； ❖ 运动条件。 选择机构类型； 确定尺寸参数； 绘制机构运动简图。
设计问题的类型
实现给定从动件的运动规律 实现给定的运动轨迹
设计方法
解析法
❖ 建立数学模型，通过计算得到机构参数； ❖ 设计精确，应用逐渐广泛。
作图法
❖ 直观、简单，能满足一般工程上的精度要求； ❖ 在实际中应用较多。
实验法 简便易行，试凑结果。
一、按给定的行程速比变化系数 K设计四杆机构
有急回要求的机构，按K设计。 有急回特性的机构： ❖ 曲柄摇杆机构； ❖ 偏心式曲柄滑块机构； ❖ 摆动导杆机构。
3.双摇杆机构
两个连架杆均 为摇杆
如： 飞机起落架
双摇杆机构实例
等腰梯形机构— —两个摇杆长度 相等的双摇杆机 构
如：车辆的转向 机构
二、 含一个移动副的四杆机构
铰链四杆机构的演化为其它机构： ❖ 移动副代换回转副 ❖ 改变杆长 ❖ 改变机架 ❖ 扩大运动副
1.曲柄滑块机构
对心曲柄滑块机构 偏置曲柄滑块机构
由(1，2，3)式得:
l1l2 l1l3 l1l4
铰链四杆机构有整转副的条件:
铰链四杆机构有整转副的条件—— 最短杆+最长杆≤其余两杆之和；
整转副是由最短杆与其相邻杆组成；
曲柄存在的条件
曲柄存在的必要条件——有整转副； 曲柄是否真正存在，要看哪个构件为机架： ❖ 最短杆为机架—————— 双曲柄机构； ❖ 以最短杆相邻杆为机架—— 曲柄摇杆机构； ❖ 最短杆对面的杆为机架—— 双摇杆机构； 最短杆+最长杆≥其余两杆之和： ❖ 无整转副存在 ❖ 以任何杆为机架——双摇杆机构；
4. 在圆上任选一点A，为固定铰链中心位置； 5. 极限位置有:AC1 = l2- l1, AC2 = l2+ l1 ；
二、急回特性
曲柄AB转动一周，有两次极限位置： ❖ 曲柄与连杆共线
B1AC1，AB2C2 其所夹锐角——
极位夹角
❖ 摇杆处于极限位置 C1D，C2D 其夹角——
摆角
急回特性
假定曲柄匀速转动，则摇杆往复摆动快慢 不同——急回特性
用行程速度变化系数（行程速比系数）K 表示
K
2 1
t2 t1
1、曲柄摇杆机构
已知条件：
❖ 摇杆长度l3；
❖ 摇杆摆角 ；
❖ 行程速比系数K。
求： ❖ 各杆长度； ❖ 铰链的位置。 解题思路。
解题步骤：
1. 由K——求极位夹角 180K1
2. 任定固定铰链中心D的位置，由Kl31、 定
C1D1、 C来自百度文库D2 极限位置；
3. 过C1C2作一圆，使C1C2圆弧角= ；
当曲柄处于AB′时，因三角形两边之和≥第
l4 三(边l2，l△1) AlC3′D 有：
l1l4l3l2 (1)
l3(l2l1)l4
l1l3l2l4 (2)
分析曲柄摇杆机构的几何关系
当曲柄处于AB″时，因三角形两边之和≥ 第三边，△ AC″D有：
l1l2l3l4 (3) l1l4l3l2 (1) l1l3l2l4 (2)
第二章--平面连杆机构
2-1 铰链四杆机构的基本型式 和特性
铰链四杆机构——全部由回转副组成的平 面四杆机构
组成： ❖ 机架——固定构件4 ❖ 连架杆——与机架相连的构件1、3 ❖ 连杆——机架对面的构件2
一、铰链四杆机构
整转副——组成转动副的两构件能作整周 相对转动
曲柄——与机架组成整转副的连架杆 摇杆——与机架组成摆动副的连架杆 按连架杆是曲柄或摇杆分类： ❖ 曲柄摇杆机构 ❖ 双曲柄机构 ❖ 双摇杆机构
偏心轮机构
五、四杆机构的扩展
手动冲床 六杆机构，两次增力。
晒料机
2-2 平面四杆机构的基本特性
运动特性 传力特性
一、铰链四杆机构有整转副的条件
整转副——两构件能相对转动360o的转动 副
整转副是否存在取决于： ❖ 各杆的相对长度 ❖ 机架的选择
分析曲柄摇杆机构的几何关系
l1、 l2、 l3、 l4分别为各杆长， l1为曲柄 。
Pt Pcos
越小， 越大， Pt越大，传力性能 越好。
传动角
机构运转时， 是不断变化的 当AB与AD重合时， 角最小 为保证机构正常工作，要限制最小min值
的下限， ❖ 一般min ≥40° ❖ 大功率机械min ≥50°
四、死点位置
摇杆为主动件，且处于极限位置时，从动 件出现卡死或运动的不定状态。
1.曲柄摇杆机构
连架杆： ❖ 一个为曲柄 一般为原动件 一般作匀速转动 ❖ 一个为摇杆 一般为从动件 一般作变速摆动
曲柄摇杆机构实例
2. 双曲柄机构
两个连架杆 均为曲柄。
若主动曲柄 等速回转， 则从动曲柄 变速回转。
双曲柄机构实例
平行四边形机构应用最多，但其死点为止 存在不确定状态。