6 平面四杆机构解析

4
偏置式曲柄滑块机构
e
e0
2
1
机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
2 变更机架（导杆机构等）

选不同构件作机架——机构倒置

导杆机构 曲柄摇块机构 移动导杆机构
变更机架

曲柄滑块机构
导杆机构,动画
曲柄摇杆机构 曲柄滑块机构 移动导杆机构
机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
应用实例一

圆轨迹复制机构

AMF保龄球置瓶机扫瓶机构
D
B A C
M
机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
2 实现从动件运动形式及运动特性的改变

步进式工件传送机构 运动形式改变实例
机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
3 实现较运距离的传动或操纵

应用实例：自行车手闸
机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
连杆
2 B 1 A 4 机架 D C 3 连架杆
机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
2 铰链四杆机构划分
按连架杆不同运动形式分： (1) 曲柄摇杆机构
2
连架杆 B 连杆 C 3 连架杆
(2) 双曲柄机构
(3) 双摇杆机构
1
A 4 D
2
3 ２作机架 ３作机架 1作机架
2 2
3 3
1 A 4
1
D
A


利用构件惯性力
实例:家用缝纫机 采用多套机构错位排列 实例:蒸汽机车车轮联动机构 蒸汽机车两侧利用错位排列的两套曲柄滑块机构使车轮联 动机构通过死点 F’
G’ E’
E F
G
机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
死点的利用

实例:夹具 飞机起落架机构

折叠家具机构
=00
机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
曲柄滑块机构
2 2 2 2C C C C B 1 1 1 C CC 2 C C C 1 22 1 B 1 1 2 21 B 1A 12 B 4 3 3 33 3 3 33 33 11 2 2 2 B B B B B B B B B
曲柄摇块机构 A A A 1 1 A 1 1 4 4 1 B 4 41 A 1 A 1A 2 4 4 1 C 1 4 1 4 A 4 4 2作机架 A A 44 3 A
2
C １作机架 3 A
1
4
2
C 3
曲柄滑块机构
4 3 C 3 C 3 C 3 3 3 C C 3 C C 2 3 C C4 4 4 4 3 2 3 2 2 3 43 3 3
导杆机构
3 C C 3
22 4 3 2 C 2 B 4 2 3 4 C 4 2 21 C3 4 3 A 4 C C C 4
2 2 2 42 2 42 4 22 2 4 4 3 C 3 C 4 4
机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
6.3 平面四杆机构的基本特性
(1)曲柄存在条件 (2)急回特征 (3)死点
连杆 2 连架杆 B 1 A 4 D
C
3 连架杆
机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
(1) 曲柄存在条件

了解
C b B a A d D
曲柄存在条件：
1. 最短杆与最长杆长度之和小于或等于其 余两杆长度之和 2. 最短杆是连架杆或机架

C1
选定连杆上两活动 铰链，即确定连杆 长lBC，定比例尺l 作图
I
B1 B2
II
C2
III B
3
C3
l m l BC ( ) BC mm
活动铰链相对于固 定铰链的运动轨迹 为圆 用三点定心法确定 两固定铰链D,C 计算待求杆长 lAB=AB· l m lCD=CD·l m lAD=AD·l m
3 C
3 C 3C 4 C
2 2 B
C
2 2 2 2 3 3
2
C
3 C
2
4C 4 4 4C 4 4 1 4
lBC > lAB， 回转导杆机构 导杆AC整周转动
摆动导杆机构
A
lBC < lAB， 导杆AC摆动
机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
3 改变转动副尺寸（偏心轮机构）

曲柄摇杆机构
(扩大回转副)

K=1, 无急回特性 ↑K↑急回特征越显著
慢 快
机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
(3)压力角和传动角
压力角
传动角
从动杆(运动输出件)受力点的力作用线与该点 速度方位线所夹锐角. (不考虑摩擦) 压力角的余角.(连杆轴线与从动杆轴线所夹锐角)

d
F
V
d
d
1800 d
B 1 1 B
1
C
2
1
C2
3 v1 v2 4
1 A
2
B2
j D

行程速比系数K
v2 C1C 2 / t 2 t1 1 1800 K v1 C1C 2 / t1 t 2 2 1800 K 1 180 K 1

急回特性的应用例：牛头刨工作要求
4
D
曲柄摇杆机构
曲柄摇杆机构 双摇杆机构 双曲柄机构
机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
(1) 曲柄摇杆机构
2

结构特点：连架杆1为曲柄，3为摇杆 运动变换：转动摇动
1 4
3

举例：搅拌器机构、雷达天线机构
特性： 急回特征 死点
机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
(2) 双曲柄机构
机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
二、平面连杆机构的应用
1 实现有轨迹、位置或运动规律要求的运动 2 实现从动件运动形式及运动特性的改变 3 实现较运距离的传动或操纵 4 调节、扩大从动件行程
5 获得较大的机械增益：输出力(矩)与输入力(矩)之比
机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
1 实现有轨迹、位置或运动规律要求的运动
机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
(2) 急回特征

当回程所用时间小于工作行程所用时间时，称该机构具有急回特征 极位夹角： C


急回特性分析：
1 = C 1 = 1 t1 =1800 + 2 = 1 t2 =1800 - t1 > t2 , v2 > v1
(2) 刚体导引机构设计分析

条件：给定连杆对应位置 铰链四杆机构的设计,在于确定四个铰点的位置,且关键在 确定连杆两铰点的位置 连杆上的铰点一定落在以固定铰为中心的圆上 即:刚体导引机构转变成已知圆弧上的点求圆心
C B A D

机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
(3) 刚体导引机构的设计
(3)刚体导引机构的设计
机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
(1) 应用概述
实现刚体给定位置的设计——如实现预定的连杆位置要求 机构能引导刚体（一般为连杆）通过一系列给定位置
例：飞机起落架机构:

要求实现机轮放下和收 起两个位置 要求实现两个翻转位置
铸造翻砂机构:

机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
6.4 平面四杆机构设计简介
一、平面四杆机构的特点
二、平面连杆机构的应用
三、平面四杆机构的设计
机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
一、平面四杆机构的特点
3 C 4
机架
C
4
A
1
连杆
2 2 B 1 1 A A 4
2
D 3 B 5 E 6 D
连架杆
B
3
C

全低副（面接触），承受冲击力，易润滑，不易磨损 运动副结构简单，易加工 运动规律多样化、点的运动轨迹多样化 运动副累积误差大，效率低 惯性力难以平衡，不宜用于高速 不能精确实现复杂的运动规律，设计计算较复杂

机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
其它
机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
三、平面四杆机构的设计
1 2
实现已知运动规律的设计
实现预定轨迹的设计 图解法、解析法、实验法
机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
1 给定连杆位置（刚体导引机构的设计）
(1)应用概述
(2)刚体导引机构设计分析

c
最短杆参与构成的转动副都是整周副 其余均为摆转副



推论1： 当Lmax+Lmin L(其余两杆长度之和)时 最短杆是连架杆之一 ——曲柄摇杆机构 最短杆是机架 ——双曲柄机构 最短杆是连杆 ——双摇杆机构 推论2： 当Lmax+Lmin > L(其余两杆长度之和)时 ——双摇杆机构
机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
(4) 死点

死点:传动角为零=0(连杆与从动件共线),机构顶死
C
C
C2 3 B1 =00 A B2 =00 B
B 1 A
v
=00
2
1
F
B2 4 D
B
=00
C１
C
C
2
F
1
v

M=F*L
机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
克服死点的措施

D
结构特点：二连架杆均为曲柄 运动变换：转动转动，通常二转速不相等 举例：振动筛机构

机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
特殊双曲柄机构
平行四边形机构 结构特点：二曲柄等速 运动不确定问题 车门开闭机构

反平行四边形机构 结构特点：二曲柄转向相反

机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
二杆
铰链四杆机构
三杆, 不可能.

平面连杆机构的基本型式是铰链四杆机构 其余四杆机构均是由铰链四杆机构演化而成的
机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
基本型式（续）
C
结构特点：四个运动副均为转动副 组成： 机架、连杆、连架杆

1
2 B 3
曲柄
(周转副)
摇杆(摆杆)
wk.baidu.com(摆转副)
A
4
D
机架：固定不动的构件——AD 连架杆：直接与机架相连的构 连架杆 件——AB、CD 连杆：不与机架相连的构件—BC 曲柄：能作整周转动的连架杆 摇杆：不能作整周转动的连架杆
2 2 2 2
C b B a d c

b 2 c 2 2 a d cosj a 2 d 2 cosd 2bc 分析
A
j d
D
j =0 cos j =1 cos d d min j =180° cos j = –1 cos d d max d min 或 d max 可能最小 曲柄摇杆机构,当曲柄主动时,在曲柄与机架共线的两个位置 之一,传动角最小.


机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构

传动不利，设计时规定
4050
通常，机构在运动过程中传动角是变化的，最小值在哪？
机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
最小传动角 min
BD a 2 d 2 2a d cosj BD b c 2b c cosd
(3) 双摇杆机构
结构特点：二连架杆均为摇杆 运动变换：摆动摆动 举例: 鹤式起重机

机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
特殊机构
等腰梯形机构
实例:
汽车前轮转向机构
机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
6.2 四杆机构演化形式
1 改变构件的形态和运动尺寸 2 变更机架 3 改变转动副尺寸
机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
第6章 平面四杆机构
6-1 平面四杆机构的基本类型及其应用
一、铰链四杆机构
1 基本型式 2 铰链四杆机构划分 3 平面四杆机构的工作特性 4 机构演化方式
二、偏心轮机构
三、曲柄滑块机构 四、导杆机构
机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
一、铰链四杆机构
1 基本型式
4 调节、扩大从动件行程
D F A
C A B E
D
C
B
可变行程滑块机构 特点：调节 可改变滑块D的行程

汽车用空气泵机构 特点：曲辆CD短，滑块 行程大

机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
5 获得较大的机械增益:输出力(矩)与输入力(矩)之比
D
B
C A
E
肘节机构 特点：机械增益大

剪切机构 特点：机械增益大
连杆 2 连架杆 B 1 A 4 D
C
3 连架杆
机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
1 改变构件的形态和运动尺寸（曲柄滑块机构）
铰链四杆机构
C 2
曲线导轨曲柄滑块机构
C
对CD杆等效转化
B 1 A 4 D 3
B
2
3
1
转动副变成移动副
A
4
D
lCD
B C 3
B 1 A 4
2
C
3
A
对心式曲柄滑块机构

偏心轮机构
机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
偏心轮机构（续）

对心式曲柄滑块机构
B 1 2 3 C 4

偏心轮机构
A h=2lAB
B副扩大
B A 1
2
3 C 4
机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
其它

了解
双移动副机构
正弦机构
正弦机构
双转块机构 (十字滑块机构) 动画
双滑块机构
正切机构
A
液压作动筒
车箱举升机构
机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
应用实例二
B 1 A 4 2 C 3
手动唧筒机构
A
曲柄滑块机构
3作机架
A
A 4
1
1 1
B
BB
22 2 B B B 1 1 11 2 22 C C 3 3
A
4
移动导杆机构
机械设计基础 —— 第6章 平面连杆机构
应用实例三
B B
1
A 4