平面连杆机构全解

平面四杆机构的基本型式:
基本型式－铰链四杆机构，其它四杆机构都是由它
演变得到的。 名词解释：
连杆
曲柄—作整周定轴回转的构件； 曲柄
连杆—作平面运动的构件；
摇杆—作定轴摆动的构件；
连架杆—与机架相联的构件；
周转副—能作360 度整周相对回转的
运摆动转副；—只能作有限角度摆动的运动副。 三种基本型式：
形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。 ②改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。 ③连杆曲线丰富。可满足不同要求。
缺点： ①构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低。 ②产生动载荷（惯性力），不适合高速。 ③设计复杂，难以实现精确的轨迹。
分类:
平面连杆机构 空间连杆机构
常以构件数命名： 四杆机构、多杆机构。 本章重点内容是介绍四杆机构。
B 41
A 5
D
小型刨床
D
3
B2
C
C2
4 C1
1
A
牛头刨床
(3)选不同的构件为机架
B
1
2 3
A
4C
曲柄滑块机构
B
1
2 3
A
4C
摇块机构
B
1
2 3
A
4C
导杆机构
C3
4
2
B
A 1
应用实例
44
4AAAAAφ
111 11
CC 3334
22 B
自卸卡车举升机构
(3)选不同的构件为机架
B
1
2 3
A
4C
曲柄滑块机构
B
1
2 3
B
1
2 3
A
4C
摇块机构
A1 B
42
A
4C
导杆机构
C3
A
44A
1 B
2
3C
直动滑杆机构 手摇唧筒
这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的 方法称为： 机构的倒置
例：选择双滑块机构中的不同构件 作为机架可得不同的机构
2 1
3 4
正弦机构
2
1 4
3
椭圆仪机构
例：选择双滑块机构中的不同构件 作为机架可得不同的机构
2 1
3 4
正弦机构
2
1 4
3
椭圆仪机构
插入西北工大动画8-2
1).急回运动 3 平面四杆机构的基本知识(急回特性和死点位置)
在曲柄摇杆机构中，当曲柄与连杆两次共线时，摇杆
位于两个极限位置，简称极位。
此两处曲柄之间的夹角θ 称为极位C1
曲柄摇杆机构 3D
A
B1
DD
t2 (180 ) /
C2
C1
V2 C1C2 t2
C1C2 /(180 )
A
B1
D
因曲柄转角不同，故摇杆来回摆动的时间不一 样，平均速度也不等。
显然：t1 >t2 V2 > V1
180°-θ
摇杆的这种特性称为急回运动。用以下比值表示急回程度
K V2 C1C2 t2 t1 180 V1 C1C2 t1 t2 180
摇杆
（1）曲柄摇杆机构
特征：曲柄＋摇杆
作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。
如雷达天线。
CC
2 33
3
B1 4 D
A
雷达天线俯仰机构 曲柄主动
（2）双曲柄机构 特征：两个曲柄
3
2
4
2
1
4
1 摇杆主动
缝纫机踏板机构
作用：将等速回转转变为等速或变速回转。
应用实例：如叶片泵、惯性筛等。
1
AB D C2
B’
F’
C’
A’
E’
D’
G’
A
E
D
G
B
F
C
反平行四边形机构 --车门开闭机构
反向
（3）双摇杆机构 特征：两个摇杆 应用举例：铸造翻箱机构、风扇摇头机构
特例：等腰梯形机构－汽车转向机构
B’ C’
B
C
A
D
CC 电机
蜗轮 BBBA
D
A
AA D
EE
蜗蜗杆杆
C
B
风扇座
插入西北工大动画8-2
2 铰链四杆机构的演化机构及应用
第2章 平面连杆机构
主要内容: 1 铰链四杆机构的基本型式(曲柄摇杆机构,双曲 柄机构,双摇杆机构)与应用 2 铰链四杆机构的演化机构(偏心轮机构,曲柄滑 块机构,导杆机构)与应用
3 平面四杆机构的基本知识(急回特性和死点 位置) 4 平面四杆机构的设计(选学)
1 铰链四杆机构的基本型式和应用
应用实例： 内燃机、鹤式吊、火车轮、急回冲床、牛头刨床、
翻箱机、椭圆仪、机械手爪、开窗、车门、折叠伞、
折叠床、牙膏筒拔管机、单车等。
如:爬杆机器人
(清华大学第十七届挑战杯竞赛)
又如:契贝谢夫四足步行机构;)
接着播放西北工大机原课件8-1
后面全用西北工大第八章课件
1 铰链四杆机构的基本型式和应用
定义：由低副（转动、移动）连接组成的平面机构。 特征：有一作平面运动的构件，称为连杆。 特点： ①采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损
所以可通过分析机构中是否存在θ 以及θ的大小来判断机构是否有急 回运动或运动的程度。
称K为行程速比系数。只要 θ ≠ 0 ， 就有 K>1
且θ越大，K值越大，急回性质越明显。 设计新机械时，往往先给定K值，于是: 180 K 1
K 1
2).机构的死点位置
摇杆为主动件，且连杆 与曲柄两次共线时，有：
(1) 改变构件的形状和运动尺寸
曲柄摇杆机构 对心曲柄滑块机构
曲柄滑块机构
↓∞ 偏心曲柄滑块机构
s =l sin φ
φ
→∞
l
双滑块机构
正弦机构
(2)改变运动副的尺寸
(3)选不同的构件为机架
偏心轮机构
B
1
2 3
A
4C
曲柄滑块机构
B
1
2 3
A
4C
摆动导杆机构
导杆机构 转动导杆机构
应用实例:
6E
C
3
2
B2
当曲柄以ω逆时针转过180°+θ时，摇杆从C1D位置 摆到C2D。 所花时间为t1 , 平均速度为V1,那么有：
t1 (180 ) / V1 C1C2 t1 C1C2 /(180 )
当曲柄以ω继续转过180°-θ时，摇杆从C2D,置摆到
C1D，所花时间为t2 ,平均速度为V2 ,那么有：
11
33
A
4 T
钻孔夹具
P DD
4 平面四杆机构的设计
连杆机构设计的基本问题
机构选型－根据给定的运动要求选择机 构的类型；
尺度综合－确定各构件的尺度参数(长度
尺寸)。
同时要满足其他辅助条件：
γ＝0
F γ＝0
此时机构不能运动. F 称此位置为： “死点” γ＝0
避免措施：
两组机构错开排列，如火车轮机构;
靠飞轮的惯性（如内燃机、缝纫机等）。
B’
F’
C’
A’
E’
D’
G’
A
E
D
G
B
F
C
也可以利用死点进行工作：飞机起落架、钻夹具等。
C D
AA
γ=0
B C
B 飞机起落架
F
P
工件
A
B B2 C 2C γ=0
3
旋转式叶片泵
A 1B
4 D
2
C3
C
23
B 1
4D A
6E
惯性筛机构
特例：平行四边形机构 特征：两连架杆等长且平行，
连杆作平动
B B’
C C’
A
D
实例：火车轮 摄影平台 播种机料斗机构
天平
C
B
C
B
A
D
AB = CD BC = AD
A BB
D C
耕地
料斗
平行四边形机构在共线位置出现运 动不确定。采用两组机构错开排列。