铰链四杆机构和应用实例

K 1 (1)由给定的行程速比系数K，按式: 180 0 K 1 求出极位夹角θ , (2) 任选固定铰链中心 D 的位置，由摇杆长度 L3 和摆 角ψ ，作出摇杆两个极限位置C1D和C2D。
(3) 连接C1和C2，并作C1M垂直于C1C2 (4)作∠C1C2O = 90°－θ ，∠C2C1O = 90°－θ ，C2O与C1O相交于O点，由图可见 ，∠C1OC2=2θ 。
在一个四杆机构中，选取不同的构件作机架，以获得输出构件 与输入构件间不同的运动特性。这一方法称为连杆机构的倒置。
可用以下方法来判别铰链四杆机构的基本类型： 1.若机构不满足杆长之和条件则只能成为双摇杆机构 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
死点的利弊
利：工程上利用死点进行工作。 弊：机构有死点，从动件将出现卡死或运动方向不确定现象，对传动机 构不利
度过死点的方法
增大从动件的质量、利用惯性度过死点位置。 采用机构错位排列的方法
相关知识
（三）平面四杆机构的设计
1. 按给定连杆位置设计四杆机构 2. 按给定行程速度变化系数K设计四杆机构
一个设计过程：已知条件→构件尺寸
2、压力角和传动角
1.压力角a 压力角：从动件所受的力F与 受力点速度Vc所夹的锐角a。 有效分力：Ft=Fcosa 有害分力：Fr=Fsina a愈小，机构传动性能愈好。 2.传动角g 传动角： 连杆与从动件所夹的锐角g。 g=900-a g越大，机构的传动性能越好，设计时一般应使gmin≥40°，对于高速大功 率机械应使gmin≥50°。 3.最小传动角的位置
铰链四杆机构在曲柄与机架共线的两位置出现最小传动角。
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。
对于摆动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，与从动杆上受力点的速度方向 始终一致，所以传动角等于90度。
3、急回特性
在曲柄摇杆机构，AB为曲 柄是原动件等角速度转动 , 当 CD 杆处于 C1D 位置为初始 位置， C2D 终止位置，摇杆 在两极限位置之间所夹角度 称为摇杆的摆角，用 表示。 当摇杆CD由C1D摆动到C2D 位置时，所需时间为t1 ,
• 动手操制作： 四杆机构的制作
一、相关知识
（一）几个基本概念 平面连杆机构：由几个构件通过低副联接，且所有 构件在相互平行平面内运动的机构。 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。它是平面连杆机构中最常见的形式，也是组成 多杆机构的基础。
铰链四杆机构：由转动副联接四个构件而形成的机构。
摆动导杆机构（牛头刨床）
当杆2的长度小于机架长度时，导秆4只能作来回摆动，又称为 摆动导秆机构，牛头刨中的主运动机构是他的应用实例
当以构件3为机架时，可演化成移动导杆机构，图示压水机就是实例
4、摇块机构
如果两个移动副代替铰链四杆机构中的两个转动副，便可得到三种 不同形式的四杆机构
①曲柄移动导杆机构
铰链四杆机构三种基本形式及其演化：
根据连架杆运动形式的不同，可分为三种基本形式 1.曲柄摇杆机构 在两连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆。 运动特点： 一般曲柄主动， 将连续转动转换为摇 杆的摆动，也可摇杆 主动，曲柄从动。
应用举例： 牛头刨床横向进给机构、搅面机、卫星天线、飞剪
缝纫机脚踏板机构、自行车、走步机、送料机构
选择连杆上合适的点，轨迹为近似的水平直线
双摇杆机构应用实例
飞机起落架
双摇杆机构应用实例
车辆的前轮转向机构
双摇杆机构应用实例
风扇摇头
平面四杆机构的演化
1.扩大转动副，使转动副变成移动副
曲柄滑快机构演化
2.取不同的构件为机架
当构件2和构件4均能作整周转动，小型刨床就是应用实例
3、导杆机构
刚化反转法
设计步骤：
3.按给定行程速度变化系数K设计四杆机构
4.按给定速度变化系数K设计导杆机构
5.按给定行程速度变化系数K设计四杆机构
按行程速度变化系数K设计曲柄摇杆机构往往是已知 曲柄机构摇杆L3 的长度及摇杆摆角 ψ 和速度变化系 数K。怎样用作图法设计曲柄摇杆机构
设计的实质是确定铰链中心 A 点的位置，定出其他 三杆的尺寸L1、L2和L4。其设计步骤如下：
曲柄摇杆机构应用实例
搅面机
曲柄摇杆机构应用实例
卫星接收装置
曲柄摇杆机构应用实例
曲柄摇杆机构应用实例
缝纫机脚踏板机构
曲柄摇杆机构应用实例
自行车
曲柄摇杆机构应用实例
跑步机
曲柄摇杆机构应用实例
自动送料机构
2.双曲柄机构—两连杆架均为曲柄的四杆机构
运动特点：从动曲柄变速回转
应用举例：
惯性筛、插床机构
曲柄AB以等角速度顺时针从AB1, 转到AB2，转过角度为：1＝180°+θ ， 当摇杆CD由C2D摆回到C1D位置时，所需时间为t2， 曲柄AB以等角速度顺时针从AB2转到AB1，转过的角度为：2＝180°-θ ， 由于曲柄AB等角速度转动, 所以 1>2，t1>t2, 因此， v2>v1
急回特性 机构工作件返回行程速度大于工作行程的特性。 工作行程时：V1=C1C2/t1 行程速比系数K 返回行程时：V2=C1C2/t2
为了表示工作件往复运动时的急回程度，用V2和V1的比值K来描述。
v2 C1C2 / t 2 t1 1 1800 K v1 C1C2 / t1 t 2 2 1800
学习情境二
平面连杆机构分析与设计
任务导入
• 设计汽车刮雨器或 单缸内燃机中的曲 柄滑块机构
新知识点简介 • 熟悉铰链四杆机构的类型及 应用 • 掌握铰链四杆机构有曲柄存 在的条件 • 了解铰链四杆机构的演化形 式 • 掌握机构压力角、传动角的 概念及物理意义 • 掌握急回特性、死点位置的 特性和应用
2 解析法设计平面四杆机构
设计方法：建立方程式，根据以知参数对方程求解。 已知：连杆AB和CD的三组对应位置 要求：确定各构件的长度a、b、c、d
3 、 3 、 2 、 1 、 3 1 、
C
步骤： 建立坐标系xAy，和分别为AB和CD的 初始角。将各向量坐标投影得 ，
a cos( 0 ) b cos d c cos( 0 )
两类基本问题：实现给定运动规律； 实现给定运动轨迹；
已知条件：运动条件、 几何条件、动力条件。
三种设计方法： 图解法 解析法 实验法
简明易懂，精确性差。 精确度好，计算繁杂。 形象直观，过程复杂。
1 图解法设计平面四杆机构
1.按给定连杆位置设计四杆机构
已知：连杆BC长度及三个位置（B1C1,B2C2,B3C3） 要求：设计铰链四杆机构 设计步骤：
(5) 作△C10C2的外接圆，此圆上任取一点A作为曲柄的固定铰链中心。连AC1和 AC2，因同一圆弧的圆周角相等，故∠C1AC2＝∠C1OC2/2＝θ。 (6) 因极限位置处曲柄与连杆共线。故AC1＝L2＋L1，从而得曲柄长度L1＝（AC2－ AC1 ） /2 。再以 A 为圆心和以 L1 为半径作圆，交 C1A 的延线于 B1 ，交 C2A 于 B2 ，即得 B1C1＝B2C2＝L2及AD＝L4。 由于A点是△C1PC2外接圆上任选的点，所以若仅按行程速比系数K设计，可得无穷 多的解。A点位置不同，机构传动角的大小也不同。如欲获得良好的传动质量， 可按照最小传动角最优或其他辅助条件来确定A点的位置。
四、实施
学生按确定的工作计划，方案。各自独立完成 自己的工作任务。包括计算、设计、绘图、校核。
五、教学小结
1.作品展示，学生互评 2.根据学生设计的情况进行分析，从好与不足 两方面实事求是进行评价 3.进行学习态度和主动意识方面进行评价
由上式可得：
急回特性的作用 四杆机构的急回特性可以节省时间，提高生产率。K 1 180 K 1
0
4、死点
死点的位置
在从动曲柄与连杆共线的连个位置之一时，出 现机构的传动角g=0，压力角a=90的情况，这 时连杆对从动曲柄的作用里恰好通过其回转中 心，不能推动曲柄转动，机构的这种位置称为 死点位置。

0
d

D
A
0
x
将三组已知位置代入以上公式，确定出选定曲柄长度a，则b、c、d。设计出所需 四杆机构
二、操作与实践
1.学生根据所学的知识，进行平面四杆机构的设计 2.制做曲柄摇杆机构并写出实验报告
三、决策
在老师的指导下，对各小组的设计方案进行检查， （检查内容及步骤），进行讨论，确定方案是否合理、可 行，不合理处需重新制定。然后依据已知条件进行设计。
双曲柄机构应用实例
惯性筛
双曲柄机构应用实例
插床机构
若两曲柄的长度相等，连杆与机架的长度也相等，则该 机构称为平行双曲柄机构。
还有反平行四边形机构，例：公共汽车车门启闭机构
3.双摇杆机构—两连杆架均为摇杆的四杆机构
应用举例： 港口起重机、飞机起落架、车辆的前轮转向机构
双摇杆机构应用实例
港口起重机
①连接B1B2、B2B3， 作线B1B2、B2B3的垂直平分线b12、 b23，交于A点； ②连接C1C2、C2C3， 作线C1C2、C2C3的垂直平分线c12、 c23，交于D点； ③连接AB1、C1D。
b12
B2
C2
b23
c23
B1 C1
c12
B3
C3
A
D
2.按给定两连架杆的对应位置设计四杆机构
正弦机构应用实例
缝纫机针运动机构
②双转块机构
③ 双滑块机构
相关知识