铰链四杆机构和应用实例

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
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
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
在△B’’C’’D中
b ≤(d-a)+c c≤(d-a)+b 即 a+b≤d+c 即 a+c≤d+b
在△B’C’D中
a+d≤b+c 将式3-1、3-2、3-3两两相加，可得
a≤d，a≤b，a≤c
即AB杆为最短杆
铰链四杆机构有一个曲柄的条件： (1) 最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆长度之和； (2) 最短杆为连架杆。 选任一杆为机架，都能实现完全相同的相对运动关系，这称为 运动的可逆性。
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
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 )
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。
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
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
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：
y
B
b
δ
c
a sin( 0 ) b sin d c sin( 0 )
cos( 0 ) R1cos( 0 ) R2 cos[( 0 ) ( 0 )] R3
a
R1 n R 2 n / p 2 2 2 R 3 ( P n 1 m ) / 2P cos R1cos R2 cos( ) R3
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
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
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 ,
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
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：
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
（二）平面连杆机构的特点及应用
源自文库
平面四杆机构的基本特性 铰链四杆机构存在曲柄条件 急回特性 压力角和传动角 死点位置
1、铰链四杆机构有曲柄的条件
设a＜d，则当AB 杆能绕轴A 相对于AD 杆作整周转动时，AB 杆必须占据 与AD 杆共线的两个位置
(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。

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。
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
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
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
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 。
• 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。