机械设计基础第三章讲解
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鹤式起重机机构 图3-13所示为港口用鹤式起重机机构。当摇杆AB摆动时，摇杆CD随之摆 动，连杆BC上E点的运动轨迹中的一段近似为一水平直线，完成货物搬运，这 样在搬运货物时可以节省动力消耗。
起重机机构
图3-14 汽车前轮转向机构， 两摇杆AB、CD长度相等，称等 腰梯形机构。
当汽车转弯时，它能使两 前轮轴转过的角度不同，保证 了车轮在地面上作纯滚动。
第三章 平面连杆机构
§3.1 平面四杆机构的类型和应用 §3.2 平面四杆机构的工作特性 §3.3 平面四杆机构的设计
引言：
平面连杆机构是由一些刚性构件用平面低副(回转副和移动副)联接组 成的机构。 ➢功用：平面连杆传动能方便地实现转动、摆动、移动等运动形式的转换， 也能实现一些比较复杂的平面运动规律。
机车车轮联动机构
3、特例 （1）平行双曲柄机构（平行四边形机构）：两相对杆的长度平行且相等。
特点：两曲柄旋转方向相同，且角速度相等。
图3-8 机车车轮联动机构
（2）反平行双曲柄机：两曲柄长度相同，连杆与机架长度相同但不平行。 特点：主、从动曲柄转向相反。
(三)双摇杆机构 （1）定义：铰链四杆机构中，若两连架杆均为摇杆（摆动），则称为双 摇杆机构。（图3-12所示）
➢优点：①由于是低副联接，构件之间联接处是面接触，单位面积上的压 力较小，便于润滑，故磨损较小，寿命较长；②由于两构件联接处表面是 圆柱面或平面，故制造比较简单，易获得较高的制造精度。③杆可较长， 可用作实现远距离的操纵控制。④可利用连杆实现较复杂的运动规律和运 动轨迹。
➢缺点：在结构上往往不如高副机构简单，设计也比高副机构复杂，且低 副中间有间隙存在，容易引起运动误差。
铰链四杆机构
(一)曲柄摇杆机构 1、定义 铰链四杆机构的两连架杆中，一个为曲柄（整周转）；另一个为摇杆
（摆动） ，则此四杆机构为～。 图3-1中，当主动曲柄1等速转动时，通过连杆2将运动传递到摇杆3，
使摇杆3作往复摆动。
当主动曲柄1等速转动时，通过连杆2将运动传递到摇杆3，使摇杆3做往 复摆动。
2、应用实例
雷达天线俯仰角 调整机构
汽车前窗刮雨器
搅拌机机构
缝纫机的踏板机构及简图 图(a)为该机构的运动简图.当踏板3(相当于摇杆)往复摆动时,杆 2(相当于连杆)使杆1(相当于曲柄)做整周回转。
运动演示
(二)双曲柄机构 1、定义 铰链四杆机构的两个连架杆均为曲柄（整周转），则此四杆机构称为
双曲柄机构。 当主动曲柄匀速转动时，从动曲柄一般做变速回转运动，其主要功用
（2）惯性筛机构 图中的AB杆和CD杆均为曲柄，当原动曲柄AB杆等速转动时，从动柄CD
杆做变速转动，经过杆5将运动传给筛子6，使筛子做变速运动，以达到分 筛的目的。（物料颗粒在惯性力的作用下往复运动）
6
2C
B
5
1
3
D
A4
图中，AB杆和CD杆均为曲柄，当原动曲柄AB杆等速转动时，从动曲柄 CD杆做变速转动，经过杆5将运动传给筛子6，使筛子做变速运动，以达到 分筛的目的。
可得 a+c≤b+d （3-2） a+b≤c+d（3-3） 联立以上三式可解得：
a≤b a≤c a≤d
由此可知，AB杆为最短杆，并且，最短杆与任意一杆之和小于其余 两杆之和，但在其余三杆中必有一杆是最长杆，因此，铰链四杆机构存 在曲柄的条件为：
（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）机架或连架杆为最短杆。 然后根据机架的情况来判定有几个曲柄： （1）以最短杆的相邻杆为机架，存在一个曲柄，为曲柄摇杆机构； （2）以最短杆为机架，存在两个曲柄，为双曲柄机构。 铰链四杆机构不存在曲柄的情况有两种： （1）最短杆与最长杆之和大于其余两杆之和，没有曲柄，为双摇杆机构 （2）最短杆与最长杆之和小于其余两杆之和，但以最短杆的相对杆为机
下面分析曲柄存在的条件： 如图3-16所示，铰链四杆机构中，设各杆长为：
LAB=l1=a,LBC=l2=b,LCD=l3=c, LAD=l4=d。
AB杆若能转整周，它必须顺利通过与机架共线的两个 位置AB’和AB’’。
当AB杆处于AB’’时，各杆长度必须满足 a+d≤b+c （3-1）
当AB杆处于AB’时，各杆长度必须满足 d-a+b≥c或d-a+c≥b
右图中，固定不动的杆4称为机架，
与机架相联的杆1和杆3称为连架杆， 连接两连架杆的杆2称为连杆。 ➢曲柄：在铰链四杆机构中，能绕固定铰A 或D做整周回转的连架杆。
2 13
4
➢摇杆：在铰链四杆机构中，只能在某一角度范围
内摆动的连架杆。
图3-1
二、铰链四杆机构的基本形式及应用
在铰链四杆机构中,根据两连架杆运动特点的不同,可分为三种基本形 式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。
是改变构件的运动速度。
2、应用举例 （1）旋转式水泵
它由相位依次相差90°的四个双曲柄机构组成。图（b）为其中一个双曲 柄机构的运动简图。
当原动曲柄等速转动时，连杆2带动从动曲柄3做周期性变速转动，因此相 邻两从动曲柄（隔板）间的夹角也周期性的变化，转到右边时相邻两隔板间 的夹角及容积增大，形成真空，于是从进水口吸水；转到左边时，相邻两隔 板间的夹角及容积变小，压力升高，从出水口排水，从而起到泵水的作用。
➢ 应用：在机械设备及仪器仪表机构中应用比较广泛。其中以由四个构 件组成的四杆机构应用最广泛，而且是组成多杆机构的基础。因此本章 着重讨论四杆机构的基本类型、性质及常用设计方法。
§3.1 平面四杆机构的类型和应用
一、基本概念
➢平面连杆机构：构件全部用低副联接而成的平面机构（低副机构）。 ➢铰链四杆机构：若构成平面四杆机构的低副全部为回转副，则称～。 ➢滑块四杆机构：若构成平面四杆机构的低副中含有移动副，则称～。 ➢连杆：在平面连杆机构中，不直接与机架相联的构件称为连杆。
图3-15飞机起落架机构，当 摇杆AB摆动时，带动另一摇 杆CD摆动，从而使飞机轮子 收起（双点划线所示）或放 下（实线所示）。
D A
B C
当摇杆AB摆动时，带动另一摇杆CD摆动， 从而使飞机轮子收起或放下。
飞机起落架（实景）
三、铰链四杆机构基本形式的判定条件
铰链四杆机构的三种基本形式的区别在于有无曲柄存在，以及有几个 曲柄存在。这是由于各杆间的相对长度不同所致。因为各构件间的相对运 动关系主要取决于各构件的相对长度。
起重机机构
图3-14 汽车前轮转向机构， 两摇杆AB、CD长度相等，称等 腰梯形机构。
当汽车转弯时，它能使两 前轮轴转过的角度不同，保证 了车轮在地面上作纯滚动。
第三章 平面连杆机构
§3.1 平面四杆机构的类型和应用 §3.2 平面四杆机构的工作特性 §3.3 平面四杆机构的设计
引言：
平面连杆机构是由一些刚性构件用平面低副(回转副和移动副)联接组 成的机构。 ➢功用：平面连杆传动能方便地实现转动、摆动、移动等运动形式的转换， 也能实现一些比较复杂的平面运动规律。
机车车轮联动机构
3、特例 （1）平行双曲柄机构（平行四边形机构）：两相对杆的长度平行且相等。
特点：两曲柄旋转方向相同，且角速度相等。
图3-8 机车车轮联动机构
（2）反平行双曲柄机：两曲柄长度相同，连杆与机架长度相同但不平行。 特点：主、从动曲柄转向相反。
(三)双摇杆机构 （1）定义：铰链四杆机构中，若两连架杆均为摇杆（摆动），则称为双 摇杆机构。（图3-12所示）
➢优点：①由于是低副联接，构件之间联接处是面接触，单位面积上的压 力较小，便于润滑，故磨损较小，寿命较长；②由于两构件联接处表面是 圆柱面或平面，故制造比较简单，易获得较高的制造精度。③杆可较长， 可用作实现远距离的操纵控制。④可利用连杆实现较复杂的运动规律和运 动轨迹。
➢缺点：在结构上往往不如高副机构简单，设计也比高副机构复杂，且低 副中间有间隙存在，容易引起运动误差。
铰链四杆机构
(一)曲柄摇杆机构 1、定义 铰链四杆机构的两连架杆中，一个为曲柄（整周转）；另一个为摇杆
（摆动） ，则此四杆机构为～。 图3-1中，当主动曲柄1等速转动时，通过连杆2将运动传递到摇杆3，
使摇杆3作往复摆动。
当主动曲柄1等速转动时，通过连杆2将运动传递到摇杆3，使摇杆3做往 复摆动。
2、应用实例
雷达天线俯仰角 调整机构
汽车前窗刮雨器
搅拌机机构
缝纫机的踏板机构及简图 图(a)为该机构的运动简图.当踏板3(相当于摇杆)往复摆动时,杆 2(相当于连杆)使杆1(相当于曲柄)做整周回转。
运动演示
(二)双曲柄机构 1、定义 铰链四杆机构的两个连架杆均为曲柄（整周转），则此四杆机构称为
双曲柄机构。 当主动曲柄匀速转动时，从动曲柄一般做变速回转运动，其主要功用
（2）惯性筛机构 图中的AB杆和CD杆均为曲柄，当原动曲柄AB杆等速转动时，从动柄CD
杆做变速转动，经过杆5将运动传给筛子6，使筛子做变速运动，以达到分 筛的目的。（物料颗粒在惯性力的作用下往复运动）
6
2C
B
5
1
3
D
A4
图中，AB杆和CD杆均为曲柄，当原动曲柄AB杆等速转动时，从动曲柄 CD杆做变速转动，经过杆5将运动传给筛子6，使筛子做变速运动，以达到 分筛的目的。
可得 a+c≤b+d （3-2） a+b≤c+d（3-3） 联立以上三式可解得：
a≤b a≤c a≤d
由此可知，AB杆为最短杆，并且，最短杆与任意一杆之和小于其余 两杆之和，但在其余三杆中必有一杆是最长杆，因此，铰链四杆机构存 在曲柄的条件为：
（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）机架或连架杆为最短杆。 然后根据机架的情况来判定有几个曲柄： （1）以最短杆的相邻杆为机架，存在一个曲柄，为曲柄摇杆机构； （2）以最短杆为机架，存在两个曲柄，为双曲柄机构。 铰链四杆机构不存在曲柄的情况有两种： （1）最短杆与最长杆之和大于其余两杆之和，没有曲柄，为双摇杆机构 （2）最短杆与最长杆之和小于其余两杆之和，但以最短杆的相对杆为机
下面分析曲柄存在的条件： 如图3-16所示，铰链四杆机构中，设各杆长为：
LAB=l1=a,LBC=l2=b,LCD=l3=c, LAD=l4=d。
AB杆若能转整周，它必须顺利通过与机架共线的两个 位置AB’和AB’’。
当AB杆处于AB’’时，各杆长度必须满足 a+d≤b+c （3-1）
当AB杆处于AB’时，各杆长度必须满足 d-a+b≥c或d-a+c≥b
右图中，固定不动的杆4称为机架，
与机架相联的杆1和杆3称为连架杆， 连接两连架杆的杆2称为连杆。 ➢曲柄：在铰链四杆机构中，能绕固定铰A 或D做整周回转的连架杆。
2 13
4
➢摇杆：在铰链四杆机构中，只能在某一角度范围
内摆动的连架杆。
图3-1
二、铰链四杆机构的基本形式及应用
在铰链四杆机构中,根据两连架杆运动特点的不同,可分为三种基本形 式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。
是改变构件的运动速度。
2、应用举例 （1）旋转式水泵
它由相位依次相差90°的四个双曲柄机构组成。图（b）为其中一个双曲 柄机构的运动简图。
当原动曲柄等速转动时，连杆2带动从动曲柄3做周期性变速转动，因此相 邻两从动曲柄（隔板）间的夹角也周期性的变化，转到右边时相邻两隔板间 的夹角及容积增大，形成真空，于是从进水口吸水；转到左边时，相邻两隔 板间的夹角及容积变小，压力升高，从出水口排水，从而起到泵水的作用。
➢ 应用：在机械设备及仪器仪表机构中应用比较广泛。其中以由四个构 件组成的四杆机构应用最广泛，而且是组成多杆机构的基础。因此本章 着重讨论四杆机构的基本类型、性质及常用设计方法。
§3.1 平面四杆机构的类型和应用
一、基本概念
➢平面连杆机构：构件全部用低副联接而成的平面机构（低副机构）。 ➢铰链四杆机构：若构成平面四杆机构的低副全部为回转副，则称～。 ➢滑块四杆机构：若构成平面四杆机构的低副中含有移动副，则称～。 ➢连杆：在平面连杆机构中，不直接与机架相联的构件称为连杆。
图3-15飞机起落架机构，当 摇杆AB摆动时，带动另一摇 杆CD摆动，从而使飞机轮子 收起（双点划线所示）或放 下（实线所示）。
D A
B C
当摇杆AB摆动时，带动另一摇杆CD摆动， 从而使飞机轮子收起或放下。
飞机起落架（实景）
三、铰链四杆机构基本形式的判定条件
铰链四杆机构的三种基本形式的区别在于有无曲柄存在，以及有几个 曲柄存在。这是由于各杆间的相对长度不同所致。因为各构件间的相对运 动关系主要取决于各构件的相对长度。