平面连杆机构详解
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第2章 平面连杆机构
§2－1 铰链四杆机构的基本型式和特性 §2－2 铰链四杆机构有整转副的条件 §2－3 铰链四杆机构的演化 §2－4 平面四杆机构的设计
宁夏大学专用
ห้องสมุดไป่ตู้
作者： 潘存云教授
§2－1 铰链四杆机构的基本型式和特性
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。
G
B
F
C
反平行四边形机构 --车门开闭机构
设计：潘存云
设计：潘存云
宁夏大学专用
反向
作者： 潘存云教授
（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
设计：潘存云
A
D
CC 电机
蜗轮 BBBA
设计：潘存云
AA
D
蜗蜗杆杆
风扇座
D C
EE 设计：潘存云
牛头刨床
K 1
宁夏大学专用
作者： 潘存云教授
2.压力角和传动角
压力角：从动件驱动力F与力作用点绝对速度 之间所夹锐角α。
切向分力: F’= Fcosα =Fsinγ
法向分力: F”= Fcosγ
γ↑ → F’↑
→对传动有利。
可用γ的大小来表示机构传动
力性能的好坏, 称γ为传动角。
B
B
AA
C γ
F”
三种基本型式：
（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。
宁夏大学专用
作者： 潘存云教授
CC 2 33
设计：潘存云
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
设计：潘存云
3
2 4
1
1 4 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。
C1C2 /(180 )
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。
180°-θ
显然：t1 >t2 V2 > V1
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。
摇杆的这种特性称为急回运动。用以下比值表示急回程度
宁夏大学专用
作者： 潘存云教授
若∠B2C2D>90°, 则 γ2＝180°-∠B2C2D
γmin＝[∠B1C1D, 180°-∠B2C2D]min
机构的传动角一般在运动链 最终一个从动件上度量。
B2
A
l1
B1
l l C2γ2
2γ1
设计：潘存云
C1
3
l4
D
车门
αF γ
v
宁夏大学专用
实例：火车轮 摄影平台 播种机料斗机构
天平
B B
C C
设计：潘存云
A
D
AB = CD BC = AD
A BB
设计：潘存云
D C
耕地
料斗
设计：潘存云
宁夏大学专用
作者： 潘存云教授
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。
B’
F’
C’
A’
E’
D’
G’
设计：潘存云
A
E D 设计：潘存云
t1 (180 ) / V1 C1C2 t1 C1C2 /(180 )
宁夏大学专用
作者： 潘存云教授
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：
t2 (180 ) /
C2
C1
V2 C1C2 t2
A
B1
设计：潘存云
D
应用实例：如叶片泵、惯性筛等。
宁夏大学专用
作者： 潘存云教授
1
A D
设计：潘存云
B C2
3
宁夏大学专用
旋转式叶片泵
A 4
D
1B 2
C3
C 2 3 设计：潘存云
B 1
4D A
6E
惯性筛机构
作者： 潘存云教授
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 设计：潘存云
显然：t1 >t2 V2 > V1
摇杆的这种特性称为急回运动。
C2
用以下比值表示急回程度
K V2 V1
A
B1
设计：潘存云
180°-θ
C1C2 C1C2
t2 t1
t1 t2
180 180
C1 D
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
FF”’ C γ Fα
F
F’
设计：潘存云
DD
宁夏大学专用
作者： 潘存云教授
设计时要求: γmin≥50°
γmin出现的位置：
当∠BCD>90°时， γ＝180°- ∠BCD
当∠BCD≤90°时，
为了保证机构良好的传力性能
γ＝∠BCD
B
B
C γ
F”
FF”’ C γ Fα
F
F’
当∠BCD最小或最大时， A A 都有可能出现γmin
③连杆曲线丰富。可满足不同要求。
宁夏大学专用
作者： 潘存云教授
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。
平面连杆机构 分类: 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。
宁夏大学专用
宁夏大学专用
作者： 潘存云教授
应用实例： 内燃机、鹤式吊、火车轮、手动冲床、牛头刨床、椭圆
仪、机械手爪、开窗户支撑、公共汽车开关门、折叠伞、
折叠床、 牙膏筒拔管机、单车制动操作机构等。
特点： ①采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损
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。
设计：潘存云
DD
此位置一定是： 主动件与机架共线两处之一。
宁夏大学专用
作者： 潘存云教授
由余弦定律有：
∠B1C1D＝arccos[l42 + l32-(l4 - l1)2]/2l2 l3
若∠B1C1D≤90°,则 γ1＝∠B1C1D
∠B2C2D＝arccos[l42 + l32-(l4 - l1)2]/2l2 l3
A B
宁夏大学专用
作者： 潘存云教授
1.急回运动
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 称为极位夹角。
θ 180°＋θ ωB
C2
C C1
曲柄摇杆机构 3D
A
设计：潘存云
B1
DD
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：
作者： 潘存云教授
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 度相对回转的运动副；
摇杆
摆转副—只能作有限角度摆动的运动副。动画
§2－1 铰链四杆机构的基本型式和特性 §2－2 铰链四杆机构有整转副的条件 §2－3 铰链四杆机构的演化 §2－4 平面四杆机构的设计
宁夏大学专用
ห้องสมุดไป่ตู้
作者： 潘存云教授
§2－1 铰链四杆机构的基本型式和特性
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。
G
B
F
C
反平行四边形机构 --车门开闭机构
设计：潘存云
设计：潘存云
宁夏大学专用
反向
作者： 潘存云教授
（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
设计：潘存云
A
D
CC 电机
蜗轮 BBBA
设计：潘存云
AA
D
蜗蜗杆杆
风扇座
D C
EE 设计：潘存云
牛头刨床
K 1
宁夏大学专用
作者： 潘存云教授
2.压力角和传动角
压力角：从动件驱动力F与力作用点绝对速度 之间所夹锐角α。
切向分力: F’= Fcosα =Fsinγ
法向分力: F”= Fcosγ
γ↑ → F’↑
→对传动有利。
可用γ的大小来表示机构传动
力性能的好坏, 称γ为传动角。
B
B
AA
C γ
F”
三种基本型式：
（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。
宁夏大学专用
作者： 潘存云教授
CC 2 33
设计：潘存云
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
设计：潘存云
3
2 4
1
1 4 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。
C1C2 /(180 )
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。
180°-θ
显然：t1 >t2 V2 > V1
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。
摇杆的这种特性称为急回运动。用以下比值表示急回程度
宁夏大学专用
作者： 潘存云教授
若∠B2C2D>90°, 则 γ2＝180°-∠B2C2D
γmin＝[∠B1C1D, 180°-∠B2C2D]min
机构的传动角一般在运动链 最终一个从动件上度量。
B2
A
l1
B1
l l C2γ2
2γ1
设计：潘存云
C1
3
l4
D
车门
αF γ
v
宁夏大学专用
实例：火车轮 摄影平台 播种机料斗机构
天平
B B
C C
设计：潘存云
A
D
AB = CD BC = AD
A BB
设计：潘存云
D C
耕地
料斗
设计：潘存云
宁夏大学专用
作者： 潘存云教授
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。
B’
F’
C’
A’
E’
D’
G’
设计：潘存云
A
E D 设计：潘存云
t1 (180 ) / V1 C1C2 t1 C1C2 /(180 )
宁夏大学专用
作者： 潘存云教授
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：
t2 (180 ) /
C2
C1
V2 C1C2 t2
A
B1
设计：潘存云
D
应用实例：如叶片泵、惯性筛等。
宁夏大学专用
作者： 潘存云教授
1
A D
设计：潘存云
B C2
3
宁夏大学专用
旋转式叶片泵
A 4
D
1B 2
C3
C 2 3 设计：潘存云
B 1
4D A
6E
惯性筛机构
作者： 潘存云教授
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 设计：潘存云
显然：t1 >t2 V2 > V1
摇杆的这种特性称为急回运动。
C2
用以下比值表示急回程度
K V2 V1
A
B1
设计：潘存云
180°-θ
C1C2 C1C2
t2 t1
t1 t2
180 180
C1 D
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
FF”’ C γ Fα
F
F’
设计：潘存云
DD
宁夏大学专用
作者： 潘存云教授
设计时要求: γmin≥50°
γmin出现的位置：
当∠BCD>90°时， γ＝180°- ∠BCD
当∠BCD≤90°时，
为了保证机构良好的传力性能
γ＝∠BCD
B
B
C γ
F”
FF”’ C γ Fα
F
F’
当∠BCD最小或最大时， A A 都有可能出现γmin
③连杆曲线丰富。可满足不同要求。
宁夏大学专用
作者： 潘存云教授
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。
平面连杆机构 分类: 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。
宁夏大学专用
宁夏大学专用
作者： 潘存云教授
应用实例： 内燃机、鹤式吊、火车轮、手动冲床、牛头刨床、椭圆
仪、机械手爪、开窗户支撑、公共汽车开关门、折叠伞、
折叠床、 牙膏筒拔管机、单车制动操作机构等。
特点： ①采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损
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。
设计：潘存云
DD
此位置一定是： 主动件与机架共线两处之一。
宁夏大学专用
作者： 潘存云教授
由余弦定律有：
∠B1C1D＝arccos[l42 + l32-(l4 - l1)2]/2l2 l3
若∠B1C1D≤90°,则 γ1＝∠B1C1D
∠B2C2D＝arccos[l42 + l32-(l4 - l1)2]/2l2 l3
A B
宁夏大学专用
作者： 潘存云教授
1.急回运动
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 称为极位夹角。
θ 180°＋θ ωB
C2
C C1
曲柄摇杆机构 3D
A
设计：潘存云
B1
DD
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：
作者： 潘存云教授
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 度相对回转的运动副；
摇杆
摆转副—只能作有限角度摆动的运动副。动画