机械基础第十章 连杆机构

一、铰链四杆机构
基本概念： （1）铰链四杆机构：四个构件全部用转动副相连的四杆 机构，称为铰链四杆机构。 （2）机架：机构中固定不动的构件。 （3）连架杆：与机架连接的构架。
曲柄：若能绕机架作整周转动的连架杆则称为曲柄。 摇杆：只能绕着机架在一定范围内摆动的连架杆。 （4）连杆：不直接与机架相连的构件。
α↓（γ↑ ）→ Fn ↓→传力性能好。
为保证机构的传力性能良好，必须限定机构的最小传 动角，通常γmin ≥ [γ]。
复习：平面机构的概念
飞机发动机内部结构图
测量仪表机构
基本概念：
连杆机构：机构中各构件只采用低副连接的构件称为 连杆机构。
平面连杆机构：所有构件均在同一平面或相互平行的 平面内运动的连杆机构称为平面连杆机构。
缝纫机脚踏机构
锯管机构
四杆机构：由四个构件组成的平面连杆机构称为四杆 机构
脚踏式脱粒机
缝纫机缝纫机构
铰链四杆机构按是否存在曲柄可分为三类： 1、曲柄摇杆机构
（1）概念：铰链四杆机构的两个连架杆中，若一个是 曲柄，另一个是摇杆，则称为曲柄摇杆机构。
（2）应用案例：脚踏式脱粒机、搅拌机、水稻插秧机的 秧爪运动机构。
脚踏式脱粒机
缝纫机的脚踏粒机
水稻插秧机的秧爪运动机构
搅拌机机构
（3）功能：将连续转动转换为摆动，或者将摆动转换为 连续转动。
案例分析：
如图所示的铰链四杆机构ABCD中，已知各杆的长度 分别为：a=30，b=50，c=40，d=45。试确定该机构分别
以AD、AB、CD和BC为机架时，属于何种机构？
案例分析：如图所示缝纫机踏板机构，已知AB=4cm、 AD =11 cm、BC =16 cm，若BC为机构的最长构件，请问缝 纫机踏板机构中各构件应满足什么条件，缝纫机踏板机构 才能为曲柄摇杆机构？
单盘秤机构
2）反平行四边形机构：两相对构件长度相等，一对构 件互相平行的双曲柄机构。
应用案例：公共汽车的车门开关机构
反平行四边形机构
公共汽车的车门开关机构
3）功能：将等速转动转换为等速同向、不等速同向、
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ等多种转动。
）
平行四边形机构
反平行四边形机构
3、双摇杆机构
（1）概念：铰链四杆机构的两个连架杆若都是摇杆， 则称为双摇杆机构。
想一想 练一练 请判断图所示各机构属于何类铰链四杆机构？
二、曲柄连杆机构的急回特性和行程数比系数 1、基本概念：（以曲柄摇杆机构为例，曲柄为原动件）
（1）四杆机构的极限位置：当曲柄与连杆二次共线时，摇杆位于 机构的最左或最右的位置。
（2）极位夹角（θ）：从动件处于二个极限位置时，相对应的原 动件曲柄所夹的锐角。
铰链四杆机构中，曲柄存在的条件为： （1）满足长度和条件，即 lmax lmin l l 1)若以最短构件相邻边为机架时，机构为曲柄摇杆机构； 2）若以最短构件为机架，则机构为双曲柄机构； 3）若以最短构件对边为机架，则机构为双摇杆机构。
（2）不满足长度和条件，则无论取哪个构件为机架均 为双摇杆机构。
双摇杆机构
炉门开启机构
（2）应用案例：港口鹤式起重机 、汽车转向机构、电 风扇摇头机构、飞机起落架等机构。
电风扇摇头机构
飞机起落架
汽车前轮转向机构
鹤式起重机
（3）功能：将一种摆动转换为另一种摆动。
想一想 练一练
请根据下列机构的运动情况，判断其属于哪类铰链四 杆机构？
水排以鼓风炼铁
飞机起落架
二、曲柄滑块机构
想一想 练一练
试确定摆动导杆机构和曲柄滑块机构以曲柄为原动件 时是否存在急回特性？
三、压力角和传动角 1、压力角（α）：从动件上的作用力F与该点速度vc所夹
锐角α称为机构的压力角。 F的两个分力：
Fn=Fsinα—引起摩擦力，有害分力 Ft=Fcosα—有效分力 2、传动角（γ）：压力角α 的余角即α+γ=90º称为传动角。 讨论：α↑（γ↓） → Fn↑→传力性能差。
（3）摆角（ψ）：摇杆（从动件）在两个极限位置时 的夹角称为摇杆的摆角。
2、急回特性：原动件曲柄作连续转动时，作往复运 动的摇杆在空回行程的平均速度大于工作行程的特性称为 急回特性。
３、行程速比系数（K）：从动件空回行程与工作行 程的平均速度之比。

K

v2 v1

C1C2 / t2 C2C1 / t1
2、双曲柄机构
（1）概念：具有两个曲柄的铰链四杆机构，称为双曲柄 机构。
（2）应用案例：惯性筛机构
惯性筛机构
（3）功能：将等速转动转换为不等速同向转动。
（4）双曲柄机构的其他类型 1）平行四边形机构：两相对构件互相平行，呈平行四
边形的双曲柄机构。
案例：单盘秤机构、火车车轮联动装置等
平行四边形机构
1
平面四杆机构的基本形式及其应用
2
平面四杆机构的基本性质
3
连杆机构的运动设计
1 铰链四杆机构 2 曲柄滑块机构 3 案例分析 4 课堂练习
1 曲柄存在的条件 2 曲柄连杆机构的急回特性和行程速比系数 3 压力角和传动角 4 死点位置 4 课堂练习
1 按给定连杆的三个位置（或两个位置）设计四杆机构 2 按给定的行程速比系数K设计平面四杆机构 3 课堂练习

t1 t2
1 2

180 180

或 180 K 1 K 1
极位夹角为： 180 K 1
K 1
讨论：a、θ>0º→K>1→此时机构具有急回特性，θ↑ → K↑ →急
回特性越显著。 b、θ=0º→K=1，此时机构无急回特性。
想一想 练一练 试确定下列不同机构以曲柄为原动件时的极限位置？
锯管机构
测量仪表机构
自动送料机构
（5）功能：将转动转换为滑块的往复移动
一、曲柄存在的条件 机构中相邻构件能否相对转整周，由各构件长度间的
关系决定。
（1）长度和条件：机构中最短构件与最长构件长度 之和小于或等于其余两构件长度之和，即
lmax lmin l l
（2）最短构件条件：连架杆与机架中必有一杆为最短 构件。
（ 1）由曲柄摇杆机构，将CD→无穷大，C点轨迹变成直线； （ 2）演化方法：将转动副→移动副； （ 3）类型： a.偏心曲柄滑块机构 ，e≠0 偏距：曲柄转动中心距导路 的距离。 b.对心曲柄滑块机构，e=0
（4）应用案例：内燃机、空气压缩机、冲床和送料机构等。
对心曲柄滑块机构
飞机发动机内部结构图