第3章 连杆机构分析

3.1.2 铰链四杆机构的演化——含 有一个移动副的平面四杆机构
1.曲柄滑块机构
由曲柄、连杆、滑块和机架组成的机构， 称为曲柄滑块机构。
曲柄滑块机构分类
对心曲柄滑块机构
滑块轨道中心线通 过曲柄的转动中心A
偏置曲柄滑块机构
滑块轨道中心线偏 离曲柄的转动中心A
对心曲柄滑块机构
偏置曲柄滑块机构
2.偏心轮机构
组成的转向相反的双曲柄机构.
反平行四边形机构
反平行四边形机构
车门启闭机构
3.双摇杆机构
两连架杆均为摇杆的
铰链四杆机构，称为
双摇杆机构。
起重机机构
应用
车辆前轮转向机构
3.1.1 铰链四杆机构的基本形式
曲柄摇杆机构
铰链四杆机构 (全转动副) 双曲柄机构
双摇杆机构
3.1.2 铰链四杆机构的演化——含 有一个移动副的平面四杆机构
曲柄摇杆机构到曲柄滑块机构的演化
3.1.2 铰链四杆机构的演化——含 有一个移动副的平面四杆机构
曲柄摇杆机构到曲柄滑块机构的演化
3.1.2 铰链四杆机构的演化——含 有一个移动副的平面四杆机构
曲柄摇杆机构到曲柄滑块机构的演化
3.1.2 铰链四杆机构的演化——含 有一个移动副的平面四杆机构
曲柄摇杆机构到曲柄滑块机构的演化
学习要点
能够运用平面四杆机构存在曲柄的条件判断 机构的类型。 ● 掌握机构的急回特性、压力角、传动角及 死点的概念，并能够在运动简图上进行标注。
●
3.2 平面四杆机构存在曲柄 的条件及基本特性
3.2.1 铰链四杆机构存在曲柄的条件 （1）连架杆和机架中必有一杆为最短杆 （简称最短杆条件） （2）最短杆与最长杆长度之和小于或等于 其余两杆长度之和（简称长度和条件） 此条件亦称杆长条件。
曲柄 ：连架杆中，能绕机架的固定
铰链作整周转动的称为曲柄。
如图所示的AB杆。
摇杆：连架杆中，仅能在一定角度范
围内往复摆动的称为摇杆。 如图所示的CD杆。
连杆：不与机架相连的构件称为连杆。
如图所示的BC杆。
3.1.1 铰链四杆机构的基本形式
曲柄摇杆机构
铰链四杆机构 (全转动副) 双曲柄机构
双摇杆机构
规定工作行程中的最 小传动角
γ
min
≥40°～50°。
分析表明，在曲柄摇杆机构中，γ min可 能出现在曲柄与机架共线的两个位置时，一 般可通过计算或作图量取此二位置的传动角， 其中的小值即为γ min。
曲柄摇杆机构的压力角和传动角
最小传动角γ min 计算公式为 对心曲柄滑块机构: γmin =arccosr/l 偏置曲柄滑块机构: γmin =arccosr+e/l
由偏心轮、连杆、滑块和机架组成的机 构称为偏心轮机构。
偏心轮机构
3.导杆机构
由曲柄、导杆、滑块和机架 组成的机构，称为导杆机构。
3.导杆机构
(1)转动导杆机构 若机架长度AB小 于曲柄长度BC， 即AB≤BC，则导 杆4能作整周转动， 因此称为转动导 杆机构。
3.导杆机构
(2)摆动导杆机构 若取机架长度大于 曲柄长度，即 AB≥BC，则导杆4 只能做往复摆动， 形成摆动导杆机构。
机车车轮联动机构
（2）连杆始终与机架平行
天平机构
（2）连杆始终与机架平行
摄影车升降机构
（3）运动的不确定性
平行四边形机构
为了克服运动的不确定性，可以对从动 曲柄施加外力，或利用飞轮及构件本身的惯 性作用。也可以采用辅助曲柄等措施解决.
带有辅助构件的平行四边形机构
反平行四边形机构
即连杆与机架的长度相等，两个曲柄长度相等所
铰链四杆机构曲柄存在条件
a+c≤b+d a+d≤b+c a+b≤c+d
将上述三式中每两式相加并简化，可得 a≤b a≤c a≤d
通过分析可得如下结论:
（1）铰链四杆机构中，如果最短杆
与最长杆的长度之和小于或等于 其余两杆长度之和，则根据机架选取 的不同，可有下列三种情况
①取与最短杆相邻的杆为机架， 则最短杆为曲柄，另一连架杆为 摇杆，组成曲柄摇杆机构
分析 问题的关键是确定两连架杆与 机架组成转动副的中心A、D。 两连架杆与机架组成转动副的中心A、 D，分别在BmBn和CmCn的中垂线上
3.3.1 按给定的连杆位置 设计平面四杆机构
1.按给定的连杆三个位置设计平面四杆机构
按给定的连杆三个位置设计四杆机构
3.3.1 按给定的连杆位置 设计平面四杆机构
急回特性 当主动件等速转动时，做往 复运动的从动件在返回行程中的平均速度大 于工作行程的平均速度的特性 。
3.2.2.急回特性
ψ——摆角
θ ——极位夹角
急回特性用行程速比系数 K表示，即
K =
180
180
+
-

K值的大小取决于极位夹角θ ，θ 角越 大，K值越大，急回运动特性越明显；反之， 则愈不明显。当θ = 0时，K=1 ，机构无急 回特性。
应用
简易刨床的导杆机构
牛头刨床的导杆机构
4.摇块机构
若将对心曲柄滑块机构中的连杆BC作为机架， 滑块只能绕C点摆动，就得到曲柄摇块机构， 简称摇块机构。
摇块机构
应用
吊车
5.定块机构
若将偏置曲柄滑块中的滑块3作为机架， BC杆成为绕转动副C摆动的摇杆，AC杆成为滑 块做往复移动，就得到摇杆滑块机构，又称为 定块机构。
②取最短杆为机架，则两连架杆 均为曲柄，组成双曲柄机构
③取最短杆对面的杆为机架， 则两连架杆均为摇杆，组成双摇 杆机构
通过分析可得如下结论:
（2）铰链四杆机构中，如果最短 杆与最长杆的长度之和大于其余 两杆长度之和，则不论取哪一杆 为机架，都没有曲柄存在，均为 双摇杆机构。
3.2.2.急回特性
第3章 平面连杆机构
3.1 平面连杆机构的基本形式及其演化 3.2 平面四杆机构存在曲柄 的条件及基 本特性 3.3 平面四杆机构的设计
知识目标
了解平面四杆机构的基本形式 及演化形式。 ● 掌握平面四杆机构的工作特性 及在工程实际中的应用。
● ●
掌握平面四杆机构的实际方法。
能力目标
掌握曲柄摇杆机构、双曲柄机构、 双摇杆机构的概念及应用。 ● 会分析铰链四杆机构的演化形式及 应用。 ● 会根据工作要求设计平面四杆机构。
定块机构
应用
手摇唧筒
曲柄滑块机构
含有移动副 的平面四杆 机构
偏心轮机构
导杆机构 摇块机构
定块机构
曲柄摇杆机构
平 面 连 杆 机 构
铰链四杆机构 (全转动副)
双曲柄机构 双摇杆机构
曲柄滑块机构 含有移动副的 平面四杆机构 偏心轮机构 导杆机构 摇块机构 定块机构
3.2 平面四杆机构存在曲柄 的条件及基本特性
F


Ft
vC
传动角:压力 角的余角即连 杆与从动件间 所夹的锐角γ 。
3.2.3 压力角与传动角
Fn Ft v C
F
压力角越小， 传动角越大，机 构的传力效果越 好。
由此可见，压力角和传 动角是反映机构传力性能 的重要标志。
3.2.3 压力角与传动角
Fn Ft v C
F
铰链四杆机构的三种基本形式：
1.曲柄摇杆机构
两连架杆分别为曲柄和摇杆的铰链四杆 机构称为曲柄摇杆机构。
连杆
摇杆
曲柄
机架
应用
雷达天线俯仰角调整机构
应用
脚踏砂轮机机构
2.双曲柄机构
两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构，称
双曲柄机构。
曲柄 曲柄
应用
插床六杆机构
平行四边形机构有以下三个运动特点:
（1）两曲柄转速相等
已知曲 柄摇杆机构 的急回特性 系数K、摇杆 的长度lCD 及摆角ψ ， 要求确定机 构中其余构 件尺寸。
按急回特性系数设计四杆机构
●
连杆机构 是刚性构件通过低副连接而 形成的机构，又称为低副机构。 平面连杆机构 活动构件均在同一平面 或在相互平行的平面内运动的连杆机构 称为平面连杆机构。
3.1 平面连杆机构的基本形式 及其演化
学习要点
学会判断平面四杆机构的基本形式。 ● 掌握铰链四杆机构的演化形式及应用。
●
3.1 平面连杆机构的基本形式 及其演化
偏置曲柄滑块机构和摆动导杆机构也具有急回 特性。值得注意的是在摆动导杆机构中θ =ψ 。
机构急回特性的判定
3.2.3 压力角与传动角
Fn n
F


F t vC C
压力角：作用 在从动件摇杆 CD上的力F， 与该力作用点 C运动线速度 vc 之间所夹 的锐角α
3.2.3 压力角与传动角
Fn
在曲柄 滑块机构中， 若曲柄AB为 主动件时， 最小传动角 γ min 出现 在曲柄AB垂 直于滑槽中 心线位置时。
偏置曲柄滑块机构的最小传动角
3.2.4 死点位置
在曲柄摇杆机构中， 若摇杆为主动件，当摇杆 处于两极限位置时，从动 曲柄与连杆共线，主动摇 杆通过连杆传给从动曲柄 的作用力通过曲柄的转动 中心，此时曲柄的压力角 α=90°，传动角γ=0°， 因此无法推动曲柄转动， 机构的这个位置称为死点 位置。
工程中常用的平面连杆机构 是平面四杆机构。
3.1 平面连杆机构的基本形式 及其演化
铰链四杆机构 (全转动副)
平面四杆机构
含有移动副的平 面四杆机构
机架：固定不动的构件为机架。
如图所示的AD杆。
连架杆：与机架相联的构件为连架杆；
如图所示的AB杆和CD杆。
3.1.1 铰链四杆机构的基本形式
铰链四杆机构 运动副都是转动副的平 面四杆机构称为铰链四杆机构。
曲柄摇杆机构的死点位置
在工程上有时也需利用机构的死点位 置来进行工作。例如飞机的起落架、折叠式 家具和夹具等机构。
钻床夹具
3.3 平面四杆机构的设计
学习要点
学会按给定三个或两个连杆位置设计 平面四杆机构。 ● 学会按给定急回特性系数设计平面四 杆机构。
●
3.3 平面四杆机构的设计
平面四杆机构设计的基本问题是
wenku.baidu.com根据机构工作要求，结合附加限定条件， 确定绘制机构运动简图所必需的参数，包括各 构件的长度尺寸及运动副之间相对位置。
平面四杆机构设计的方法
图解法、实验法和解析法。 本节介绍图解法。
3.3.1 按给定的连杆位置 设计平面四杆机构
1.按给定的连杆三个位置设计平面四杆机构
已知铰链四杆机构中连杆的长度及三个预定 位置，要求确定四杆机构的其余构件尺寸。
2.按给定的连杆二个位置设计平面四杆机构
已知铰链四杆机构中连杆的长度及二个预定 位置，要求确定四杆机构的其余构件尺寸。
这时，两连架杆与机架组成转动副的 中心A、D可分别在B1B2和C1C2的中垂线上 任意选取，得到无穷多个解。结合附加限 定条件，从无穷解中选取满足要求的解。
3.3.2 按给定的急回特系数 设计平面四杆机构