第2章 平面连杆机构

1、2-1 平面四杆机构的基本类型平面四杆机构的基本类型及其应用及其应用2-2 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性2-3 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计第第2 2章章 平面连杆机构平面连杆机构2022-1-14第2章 平面连杆机构2 2平面连杆机构平面连杆机构：由由若干个构件若干个构件通过通过低副低副(转动副、移动副转动副、移动副)联接而成的机构，又称为联接而成的机构，又称为平面低副机构平面低副机构。平面四杆机构平面四杆机构：由由四个构件四个构件通过通过低副低副联接而成的平面联接而成的平面连杆机构。连杆机构。平面连杆机构的优点平面连杆机构的优点 承受能力高、耐磨损承受能力高、耐磨损

2、; 制造简便、制造精度较高制造简便、制造精度较高; 可满足多种运动规律、运动轨迹的要求。可满足多种运动规律、运动轨迹的要求。不易不易精确精确实现复杂的运动规律，且设计较为实现复杂的运动规律，且设计较为复杂；复杂； 当构件数和运动副数较多时，当构件数和运动副数较多时，效率较低效率较低 。平面连杆机构的缺点平面连杆机构的缺点2-1 平面四杆机构的基本类型及其应用平面四杆机构的基本类型及其应用2022-1-14第2章 平面连杆机构3 3一、铰链四杆机构一、铰链四杆机构定义定义：全部用全部用转动副转动副相连的平面相连的平面四杆四杆机构。机构。组成组成:机架机架连架杆连架杆连杆连杆分类分类:整转副整转副

3、摆动副摆动副机架机架曲柄曲柄摇杆摇杆三种基本型式三种基本型式：曲柄摇杆曲柄摇杆机构、机构、双曲柄双曲柄机构、机构、 双摇杆双摇杆机构机构2-1 平面四杆机构的基本类型及其应用平面四杆机构的基本类型及其应用2022-1-14第2章 平面连杆机构4 41. 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构在两连架杆中，一个为在两连架杆中，一个为曲柄曲柄，另一个为，另一个为摇杆摇杆。 应用举例应用举例： 一般曲柄一般曲柄主动主动，将连，将连续续转动转动转换为摇杆的转换为摇杆的摆动摆动，也可摇杆主动，曲柄从动。也可摇杆主动，曲柄从动。 运动特点：运动特点：颚式破碎机机构、颚式破碎机机构、牛头刨床横向进给机构牛头刨床横向进给机

4、构、搅面机、搅面机、雷达调整机构雷达调整机构、缝纫机、缝纫机脚踏板脚踏板机机构、自行车、走步机、送料机构等等。构、自行车、走步机、送料机构等等。 2-1 平面四杆机构的基本类型及其应用平面四杆机构的基本类型及其应用 定义：定义：2022-1-14第2章 平面连杆机构5 5雷达调整机构雷达调整机构OR卫星接收卫星接收装置装置2-1 平面四杆机构的基本类型及其应用平面四杆机构的基本类型及其应用2022-1-14第2章 平面连杆机构6 62-1 平面四杆机构的基本类型及其应用平面四杆机构的基本类型及其应用缝纫机脚踏板机构缝纫机脚踏板机构搅面机搅面机31243214缝纫机脚踏板机构缝纫机脚踏板机构搅面

5、机搅面机2022-1-14第2章 平面连杆机构7 7走步机走步机2-1 平面四杆机构的基本类型及其应用平面四杆机构的基本类型及其应用2022-1-14第2章 平面连杆机构8 82. 双曲柄机构：双曲柄机构： 应用举例：应用举例： 定义：定义：从动曲柄变速回转从动曲柄变速回转 运动特点：运动特点：两连杆架均为两连杆架均为曲柄曲柄的四杆机构。的四杆机构。2-1 平面四杆机构的基本类型及其应用平面四杆机构的基本类型及其应用惯性筛、插床机构、惯性筛、插床机构、机车驱动轮联动机构、机车驱动轮联动机构、车门开闭机构车门开闭机构 、旋转式水泵旋转式水泵2022-1-14第2章 平面连杆机构9 9惯性筛惯性筛

6、2-1 平面四杆机构的基本类型及其应用平面四杆机构的基本类型及其应用ABDC1234E5/6惯性筛机构2022-1-14第2章 平面连杆机构1010ADCB1234旋转式叶片泵旋转式叶片泵ADCB12342-1 平面四杆机构的基本类型及其应用平面四杆机构的基本类型及其应用2022-1-14第2章 平面连杆机构1111插床机构插床机构2-1 平面四杆机构的基本类型及其应用平面四杆机构的基本类型及其应用2022-1-14第2章 平面连杆机构1212机车驱动轮联动机构：机车驱动轮联动机构：平行四边形机构平行四边形机构( (也称也称平行双曲柄机构平行双曲柄机构) )。 两个特性两个特性 ：两曲柄同速同

7、向转动；两曲柄同速同向转动；连杆作平动。连杆作平动。 2-1 平面四杆机构的基本类型及其应用平面四杆机构的基本类型及其应用2022-1-14第2章 平面连杆机构1313反平行四边形机构反平行四边形机构两个曲柄两个曲柄反向回转反向回转。反平行四边形机构反平行四边形机构应用实例：车门启闭机构应用实例：车门启闭机构平行四边形机构在平行四边形机构在四杆四杆( (或或铰链铰链) )共线共线位置出现位置出现运运动不确定动不确定。2-1 平面四杆机构的基本类型及其应用平面四杆机构的基本类型及其应用2022-1-14第2章 平面连杆机构1414克服方法：两组平行四边形机构克服方法：两组平行四边形机构串联串联或

8、或错位并联错位并联。ABCDEF机构机构并联并联FAEDGBCABEFDCG机构机构串联串联2-1 平面四杆机构的基本类型及其应用平面四杆机构的基本类型及其应用2022-1-14第2章 平面连杆机构15153. 双摇杆机构：双摇杆机构：两连杆架均为摇杆的四杆机构两连杆架均为摇杆的四杆机构港口起重机、飞机港口起重机、飞机起落起落架、车辆的前轮架、车辆的前轮转向转向机构机构应用举例：应用举例：2-1 平面四杆机构的基本类型及其应用平面四杆机构的基本类型及其应用组成：两个摇杆组成：两个摇杆连杆连杆机架机架2022-1-14第2章 平面连杆机构1616港口起重机港口起重机2-1 平面四杆机构的基本类型

9、及其应用平面四杆机构的基本类型及其应用飞机起落架飞机起落架ABCDABDC2022-1-14第2章 平面连杆机构1717ABDCE应用举例：应用举例：特例：特例：等腰梯形等腰梯形机构机构: : 汽车转向机构汽车转向机构风扇摇头机构风扇摇头机构ABDC风扇座蜗轮蜗杆电机ABDCBC电机ABDC风扇座蜗轮蜗杆ABDCE2-1 平面四杆机构的基本类型及其应用平面四杆机构的基本类型及其应用铸造翻箱机铸造翻箱机2022-1-14第2章 平面连杆机构1818铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化演化常用的方式演化常用的方式:改变改变运动副运动副类型；类型；选不同构件作选不同构件作机架机架；改变相对改变相对杆

10、长杆长。2-1 平面四杆机构的基本类型及其应用平面四杆机构的基本类型及其应用2022-1-14第2章 平面连杆机构1919二、二、 含一个移动副的四杆机构含一个移动副的四杆机构1. 曲柄滑块机构曲柄滑块机构变摇杆变摇杆为滑块为滑块摇杆尺寸摇杆尺寸为为无穷大无穷大曲线导轨曲线导轨曲柄滑块机构曲柄滑块机构偏置偏置曲柄滑块曲柄滑块曲柄摇杆曲柄摇杆对心对心曲柄滑块曲柄滑块e=02-1 平面四杆机构的基本类型及其应用平面四杆机构的基本类型及其应用2022-1-14第2章 平面连杆机构20202-1 平面四杆机构的基本类型及其应用平面四杆机构的基本类型及其应用2022-1-14第2章 平面连杆机构2121

11、2. 导杆机构导杆机构：曲柄曲柄1为机架时为机架时曲柄曲柄转动导杆转动导杆机构机构曲柄曲柄摆动导杆摆动导杆机构机构2-1 平面四杆机构的基本类型及其应用平面四杆机构的基本类型及其应用2022-1-14第2章 平面连杆机构22223. 摇块机构摇块机构和和定块机构定块机构1234卡车车厢举升机构卡车车厢举升机构摇块机构摇块机构：连杆连杆2为机架时为机架时2-1 平面四杆机构的基本类型及其应用平面四杆机构的基本类型及其应用2022-1-14第2章 平面连杆机构2323 定块机构：定块机构：滑块为机架时滑块为机架时2-1 平面四杆机构的基本类型及其应用平面四杆机构的基本类型及其应用手动取水机构手动取

12、水机构2022-1-14第2章 平面连杆机构2424三、三、 含含两个两个移动副的四杆机构移动副的四杆机构 曲柄移动导杆机构曲柄移动导杆机构(正弦机构正弦机构) （两移动副相邻两移动副相邻）2-1 平面四杆机构的基本类型及其应用平面四杆机构的基本类型及其应用正弦机构正弦机构3214正切机构正切机构（两移动副两移动副不不相邻相邻）2022-1-14第2章 平面连杆机构2525 双滑块机构：双滑块机构：椭圆仪机构椭圆仪机构(延长点的运动轨迹为椭圆延长点的运动轨迹为椭圆)2-1 平面四杆机构的基本类型及其应用平面四杆机构的基本类型及其应用1234椭圆仪机构椭圆仪机构双摇块机构：双摇块机构：滑块联轴器

13、滑块联轴器2022-1-14第2章 平面连杆机构2626四、四、 具有偏心轮的四杆机构具有偏心轮的四杆机构2-1 平面四杆机构的基本类型及其应用平面四杆机构的基本类型及其应用2022-1-14第2章 平面连杆机构27271.1.插床机构插床机构: :双曲柄机构双曲柄机构+曲柄滑块机构曲柄滑块机构2.2.手动冲床：手动冲床：双摇杆机构双摇杆机构+摇杆滑块机构摇杆滑块机构2次放大冲力次放大冲力有的机构无法分解有的机构无法分解2-1 平面四杆机构的基本类型及其应用平面四杆机构的基本类型及其应用五、四杆机构的扩展（五、四杆机构的扩展（6杆机构杆机构等等）2022-1-14第2章 平面连杆机构28282

14、-2 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性一、铰链四杆机构有整转副一、铰链四杆机构有整转副(曲柄曲柄)的条件的条件1. 存在存在整转副整转副的条件的条件(杆长和条件杆长和条件): l1 l2 or l3 or l4 1) l1为最短杆为最短杆2) l1与最长杆长度之和与最长杆长度之和其余两杆长度之和其余两杆长度之和|a=l1 b=l2 c=l3 d=l4 3)整转副整转副是由最短杆与是由最短杆与其邻边组成的其邻边组成的提示：三角形任意两边提示：三角形任意两边长度之和必长度之和必大于大于第三边第三边2022-1-14第2章 平面连杆机构2929a)a)当当杆长条件杆长条件满足时，说明存在

15、满足时，说明存在整转副，整转副，此时选择此时选择不同的构件为不同的构件为机架机架，可得不同的机构。，可得不同的机构。以以最短杆邻边最短杆邻边为机为机架：曲柄摇杆机构架：曲柄摇杆机构以以最短杆最短杆为机架：为机架：双曲柄机构双曲柄机构以以最短杆对边最短杆对边为机为机架：双摇杆机构架：双摇杆机构b)杆长条件杆长条件不不满足时，只能得到双摇杆机构。满足时，只能得到双摇杆机构。2 2、铰链四杆机构类型判断铰链四杆机构类型判断2-2 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性双摇杆双摇杆应用实例2022-1-14第2章 平面连杆机构3030二、急回特性二、急回特性摇杆摆角摇杆摆角 极位夹角极位夹角 1

16、2180;180 11212122C C /;C C /vtvt (曲柄转角曲柄转角)( (摇杆上摇杆上C C点的平均速度点的平均速度) ) 1 2，t1t2，即即 v190时，时，当当BCD90时，时，传动角传动角:BCD；ABCDCDBA2-2 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性min出现的位置：出现的位置：传动效率传动效率原动件与机架共线两位置之原动件与机架共线两位置之一一。（）180BCD传动角传动角:BCD；2022-1-14第2章 平面连杆机构3434C1B1al2l3l4DAB2C2Darccosl22+l32-(l4+l1)2/(2l2l3)AB1C1D位置，位置，B

17、1C1D最小。最小。AB2C2D位置，位置，B2C2D最大。最大。1B1C1D2180B2C2D1C2B22或：或：min180B2C2D2-2 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性 余弦定理余弦定理结论：结论：a=l1min B1C1DB1C1Darccosl22+l32-(l4-l1)2/(2l2l3)2022-1-14第2章 平面连杆机构3535四、死点位置四、死点位置曲柄摇杆机构中，若曲柄摇杆机构中，若以以摇杆摇杆为主动件为主动件，当连杆与曲柄两当连杆与曲柄两次次共线共线时时，理论上：，理论上：00（即（即900）F=0F=0此时此时机构不能运动机构不能运动，称，称“死点位置死

18、点位置”。概念概念“死点位置死点位置”不利于机构运动，需设法克服。如：利不利于机构运动，需设法克服。如：利用飞轮惯性克服缝纫机的用飞轮惯性克服缝纫机的“死点位置死点位置”。克服方法克服方法2-2 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性2022-1-14第2章 平面连杆机构3636工件ABCD1234P钻孔夹具飞机起落架利用机构的死点位置可实现利用机构的死点位置可实现夹紧功能夹紧功能。如：飞机起落。如：飞机起落架、钻夹具等。架、钻夹具等。死点位置的利用死点位置的利用ABCDF=0ABCD123工件4PABDCT=02-2 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性2022-1-14第2章

19、 平面连杆机构3737缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构2143摇杆主动31242-2 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性2022-1-14第2章 平面连杆机构3838两类主要设计问题两类主要设计问题按照给定从动件按照给定从动件运动规律运动规律（位移、速度、加速度）（位移、速度、加速度）设计四杆机构；设计四杆机构；设计主要目的设计主要目的根据给定运动条件，确定根据给定运动条件，确定机构类型机构类型和和运动尺寸运动尺寸；有时；有时还需满足辅助条件（还需满足辅助条件（如传动角：如传动角： = min）。）。按照给定点的按照给定点的运动轨迹运动轨迹设计四杆机构。设计四杆机构。设计方法：设计方法：

20、1）解析法：）解析法：精确精确2）几何作图法：）几何作图法：直观直观3）实验法：）实验法：简便简便2022-1-14第2章 平面连杆机构3939E 一、按给定行程一、按给定行程速比系数速比系数设计四杆机构设计四杆机构1.1.曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 900- -PC1C2D已知：摇杆长已知：摇杆长l3，摆角，摆角、速比系数、速比系数K。试求：试求：l1、l2、 l4【基本步骤基本步骤】：计算计算；任选任选D D点，作出摇杆点，作出摇杆2 2个个极极限位置；限位置；B1作过作过C1、C2点、且点、且圆周角为圆周角为的圆；的圆；在圆在圆上任选定上任选定A，作连线，作连线AC1、AC2；求曲柄长求曲

21、柄长l1=( A C1A C2)/ 2；得到机构一位置得到机构一位置AB1C1D，及各杆尺寸。，及各杆尺寸。注：有无数解注：有无数解A11180KKAC1=l1+l2、AC2=l2-l1同一圆弧上的同一圆弧上的圆周角都相等圆周角都相等2022-1-14第2章 平面连杆机构4040=C2. 2. 摆动导杆机构摆动导杆机构摆动导杆机构摆动导杆机构=，设计此机构时，设计此机构时，仅需要确定曲柄长度仅需要确定曲柄长度 l1 。计算计算=180(K-1)/(K+1) =；选定选定C点点，作出导杆两个极限位置；作出导杆两个极限位置；作作角平分线角平分线，取，取A点，使点，使AC= l4 ；=Al4已知：机

22、架长度已知：机架长度l4 、速比系数、速比系数K K【基本步骤基本步骤】：B1以以A为圆心作与导杆两极限位置为圆心作与导杆两极限位置相切的相切的圆（圆（或垂线或垂线），得，得切点切点B1，AB1= l1 AC2022-1-14第2章 平面连杆机构4141E22l1e3. 3. 偏置曲柄滑块机构：偏置曲柄滑块机构：教材无教材无H已知速比系数已知速比系数K、滑块行程、滑块行程H、偏距偏距e，求：求：l1、l2计算计算=180(K-1)/(K+1) ；作作C1 C2 =H；作一过作一过C1、C2点、且圆心点、且圆心角为角为2的圆的圆O；根据偏距根据偏距e在圆周上确定在圆周上确定A点；点；AB2C2即

23、为所求机构。即为所求机构。连接连接AC1、AC2 , , 得：得：l1= =lAB=(AC2- -AC1)/2； l2= lBC=AC2- -AB2C1C290-O90-【基本步骤基本步骤】：B2A2022-1-14第2章 平面连杆机构4242二、按给定二、按给定连杆连杆位置设计四杆机构位置设计四杆机构1. 1. 给定连杆给定连杆两个位置和两个位置和BCBC大小大小该条件下有该条件下有唯一解唯一解。两垂直平分线的交点。两垂直平分线的交点。B2C2AD将铰链将铰链A、D分别选在分别选在B1B2、C1C2连线的连线的垂直平分线垂直平分线上任意位置，都上任意位置，都能满足设计要求。能满足设计要求。2

24、. 2. 给定连杆上铰链给定连杆上铰链BC的的三个位置三个位置所以，该条件下有无穷多解所以，该条件下有无穷多解。本例题给出附加条件：本例题给出附加条件：AD=BC且且A、D在同一在同一水平线水平线上，得唯一解上，得唯一解ADB2C2ADB1C1B1C1B3C32022-1-14第2章 平面连杆机构4343xyABCD1234三、给定三、给定两个连架杆的两个连架杆的对应位置对应位置 设计四杆机构设计四杆机构设连架杆设连架杆3和和1满足以下位置关满足以下位置关系：系：if ( (i) )，i = =1, 2, 3,nl1l2l3l4建立建立直角坐标系直角坐标系。设构件长度为：设构件长度为：l1 、

25、l2、l3、l4在在x、y轴轴上分别投影，可得：上分别投影，可得：设计此四杆机构（设计此四杆机构（求各构件长度求各构件长度）。）。四个构件构成四个构件构成封闭的矢量多边形封闭的矢量多边形，3421llll可得：可得：2022-1-14第2章 平面连杆机构4444消去未知量消去未知量： Sin与与Cos平方之和平方之和=1=1coscoscos3421llllsinsinsin321lll22234323441coscoscos2lllllll 令：30lP 431/llP4222324221llllP机构运动取决于各杆机构运动取决于各杆相对长度相对长度，可令，可令l1=1。2022-1-14第

26、2章 平面连杆机构4545化简得：210coscoscosPPP上式含上式含三个未知量三个未知量。当给定两个连架杆当给定两个连架杆三组三组对应位置时，有对应位置时，有唯一解唯一解；当给定两个连架杆当给定两个连架杆两组两组对应位置时，有对应位置时，有无穷解无穷解；当给定两个连架杆对应位置当给定两个连架杆对应位置超过三组超过三组时，时，无精确解无精确解。四、按照给定点的运动轨迹设计四杆机构：四、按照给定点的运动轨迹设计四杆机构：自学自学几何实验法（画图）：自学几何实验法（画图）：自学作业作业: :题题2-1(2-1(双曲柄双曲柄, ,曲柄摇杆曲柄摇杆, ,双双摇杆摇杆, ,双双摇杆摇杆) )、 题

27、题2-4(5s,5r/min)2-4(5s,5r/min) 、2-5(78mm,1115mm,54.772-5(78mm,1115mm,54.77o o) )、 题题2-8(302-8(30o o,26mm) ,26mm) 注意：注意：教材习题比教材习题比.pdf文件中文件中少了少了题题2-112-112022-1-14第2章 平面连杆机构46461）AD取何值时分别得到曲柄摇杆取何值时分别得到曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构？机构、双曲柄机构和双摇杆机构？2）设）设AD=210mm。计算该机构。计算该机构的极位夹角的极位夹角、行程速比系数、行程速比系数K和和最小传动角最小传动角min。

28、例题例题:图示一铰链四杆机构，图示一铰链四杆机构，AD为机架，为机架，AB和和CD为连架杆、为连架杆、BC为连杆，其中三杆长度已知。为连杆，其中三杆长度已知。试求：试求：ABCD902001502022-1-14第2章 平面连杆机构4747解解: :1)AD取何值时分别得到曲柄摇杆机构、双曲柄机构和取何值时分别得到曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构？双摇杆机构？（1）该机构为）该机构为曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构时，时，AB必为必为最短杆最短杆。分两种情况讨论分两种情况讨论：AD不是最长杆不是最长杆时，应有：时，应有：AB+BCCD+AD ADAB+BC-CDAD90+200-150=140 140AD200ABCD902001502022-1-14第2章 平面连杆机构4848AD为最长杆为最长杆时，应有：时，应有：A