第三章平面连杆机构

第三章平面连杆机构第四节多杆机构平面连杆机构第一节四杆机构的基本形式第二节

四杆机构的基本特性第三节四杆机构的设计

学习目的与要求：了解平面四杆机构的基本类型及机构的演化；了解常见机构的应用场合，会判断机构的类型，理解机构的基本特性，基本掌握用图解法设计四杆机。学习目的与要求

主要内容：本章主要介绍平面四杆机构的基本类型、应用场合和基本特性。学习重点与难点：重点是理解四杆机构的基本类型及机构的演化和各种机构的应用场合，会判断机构的类型，难点是理解四杆机构的基本特性和用图解法设计四杆机构。平面连杆机构引言

日常生活和工业生产实践中广泛应用的各种机械设备，都是人们按需要将各种机构（零件）组合在一起，来完成各式各样的任务以满足人们生活和生产的需要。图4-1为牛头刨床的实物外形图。牛头刨床点击播放3-01图3-1牛头刨床实物图牛头刨床点击播放3-02机构示意图机构运动简图牛头刨床的摆动导杆机构示意图图3-2摆动导杆机构平面连杆机构是将若干构件用低副（转动副动画3-03和移动副动画3-04）连接起来并作平面运动的机构，也称低副机构。

由于低副为面接触，故传力时压强低、磨损量小，且易于加工和保证精度，能方便地实现转动、摆动和移动这些基本运动形式及其相互间的转换等。平面连杆机构的缺点是：由于低副中存在着间隙，将不可避免地引起机构的运动误差；此外，它不容易实现精确复杂的运动规律。

简单的平面连杆机构是由四个构件用低副连接而成的，简称四杆机构动画3-05。它应用广泛，是组成多杆机构的基础。平面连杆机构的基本形式2）转变运动形式的传动机构如牛头刨床的横向进刀机构，摆动→转动；缝纫机上的踏板机构点击播放，摆动→转动；平面连杆机构的应用：

1）向较远处传递运动的操纵机构动画3-06

，如自行车手闸机构、车床和汽车上的离合器的操纵机构；3）直接进行工作的执行机构如汽车前窗的刮雨器机构，公共汽车的开门机构点击播放等。平面连杆机构的基本形式1.曲柄摇杆机构2.双曲柄机构3.双摇杆机构

根据连架杆运动形式的不同，可分为三种基本形式。4—机架1,3—连架杆→定轴转动2—连杆→平面运动组成：→固定不动作整周转动—曲柄作往复摆动—摇杆连架杆1机架4连架杆3连杆2基本型式－铰链四杆机构点击播放，其它四杆机构都是由它演变得到的可动画演示3-07平面连杆机构的基本形式曲柄摇杆机构应用——破碎机平面连杆机构的基本形式雷达天线俯仰机构点击播放曲柄主动ABDC1243平面连杆机构的基本形式2143缝纫机踏板机构点击播放3-083124平面连杆机构的基本形式跑步器（点击播放3-09）平面连杆机构的基本形式双曲柄机构铰链四杆机构的两个连架杆均为曲柄时，称为双曲柄机构图4-16双曲柄机构点击播放3-10平面连杆机构的基本形式图4-17双曲柄机构——惯性筛点击播放3-11平面连杆机构的基本形式双曲柄机构应用--插床机构平面连杆机构的基本形式在双曲柄机构中，若相对的两杆长度分别相等时，则称为平行双曲柄机构。图4-18平行双曲柄机构点击播放3-12平面连杆机构的基本形式

图4-19机车车轮联动机构点击播放3-13平面连杆机构的基本形式点击播放实物3-14图4-20天平机构点击播放3-15平面连杆机构的基本形式图4-22车门启闭机构点击播放动画平面连杆机构的基本形式引体向上训练器（点击播放3-16）平面连杆机构的基本形式若铰链四杆机构的两个连架杆均为摇杆，则称为双摇杆机构图4-23双摇杆机构点击播放3-17平面连杆机构的基本形式图4-24港口起重机点击播放3-18平面连杆机构的基本形式图4-25飞机起落架点击播放动画3-19平面连杆机构的基本形式ABDCE特例：等腰梯形机构－汽车转向机构ABDCEABDCE面包车后窗机构平面连杆机构的基本形式图3-17可逆式座椅图3-18摇头风扇传动机构平面连杆机构的基本形式剪板机点击播放动画3-20平面连杆机构的基本形式

通过分析，可得出铰链四杆机构曲柄存在的条件是：（1）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。（杆长条件）（2）连架杆或机架中必有一杆为最短杆。平面四杆机构类型的判别幻灯片281、先判断机构是否满足杆长条件，如不满足，则该机构是双摇杆机构；2、如满足杆长条件，要看何杆为机架。最短杆为机架，机构是双曲柄机构点击播放3-21；最短杆的邻杆为机架，机构是曲柄摇杆机构点击播放3-22；最短杆的对杆为机架，机构是双摇杆机构点击播放3-23。平面四杆机构类型的判别判断铰链四杆机构是何种机构的方法:平面四杆机构类型的判别凡含有移动副的四杆机构，称为滑块四杆机构，简称滑块机构。按机构中滑块的数目，可分为单滑块机构和双滑块机构。点击播放3-25-1点击播放3-24滑块四杆机构图4-31单滑块机构图4-32双滑块机构实用点击播放3-25-2图4-33偏置曲柄滑块机构点击播放3-26点击播放3-24滑块四杆机构图4-31对心曲柄滑块机构

对心曲柄滑块机构的应用-内燃机滑块四杆机构图4-34对心曲柄滑块机构的应用——自动送料机滑块四杆机构点击播放3-27图4-35手动冲孔钳滑块四杆机构点击播放3-28偏心轮机构导杆机构(固定AB构件）314A2BC314A2BC曲柄滑块机构（固定AC构件）

摆动导杆机构L1＞L2转动导杆机构L1＜L2铰链四杆机构曲柄滑块机构的演化导杆机构点击播放3-29点击播放3-30点击播放3-24转动导杆刨床摆动导杆机构牛头刨床ABDCE123456ABDC1243C2C1导杆机构点击播放点击播放3-31图3-31回转式油泵点击播放3-29b)314A2BC应用实例B234C1A自卸卡车的翻斗机构应用实例B34C1A2应用实例4A1B23C应用实例13C4AB2φA1C234Bφ

摇块机构（固定BC构件）314A2BC曲柄滑块机构（固定AC构件）导杆机构点击播放3-24点击播放3-32点击播放3-33314A2BC手动抽水机ABC3214314A2BC曲柄滑块机构（固定AC构件）

定块机构（固定C滑块）导杆机构点击播放3-35点击播放3-34点击播放3-24B2C2B1C1当AB与BC两次共线时，从动件CD处于两极限位置。工作行程极位夹角θ：曲柄在摇杆处于两极限位置时所夹的锐角(∠C1AC2)。A21C34BD摆角极位夹角以曲柄摇杆机构为例设：曲柄以ω1等速转动摆角ψ：摇杆在两极限位置间的夹角(∠C1DC2)。返回行程平面四杆机构的急回特性点击播放3-36

机构的这种返回行程比工作行程速度快的特性，称为机构的急回特性。除曲柄摇杆机构外，偏置曲柄滑块机构、摆动导杆机构等也具有急回特性。在往复工作的机械（如插床、插齿机、刨床、搓丝机等）中，常利用机构的急回特性来缩短空行程的时间，以提高劳动生产率。平面四杆机构的急回特性偏置曲柄滑块机构摆动导杆机构点击播放3-26点击播放3-30铰链四杆机构运动时，原动件

1通过连杆

2作用于从动件

3上的力

F是沿着连杆

BC的方向；力

F的方向线与力作用点

C的速度vc方向线之间所夹的锐角称为压力角，用α表示。为了度量方便，常用压力角α的余角γ来表示，γ称为传动角。平面四杆机构的压力角铰链四杆机构的压力角和传动角

曲柄摇杆机构中，在以摇杆主动工作时，当曲柄

AB与连杆

BC共线时，不论连杆上的力F多大，曲柄都不能转动，机构所处的这种位置，称为死点位置。平面四杆机构的死点位置曲柄摇杆机构的死点位置A’E’D’G’B’F’C’ABEFDCG错列的机车车轮联动机构ABCD1234P钻孔夹具工件ABCD1234工件PTABDC飞机起落架ABCDF平面四杆机构的死点位置点击播放3-37点击播放3-38平面四杆机构的死点位置图3-42折叠式靠椅的死点机构第五节平面连杆机构的设计方法连杆机构的设计，一般可归纳为两类问题：按给定从动件的位置设计四杆机构，称为位置设计。按给定点的运动轨迹设计四杆机构，称为轨迹设计。设计方法有图解法、解析法和实验法三种。图解法简单直观，本章主要介绍图解法。ψθθ一、按给定的行程速比系数K设计四杆机构1、曲柄摇杆机构①计算θ＝180°(K-1)/(K+1);已知：CD杆长，摆角ψ及K，设计此机构。步骤如下：②任取一点D，作等腰三角形腰长为CD，夹角为ψ;③连接C1C2，作C1P⊥C1C2，作C2P使④作△PC1C2的外接圆，则A点必在此圆上。⑤通过分析，可知，LAC1＝LBC-LAB,LAC2＝LBC+LAB，则90°-θPAC2C1LAB=(LAC2－LAC1)/2,LBC=(LAC2+LAC1)/2D

∠C1C2P=90°－θ,交于P;A点的选择是有条件的，否则会有无穷多解。2θC1C2e按给定的行程速比系数K设计四杆机构②2、曲柄滑块机构S90°-θoA已知K，滑块行程S，偏距e，设计此机构。①计算θ＝180°(K-1)/(K+1);②作C1C2

＝S③作射线C1O使∠C2C1O=90°－θ,④以O为圆心，C1O为半径作圆。作射线C2O使∠C1C2O=90°－θ。90°-θ⑤作偏距线e，交圆弧于A，即为所求。⑥通过分析，可知，LAC1＝LBC-LAB,LAC2＝LBC+LAB，则LAB=(LAC2－LAC1)/2,LBC=(LAC2+LAC1)/2mnACψ=θC按给定的行程速比系数K设计四杆机构③3、摆动导杆机构由于θ与导杆摆角ψ相等，设计此机构时，仅需要确定曲柄AB。①计算θ＝180°(K-1)/(K+1);②任选C作∠mCn＝ψ＝θ，③取A点，取机架AC。θψ=θA作角分线;设已知：机架长度AC，K，设计此机构。BB④过A点作极限位置Cm的垂线AB，即是曲柄AB。二、按给定连杆的位置设计四杆机构图3-44加热炉炉门启闭机构二、按给定连杆的位置设计四杆机构1、给定连杆两个位置有唯一解。B1C1B2C2AD

将铰链A、D分别选在B1B2，C1C2连线的垂直平分线上任意位置都能满足设计要求。2、给定连杆上铰链BC的三组位置有无穷多组解。A'D'B1C1B2C2B3C3AD多杆机构在生产实际和日常生活中，为达到某一运动要求或动力要求，单一的四杆机构就不能满足需要。为此，常以某个四杆机构为基础，增添一些杆组或机构，组成多杆机构。右图所示为插齿机主机构，是由双摇杆机构ABCD和曲柄滑块机构BEFG串联组成，前一机构的从动件CE杆正好是后一机构BEFG的主动件。图3-46插齿机主机构（改变运动特性）G下图所示为手动冲床机构，是由双摇杆机构ABCD和定块机构DEFG串联组成，前一机构的从动件D杆正好是后一机构DEFG得主动件。点击播放3-39多杆机构点击播放3-40图3-47手动冲床（增力）多杆机构图3-47手动冲床（扩大行程）下图所示为热轧钢料运输机，是在曲柄摇杆机构1-2-3-4基础上添加杆组5-6组成，6为滑块即运输钢料的平台。利用六杆机构，即在摇杆（3杆）上添加杆组后，摇杆的摆动转变为滑块的移动，增大了行程。图3-49自重式训练器图3-49所示为自重式训练器，除手持的开式运动链外，其主要组成机构是曲柄摇杆机构ABCD和双曲柄机构DEFG的组成的六杆机构，前一个机构的摇杆就是后一个机构的主动曲柄。点击播放3-41多杆机构点击播放3-42划船器也是一个六杆机构划船器是一个六杆机构多杆机构点击播放3-43经分析，一般用一只手握住雨伞把，另一只手向上推动滑块至一定的位置即可打开雨伞，画出长把雨伞机构运动简图如右图。构件6是雨伞把为机架，该机构有5个活动构件，

6个转动副，1个移动副，自由度为：实例分析F=3n-2PL-PH=3×5－2×7－0=1实例一画出雨伞的机构运动简图并计算自由度

经分析可画出折叠雨伞机构运动简图如右图，该构件10为机架，一共有9个活动构件，12个转动副，1个移动副。计算自由度时可只算一半，5个活动构件，

7个低副（6个转动副，1个移动副），自由度为：

实例分析F=3n-2PL-PH=3×5－2×7－0=1实例分析实例二加热炉炉门机构设计实例三

右图所示铰链四杆机构中，已知

LBC=50mmLCD=35mm，LAD=30mm，LAB为变值。试讨论：1)LAB值在哪些范围内可得到曲柄摇杆机构？2)LAB值在哪些范围内可得到双曲柄机构？

3)LAB值在哪些范围内可得到双摇杆机构？实例分析2）双曲柄机构①取LBC最长，LAD最短，LBC+LAD≤LCD+LAB，

LAB≥LBC+LAD-LCD=50+30-35=45②取LAB最长，LAD最短，LAB+LAD≤LCD+LBC，LAB≤LCD+LBC-LAD=35+50-30=55得：45≤LAB≤55解：1）曲柄摇杆机构取LBC最长，LAB最短，LBC+LAB≤LCD+LAD，