第三章连杆机构

第三章连杆机构13.1平面连杆机构的类型及演化3.2平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念3.3平面四杆机构的图解法设计23.1平面连杆机构的类型及演化平面连杆机构是由若干个刚性构件用低副连接而成的机构，也称平面低副机构。机构——构件通过运动副构成的确定相对可动的系统，且这个系统中具有一个固定构件。运动副——按照接触形式有高副和低副之分。连杆机构——若干构件全部用低副连接组成的机构。平面连杆机构——各构件都在同一平面内运动的连杆机构。平面连杆机构的含义33.1平面连杆机构的类型及演化内燃机43.1平面连杆机构的类型及演化抽油机53.1平面连杆机构的类型及演化平面连杆机构的特点机构中的运动副均为低副，故又称低副机构。构件运动形式及连杆曲线具有多样性。不易精确实现复杂的运动规律，且设计较为复杂；运动链长，累积误差大，效率低；面接触，应力分散，承载能力高，可用来传递较大的力接触面为圆柱面或平面，制造简单，两构件连接可靠优点：缺点：减少磨损，便于润滑高速运转时动平衡比较困难2023年2月3日——由转动副组成的四杆机构。连架杆：直接与机架相连的构件连架杆连杆连架杆曲柄：能做整周回转的连架杆摇杆：不能做整周回转的连架杆连杆：不直接与机架相连的构件机架：

固定构件构件摆转副(摆动副)：转动副连接的构件不能整周相对运动整转副：转动副连接的构件能整周相对运动转动副3.1平面连杆机构的类型及演化铰链四杆机构曲柄或摇杆均指的是连架杆，而非连杆！2023年2月3日铰链四杆机构——曲柄摇杆机构：

特点：转动摆动两连架杆分别为曲柄和摇杆的铰链四杆机构。3.1平面连杆机构的类型及演化2023年2月3日曲柄摇杆机构——实例：3.1平面连杆机构的类型及演化搅拌机雷达调整机构2023年2月3日曲柄摇杆机构——实例：3.1平面连杆机构的类型及演化缝纫机踏板机构2023年2月3日铰链四杆机构——双曲柄机构：

特点：转动转动两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构。3.1平面连杆机构的类型及演化主动曲柄作等速转动，从动曲柄作变速转动。2023年2月3日双曲柄机构——实例：3.1平面连杆机构的类型及演化惯性筛机构2023年2月3日双曲柄机构特例1：平行四边形机构3.1平面连杆机构的类型及演化平行四边形机构机车车轮

连杆与机架的长度相等、两曲柄长度相等且转向和角速度相同的平行四边形机构。该机构的从动曲柄与主动曲柄转速相同，连杆作平动。2023年2月3日双曲柄机构特例1：平行四边形机构3.1平面连杆机构的类型及演化摄影平台升降机构2023年2月3日双曲柄机构特例2：反平行四边形机构3.1平面连杆机构的类型及演化

连杆与机架长度相等但不平行、两曲柄长度相等但转向相反的反平行四边形机构。该机构的从动曲柄与主动曲柄变速相同，连杆作平面运动。反平行四边形机构车门开闭机构铰链四杆机构——双摇杆机构：

特点：摆动摆动两连架杆都为摇杆的铰链四杆机构。3.1平面连杆机构的类型及演化主动摇杆作等速摆动，从动摇杆作变速摆动。2023年2月3日双摇杆机构——实例：3.1平面连杆机构的类型及演化鹤式起重机造型机翻箱机构173.1平面连杆机构的类型及演化平面连杆机构的演化——2023年2月3日12123对心曲柄滑块机构将转动副变为移动副偏置曲柄滑块机构曲柄摇杆机构123e：偏距183.1平面连杆机构的类型及演化平面连杆机构的演化——2023年2月3日偏心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构曲柄摇杆机构曲柄滑块机构双滑块机构

正弦机构摇杆变为滑块，滑槽弧半径为摇杆长度时滑槽弧半径为无穷大时滑道与曲柄铰链共线摇杆变为滑块，滑槽弧半径为连杆长度时滑槽弧半径为无穷大时将转动副变为移动副193.1平面连杆机构的类型及演化平面连杆机构的演化——取不同构件为机架2023年2月3日选取不同构件作为机架，得到不同形式的机构曲柄摇杆机构双摇杆机构双曲柄机构203.1平面连杆机构的类型及演化平面连杆机构的演化2023年2月3日转动导杆机构含有1个移动副的四杆机构曲柄滑块机构213.1平面连杆机构的类型及演化平面连杆机构的演化2023年2月3日转动导杆机构含有1个移动副的四杆机构223.1平面连杆机构的类型及演化平面连杆机构的演化2023年2月3日摆动导杆机构含有1个移动副的四杆机构牛头刨床233.1平面连杆机构的类型及演化平面连杆机构的演化2023年2月3日摆动导杆机构曲柄摇块机构含有1个移动副的四杆机构243.1平面连杆机构的类型及演化平面连杆机构的演化2023年2月3日摆动导杆机构移动导杆机构含有1个移动副的四杆机构253.1平面连杆机构的类型及演化平面连杆机构的演化2023年2月3日正弦机构含有两个移动副的四杆机构曲柄1通过导块2使导杆3作往复移动。导杆3的动程等于两倍曲柄长度，

y=l1sinφ缝纫机下针机构263.1平面连杆机构的类型及演化平面连杆机构的演化2023年2月3日正切机构含有两个移动副的四杆机构导杆1在一个范围内摆动，杆3作直线移动：

y=l1tgφl1y273.1平面连杆机构的类型及演化平面连杆机构的演化2023年2月3日双转块机构含有两个移动副的四杆机构主动转块1等速转动，从动转块3也作等速转动，且转向相同。十字沟槽联轴节283.1平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念1.平面四杆机构的曲柄存在条件dabcADc2c1B2B1a+d≤b+c

b≤(d-a)+c即a+b≤c+dc≤(d-a)+b即a+c≤b+d

a≤b，a≤c

，a≤d

当则杆1通过AB1关键位置。当则杆1通过AB2关键位置。3.1平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念1.平面四杆机构的曲柄存在条件dacb2134ADC2C1B2B1a+d≤b+c

b≤(d-a)+c即a+b≤c+dc≤(d-a)+b即a+c≤b+d

a≤b，a≤c

，a≤d

当则杆1通过AB1关键位置。当则杆1通过AB2关键位置。3.1平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念1.平面四杆机构的曲柄存在条件dacb2134ADC2C1B2B1a+d≤b+c

b≤(d-a)+c即a+b≤c+dc≤(d-a)+b即a+c≤b+d

a≤b，a≤c

，a≤d

当则杆1通过AB1关键位置。当则杆1通过AB2关键位置。313.1平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念1.平面四杆机构的曲柄存在条件结论（转动副为整转副的条件）：最短杆长度+最长杆长度≤其余两杆之和组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆当四杆机构各杆的长度满足杆长条件时，有最短杆参与构成的转动副为整转副，其余转动副为摆动副。323.1平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念1.平面四杆机构的曲柄存在条件1）如果：lmin+lmax≤其它两杆长度之和

——满足曲柄存在的条件（满足杆长和条件）铰链四杆机构的类型与尺寸之间的关系：以最短杆的相邻构件为机架，此机构为曲柄摇杆机构；以最短杆为机架，则此机构为双曲柄机构；以最短杆的对边为机架，此机构为双摇杆机构。2）如果：lmin+lmax＞其它两杆长度之和——不满足曲柄存在的条件，

则不论选哪个构件为机架，都为双摇杆机构。333.1平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念1.平面四杆机构的曲柄存在条件

例1已知铰链四杆机构ABCD，其中a240mm，b600mm，c400mm,d=500mm。试问：（1）当取杆4为机架时，是否有曲柄存在？（2）若各杆长度不变，能否以选不同杆为机架的办法获得双曲柄机构和双摇杆机构？（3）若1、2、3三杆的长度保持不变，取杆4为机架，要获得曲柄摇杆机构，d的取值范围如何？343.1平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念1.平面四杆机构的曲柄存在条件353.1平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念2.平面四杆机构的急回特性B2C2B1C1当曲柄与连杆两次共线时，摇杆处于两极限位置。A21C34BD摆角极位夹角以曲柄摇杆机构为例摆角ψ：摇杆在两极限位置间的夹角(∠C1DC2)。曲柄在摇杆处于两极限位置时所夹的补角(∠C1AC2)。极位夹角θ：363.1平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念2.平面四杆机构的急回特性B2C2B1C1A21C34BD当摆杆从DC2

DC1，曲柄从AB2

AB1转过的角度对应的时间摇杆点C的平均速度373.1平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念2.平面四杆机构的急回特性B2C2B1C1A21C34BD摆杆:DC2

DC1转过的角度对应的时间摇杆点C的平均速度DC1

DC2故:

v2>v1机构工作件返回行程速度大于工作行程速度的特性——急回特性3.1平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念2.平面四杆机构的急回特性行程速比系数K为了表示工作件往复运动时的急回程度，用V2和V1的比值K来描述：由上式可得：可见：θ↑K↑急回特性越显著——导致机器动载↑冲击↑3.1平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念2.平面四杆机构的急回特性曲柄滑块机构的急回特性导杆机构的急回特性

3.1平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念2.平面四杆机构的急回特性画出图中各个机构的极位夹角2023年2月3日3.1平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念

已知偏置式曲柄滑块机构偏距为e=10，曲柄与连杆长度分别为AB=15、BC=45，求作该机构的极位夹角和滑块行程H。

1015452023年2月3日压力角—作用在从动件上的力的方向与着力点速度方向所夹锐角。FF

FVABDC有效分力FFcosFsin

径向压力F

Fsin=Fcos

连杆机构中，压力角是衡量机构传力性能优劣的一个重要指标。且压力角越大，对机构的传动越不利。传动过程中，压力角是不断变化的,而不是常量。3.1平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念3.平面四杆机构的传力特性FF

FVABDC有效分力FFcosFsin

径向压力F

Fsin=Fcos

3.1平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念3.平面四杆机构的传力特性传动角

—压力角的余角，亦即连杆与从动件所夹的锐角。连杆机构中，常用传动角的大小及变化情况来衡量机构传力性能的优劣。且传动角越大，对机构的传动越有利。传动过程中，传动角是不断变化的,而不是常量。2023年2月3日传动角出现极值的位置及计算C1B1abcdDA12传动角总取锐角B2C23.1平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念3.平面四杆机构的传力特性余弦定理：2023年2月3日

最小传动角出现在曲柄与机架共线的位置，且min=min（1，2）为了保证机构具有良好的传力性能，设计时通常要求min

40º；对于高速和大功率传动机械，min

50º。3.1平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念3.平面四杆机构的传力特性2023年2月3日3.1平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念3.平面四杆机构的传力特性曲柄连杆机构的最小传动角2023年2月3日

死点(Deadpoint)位置F

=0

连杆与曲柄在两个共线位置时，主动件摇杆通过连杆作用于从动件曲柄上的力F通过其回转中心，0，曲柄不能转动。

不管在主动件上作用多大的驱动力，都不能在从动件上产生有效分力的机构位置，称为机构的死点位置。3.1平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念3.平面四杆机构的传力特性2023年2月3日如何使机构顺利通过死点位置？

利用飞轮惯性对于连续运转的机器，可采用装飞轮(flywheel)加大惯性的方法，利用从动件的惯性闯过死点。如缝纫机角踏板机构中，从动曲柄轴上安装了兼有飞轮作用的大带轮，可利用惯性通过死点。3.1平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念3.平面四杆机构的传力特性利用惯性(inertia)通过死点2023年2月3日如何使机构顺利通过死点位置？将两组以上的机构组合起来，使各组机构的死点相互错开排列。如蒸汽机车车轮联动机构，两侧的曲柄滑块机构的曲柄位置相互错开90º。3.1平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念3.平面四杆机构的传力特性机构错位排列2023年2月3日利用死点位置飞机起落架钻孔夹具ABCDFF

03.1平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念3.平面四杆机构的传力特性工件ABCD1234工件P画出图中各个机构的压力角2023年2月3日3.1平面四杆机构的曲柄存在条件和几个基本概念图示铰链四杆机构中，已知

，lBC=45mm,lCD=35mm,lAD=30mm,AD为固定构件。试分析:①若此机构为曲柄摇杆机构，且AB为曲柄，求lAB的范围；

②若此机构为双曲柄机构，求lAB的范围；

③若此机构为能不能获得双摇杆机构，如果能，求lAB的范围。④若lAB=15mm,则该机构的行程速比系数K、极位夹角，最小传动角分别为多少（图解法）3.1平面四杆机构的图解法设计3.1平面四杆机构的图解法设计3.1平面四杆机构的图解法设计3.1平面四杆机构的图解法设计连杆机构设计的基本问题根据给定的要求选定机构的型式，确定各构件的尺寸，同时还要满足结构条件、动力条件和运动连续条件等。（1）满足预定的运动规律的要求即满足两连架杆预定的对应位置要求满足给定行程速比系数K的要求等。3.1平面四杆机构的图解法设计连杆机构设计的基本问题（2）满足预定的连杆位置要求即要求连杆能占据一系列预定位置。

即要求在机构的运动过程中，连杆上某些点的轨迹能满足预定的轨迹要求。（3）满足预定的轨迹要求图解法、解析法和实验法。连杆机构的设计方法有：3.1平面四杆机构的图解法设计1.全等三角形法（反转法）已知:机架长度d和两连架杆三组对应位置。③绕D

将△B2E2D旋转φ1

－φ2得B’2点，如右上图。设计步骤：⑥由B’1

B’2B3

三点求圆心C3

。④同理，连接B3E3、DB3得△B3E3D⑤将△B3E3D绕D旋转φ1－φ3得B’3点，如左下图。α2B2φ2E2α1B1

φ1E1AdDB3α3φ3E3B’2B’3C1C2B3C3α2B2φ2E2α1B1

φ1E1AdDB3α3φ3E3B’2B’3①任意选定构件AB的长度B’2α2B2φ2E2α1B1

φ1E1AdDB3α3φ3E3②连接B2E2、DB2,得△B2E2D3.1平面四杆机构的图解法设计2.满足行程速比系数的设计①计算θ＝180°(K－1)/(K+1);已知：CD杆长，摆角φ及K，设计此机构。步骤如下：②任取一点作为摇杆的固定转动副D，按照摇杆