铰链四杆机构

铰链四杆机构第一页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六一、构件构件：作为一个整体参与机构运动的刚性单元体。机架、原动构件、从动构件零件：单独加工的制造单元体。通用零件、专用零件原动件1234从动件机架机械设计基础——平面连杆机构构件可以由一个零件组成也可以由几个零件组成2-1运动副第二页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六xyo二、运动副运动副:

两个或两个以上的构件直接接触而形成的可动联接。运动副元素：构成运动副时直接接触的点、线、面部分接触形式:

点、线、面机械设计基础——平面连杆机构第三页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六§5—1铰链四杆机构的组成与分类二、铰链四杆机构的基本类型第五章平面连杆机构牛头刨床横向进给机构，就是采用了曲柄摇杆机构。第四页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六运动副分类

按接触形式分类：接触形式:

点、线、面低副：面接触

高副：点、线接触平面低副空间低副xyo高副高副空间低副平面低副平面低副机械设计基础——平面连杆机构第五页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六按相对运动分类：运动副的性质（即运动副引入的约束）确定了两构件的相对运动。按相对运动分类：转动副：相对转动

——回转副、铰链移动副：相对移动

螺旋副：螺旋运动球面副：球面运动机械设计基础——平面连杆机构第六页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六平面副低副：转动副、移动副(面接触)高副：齿轮副、凸轮副(点、线接触)xyoxyottnnnt机械设计基础——平面连杆机构第七页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六空间副高副：点、线接触球面副螺旋副了解机械设计基础——平面连杆机构第八页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六机构是由构件通过运动副连接而成的原动件：按给定运动规律独立运动的构件从动件：其余的活动构件机架：固定不动的构件原动件1234从动件机架机构三、机构机械设计基础——平面连杆机构机构的组成：机构＝1个机架1个或几个原动件若干从动件＋＋第九页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六常见运动副符号的表示:国标GB4460－84机械设计基础——平面连杆机构第十页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六2构件的表示方法杆、轴类构件机架同一构件两副构件三副构件机械设计基础——平面连杆机构第十一页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六3运动副的表示方法转动副移动副高副（齿轮副、凸轮副）２机械设计基础——平面连杆机构第十二页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六在机架上的电机齿轮齿条传动带传动圆锥齿轮传动常用机构运动简图符号机械设计基础——平面连杆机构第十三页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六链传动圆柱蜗杆蜗轮传动凸轮传动外啮合圆柱齿轮传动机械设计基础——平面连杆机构第十四页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六机构运动简图应满足的条件：

1.构件数目与实际相同

2.运动副的性质、数目与实际相符

3.运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构成比例。棘轮机构内啮合圆柱齿轮传动机械设计基础——平面连杆机构第十五页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六1234ABCD连杆连架杆连架杆机架曲柄摇杆(摆杆)(整转)(摆转)机架、连杆、连架杆(－)铰链四杆机构p.20机架－参考系（固定件）连架杆－与机架相联连杆－不与机架相联基本构件曲柄：可回转360°的连架杆摇杆：摆角小于360°的连架杆滑块：作往复移动的连架杆连架杆－全由转动副相联的平面四杆机构第十六页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六1)低副，成本低，精度高；2)面接触,利于润滑及减少磨损,传载大,可靠性高。1.特点:1）实现已知运动规律2）实现给定点的运动轨迹不能精确实现任意运动规律。缺点:2.应用:优点:平面连杆机构－平面机构+低副联接(转动、移动副)最常用→平面四杆机构（四个构件→四根杆)第十七页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六第一节四杆机构的类型和应用一、基本型式：铰链四杆机构组成：机架+连架杆+连杆曲柄：crank摇杆：rocker连杆：connectingrod，coupler分类：曲柄摇杆机构：crank-rockermechanism双曲柄机构：doublecrankmechanism双摇杆机构：doublerockermechanism第十八页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六概念：若干刚性构件通过低副联接而成的机构，称为连杆机构。低副机构空间连杆机构平面连杆机构第十九页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六优点：低副：承载能力大，容易制造、接触面间压强小、润滑条件好能够实现的运动规律和运动轨迹多样第二十页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六第二十一页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六缺点：运动链长，累计误差大，效率降低存在连杆，惯性力不好平衡，不适合于高速机械第二十二页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六一.铰链四杆机构基本类型（按连架杆类型）一曲一摇二曲二摇第二十三页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六§5—1铰链四杆机构的组成与分类二、铰链四杆机构的基本类型第五章平面连杆机构铰链四杆机构按其连架杆是否为曲柄，可以分为三种基本类型：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。1．曲柄摇杆机构具有一个曲柄和一个摇杆的铰链四杆机构。第二十四页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六§5—1铰链四杆机构的组成与分类二、铰链四杆机构的基本类型第五章平面连杆机构曲柄摇杆机构应用实例。剪板机第二十五页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六§5—1铰链四杆机构的组成与分类二、铰链四杆机构的基本类型第五章平面连杆机构曲柄摇杆机构应用实例。颚式破碎机第二十六页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六§5—1铰链四杆机构的组成与分类二、铰链四杆机构的基本类型第五章平面连杆机构曲柄摇杆机构应用实例。搅拌机第二十七页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六§5—1铰链四杆机构的组成与分类二、铰链四杆机构的基本类型第五章平面连杆机构曲柄摇杆机构应用实例。雷达俯仰角度的摆动装置第二十八页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六§5—1铰链四杆机构的组成与分类二、铰链四杆机构的基本类型第五章平面连杆机构在曲柄摇杆机构中，当取摇杆为主动件时，可以使摇杆的往复摆动转换或从动件曲柄的整周回转运动。第二十九页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六4.4四杆机构的基本形式及其演化曲柄摇杆机构应用实例缝纫机脚踏板机构第三十页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六4.4四杆机构的基本形式及其演化曲柄摇杆机构应用实例跑步机第三十一页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六第三十二页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六第三十三页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六2.双曲柄机构(动画)：

连架杆均为曲柄→┌主动曲柄:匀速转动

└从动曲柄:变速转动例:惯性筛中的铰链四杆机构→从动曲柄4变速转动→使筛子6产生加速度→使不同材料因惯性不同而筛分第三十四页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六§5—1铰链四杆机构的组成与分类二、铰链四杆机构的基本类型第五章平面连杆机构2．双曲柄机构具有两个曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。第三十五页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六§5—1铰链四杆机构的组成与分类二、铰链四杆机构的基本类型第五章平面连杆机构双曲柄机构在惯性筛中的应用。第三十六页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六§5—1铰链四杆机构的组成与分类二、铰链四杆机构的基本类型第五章平面连杆机构插床的主运动机构就是双曲柄机构。第三十七页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六2.双曲柄机构：

特例：平行四边形机构

特点：

机构中相对的两杆平行且相等，两曲柄同向、同角速度回转，连杆平动。一周过两次转折点。第三十八页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六§5—1铰链四杆机构的组成与分类二、铰链四杆机构的基本类型第五章平面连杆机构连杆与机架的长度相等，两个曲柄长度相等且转向相同的双曲柄机构，称为平行四边形机构。平行四边形机构也称平行双曲柄机构。第三十九页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六§5—1铰链四杆机构的组成与分类二、铰链四杆机构的基本类型第五章平面连杆机构曲柄长度相等但转向不同的双曲柄机构，称为反向平行双曲柄机构。平行四边形机构的运动特点是：两曲柄的回转方向相同，角速度相等。反向平行双曲柄机构的运动特点是：两曲柄的回转方向相反，角速度不等。第四十页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六§5—1铰链四杆机构的组成与分类二、铰链四杆机构的基本类型第五章平面连杆机构机车车轮联动装置利用了平行四边形机构的两曲柄回转方向相同、角速度相等的特点，使从动车轮与主动车轮具有完全相同的运动，为了阻止这种机构在运动过程中变成反向平行双曲柄机构，增设了一个辅助构件（曲柄EF）。第四十一页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六

过转折点常用方法（1）在机构中安装一个大质量的飞轮，利用其惯性闯过转折点；（2）利用多组机构来消除运动不确定现象。第四十二页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六第四十三页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六§5—1铰链四杆机构的组成与分类二、铰链四杆机构的基本类型第五章平面连杆机构两组车轮采用错列装置防止从动曲柄运动的不确定现象的示例，利用左右两组车轮的曲柄相错90°的方法，保证了车轮的正常回转。第四十四页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六补充知识：反平行四边形机构定义：相对两杆长度相等，但彼此不平行。特点：两曲柄转向相反，且角速度不相等。第四十五页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六返回第四十六页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六返回第四十七页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六车门启闭机构第四十八页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六§5—1铰链四杆机构的组成与分类二、铰链四杆机构的基本类型第五章平面连杆机构车门启闭机构，应用反向平行双曲柄机构。第四十九页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六3.双摇杆机构－连架杆均为摇杆

例:

门式起重机的变速机构:CD(杆3)为原动件,悬挂重物的E点在连杆上→保持E点运动轨迹在近似水平线上。（平移货物→平稳、减小能量消耗）DCBA第五十页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六双摇杆机构第五十一页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六§5—1铰链四杆机构的组成与分类二、铰链四杆机构的基本类型第五章平面连杆机构3．双摇杆机构具有两个摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。在双摇杆机构中，两摇杆可以分别为主动件，当连杆与摇杆成一直线时，机构处于死点位置。第五十二页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六§5—1铰链四杆机构的组成与分类二、铰链四杆机构的基本类型第五章平面连杆机构利用双摇杆机构的自卸翻斗装置。第五十三页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六§5—1铰链四杆机构的组成与分类二、铰链四杆机构的基本类型第五章平面连杆机构港口用起重机也采用了双摇杆机构。第五十四页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六§5—1铰链四杆机构的组成与分类二、铰链四杆机构的基本类型第五章平面连杆机构采用双摇杆机构的飞机起落架收放机构。第五十五页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六4.4四杆机构的基本形式及其演化车辆的前轮转向机构双摇杆机构应用实例第五十六页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六4.4四杆机构的基本形式及其演化风扇摇头双摇杆机构应用实例第五十七页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六二、铰链四杆机构的演化型式：改变构件形状和运动尺寸改变运动副尺寸选不同构件作为机架（倒置）铰链四杆机构曲柄滑块机构双滑块机构运动副元素的逆换第五十八页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六铰链四杆机构有一个曲柄的条件：(1)最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆长度之和；(2)最短杆为连架杆。选任一杆为机架，都能实现完全相同的相对运动关系，这称为运动的可逆性。在一个四杆机构中，选取不同的构件作机架，以获得输出构件与输入构件间不同的运动特性。这一方法称为连杆机构的倒置。4.5平面四杆机构的基本特性第五十九页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六第六十页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六§5—3铰链四杆机构的演化一、曲柄滑块机构第五章平面连杆机构曲柄滑块机构演化成偏心轮机构。第六十一页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六4.4四杆机构的基本形式及其演化曲柄滑快机构演化第六十二页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六应用曲柄滑块机构锯木机缝纫机下针机构返回第六十三页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六第六十四页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六2.取不同的构件为机架4.4四杆机构的基本形式及其演化第六十五页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六返回第六十六页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六第六十七页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六4.4四杆机构的基本形式及其演化当以构件3为机架时，可演化成移动导杆机构，图示压水机就是实例第六十八页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六第六十九页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六返回第七十页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六第七十一页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六§5—3铰链四杆机构的演化二、导杆机构第五章平面连杆机构连架杆中至少有一个构件为导杆的平面四杆机构称为导杆机构。导杆是机构中与另一运动构件组成移动副的构件。导杆机构可以看成由改变曲柄滑块机构中固定件的位置演化而成。第七十二页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六第八章平面连杆机构(planarlinkage)牛头刨床第七十三页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六§5—3铰链四杆机构的演化二、导杆机构第五章平面连杆机构第七十四页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六§5—3铰链四杆机构的演化二、导杆机构第五章平面连杆机构第七十五页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六演化四杆机构的应用第七十六页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六第七十七页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六第七十八页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六第七十九页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六第八十页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六双曲柄机构曲柄滑块机构摆动导杆机构曲柄摇杆机构双摇杆机构需要掌握的机构第八十一页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六二、含有一个移动副的四杆机构P.243.摇块机构→滑块摆动例：摆动式内燃机、自卸货车→滑块固定例：抽水唧筒、抽油泵→滑块移动＋摆动例：刨床、插床、油泵→滑块移动

例：活塞式内燃机、空气压缩机

1.曲柄滑块机构CABCABCABCAB曲柄滑块机构导杆机构摇块机构定块机构2.导杆机构4.定块机构第八十二页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六三、含有两个移动副的四杆机构P.253.滑块联轴器→两个移动副不相邻，且均不与机架相关联。→两个移动副都与机架相关联。→两个移动副相邻，且其中一个移动副与机架相关联。→两个移动副不相邻1.正切机构正切机构正弦机构2.正弦机构4.椭圆仪第八十三页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六摇块机构定块机构第八十四页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六(铰链四杆、曲柄滑块～)(曲柄很短时→偏心轮机构)→偏心距=ｅ=曲柄长铰链四杆、曲柄滑块机构→(扩大回转副)偏心轮机构四、具有偏心轮的四杆机构

P.27ABC→偏心轮机构曲柄回转副B(半径↑)＞曲柄长AB原理：ABCe例：剪床、冲床、颚式破碎机、内燃机第八十五页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六1.手动冲床：←两个四杆机构组成（双摇杆～+摇杆滑块机构）2.筛料机构：六杆机构←两个四杆机构组成（双曲柄～+曲柄滑块～）应用:第八十六页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六二、曲柄存在条件§2-2平面四杆机构的基本特性

P.28→取决于机构各杆的相对长度ADBB’B”CC’C”三式相加→┌l1≤l2│l1≤l3└l1≤l4当杆1处于AB”位置→△AC”D→l1＋l2≤l3＋l4(2-3)→┌(l2－l1)＋l3≥l4→┌l1＋l4≤l2＋l3(2-1)└(l2－l1)＋l4≥l3└l1＋l3≤l2＋l4(2-2)当杆1处于AB’位置→△AC’D(曲柄l1,连杆l2,摇杆l3,机架l4)当AB能摆至与连杆共线的极位AB’及AB”时→能顺利通过→整转副。L1最短分析:一、铰链四杆机构有整转副的条件l1l4l3l2结论:整转副的条件→最短与最长杆之和小于其它两杆之和第八十七页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六二.曲柄存在条件（转动副为整转副）1.曲柄存在条件2.推论实例分析:AB＝70,BC＝90,CD＝110,AD＝40(1)最短与最长杆之和小于其它两杆和；(2)最短杆在连架杆或机架上。(满足条件1)(1)最短杆在机架上(2)最短杆在机架邻边(3)最短杆在机架对边→双曲柄机构→曲柄摇杆机构→双摇杆机构∵AD＋CD＝40＋110＝150＜AB＋BC＝160当：①AD为机架②AB或DC为机架③BC为机架→双曲柄机构→曲柄摇杆机构→双摇杆机构ABCD第八十八页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六二.死点位置三.压力角和传动角三、曲柄摇杆机构的主要特性P.21（一）急回运动

工作行程:

空回行程:B2→B1(φ

2)→摇杆C2→C1(ψ)∵φ

1＞φ

2,而ψ不变B1→B2(φ1)→摇杆C1→C2(ψ)→工作行程时间＞空回行程时间

曲柄(主)匀速转动(顺)摇杆(从)变速往复摆动图2-4曲柄摇杆机构φ1φ2ψ极位:曲柄与连杆共线(B1、B2)→摇杆极位C1、C2→缩短非生产时间,提高生产率例：牛头刨床、往复式输送机第八十九页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六

设a＜d，则当AB杆能绕轴A相对于AD杆作整周转动时，AB杆必须占据与AD杆共线的两个位置

a≤d，a≤b，a≤c

在△B’’C’’D中b≤(d-a)+c在△B’C’D中即a+b≤d+c

c≤(d-a)+b即a+c≤d+b

a+d≤b+c

将式3-1、3-2、3-3两两相加，可得即AB杆为最短杆4.5平面四杆机构的基本特性4.5.1铰链四杆机构有曲柄的条件第九十页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六铰链四杆机构有一个曲柄的条件：(1)最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆长度之和；(2)最短杆为连架杆。选任一杆为机架，都能实现完全相同的相对运动关系，这称为运动的可逆性。在一个四杆机构中，选取不同的构件作机架，以获得输出构件与输入构件间不同的运动特性。这一方法称为连杆机构的倒置。4.5平面四杆机构的基本特性第九十一页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六其运动特性→行程速度变化系数(行程速比系数)Kθ－极位夹角(摇杆处于两极位时，对应曲柄所夹锐角)θ↑→K↑→急回运动性质↑(2-5)曲柄摇杆机构曲柄主动→急回图2-4曲柄摇杆机构φ1φ2ψ(2-4)第九十二页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六二.死点位置三.压力角和传动角三、曲柄摇杆机构的主要特性P.21（一）急回运动

工作行程:

空回行程:B2→B1(φ

2)→摇杆C2→C1(ψ)∵φ

1＞φ

2,而ψ不变B1→B2(φ1)→摇杆C1→C2(ψ)→工作行程时间＞空回行程时间

曲柄(主)匀速转动(顺)摇杆(从)变速往复摆动图2-4曲柄摇杆机构φ1φ2ψ极位:曲柄与连杆共线(B1、B2)→摇杆极位C1、C2→缩短非生产时间,提高生产率例：牛头刨床、往复式输送机第九十三页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六其运动特性→行程速度变化系数(行程速比系数)Kθ－极位夹角(摇杆处于两极位时，对应曲柄所夹锐角)θ↑→K↑→急回运动性质↑(2-5)曲柄摇杆机构曲柄主动→急回图2-4曲柄摇杆机构φ1φ2ψ(2-4)第九十四页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六（二）压力角和传动角

P.301.压力角α－2.传动角γ：BC是二力杆,驱动力F沿BC方向作用在从动件上的驱动力F与该力作用点绝对速度VC之间所夹的锐角。连杆与从动杆所夹锐角γ↑→有效力F·sinγ↑→γ≥40°α↓→有效力F·cosα↑→（方便）传动角γ=90°－α(α的余角)αγBCA→压力角αVCFVC沿导轨(⊥CD)FVCαγABCD分析第九十五页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六压力角（）：从动件受力作用点的速度方位线与力的作用线所夹的锐角。传动角（）：

=90°－

压力角越小(即传动角越大)，有用的分力越大。所以传动角是衡量机构受力大小的一个重要参数。第九十六页，共一百零五页，编辑于2023年，星期六（三）死点位置P