ch3-平面连杆机构

§3-1铰链四杆机构的基本型式和性质§3-2铰链四杆机构曲柄存在的条件§3-3铰链四杆机构的演化§3-4平面四杆机构的设计第三章平面连杆机构平面连杆机构----若干构件用低副连接组成的平面机构特点：低副是面接触，承载能力大、不易磨损;

低副中存在间隙，会引起运动累积误差;设计较复杂，不易精确地实现复杂的运动规律。运动副形状简单、易加工、易获得较高的制造精度;

平面连杆机构运动副形状移动副转动副§3-1铰链四杆机构的基本型式及应用运动副都是转动副平面四杆机构铰链四杆机构一.名称术语1、3---连架杆---能作整周回转曲柄揺杆4---机架2---连杆14324连杆机架--仅在一定角度范围内作摆动连架杆连架杆§3-1铰链四杆机构的基本型式及应用◆曲柄揺杆机构三种基本型式：◆双曲柄机构◆双揺杆机构§3-1铰链四杆机构的基本型式及应用二.曲柄揺杆机构-----两个连架杆，一个为曲柄，另一个为揺杆作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动§3-1铰链四杆机构的基本型式及应用二.曲柄揺杆机构两个连架杆，一个为曲柄，另一个为揺杆作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动◆

应用实例:ABC1243DABDC1243实例1

雷达天线俯仰角调整机构§3-1铰链四杆机构的基本型式及应用CBADE实例2

搅拌机构-1实例3

搅拌机构-2§3-1铰链四杆机构的基本型式及应用ABCD11234实例4颚式破碎机机构§3-1铰链四杆机构的基本型式及应用21433124摇杆主动实例5缝纫机踏板机构§3-1铰链四杆机构的基本型式及应用应用实例：惯性筛三、双曲柄机构----两连架杆均为曲柄ABDC1234E6惯性筛机构31§3-1铰链四杆机构的基本型式及应用ABCD特例1：平行四边形机构AB=CDBC=ADB’C’◆两连架杆等长且平行◆两曲柄同速、同向旋转◆连杆作平移运动特征：（正平行四边形机构）三、双曲柄机构§3-1铰链四杆机构的基本型式及应用F’A’E’D’G’B’C’ABEFDCG§3-1铰链四杆机构的基本型式及应用实例：机车车轮联动机构联联动耕地料斗DCAB作者：潘存云教授耕地料斗DCAB实例：摄影平台ABDC作者：潘存云教授ADBC天平播种机料斗机构§3-1铰链四杆机构的基本型式及应用特例2：反平行四边形机构——

车门开闭机构反向◆两连架杆等长但不平行；

◆主动曲柄作等速转动，从动曲柄作反向变速转动特征：三、双曲柄机构§3-1铰链四杆机构的基本型式及应用----两连架杆均为揺杆应用举例：ABDCEABDCEABDCE示例1鹤式起重机机构四、双摇杆机构示例2飞机起落架机构示例3轮式车辆前轮转向机构§3-1铰链四杆机构的基本型式及应用一、

急回运动ADBC在图示曲摇杆机构中AB杆曲柄BC杆连杆CD杆摇杆AD杆机架§3-2铰链四杆机构的基本特性ADC1B1C2B2曲柄AB与连杆BC两次共线重叠共线（B1C1）摇杆位于左极限位置（DC1）拉直共线（B2C2）摇杆位于右极限位置（DC2）§3-2铰链四杆机构的基本特性

摇杆位于C1D与C2D时，曲柄在相应两位置间所夹的锐角揺杆极限位置C1D与C2D间的夹角θ揺杆的摆角ψADC1B1C2B2ψ极位夹角θ§3-2铰链四杆机构的基本特性θDC1B1C2B2ψAφ1φ2V1V2§3-2铰链四杆机构的基本特性曲柄AB1→AB2

转过φ1=180°+θ揺杆C1D→C2D

摆过ψθDC1B1C2B2ψAφ1φ2曲柄AB2→AB1

转过φ2=180°-θ揺杆C2D→C1D

摆过ψt2t1C点的平均速度AB杆匀速转动

φ1>φ2V2>V1t1>t2V1V2§3-2铰链四杆机构的基本特性C1D→C2D---工作行程V工=V1C2D→C1D

---空回行程

V空=V2揺杆V空>V工从动摇杆具有急回运动的性质用行程速比系数

K表示θDC1B1C2B2ψAφ1φ2V1V2§3-2铰链四杆机构的基本特性行程速比系数KKθDC1B1C2B2ψAφ1φ2V1V2§3-2铰链四杆机构的基本特性θ

≠0

θ↑K>1急回性质越明显有急回运动性质K↑应用：节省返程时间，如牛头刨床、往复式输送机等。§3-2铰链四杆机构的基本特性Fvcα

压力角α---

作用在从动件上的驱动力F与该受力点速度方向间所夹锐角。二、压力角和传动角§3-2铰链四杆机构的基本特性Fvcα有害分力（对揺杆的回转副施加径向压力）Fn=FsinαFnFtFt=Fcosα有效分力（驱动摇杆转动）α↓→Ft↑能做的有效功越大§3-2铰链四杆机构的基本特性FvcαF’’F’γ-----压力角α的余角

γ=90°-α传动角γ（连杆BC和从动揺杆CD之间所夹的锐角）压力角α↓传动角γ↑

机构的效率愈高机构传力性能愈好§3-2铰链四杆机构的基本特性C1B1aDAγ1C2B2γ2γmin

出现在曲柄与机架共线的位置其中较小者即为该机构的γmin。∠BCD180°-∠BCDγ＝（∠BCD为锐角时）（∠BCD为钝角时）§3-2铰链四杆机构的基本特性

在曲柄揺杆（滑块）机构中，当揺杆（滑块）为主动件时，将会出现死点。死点出现的情况：三、死点位置§3-2铰链四杆机构的基本特性Fγ＝0Fγ＝0何谓“死点”？

连杆传给曲柄的力将通过回转中心A。此力对A点不产生力矩，因此不能使曲柄转动。A§3-2铰链四杆机构的基本特性◆死点位置的不良影响：Fγ＝0Fγ＝0A（1）从动件出现卡死（2）从动件运动不确定§3-2铰链四杆机构的基本特性

（2）两组机构错开排列，（如火车轮机构）;F’A’E’D’G’B’C’ABEFDCG（3）靠构件自身和飞轮的惯性作用（如缝纫机）。◆避免措施：（1）对从动曲柄施加外力（如缝纫机踏板机构）；§3-2铰链四杆机构的基本特性缝纫机踏板机构21433124摇杆主动§3-2铰链四杆机构的基本特性◆死点位置的应用工件ABCD1234PABCD1234工件P夹具γ=0TABDC飞机起落架ABCDγ=0F如：飞机起落架、钻夹具等§3-2铰链四杆机构的基本特性曲柄摇杆机构ADBCC’B’B’’C’’

曲柄回转一周，必须顺利通过与连杆共线的两个位置AB’和AB’’。四、铰链四杆机构有曲柄的条件§3-2铰链四杆机构的基本特性ADBC当杆2处于AB’’位置时，

△AC’’Dl2+l4≤l1+

l3l2+l1≤l3+

l4l2+l3≤l1+

l4----

③l2+l3≤l1+

l4l2≤l3,l2≤l1,l2≤l4,曲柄与任一杆长度之和都小于其余两杆长度之和AB杆为最短杆C’’B’’l4§3-2铰链四杆机构的基本特性ADBCC’B’当杆2处于AB’位置时，

△AC’Dl1≤(l3–l2)+l4l4≤(l3–l2)+l1

l2+l1≤l3+

l4-----①l2+l4≤l3+

l1-----②§3-2铰链四杆机构的基本特性（2）连架杆和机架中有一杆为最短杆▲铰链四杆机构中曲柄存在的条件：（1）

lmax+lmin≤其余两杆长度之和---杆长条件小结：ABCD（3）满足杆长条件不一定存在曲柄§3-2铰链四杆机构的基本特性不论以何杆为机架机构中无曲柄双摇杆机构§3-2铰链四杆机构的基本特性若最短杆与最长杆长度之和＞其余两杆长度之和ABCD§3-3铰链四杆机构的演化形式一、曲柄滑块机构曲柄摇杆机构曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构↓∞

e可实现急回运动偏距CD1演化过程2曲柄滑块机构的应用γ实例1

活塞式内燃机实例2

冲床§3-3铰链四杆机构的演化形式ABCC1C2B2B1导路e导路∵θ≠0，∴K>1,机构有急回性质∵θ=0，∴K=1,机构无急回性质§3-3铰链四杆机构的演化形式BACC0B0vcγαγmin曲柄滑块机构的传动角§3-3铰链四杆机构的演化形式导杆机构导杆机构曲柄滑块机构AB142C3314A2BC导杆二、导杆机构摆动导杆机构转动导杆机构(l机架

>l曲柄

)曲柄滑块机构固定曲柄(l机架

≤

l曲柄

)§3-3铰链四杆机构的演化形式θF▲导杆机构的两个特点：①ψ=θ∴具有急回运动的性质②

α=0°,γ=90°∴传力性能最好γ=90°ψv§3-3铰链四杆机构的演化形式曲柄滑块机构曲柄滑块机构AB142C314A2BC3摇块机构揺块机构（摆动滑块机构）固定连杆§3-3铰链四杆机构的演化形式三、摇块机构和定块机构应用实例B234C1A自卸卡车举升机构ACB1234应用实例B34C1A2应用实例4A1B23C应用实例13C4AB2A1C234Bφ

摇块机构广泛应用于摆缸式内燃机和液压驱动装置中。应用实例§3-3铰链四杆机构的演化形式曲柄滑块机构曲柄滑块机构AB142C3314A2BC定块机构定块机构固定滑块手摇唧筒BC3214AABC3214应用实例§3-3铰链四杆机构的演化形式四、偏心轮机构eABCDDABC4123偏心轮偏心距e为曲柄长度-----曲柄为偏心轮的机构曲柄偏心轮扩大转动副直径§3-3铰链四杆机构的演化形式偏心轮机构ABC二、偏心轮机构应用场合◆曲柄销（转动副）承受较大载荷时；◆曲柄长度较短时§3-3铰链四杆机构的演化形式五、多杆机构简介实例1

手动冲床实例2

筛料机主体机构§3-3铰链四杆机构的演化形式实例3

牛头刨床主运动机构D124365§3-3铰链四杆机构的演化1、设计目的：

根据给定运动条件，确定机构运动简图的尺寸参数2、设计的类型：(2)按照给定的运动轨迹设计(1)按照给定的运动规律设计

按照给定的从动件的运动规律（如位移、速度、加速度或行程速比系数K）设计3、设计方法：几何作图法、解析法、实验法如鹤式起重机机构、搅拌机机构§3-4平面四杆机构的设计一、按照给定的行程速比K系数设计四杆机构

φ

θ

θ1、曲柄摇杆机构①计算θ＝180°(K-1)/(K+1);已知：CD杆长，摆角φ及K，②任取一点D，作等腰三角形腰长为CD，夹角为φ;③作C1P⊥C1C2，使∠C1C2P=90°－θ,交于P;

90°-θPDAC2C1步骤如下：

设计实质：确定A点的位置，及AB杆、BC杆和AD杆长度。Ⅰ用几何作图法设计四杆机构§3-4平面四杆机构的设计⑥

以A为圆心和l1为半径作圆，,AC1=l2

–l1

AC2=l1+l2

φ

θ

θ

90°-θPDAC2C1④作△PC1C2的外接圆，则A点必在此圆上。⑤选定A,设曲柄长l1,连杆长l2,

则:§3-4平面四杆机构的设计l1=(AC2－AC1)/2得曲柄长度:B1B2交于以C1A延长线于B1，交CA2于B2，即得:B1C1=B2C2=l2AD=l4。

由于A点是△

C1PC2外接圆上任选的点，故仅按K设计，可得无穷多解。A点位置不同，传动角大小也不同，如想获得良好的传动质量，可按最小传动角最优或其他辅助条件来确定A点位置。

φ

θ

θDAC2C1B1B2

由于A点是△

C1PC2外接圆上任选的点，故仅按K设计，可得无穷多解。

如果要求唯一的解，需要给定一些辅助条件，如：γmin、机架的长度l4等等，这时，A点的位置就是唯一的了。§3-4平面四杆机构的设计mnφ=θC分析：∵导杆机构：θ=φ相等，设计时，所需确定的尺寸是曲柄长度l1

。②任选C作∠mCn＝φ＝θ，θφ=θAl4作角分线;已知：机架长度l4，K一、按照给定的行程速比系数K设计2、导杆机构①由K

→③取A点，使得AC=l4

,得固定铰链中心A的位置。④过A点作导杆极限位置的垂线AB1(或AB2），得曲柄长度l1=AB1。l1ACBB1§3-4平面四杆机构的设计一、按照给定的行程速比系数K设计3、曲柄滑块机构E2θ2l1eH②作C1C2

＝H③作射线C1O

使∠C2C1O=90°－θ,

④以O为圆心，C1O为半径作圆。⑥以A为圆心，AC1为半径作弧交于E,得：作射线C2O使∠C1C2O=90°－θ。

⑤作偏距线e，交圆弧于A，即为曲柄的固定铰链中心。C1C290°-θo90°-θAl1=EC2/2l2=AC2－EC2/2①由K

→已知：K，滑块行程H，偏距e，§3-4平面四杆机构的设计1、给定连杆两组位置有唯一解。B2C2AD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’B2C2B3C3DB1C1AB1C1二、按给定连杆位置设计四杆机构§3-4平面四杆机构的设计作者：潘存云教授DⅡ用几何实验法设计四杆机构当给定连架杆位置超过三对时，一般不可能有精确解。只能用优化或试凑的方法获得近似解。①首先在一张纸上取固定轴A的位置，作原动件角位移φi②任意取原动件长度AB③任意取连杆长度BC，作一系列圆弧;④在透明纸上取固定轴D，作角位移ψiDk1⑤取一系列从动件长度作同心圆弧。⑥两图叠加，移动透明纸，使ki落在同一圆弧上。φ