机械原理（第5版）课件：连杆机构及其设计

连杆机构及其设计机械原理第一节平面四杆机构的类型及其演化第二节平面四杆机构的基本特性第三节平面连杆机构设计第四节多杆机构本章内容提要平面连杆机构

将若干个构件用低副连接起来并作平面运动的机构，称为平面连杆机构。这种机构也称为低副机构。铰链四杆机构

雷达天线机构第一节平面四杆机构的类型及其演化运动副为面接触，压强小，承载能力大，耐冲击。平面连杆机构的特点可以实现不同的运动规律和特定轨迹要求。构件可以很长，用于远距离的操作。运动副的形状简单、规则，容易制造。5.运动传递路线较长，易产生累积误差。6.惯性力难以平衡，不易于高速运动。用于实现远距离操作及受力大的场合挖掘机用于受力大的场合破碎机搅拌机实现给定轨迹用于实现各种不同的运动规律要求

惯性筛铰链四杆机构

全部运动副都为转动副的四杆机构。连杆：不与机架相连并作平面运动的构件。一、基本类型四杆机构

由四个构件组成的平面连杆机构。机架：支承传动零件。曲柄：与机架相连并作整周转动的构件。摇杆：与机架相连并作往复摆动的构件。曲柄、摇杆——连架杆曲柄机架连杆摇杆1.曲柄摇杆机构两连架杆中，一个作整周转动，一个作往复摆动。曲柄摇杆机构的应用颚式破碎机构四杆破碎机构曲柄摇杆机构的应用雷达天线机构搅拌机机构2.双曲柄机构两连架杆均能作整周转动。双曲柄机构的应用正平行四边形机构机车车轮驱动机构摄影平台升降机构车门机构3.双摇杆机构两连架杆均不能作整周转动。双摇杆机构的应用鹤式起重机构1.改变运动副尺寸——曲柄演化为偏心轮二、演化形式当曲柄的实际尺寸很短并传递较大的动力时,可将曲柄做成几何中心与回转中心距离等于曲柄长度的圆盘，常称此机构为偏心轮机构。偏心轮机构的演化曲柄摇杆机构双偏心轮机构

在曲柄摇杆机构中，若摇杆的杆长增大至无穷长，则其与机架相连的转动副转化成移动副。2.改变构件形状——转动副演化为移动副单移动副机构双移动副机构1)曲柄滑块机构（固定导杆）3.选用不同构件为机架对心式偏置式2)曲柄摇块机构（固定与滑块相对转动的构件）自卸卡车3)导杆机构

(固定与滑块不相连的构件)摆动导杆机构导杆机构转动导杆摆动导杆转动导杆机构转动导杆机构的应用摆动导杆机构的应用4)定块机构（固定滑块）

唧筒定块机构四杆机构的基本形式

曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构

课堂小结2.四杆机构的演化形式

偏心轮与转动副的关系移动副与转动副的关系曲柄滑块机构摆动导杆机构一、曲柄存在的条件第二节平面四杆机构的基本特性

曲柄整周转动，曲柄AB必须顺利通过与机架AD共线的两个位置AB1和AB2。当曲柄处于AB2时，有

b≤(d－a)＋c

a＋b≤c＋d

c≤(d－a)＋b

a＋c≤b＋d

a＋d≤b＋c

当曲柄处于AB1时，有前三式两两相加可得

转动副成为周转副的条件:

(2)组成周转副的两杆中必有一杆为四杆中的最短杆。(1)杆长条件：最短杆与最长杆的长度和应小于或等于其余两杆的长度和。同时即最短杆为机架——双曲柄机构最短杆为连杆——双摇杆机构(2)当时：双曲柄机构双摇杆机构(1)当时：最短杆为连架杆——曲柄摇杆机构铰链四杆机构类型的判断方法：无论何杆为机架——均为双摇杆机构曲柄摇杆机构例4-1图示铰链四杆机构，BC=50mm，CD=35mm，

AD=30mm，AD为机架，若为曲柄摇杆机构，

试讨论AB的取值范围。解：ABCD若为曲柄摇杆机构，则AB必为最短杆，由杆长条件得AB+BC≤CD+AD所以，AB≤CD＋AD－BC=(35＋30－50)mm=15mm即AB≤15mm时，该铰链四杆机构为曲柄摇杆机构。二、急回运动特性——原动件匀速连续回转，从动件往复运动速度不同的性质。机构极位——曲柄与连杆两次共线时的位置。极位夹角——原动件曲柄在机构极位时所夹的锐角

。摆角——从动件摇杆两极限位置的夹角

。摆角

,时间t1摆角

,时间t2因为α1＞α2且曲柄匀速所以t1＞t2

曲柄摇杆

原动件匀速转动时，从动件往复运动速度快慢不同，称为急回运动特性。故摇杆C点平均速度

四杆机构从动件空回行程平均速度与工作行程平均速度的比值称为行程速比系数，用K表示：

（2）当

>0°，K>1，机构有急回作用。因此，（1）当

=0°，K=1，机构无急回作用。压力角——从动件在Ｃ点的受力方向与该点速度方向所夹的锐角，称机构在此位置的压力角，用

表示。有效分力有害分力

压力角

越小，推动机械运动的有效分力越大，故压力角越小越好。三、压力角和传动角F

Fn

vFtFABCD

传动角

越大，推动机械运动的有效分力越大，故传动角越大越好。

min

40°大功率机械：

min

50°

min的位置：曲柄与机架两共线位置之一——最小传动角位置。对

min的要求：

传动角：压力角的余角，用

表示。（图示∠

B1C1D=

min）死点位置:机构顶死，不能运动；或出现运动不确定。四、死点位置死点位置的危害：从动件的传动角

等于零时机构所处的位置。

克服死点的措施：1.利用惯性,如飞轮。2.采用几套相同的机构错位。3.利用虚约束,如蒸汽机车中的平行四边形机构。死点位置的利用夹紧机构

从动件不能在两个不连通的可行域内连续运动，这种运动的不连续一般称为错位不连续；C2B1AC1DB2BC

'

五、运动的连续性从动件不能违反运动顺序，否则称为错序不连续。设计任务：根据给定的运动要求选定机构的型式,并确定其各构件的尺寸参数。设计的基本问题:满足预定的运动规律要求:

要求原动件运动规律一定的条件下，从动件满足预定的运动规律要求。（图解法、解析法）满足预定的轨迹要求:

要求连杆上某些点的轨迹能符合预定的要求，称为轨迹机构设计。（解析法、实验法）满足预定的连杆位置要求:

要求连杆能顺序地实现一些给定位置，称为导引机构设计。（图解法、解析法）继续第三节平面连杆机构设计一、图解法

1.按连杆预定的位置设计四杆机构1）作出已知的连杆位置B1C1、B2C2、B3C3；2）分别连接B1B2、B2B3、C1C2、C2C3；3）分别作B1B2、B2B3、C1C2、C2C3的垂直平分线,取对应的交点为A与D；4）连接AB1、C1D，并求得各构件尺寸长度。已知条件：连杆长度lBC和连杆的三个给定位置B1C1、B2C2、B3C3。应用于车门装置、炉门装置等。返回炉门装置2.按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构已知条件：机架长度lAD和两连架杆的三个对应位置AB1、ID和AB2、IID及AB3、IIID。C1B2'-

12B3'-

131）作出两连架杆的几个对应位置；2）连接B2D，绕D点转-

12角，得B2'点；3）连接B3D，绕D点转-

13角，得B3'点；4）分别作B1B2'、B2'B3'的垂直平分线，两线交于ⅠD杆上C1点；5）确定连杆BC和连架杆CD的长度。

12

13ⅠⅡⅢD

12

13B2B3AB13.按给定的行程速比系数Ｋ设计四杆机构已知条件：摆角

设计关键：找铰链中心A点的位置。C1

D

A

？摇杆长度和行程速比系数Ｋ。

C2

B1

θ

1)画出摇杆CD两极限位置，且C1DC2=ψ;N

C2

C1

D

A

B2E

ψ

θ

2)画辅助圆;3)根据机架长度或位置确定A点;4)连接AC1、AC2，

C1AC2=θ;5)确定曲柄、连杆长度。设计方法：90－θ图解法思路：（4）利用其他辅助条件完成设计。（3）利用几何关系寻找问题的关键；（2）将运动条件转化为几何条件；（1）将已知的几何条件尽可能画出；返回二、解析法

1.按预定的两连架杆对应位置设计四杆机构令令返回由上两式分别消去

和

得