机械基础 课件 项目三 平面连杆机构

第3章平面连杆机构学习导航知识目标：能力目标：了解平面四杆机构的基本形式及演化形式。掌握平面四杆机构的工作特性及在工程实际中的应用。掌握平面四杆机构的设计方法。掌握曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构的概念及应用。会分析铰链四杆机构的演化形式及应用。会根据工作要求设计平面四杆机构。第3章平面连杆机构连杆机构是由若干构件通过低副连接而形成的机构，又称为低副机构。活动构件均在同一平面或在相互平行的平面内运动的连杆机构称为平面连杆机构。平面连杆机构的特点是：1、低副中的两运动副元素为面接触，压强小，易于润滑，磨损小，寿命长；2、可以实现预期的运动规律和轨迹等要求；3、运动副接触面均为规则的圆柱面或平面，制造简单；4、运动副中的间隙会引起运动积累误差；5、有些构件所产生的惯性力难以平衡，高速时会引起较大的振动和动载荷。因此，平面连杆机构常与机器的工作部分相连，起执行和控制作用。第3章平面连杆机构任务一平面连杆机构的基本类型及其应用任务二平面四杆机构的演化任务三平面四杆机构有曲柄的条件任务四平面四杆机构的基本特性任务五平面四杆机构的尺度综合学习要点学会判断平面连杆机构的基本形式。掌握铰链四杆机构的应用。3.1.1平面连杆机构的基本概念任务一平面连杆机构的基本类型及其应用3.1.2铰链四杆机构的类型及应用

3.1.1平面连杆机构的基本概念连杆机构是刚性构件通过低副连接而形成的机构，又称为低副机构。活动构件均在同一平面或在相互平行的平面内运动的连杆机构称为平面连杆机构。平面连杆机构铰链四杆机构含有移动副的平面四杆机构曲柄摇杆机构

双曲柄机构

双摇杆机构曲柄滑块机构偏心轮机构摇块机构

导杆机构

定块机构运动副都是转动副的平面四杆机构称为铰链四杆机构。铰链四杆机构中，固定不动的构件为机架；与机架相联的构件为连架杆，不与机架直接相联的构件称为连杆。连架杆中，能绕机架的固定铰链作整周转动的称为曲柄，仅能在一定角度范围内往复摆动的称为摇杆。

3.1.1平面连杆机构的基本概念3.1.2铰链四杆机构的类型及应用运动副都是转动副的平面四杆机构称为铰链四杆机构，如图所示。在铰链四杆机构中，固定不动的构件4是机架，与机架4相连的构件1和3称为连架杆，不与机架相连的构件2称为连杆。相对于机架能做整周转动的连架杆称为曲柄；只能在一定角度范围内往复摆动的连架杆称为摇杆。铰链四杆机构动画动画动画动画曲柄摇杆机构1雷达天线俯仰角调整机构脚踏砂轮机机构动画动画动画3.1.2铰链四杆机构的类型及应用双曲柄机构2两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构，称双曲柄机构。

插床六杆机构平行四边形机构动画3.1.2铰链四杆机构的类型及应用双曲柄机构2动画天平机构由于这种机构两曲柄的角速度始终保持相等，且连杆始终保持平动，因此应用较广泛，例如图所示的天平机构。3.1.2铰链四杆机构的类型及应用双曲柄机构2平行四边形机构有以下三个运动特点:(1)两曲柄转速相等动画机车车轮联动机构3.1.2铰链四杆机构的类型及应用双曲柄机构2(2)连杆始终与机架平行如图所示的摄影车升降机构，其升降高度的变化采用两组平行四边形机构来实现，且利用连杆始终做平动这一特点，可使与连杆固连一体的座椅始终保持水平位置，以保证摄影人员安全可靠地摄影。摄影车升降机构3.1.2铰链四杆机构的类型及应用双曲柄机构2(3)运动的不确定性如图所示，在平行四边形机构中，当两曲柄转至与机架共线位置时，主动曲柄AB继续转动，例如到达AB2位置;从动曲柄CD可能按原转动方向转到C2D位置，此时机构仍是平行四边形机构，也可能反向转到C'D位置。平行四边形机构动画3.1.2铰链四杆机构的类型及应用双曲柄机构2带有辅助构件的平行四边形机构

为了克服运动的不确定性，可以对从动曲柄施加外力，或利用飞轮及构件本身的惯性作用。也可以采用辅助曲柄等措施解决。3.1.2铰链四杆机构的类型及应用动画双曲柄机构2

反平行四边形机构即连杆与机架的长度相等，两个曲柄长度相等所组成的转向相反的双曲柄机构。反平行四边形机构车门启闭机构3.1.2铰链四杆机构的类型及应用动画双摇杆机构3两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构，常用于操纵机构、仪表机构等。如图所示港口起重机机构，可实现货物的水平移动，以减少功率消耗。起重机机构动画3.1.2铰链四杆机构的类型及应用任务二

平面四杆机构的演化曲柄滑块机构1由曲柄、连杆、滑块和机架组成的机构，称为曲柄滑块机构。曲柄摇杆机构到曲柄滑块机构的演化动画曲柄滑块机构1滑块轨道中心线通过曲柄的转动中心A，对心曲柄滑块机构。滑块轨道中心线偏离曲柄的转动中心A，偏置曲柄滑块机构。对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构动画任务二

平面四杆机构的演化偏心轮机构2由偏心轮、连杆、滑块和机架组成的机构称为偏心轮机构。动画偏心轮机构动画任务二

平面四杆机构的演化导杆机构3由曲柄、导杆、滑块和机架组成的机构，称为导杆机构。由于导杆能做整周转动，因此称为转动导杆机构，此时机架长度小于曲柄长度。若取机架长度大于曲柄长度，导杆4只能做往复摆动，形成摆动导杆机构。导杆机构任务二

平面四杆机构的演化导杆机构3简易刨床的导杆机构

动画任务二

平面四杆机构的演化导杆机构3牛头刨床的导杆机构

动画任务二

平面四杆机构的演化摇块机构4若将对心曲柄滑块机构中的连杆BC作为机架，滑块只能绕C点摆动，就得到曲柄摇块机构，简称摇块机构。摇块机构吊车任务二

平面四杆机构的演化定块机构5若将偏置曲柄滑块中的滑块3作为机架，BC杆成为绕转动副C摆动的摇杆，AC杆成为滑块做往复移动，就得到摇杆滑块机构，又称为定块机构。定块机构手摇唧筒动画任务二

平面四杆机构的演化任务三平面四杆机构有曲柄的条件

(1)连架杆和机架中必有一杆为最短杆（简称最短杆条件）。

(2)最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和（简称长度和条件）此条件亦称杆长条件。a+c≤b+d

a+d≤b+c

a+b≤c+d将上述三式中每两式相加并简化，可得a≤b

a≤c

a≤d通过分析可得如下结论：

(1)铰链四杆机构中，如果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，则根据机架选取的不同，可有下列三种情况：①取与最短杆相邻的杆为机架，则最短杆为曲柄，另一连架杆为摇杆，组成曲柄摇杆机构。②取最短杆为机架，则两连架杆均为曲柄，组成双曲柄机构。③取最短杆对面的杆为机架，则两连架杆均为摇杆，组成双摇杆机构。

(2)铰链四杆机构中，如果最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆长度之和，则不论取哪一杆为机架，都没有曲柄存在，均为双摇杆机构。动画任务三平面四杆机构有曲柄的条件任务四平面四杆机构的基本特性学习要点掌握机构的急回特性、压力角、传动角及死点的概念，并

能够在运动简图上进行标注。3.4.1急回特性3.4.2压力角和转动角3.4.3死点位置3.4.1急回特性

当主动件等速转动时，做往复运动的从动件在返回行程中的平均速度大于工作行程的平均速度的特性。

K值的大小取决于极位夹角θ

，θ角越大，K值越大，急回运动特性越明显；反之，则愈不明显。当θ

=0时，K=1，机构无急回特性。3.4.1急回特性偏置曲柄滑块机构和摆动导杆机构也具有急回特性。值得注意的是在摆动导杆机构中θ=ψ。机构急回特性的判定

动画动画动画3.4.2

压力角和传动角3.4.2

压力角和传动角压力角越小，传动角越大，机构的传力效果越好。由此可见，压力角和传动角是反映机构传力性能的重要标志。作用在从动件摇杆CD上的力F，与该力作用点C运动线速度vc之间所夹的锐角α称为压力角。传动角：压力角的余角即连杆与从动件间所夹的锐角。动画3.4.2

压力角和传动角规定工作行程中的最小传动角γmin≥40°～50°。分析表明，在曲柄摇杆机构中，γmin可能出现在曲柄与机架共线的两个位置时，一般可通过计算或作图量取此二位置的传动角，其中的小值即为γmin。3.4.3死点位置在曲柄摇杆机构中，若摇杆为主动件，当摇杆处于两极限位置时，从动曲柄与连杆共线，主动摇杆通过连杆传给从动曲柄的作用力通过曲柄的转动中心，此时曲柄的压力角α=90°，传动角γ=0°，因此无法推动曲柄转动，机构的这个位置称为死点位置。曲柄摇杆机构的死点位置动画3.4.3死点位置在工程上有时也需利用机构的死点位置来进行工作。例如飞机的起落架、折叠式家具和夹具等机构。动画动画

任务五

平面四杆机构的尺度综合学习要点学会给定三个和两个连杆位置设计平面四杆机构。学会按给定急回特性系数设计平面四杆机构。3.5.1按给定的连杆三个位置设计平面四杆机构3.5.2按给定的连杆两个位置设计平面四杆机构3.5.3按给定的急回特性系数设计平面四杆机构3.5.1按给定的连杆三个位置设计平面四杆机构

平面四杆机构设计的基本问题是:根据机构工作要求，结合附加限定条件确定绘制机构运动简图所必需的参数，包括各构件的长度尺寸及运动副之间的相对位置。

平面四杆机构设计的方法有图解法、实验法和解析法。解析法精确，图解法几何关系清晰，实验法直观、简便。本节介绍图解法。3.5.1按给定的连杆三个位置设计平面四杆机构已知铰链四杆机构中连杆的长度及三个预定位置，要求确定四杆机构的其余构件尺寸。按给定的连杆三个位置设计四杆机构3.5.2按给定的连杆两个位置设计平面四杆机构已知铰链四杆机构(参见上图)中连杆的长度及两个预定位置，两连架杆与机架组成转动副的中心A、D可分别在B1B2和C1C2的中垂线上任意选取，得到无穷多个解。结合附加限定条件，从无穷解中选取满足要求的解。造型机翻转机构1—机架;2、4—摇杆;3、5—连杆;6—活塞;7—砂箱;8—翻台;9—振实台;10—托台铸造车间的造型机翻转机构是双摇杆机构，如图所示，在图中粗实线位置Ⅰ