机械设计基础（第4版）课件：平面连杆机构

机械设计基础（第4版）

平面连杆机构平面连杆机构平面连杆机构3.1铰链四杆机构3.2滑块四杆机构3.3平面四杆机构的基本特性3.4多杆机构简介3.5*

其他机构简介平面连杆机构实例分析能力目标

1.判断铰链四杆机构类型的能力。2.识别各类滑块机构的能力。3.识别四杆机构基本特性的能力。

知识要素

1.铰链四杆机构的基本类型、应用场合。2.常见滑块机构的基本类型、应用场合。3.四杆机构的基本特性。4.多杆机构、其他机构。平面连杆机构教学要求学习重点与难点

1.各类机构的应用场合和基本特性。2.平面四杆机构的基本特性。平面连杆机构

我们日常生活中使用的家用踏板式缝纫机可以说是一个简单的机器，只要使用者踏动缝纫机的踏板，缝纫机的皮带轮就会转动，缝纫机机头里的机针就会上下运动、送布牙就会前后摆动来完成布料的缝合工作，满足人们预期的功能要求。图3-1家用踏板式缝纫机点击播放平面连杆机构

本章就是分析和研究平面连杆机构，通过学习本章内容来认识我们日常生活和工业生产实践中应用的各种机构，使用和维护好这些机构。平面连杆机构

为什么踏动踏板就能使皮带轮转动？为什么皮带轮转动起来缝纫机的机针就会上下运动、送布牙就会前后摆动来完成送走布料的任务？原因是缝纫机从踏板开始到机头的机针之间由若干个机构组成，当踏板摆动时，会带动一系列机构按预设的运动规律运动来完成工作任务。

平面连杆机构是将若干构件用低副（转动副和移动副）连接起来并作平面运动的机构，也称低副机构。

由于低副为面接触，故传力时压强低、磨损量小，且易于加工和保证精度，能方便地实现转动、摆动和移动这些基本运动形式及其相互间的转换等。

平面连杆机构的缺点是：由于低副中存在着间隙，将不可避免地引起机构的运动误差；此外，它不容易实现精确复杂的运动规律。

简单的平面连杆机构是由四个构件用低副连接而成的，简称四杆机构。它应用广泛，是组成多杆机构的基础。平面连杆机构

本章主要讨论四杆机构的有关问题。根据有无移动副存在，四杆机构可分为铰链四杆机构和滑块四杆机构两大类，如图3-2所示。铰链四杆机构图3-2平面四杆机构滑块四杆机构平面连杆机构返回目录1.曲柄摇杆机构2.双曲柄机构3.双摇杆机构

根据连架杆运动形式的不同，可分为三种基本形式。4—机架1,3—连架杆→定轴转动2—连杆→平面运动组成：→固定不动作整周转动—曲柄作往复摆动—摇杆连架杆1机架4连架杆3连杆2动画演示3.1铰链四杆机构平面连杆机构曲柄摇杆机构应用——破碎机曲柄摇杆机构平面连杆机构图3-4抽油机

点击播放平面连杆机构图3-5缝纫机踏板

点击播放图3-6椭圆漫步机（点击播放）平面连杆机构铰链四杆机构的两个连架杆均为曲柄时，称为双曲柄机构图3-7双曲柄机构点击播放双曲柄机构平面连杆机构图3-8双曲柄机构——惯性筛点击播放平面连杆机构在双曲柄机构中，若相对的两杆长度分别相等时，则称为平行双曲柄机构图3-9平行双曲柄机构点击播放平面连杆机构

图3-10机车车轮联动机构点击播放1点击播放2点击播放3点击播放4平面连杆机构英国蒸汽式火车图3-11天平机构点击播放平面连杆机构图3-12车门启闭机构点击播放平面连杆机构图3-13引体向上训练器（点击播放1点击播放2）木制自行车平面连杆机构若铰链四杆机构的两个连架杆均为摇杆，则称为双摇杆机构图3-14双摇杆机构点击播放双摇杆机构平面连杆机构图3-15港口起重机点击播放平面连杆机构图3-16飞机起落架点击播放平面连杆机构图3-17剪板机点击播放平面连杆机构

通过分析，可得出铰链四杆机构曲柄存在的条件是：（1）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。（杆长条件）（2）连架杆或机架中必有一杆为最短杆。平面连杆机构判断铰链四杆机构是何种机构的方法:1、先判断机构是否满足杆长条件，如不满足，则该机构是双摇杆机构；2、如满足杆长条件，要看何杆为机架。

最短杆的邻杆为机架，机构是曲柄摇杆机构；

最短杆为机架，机构是双曲柄机构；

最短杆的对杆为机架，机构是双摇杆机构。平面连杆机构平面连杆机构返回目录凡含有移动副的四杆机构，称为滑块四杆机构，简称滑块机构。按机构中滑块的数目，可分为单滑块机构和双滑块机构。点击播放1点击播放单滑块机构双滑块机构点击播放23.2滑块四杆机构平面连杆机构对心曲柄滑块机构的应用-内燃机曲柄滑块机构平面连杆机构图3-23对心曲柄滑块机构的应用——自动送料机构点击播放平面连杆机构偏置曲柄滑块机构点击播放点击播放对心曲柄滑块机构

平面连杆机构图3-24家用夹核桃器点击播放2点击播放1平面连杆机构图3-25偏心轮结构点击播放平面连杆机构点击播放图3-26冲床点击播放1平面连杆机构导杆机构(固定AB构件）314A2BC314A2BC曲柄滑块机构（固定AC构件）转动导杆机构L1＜L2导杆机构摆动导杆机构L1＞L2平面连杆机构转动导杆刨床转动导杆机构牛头刨床点击播放点击播放平面连杆机构摆动导杆刨床摆动导杆机构牛头刨床点击播放点击播放平面连杆机构314A2BC

摇块机构（固定BC构件）314A2BC曲柄滑块机构（固定AC构件）点击播放摇块机构平面连杆机构摆动液压泵点击播放平面连杆机构点击播放2点击播放1平面连杆机构314A2BC手动抽水机314A2BC曲柄滑块机构（固定AC构件）定块机构（固定C滑块）牛喝水点击播放定块机构平面连杆机构返回目录平面连杆机构B2C2B1C1当AB与BC两次共线时，从动件CD处于两极限位置。动画演示工作行程极位夹角θ：曲柄在摇杆处于两极限位置时所夹的锐角(∠C1AC2)。A21C34BD摆角极位夹角以曲柄摇杆机构为例设：曲柄以ω1等速转动摆角ψ：摇杆在两极限位置间的夹角(∠C1DC2)。返回行程3.3平面四杆机构的基本特性从C2D逆时针转到C1D从C1D逆时针到C2D急回特性和行程速比系数平面连杆机构

机构的这种返回行程比工作行程速度快的特性，称为机构的急回特性。除曲柄摇杆机构外，偏置曲柄滑块机构、摆动导杆机构等也具有急回特性。在往复工作的机械（如插床、插齿机、刨床、搓丝机等）中，常利用机构的急回特性来缩短空行程的时间，以提高劳动生产率。图3-33偏置曲柄滑块机构图3-34摆动导杆机构点击播放点击播放平面连杆机构

铰链四杆机构运动时，原动件1通过连杆2作用于从动件3上的力F是沿着连杆BC的方向；力F的方向线与力作用点C的速度vc方向线之间所夹的锐角称为压力角，用α表示。为了度量方便，常用压力角α的余角γ来表示，γ称为传动角。

图3-35铰链四杆机构的压力角和传动角压力角和传动角平面连杆机构由图3-35可知，在机构运动过程中，传动角是变化的。为了保证机构有良好的传力性能，设计时，要求γmin＞[γ]，为许用传动角。对一般机械来说，[γ]=40°；

传递功率较大时，[γ]=50°。机构具有良好传力性能的条件平面连杆机构曲柄摇杆机构的γmin平面连杆机构

图3-36曲柄摇杆机构的γmin曲柄摇杆机构的αmax平面连杆机构曲柄摇杆机构中，在以摇杆主动工作时，当曲柄AB与连杆BC共线时，不论连杆上的力F多大，曲柄都不能转动，机构所处的这种位置，称为死点位置。

缝纫机在踏动时就是利用惯性克服死点位置的。死点位置平面连杆机构点击播放图3-40曲轴铣床夹具飞机起落架平面连杆机构多缸内燃机死点位置有时也会成为机构运动的阻碍，影响设备的正常工作，工程中常用的解决办法是利用构件的惯性，使机构通过死点位置，如在曲轴上安装飞轮；也可采用相同机构错位排列，使两边机构的死点位置互相错开的方法来度过死点位置，如右图所示的多缸内燃机的联动机构。

蒸汽式火车就是利用错位排列克服死点的。平面连杆机构返回目录点击播放点击播放连杆机构的设计，一般可归纳为两类问题：按给定从动件的位置设计四杆机构，称为位置设计。按给定点的运动轨迹设计四杆机构，称为轨迹设计。一般用作图法设计四杆机构。平面四杆机构的设计方法平面连杆机构选讲不用时自行删掉（54页-58页）用作图法设计四杆机构1.按给定连杆的位置设计四杆机构1）给定连杆两个位置有唯一解。B1C1B2C2AD

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'B1C1B2C2B3C3AD平面连杆机构ψθθ2.按给定的行程速比系数K设计四杆机构1）曲柄摇杆机构①计算θ＝180°(K-1)/(K+1);已知：CD杆长，摆角ψ及K，设计此机构。步骤如下：②任取一点D，作等腰三角形腰长为CD，夹角为ψ;③连接C1C2，作C1P⊥C1C2，作C2P使④作△PC1C2的外接圆，则A点必在此圆上。⑤通过分析，可知，LAC1＝LBC-LAB,LAC2＝LBC+LAB，则90°-θPAC2C1LAB=(LAC2－LAC1)/2,LBC=(LAC2+LAC1)/2D

∠C1C2P=90°－θ,交于P;A点的选择是有条件的，否则会有无穷多解。平面连杆机构2θC1C2e2)曲柄滑块机构S90°-θoA已知K，滑块行程S，偏距e，设计此机构。①计算θ＝180°(K-1)/(K+1);②作C1C2

＝S③作射线C1O使∠C2C1O=90°－θ,④以O为圆心，C1O为半径作圆。作射线C2O使∠C1C2O=90°－θ。90°-θ⑤作偏距线e，交圆弧于A，即为所求。⑥通过分析，可知，LAC1＝LBC-LAB,LAC2＝LBC+LAB，则LAB=(LAC2－LAC1)/2,LBC=(LAC2+LAC1)/2平面连杆机构mnACψ=θC3)摆动导杆机构由于θ与导杆摆角ψ相等，设计此机构时，仅需要确定曲柄AB即可。①计算θ＝180°(K-1)/(K+1);②任选C作∠mCn＝ψ＝θ，③取A点，取机架AC。θψ=θA作角分线;设已知：机架长度AC，K，设计此机构。BB④过A点作极限位置Cm的垂线AB，即可得曲柄AB。平面连杆机构返回目录在生产实际和日常生活中，为达到某一运动要求或动力要求，单一的四杆机构就不能满足需要。为此，常以某个四杆机构为基础，增添一些杆组或机构，组成多杆机构。右图所示为插齿机主机构，是由双摇杆机构ABCD和曲柄滑块机构BEFG串联组成，前一机构的从动件CE杆正好是后一机构BEFG的主动件。图3-43插齿机主机构（改变运动特性）3.4多杆机构平面连杆机构下图所示为手动冲床机构，是由双摇杆机构ABCD和定块机构DEFG串联组成，前一机构的从动件D杆正好是后一机构DEFG得主动件。点击播放图3-44手动冲床（增力）平面连杆机构图3-45热轧钢料运输机下图所示为热轧钢料运输机，是在曲柄摇杆机构1-2-3-4基础上添加杆组5-6组成，6为滑块即运输钢料的平台。利用六杆机构，即在摇杆（3杆）上添加杆组后，摇杆的摆动转变为滑块的移动，增大了行程。平面连杆机构图3-46自重式训练器图3-46所示为自重式训练器，除手持的开式运动链外，其主要组成机构是曲柄摇杆机构ABCD和双曲柄机构DEFG的组成的六杆机构，前一个机构的摇杆就是后一个机构的主动曲柄。点击播放点击播放平面连杆机构划船器也是一个六杆机构划船器是一个六杆机构点击播放平面连杆机构返回目录3.5*

其他机构简介1.开式机构图3-48手动环保夹子图3-49剪钢筋的大钳子点击播放点击播放平面连杆机构2.机械手3.工业机器人点击播放点击播放点击播放平面连杆机构日常生活和工业生产实践中广泛应用的各种机械设备，都是人们按需要将各种机构（零件）组合在一起，来完成各式各样的任务以满足人们生活和生产的需要。图3-1为牛头刨床的实物外形图。点击播放图3-52牛头刨床实物图实例一牛头刨床平面连杆机构点击播放平面连杆机构图3-54摆动导杆机构结构示意图图3-55摆动导杆机构运动简图平面连杆机构返回目录

右图所示铰链四杆机构中，已知LBC=500mmLCD=350mm，LAD=300mm，LAB为变值。试讨论：1)LAB值在哪些范围内可得到曲柄摇杆机构？2)LAB值在哪些范围内可得到双曲柄机构？

3)LAB值在哪些范围内可得到双摇杆机构？实例二

铰链四杆机构分析图3-56铰链四杆机构2）双曲柄机构①取LBC最长，LAD最短，LBC+LAD≤LCD+LAB，LAB≥LBC+LAD-LCD=500+300-350=450②取LAB最长，LAD最短，LAB+LAD≤LCD+LBC，LAB≤LCD+LBC-LAD=350+500-300=550得：450≤LAB≤550解：1）曲柄摇杆机构取LBC最长，LAB最短，LBC+LAB≤LCD+LAD，

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