机械设计基础 课件 第3章 平面连杆机构

机械设计基础第3章平面连杆机构第一节

四杆机构的基本形式第二节

四杆机构的基本特性第三节

多杆机构实例分析第3章平面连杆机构第四节

其他机构简介★知识目标

1）掌握铰链四杆机构的基本类型、应用场合。

2）掌握铰链四杆机构类型的判别方法。

3）掌握滑块四杆机构的基本类型、应用场合。

4）掌握四杆机构的基本特性。

5）了解多杆机构、其他机构。教学要求第3章平面连杆机构★能力目标

1）会判断铰链四杆机构的类型。

2）能识别各类滑块机构。

3）能分析四杆机构基本特性。

4）会判断四杆机构的“死点”，并能利用或排除“死点”。

1.各类机构的应用场合。2.平面四杆机构的基本特性。★学习重点与难点价值情感目标

1）通过让学生亲身体验、分析日常生活中见到的连杆机构应用实例，激发学习自主学习的积极性，用自己的思维去探索问题的本质，创新机构的解决方案。

2）从常见雨伞和折叠雨伞机构分析，培养学生循序渐进地探索实际生产、生活中应用实例的能力，开拓勇于创新的精神。

3)通过中国空间站机械臂的学习，弘扬科学家精神，赓续科技报国使命。第3章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。画出牛头刨床的运动简图并计算机构的自由度。点击播放图3-1牛头刨床实物图第3章平面连杆机构引言点击播放第3章平面连杆机构图3-2牛头刨床的摆动导杆机构活动构件=5

转动副=4

移动副=3

低副数=7F=3×5-2×7=1第3章平面连杆机构

要合理和高效地使用牛头刨床，就要充分理解和掌握牛头刨床各组成机构的特性，调整好各机构的运动状态，实现预定的运动要求，以达到完成生产任务的目的，这就需要分析各种机构组成和运动状态。

本章主要介绍平面连杆机构的组成及其基本类型。

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。

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。第3章平面连杆机构第一节四杆机构的基本形式点击播放第3章平面连杆机构平面连杆机构的应用如下：1）向较远处传递运动的操纵机构，如自行车手闸机构、车床和汽车上离合器的操纵机构等。2）转变运动形式的传动机构，如牛头刨床的横向进给机构（转动转摆动，缝纫机上的踏板机构（摆动转转动）。3）直接进行工作的执行机构，如汽车的刮雨器，公共汽车的开门机构等。

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。

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。第3章平面连杆机构铰链四杆机构图3-3平面四杆机构滑块四杆机构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动画演示一、铰链四杆机构第3章平面连杆机构曲柄摇杆机构应用——破碎机曲柄摇杆机构第3章平面连杆机构点击播放第3章平面连杆机构曲柄摇杆机构图3-8跑步器（点击播放）第3章平面连杆机构曲柄摇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3-9双曲柄机构点击播放第3章平面连杆机构第3章平面连杆机构双曲柄机构图3-10双曲柄机构——惯性筛点击播放第3章平面连杆机构双曲柄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3-11平行双曲柄机构点击播放第3章平面连杆机构双曲柄机构

图3-12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第3章平面连杆机构双曲柄机构点击播放第3章平面连杆机构双曲柄机构图3-15车门启闭机构点击播放动画第3章平面连杆机构双曲柄机构图3-16引体向上训练器（点击播放1

点击播放2）木制自行车第3章平面连杆机构双曲柄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3-17双摇杆机构点击播放第3章平面连杆机构双摇杆机构图3-18港口起重机点击播放第3章平面连杆机构双摇杆机构图3-19飞机起落架点击播放第3章平面连杆机构双摇杆机构第3章平面连杆机构图3-23剪板机点击播放第3章平面连杆机构双摇杆机构

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。第3章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。第3章平面连杆机构第3章平面连杆机构木牛流马水运仪象台

我国历史上很多发明和创造，像木牛流马、水运仪象台等实例，是各种杆机构的具体应用，通过学习、探讨，了解我国的悠久历史和灿烂的文化。返回目录拓展内容第3章平面连杆机构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2二、滑块四杆机构第3章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第3章平面连杆机构图3-29对心曲柄滑块机构的应用——自动送料机构点击播放第3章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

第3章平面连杆机构图3-30家用夹核桃器点击播放1点击播放2第3章平面连杆机构第3章平面连杆机构点击播放图3-31偏心轮机构图3-32压力机点击播放1点击播放2导杆机构(固定AB构件）314A2BC314A2BC转动导杆机构

L1＜L2导杆机构摆动导杆机构

L1＞L2曲柄滑块机构（固定AC构件）第3章平面连杆机构转动导杆转动导杆机构牛头刨床点击播放点击播放第3章平面连杆机构摆动导杆摆动导杆机构牛头刨床点击播放点击播放第3章平面连杆机构314A2BC

摇块机构（固定BC构件）314A2BC曲柄滑块机构（固定AC构件）点击播放摇块机构摆动液压泵点击播放第3章平面连杆机构点击播放2点击播放1自卸卡车第3章平面连杆机构314A2BC手动压水机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第3章平面连杆机构第3章平面连杆机构返回目录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)。返回行程第二节

四杆机构的基本特性从C1D顺时针转到C2D从C2D逆时针到C1D一、急回特性第3章平面连杆机构

机构的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3-39摆动导杆机构急回特性分析点击播放点击播放1点击播放2第3章平面连杆机构

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3-41铰链四杆机构的压力角和传动角二、传力性能的标志——压力角第3章平面连杆机构由图3-41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]，[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第3章平面连杆机构

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。死点位置点击播放第3章平面连杆机构

图3-42曲柄摇杆机构的死点位置

图3-43错位排列的机车车轮联动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。点击播放点击播放第3章平面连杆机构铣床夹具飞机起落架第3章平面连杆机构第3章平面连杆机构

轮椅（图a）轮子的止动装置使用的是双摇杆机构，未止动（图b）时A、B、C三点不在一条线上，当止动（图c）时A、B、C处于一条线上,机构处于死点位置，没有外力的释放，止动就不会解除。图a实物图图c止动状态图b未止动状态DCBAABCD第3章平面连杆机构联机水碓

联机水碓（杜预‘公元222-284年’西晋将领所造）是以水为动力的一种谷物加工工具。《晋书》记载，“今人造作水轮，轮轴长可数尺，列贯横木，相交如枪之制。水激轮转，则轴间横木，间打所排碓销，一起一落舂之，即联机碓也。”即其工作时，以一个大型卧式水轮带动装在轮轴上的一排互相错开的拨板，拨板拨动碓杆，使几个碓头间断地相继舂米。

我国古代勤劳智慧的劳动人民在日常生活和生产实践活动中，创造和发明了很多实用的机械，对改善生活条件和对推动农业生产起到了很大的作用，同时也对世界机械的发展做出了重大的贡献。拓展内容第3章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ADCB和曲柄滑块机构BEFG串联组成，前一机构的从动件CBE杆正好是后一机构BEFG的主动件。图3-46插齿机主机构（改变运动特性）第三节

多杆机构第3章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CD杆正好是后一机构DEFG的主动件。点击播放图3-47手动冲床（增力）第3章平面连杆机构图3-48热轧钢料运输机（扩大行程）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。第3章平面连杆机构

图3-49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。图3-49自重式训练器点击播放点击播放第3章平面连杆机构划船器是一个六杆机构点击播放返回目录第3章平面连杆机构第四节

其他机构简介1.开式机构图3-51手动环保夹子图3-52剪钢筋的大钳子点击播放点击播放第3章平面连杆机构2.机械手3.工业机器人点击播放点击播放点击播放第3章平面连杆机构返回目录第3章平面连杆机构第3章平面连杆机构点击播放-PPT点击播放-视频经分析，一般用一只手握住雨伞把，另一只手向上推动滑块至一定的位置即可打开雨伞，画出长把雨伞机构运动简图如右图。构件6是雨伞把为机架，该机构有5个活动构件，6个转动副，1个移动副，自由度为：F=3n-2PL-PH=3×5－2×7－0=1点击播放第2章平面机构运动简图及自由度实例一画出雨伞的机构运动简图并计算自由度实例分析该雨伞机构也可以按一侧计算，去掉构件4和构件5，构件6为机架必须存在，该机构现有3个活动构件，3个转动副，1个移动副，自由度为：F=3n-2PL-PH=3×3－2×4－0=1

小思考：为什么去掉两杆,机构的自由度不变，将在最后一个实例分析里讲清楚。第2章平面机构运动简图及自由度实例二画出雨伞的机构运动简图并计算自由度经分析可画出折叠雨伞机构运动简图如右图，该构件10为机架，一共有9个活动构件，12个转动副，1个移动副。计算自由度时可只算一侧，

5个活动构件，7个低副（6个转动副，1个移动副），自由度为：F=3n-2PL-PH=3×5－2×7－0=1折叠雨伞点击播放第2章平面机构运动简图及自由度点击播放-六杆组

雨伞是我们日常生活中最常用的生活用具之一，最开始是长把雨伞，然后有了各式各样的折叠雨伞，最近又有一种反向收拢的雨伞（也就是当雨伞收拢回来时原来的外面—“着雨面”在里面，而原来的里面—“不着雨”的面在外面），这种反向收拢的雨伞靠近人体时不会把人的衣服弄脏，尤其是方便开车人在车内收拢雨伞。

通过这个雨伞的变化，大家要积极思考，看还有没有可以再改进的地方，调动培养大家的创新思维，激发大家的创新欲望，培养大家的创新能力。拓展内容第2章平面机构运动简图及自由度

图3-57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3-57铰链四杆机构第3章平面连杆机构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≤