第3章 连杆机构

1、第3章 平面连杆机构3.1 平面连杆机构的基本形式及其演化3.2 平面四杆机构存在曲柄 的条件及基本特性 3.3 平面四杆机构的设计 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实际方法。 知识目标知识目标 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。 能力目标能力目标 连杆机构连杆机构 是刚性构件通过低副连接而形成的机构，又称为低副机构。平面连杆机构平面连杆机构 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。 学会判断平面

2、四杆机构的基本形式。 掌握铰链四杆机构的演化形式及应用。 学习要点学习要点 3.1 平面连杆机构的基本形式及其演化3.1 平面连杆机构的基本形式及其演化 工程中常用的平面连杆机构工程中常用的平面连杆机构是平面四杆机构。是平面四杆机构。平面平面四四杆机构杆机构铰链四杆机构铰链四杆机构 ( (全转动副全转动副) )含有移动副的平含有移动副的平面四杆机构面四杆机构 3.1 平面连杆机构的基本形式及其演化机架机架：固定不动的构件为机架固定不动的构件为机架。 如图所示的如图所示的AD杆。杆。连架杆连架杆：与机架相联的构件为连架杆；与机架相联的构件为连架杆； 如图所示的如图所示的AB杆和杆和CD杆。杆。铰

3、链四杆机构铰链四杆机构 运动副都是转动副的平运动副都是转动副的平面四杆机构称为铰链四杆机构。面四杆机构称为铰链四杆机构。3.1.1 3.1.1 铰链四杆机构铰链四杆机构的基本形式的基本形式曲柄曲柄：连架杆中，能绕机架的固定：连架杆中，能绕机架的固定铰链作整周转动的称为曲柄铰链作整周转动的称为曲柄。如图所示的如图所示的AB杆杆。摇杆摇杆：连架杆中，仅能在一定角度范连架杆中，仅能在一定角度范围内往复摆动的称为摇杆。围内往复摆动的称为摇杆。如图所示的如图所示的CD杆杆。连连杆杆：不与机架相连的构件不与机架相连的构件称为称为连连杆。杆。 如图所示的如图所示的BC杆。杆。铰链四杆机构铰链四杆机构 ( (

4、全转动副全转动副) )曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 双曲柄机构双曲柄机构 双摇杆机构双摇杆机构 3.1.1 3.1.1 铰链四杆机构铰链四杆机构的基本形式的基本形式铰链四杆机构的三种基本形式铰链四杆机构的三种基本形式： 1.1.曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 两连架杆分别为曲柄和摇杆的铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。 曲柄曲柄 摇杆摇杆 连杆连杆 机架机架应用雷达天线俯仰角调整机构雷达天线俯仰角调整机构应用脚踏砂轮机机构脚踏砂轮机机构 2.2.双曲柄机构双曲柄机构两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构，称两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构，称双曲柄机构。双曲柄机构。 曲柄曲柄曲柄曲柄应用插床六杆机构插床六杆机构 平行

5、四边形机构有以下三个运动特点:（1）两曲柄转速相等 机车车轮联动机构机车车轮联动机构 （2）连杆始终与机架平行 天平机构天平机构（2）连杆始终与机架平行摄影车升降机构摄影车升降机构 （3）运动的不确定性 平行四边形机构平行四边形机构 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. 带有辅助构件的平行四边形机构带有辅助构件的平行四边形机构 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.反平行四边形机构反平行四边形机构反平行四边形机构 车门启闭机构车门启闭机构3.3.双摇杆机构双摇杆机构两连架

6、杆均为摇杆的铰链四杆机构，称为双摇杆机构。 起重机机构起重机机构应用车辆前轮转向机构车辆前轮转向机构铰链四杆机构铰链四杆机构 ( (全转动副全转动副) )曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 双曲柄机构双曲柄机构 双摇杆机构双摇杆机构 3.1.1 3.1.1 铰链四杆机构铰链四杆机构的基本形式的基本形式3.1.2 铰链四杆机构的演化含 有一个移动副的平面四杆机构曲柄摇杆机构到曲柄滑块机构的演化曲柄摇杆机构到曲柄滑块机构的演化 3.1.2 铰链四杆机构的演化含 有一个移动副的平面四杆机构曲柄摇杆机构到曲柄滑块机构的演化曲柄摇杆机构到曲柄滑块机构的演化 3.1.2 铰链四杆机构的演化含 有一个移动副的平面四杆

7、机构曲柄摇杆机构到曲柄滑块机构的演化曲柄摇杆机构到曲柄滑块机构的演化 3.1.2 铰链四杆机构的演化含 有一个移动副的平面四杆机构曲柄摇杆机构到曲柄滑块机构的演化曲柄摇杆机构到曲柄滑块机构的演化 3.1.2 铰链四杆机构的演化含 有一个移动副的平面四杆机构 1.曲柄滑块机构 由曲柄、连杆、滑块和机架组成的机构，称为曲柄滑块机构。 偏置曲柄滑块机构 滑块轨道中心线偏离曲柄的转动中心A对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构 偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构 滑块轨道中心线通过曲柄的转动中心A曲柄滑块机构分类曲柄滑块机构分类 2.偏心轮机构 由偏心轮、连杆、滑块和机架组成的机构称为偏心轮机

8、构。偏心轮机构偏心轮机构 3.导杆机构 由曲柄、导杆、滑块和机架组成的机构，称为导杆机构。3.导杆机构 若机架长度AB小于曲柄长度BC，即ABBC，则导杆4能作整周转动，因此称为转动导杆机构。(1)转动导杆机构转动导杆机构 若取机架长度大于曲柄长度，即ABBC，则导杆4只能做往复摆动，形成摆动导杆机构。3.导杆机构 (2)摆摆动导杆机构动导杆机构应用简易刨床的导杆机构简易刨床的导杆机构 牛头刨床的导杆机构牛头刨床的导杆机构 4.摇块机构 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。 摇块机构摇块机构应用吊车吊车 5.定块机构 若将偏置曲柄滑块

9、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。 定块机构定块机构 应用手摇唧筒手摇唧筒 含有移动副含有移动副的平面四杆的平面四杆机构机构 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 偏心轮机构偏心轮机构 导杆机构导杆机构 摇块机构摇块机构 定定块机构块机构平平面面连连杆杆机机构构铰链四杆机构铰链四杆机构 ( (全转动副全转动副) )含有移动副的含有移动副的平面四杆机构平面四杆机构 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 双曲柄机构双曲柄机构 双摇杆机构双摇杆机构 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 偏心轮机构偏心轮机构 导杆机构导杆机构 摇块机构摇块机构 定定块机构块

10、机构 能够运用平面四杆机构存在曲柄的条件判断机构的类型。 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。 学习要点学习要点 3.2 平面四杆机构存在曲柄 的条件及基本特性 3.2 平面四杆机构存在曲柄 的条件及基本特性 3.2.1 铰链四杆机构存在曲柄的条件（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+cb+d a+db+c a+bc+d 将上述三式中每两式相加并简化，可得 ab ac ad 铰链四杆机构曲柄存在条件铰链四杆机构曲柄存在条件 通过分析可得如下

11、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 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 取最短杆为机架，则两连架杆均为曲柄，组成双曲柄机构 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 通过分析可得如下结论:（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。3.2.2.3.2.2.急回特性急回特性 急回特性急回特性 当主动件等速转动时，做往当主动件等速转动时，做往复运动的从动件复运动的从动件

12、在返回行程中的平均速度大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于工作行程的平均速度的特性 。3.2.2.3.2.2.急回特性急回特性 摆角摆角 极位夹角极位夹角急回特性用行程速比系数急回特性用行程速比系数 K K表示，即表示，即K K = =180 + 180 + 180 - 180 - K K值的大小取决于极位夹角值的大小取决于极位夹角 ，角越角越大，大，K K值越大，急回运动特性越明显；反之，值越大，急回运动特性越明显；反之，则愈不明显。当则愈不明显。当= 0= 0时，时，K K=1 =1 ，机构无急，机构无急回特性。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

13、注意的是在摆动导杆机构中=。机构急回特性的判定机构急回特性的判定 3.2.33.2.3 压力角与传动角压力角与传动角压力角：作用压力角：作用在从动件摇杆在从动件摇杆CDCD上的力上的力F F，与该力作用点与该力作用点C C运动线速度运动线速度vc vc 之间所夹之间所夹的锐角的锐角CvtFnFFCvtFnFFCvtFnFFCvtFnFFCvtFnFF3.2.33.2.3 压力角与传动角压力角与传动角传动角传动角: :压力压力角的余角即连角的余角即连杆与从动件间杆与从动件间所夹的锐角所夹的锐角。 CvtFnFFCvtFnFF3.2.33.2.3 压力角与传动角压力角与传动角 压力角越小，压力角越

14、小，传动角越大，机传动角越大，机构的传力效果越构的传力效果越好。好。 CvtFnFFCvtFnFF 由此可见，压力角和传由此可见，压力角和传动角是反映机构传力性能动角是反映机构传力性能的重要标志。的重要标志。 3.2.33.2.3 压力角与传动角压力角与传动角 规定工作行程中的最规定工作行程中的最小传动角小传动角 minmin 40 405050。 CvtFnFFCvtFnFF 分析表明，在曲柄摇杆机构中，min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min。 曲柄摇杆机构的压力角和传动角曲柄摇杆机构的压力角和传动角 在曲柄滑块机构中，若曲

15、柄AB为主动件时，最小传动角min 出现在曲柄AB垂直于滑槽中心线位置时。 最小传动角min 计算公式为对心曲柄滑块机构: min =arccosr/l 偏置曲柄滑块机构: min =arccosr+e/l 偏置曲柄滑块机构的最小传动角偏置曲柄滑块机构的最小传动角 3.2.4 3.2.4 死点位置死点位置 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=90，传动角=0，因此无法推动曲柄转动，机构的这个位置称为死点死点位置位置。曲柄摇杆机构的死点位置曲柄摇杆机构的死点位置 在工程上有时也需利

16、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。钻床夹具钻床夹具 学会按给定三个或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。 学习要点学习要点 3.3 平面四杆机构的设计3.3 平面四杆机构的设计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相对位置。平面四杆机构设计的方法 图解法、实验法和解析法。本节介绍图解法。3.3.1 按给定的连杆位置设计平面四杆机构 1.1.按给定的连杆三个位置设计平面四杆机构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

17、连杆的长度及三个预定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。位置，要求确定四杆机构的其余构件尺寸。 两连架杆与机架组成转动副的中心A、D，分别在BmBn和CmCn的中垂线上 分析分析 问题的关键是确定两连架杆与机架组成转动副的中心A、D。按给定的连杆三个位置设计四杆机构按给定的连杆三个位置设计四杆机构 1.1.按给定的连杆三个位置设计平面四杆机构按给定的连杆三个位置设计平面四杆机构 3.3.1 按给定的连杆位置设计平面四杆机构 2.2.按给定的连杆二个位置设计平面四杆机构按给定的连杆二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二个预定已知铰链四杆机构中连杆的长度及二个预定位置，要求确