铰链四杆机构的基本性质
铰链四杆机构的基本性质
（ A ）2.图示曲柄摇
杆机构，该机 构的行程速比 系数k为多少？
A）k=1 B）k>1 C）k=0 D）k<1
三、计算
如图所示，θ=30°，该机构的急回特性
系数k为多少？
空回行程
解： k= 180º+θ
180º-θ
工作行程 C
C1
C2
a≤b a≤c a≤d
C C2
ψ D
分析：
a+d≤b+c
a≤b
C1
a+c≤b+d
a≤c
a+b≤c+d
a≤d
θ
？最短杆为何杆 AB 。 B
B2
ω
φ1 A
？AB杆为何构件 连架杆 。
φ2
？四根杆长度之间有何大小关系。
C C2
ψ D
2、结论
（1）曲柄存在的条件
①连架杆与机架中必有一个是最短杆；
②最短杆与最长杆长度之和必小于 或等于其余两杆长度之和。
一铰链四杆机构中曲柄存在的条件及其判断方法二急回特性lminlmaxl1l2最短杆为连架杆曲柄摇杆机构最短杆为机架双曲柄机构最短杆为连杆双摇杆机构双摇杆机构yesnok180?180??作业
铰链四杆机构的基本性质
想一想
铰链四杆机构有哪三种类型?
曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构
右图为何机构？
一、曲柄存在的条件
作业：
如图铰链四杆机构中，
C 120
以不同的杆件作机架，
D
得到何种类型？ 150 130
以AB杆为机架，得双曲柄机构 。
铰链四杆机构的基本性质(急回特性)
急回特性还可以改善机构的受力 状况，减小机构在空回行程中的 冲击和振动，提高机构的稳定性
和可靠性。
对未来研究的展望
01
虽然铰链四杆机构的急回特性已经得到了广泛的研究和应用，但仍有许多问题 需要进一步探讨。
02
如何优化机构的急回特性，提高机构的工作效率和稳定性，是未来研究的一个 重要方向。
03
降低噪音和振动
通过合理设计，利用急回特性可以降低机械运动过程中的噪音和振 动。
提高机械效率
合理利用急回特性可以提高机械效率，减少能量损失。
在其他领域的应用
机器人学
在机器人学中，急回特性也被广泛应用，以提高 机器人的运动效率。
车辆工程
在车辆工程中，利用急回特性可以提高车辆的动 力性能和燃油经济性。
航空航天
回特性的程度。
急回特性的产生与机构的杆长、曲柄长 度、连杆长度以及转动副半径等因素有 关，这些因素的综合作用决定了机构急
回特性的表现。
PART 02
铰链四杆机构的基本性质
REPORTING
WENKU DESIGN
曲柄摇杆机构
定义
01
曲柄摇杆机构是一种具有一个曲柄和一个摇杆的铰链四杆机构。
运动特性
在航空航天领域，急回特性也被广泛应用于各种 飞行器的设计和优化中。
PART 05
结论
REPORTING
WENKU DESIGN
总结急回特性的重要性
急回特性是铰链四杆机构的一个 重要特性，它对于机构的工作性
能和运动特性具有重要影响。
急回特性的存在可以缩短空回行 程时间，提高机构的工作效率， 对于需要快速响应的机械系统尤
曲柄作主动件
曲柄作为主动件时，机构具有急回特 性。
铰链四杆机构基本形式和特性
3.４ 铰链四杆机构类型判别
３、案例分析
如图所示的铰链四杆机构ABCD中，已知各杆的长度 分别为：a=30，b=50，c=40，d=45。试确定该机构分别以
AD、AB、CD和BC为机架时，属于何种机构？（板书）
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3.４ 铰链四杆机构类型判别
案例分析
3.1 铰链四杆机构的类型
平面铰链四杆机构：构件间均用用转动副相连的平面四 杆机构。如：脚踏式脱粒机
脚踏式脱粒机
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3.1 铰链四杆机构的类型
二、铰链四杆机构组成
（1）机架：机构中固定不动的构件。 （2）连架杆：与机架连接的构架。
曲柄：若能绕机架作整周转动的连架杆则称为曲柄。 摇杆：只能绕着机架在一定范围内摆动的连架杆。 （3）连杆：不直接与机架相连的构件。
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3.2 平面四杆机构的特性-死点特性
(1)死点的概念
曲柄摇杆机构中，当摇杆为主动件时，当连杆与从动曲
柄共线时，机构的传动角γ＝0°，此时主动件CD 通过连杆 作用于从动曲柄AB上的力恰好通过其回转中心，所以出现了 不能使构件AB转动的顶死现象，机构的这种位置称为死点位
置或死点。
缝纫机的脚踏机构
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3.2 平面四杆机构的特性-死点特性
(3)克服死点的方法
（1）增大从动件的质量，利用惯性度过死点位置。 （2）在从动曲柄上施加外力或安装飞轮以增加惯性。 （3）采用相同的机构错位排列。
缝纫机的脚踏机构
火车车轮联动装置
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3.3 铰链四杆机构曲柄存在条件
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连杆机构-4.铰链四杆机构
9.3平面四杆机构的设计
设计类型 ：
1.实现给定的运动规律：给定行程速 比系数以实现预期的急回特性、实现 连杆的几组给定位置等。 2.实现给定的运动轨迹：要求连杆上 某点沿着给定轨迹运动等。
设计目标 ：
根据给定的运动条件，选定机构的类 型，确定机构中各构件的尺寸参数。
设计方法 ：图解法、实验法和解析法等。
9.2 铰链四杆机构的基本性质
1.急回特性 :
—摇杆的摆角， —极位夹角。
为描述从动摇杆的急 回特性，在此引入行
K = 180 +
程速比系数 K，即：
180 -
K值的大小反映了急回运动特性的显著程度。K值的大
小取决于极位夹角 ，角越大，K值越大，急回运动 特性越明显；反之，则愈不明显。当时 0 ，K=1 ，
2.按给定的行程速比系数设计四杆机构
设计具有
急回特性
的四杆机
构，关键
是要抓住
机构处于
极限位置
时的几何
关系，必
要时还应
考虑其他
辅助条件。
例：已知摇杆长度L=100，摆角 =50 和行程速比
系数k=1.4，试设计曲柄摇杆机构。
解：由给定的行程速比系 数求出极位夹角 :
180 K1
K1
=
30
C1
Fn Fsin Ft Fcos
压力角愈小，机构的传力效果愈好。所以， 衡量机构传力性能，可用压力角作为标志。
Fn
F
Ft vC
在连杆机构中，为度 量方便，常用压力角 的余角即连杆与从动 件间所夹的锐角(传 动角)检验机构的传 力性能。
传动角愈大，机构的传力性能愈好，反之则不利于机构 中力的传递。机构运转过程中，传动角是变化的，机构 出现最小传动角的位置正好是传力效果最差的位置，也 是检验其传力性能的关键位置。
铰链四杆机构的基本性质(教案)
铰链四杆机构的基本性质教案授课日期课时1学时授课班级2011综高（3）任课教师朱根东课题§ 7—3 铰链四杆机构的基本性质教学目的掌握铰链四杆机构的基本性质重点难点铰链四杆机构三种基本类型的判别方法课的类型新课教具四杆机构模型、挂图、课件教学方法启发式讲解、演示教学环节教学内容调控与活动组织教学观察出席情况，做好课前准备复习提问1、什么是平面连杆机构？2、什么是铰链四杆机构？3、铰链四杆机构的基本类型及定义？学生回答、重点部分重述、实物演示（10分钟）导入新内容四杆机构为什么会有那样三种基本类型？通过学习下一节，四杆机构的基本性质便可得知启发提问讲述新课重述结论§7—3 铰链四杆机构的基本性质一、曲柄存在的条件强调曲柄能作整周圆周运动的重要性（在实际生产中用电机带动）a+b≤b+c由三角形任意两边和大于第三边推导出a+c≤b+da+b≤c+d整理上式得：a≤b a≤c a≤d由此得：（△）※铰链四杆机构中曲柄存在的条件：（△）（1）、连架杆与机架中必有一个是最短杆；（△）（2）、最短杆与最长杆长度之和必小于或等于其余两杆长度之和。
强调：上述两条件必同时满足，否则铰链四杆机构中无曲柄存在。
（△）※根据曲柄存在条件，推出重要结论。
（△）铰链四杆机构三种基本类型的判别方法：（△）⑴若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和则：（△）①取最短杆为连架杆时，构成曲柄摇杆机构；（35分钟）课件或挂图展示通过诱导启发得出结论四杆机构实物演示语气强调此结论（△）②取最短杆为机架时，构成双曲柄机构；（△）③取最短杆为连杆时，构成双摇杆机构。
（△）⑵若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则无曲柄存在，只能构成双摇杆机构。
（△）二、急回特性（△）1、急回特性的推出：由挂图讲解摆过两个极限位置时曲柄转过的角度之差；曲柄由AB2转过角度φ1摇杆由C1D摆到C2D（两极限位置）摆过的角度ψ，设C的平均速度为V1所需要时间为t1；曲柄由AB2回到AB1转过角度φ2摇杆CD自C2D回到C1D，角度仍为ψ设C 的平均速度为V2，所需要的时间为t2，由图不难看出φ1＞φ2, t1＞t2即得V2＞V1，实际应用V1为工作行程，V2为空程。
“铰链四杆机构的基本性质”之教学探讨
“铰链四杆机构的基本性质”之教学探讨作者：李铭来源：《科学与财富》2017年第23期传统的教学方法是就书本而书本，因枯燥无味，使学生产生了厌学情绪。
针对这种情况，本人在担任《机械设计基础》课程教学工作多年的时间里，不断总结，发现了一些好的教学办法，取得了良好的课堂效果，非常受学生们的欢迎。
现简单介绍一下《机械设计基础》课程中的“铰链四杆机构的基本性质”一节新的教学方法。
一、教材分析1、地位作用本节课是《机械设计基础》课程的重要知识点，是“平面四连杆机构”的核心，也是对铰链四连杆机构的进一步理解和认识。
这些基本机构是四杆机构设计和分析的基础，将越来越多的被应用于自动化操作及工程运输机械中，也会为学生在今后工作中的创新发展打下良好的基础。
2、教学目标知识目标：1）掌握并运用曲柄存在的条件，判断铰链四连杆机构的类型；2）掌握急回特性，行程速比系数的含义；3）掌握死点产生的条件及应用。
能力目标：1）培养学生观察、分析及综合归纳能力；2）培养学生主动探索、协作学习的能力。
思想目标：培养学生对学习活动的情感偏好，主动参与的意识和科学、严谨、细致的工作作风，使学生树立辩证唯物主义的世界观和方法论。
3、重点难点由曲柄是否存在条件来判断出机构的类型是本节课的重点。
急回特性原理分析、行程速比系数的影响因素，都要求学生有严谨细致的抽象思维能力，是本节课的难点。
4、教材处理本着突出重点和突破难点的原则，我对教材做了如下处理：（1）通过平面四连杆机构教具直观演示与生产实践相结合的方法，引导学生循序渐进、步步深入。
通过观察、分析、归纳、总结，得到曲柄存在的条件、急回特性和死点产生的原因。
（2）为使急回特性产生的条件简单易懂，我还补充讲了急回特性系数这一概念。
二、教法设计主要采用直观演示和启发式教学方法，通过生产实例—创新问题情境—提出问题—探究验证—归纳总结—实践应用等环节，使学生顺利地掌握上述重点，消化难点并用“引导——激励”方式引导学生发现问题，激励学生解决问题。
铰链四杆机构说课稿
《铰链四杆机构的基本性质》说课稿冯殿红40岁，教龄20年，新安县职业高中机械专业课教师。
我的教学体会是：教师首先应唱好课堂教学这出重头戏，通过直观、启发、演示、电教等手段充分吸引、调动学生的求知欲，“抓住了学生，也就抓住了课堂”；教师应在生活上关心、体贴学生，做他们的良师益友。
一、说教材教材地位及作用：本节课选自全国技工学校机械类通用教材《机械基础》中的第五章第二节。
《机械基础》是机械专业的一门技术基础课，同时也是一门能直接用于指导生产的课程。
在整个教学计划中处于承上启下的地位。
铰链四杆机构不仅本身应用广泛，而且是平面四杆机构、多杆机构的基础，同时为以后如凸轮等机构的学习打下必要的基础，其教学成败直接关系到能否达到教学大纲所规定的培养目标。
本节课在学习了铰链四杆机构的基本类型及应用后，再进一步探索其基本性质即曲柄存在条件、急回特性及行程速比系数K、死点位置，为掌握其他形式的铰链机构打基础，为学习专业知识和今后利用机械原理进行技术革新提供理论指导。
（二）教学目标：根据本节课的内容、教学大纲的要求，参照学生现有知识水平和理解能力，确定本节课的教学目标为：1）知识目标：掌握和理解铰链四杆机构的曲柄存在条件；理解急回特性的概念、行程速比系数K的含义及死点问题的处理。
2）能力目标：培养学生的分析、观察、理解、思维和运用等能力。
3）情感目标：培养学生学习兴趣，养成爱动脑、勤思考的好习惯，培养学生正确的思维方法和学习方法，增加他们做一名有知识有能力的现代技术工人的信心。
（三）教学重点与难点：教学重点是曲柄的存在条件，因为只有准确把握了曲柄的存在条件，才能真正理解四杆机构的基本形式及其转化，理解通过改变某些构件的形状、相对长度或选择不同的构件作为机架得到的一些其他演化形式的机构，为今后对机械机构进行维护、技术创新等打下良好基础；次重点是急回特性，它用行程速比系数K表示，K对于设计、改造机构，提高机构的工作效率起着十分重要的作用；教学难点是急回特性，K与极位夹角θ有关，并且与铰链四杆机构的第三个基本性质死点位置也有关系，要运用物理中运动学、工程力学中力学性质等对这些问题进行分析和处理，对职业学校的学生来说确有一定的难度。
机械设计基础--简答题
机械设计基础—简答题汇总一、铰链四杆机构的基本类型与传动特性；类型：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。
基本特性：若最短杆与最长杆长度之和大于另外两杆之和，无论以哪一个构件为机架，均不存在曲柄，之能是双摇杆机构。
存在曲柄的条件：若最短杆与最长杆长度之和小于另外两杆之和，是否存在曲柄取决于以哪一个构件作为机架：①以最短杆邻边作为机架，构成曲柄摇杆机构；②以最短杆作为机架，构成双曲柄机构；③以最短杆对边作为机架，构成双摇杆机构；④平行四边形机构作为特例，以任何一边作为机架，均构成双曲柄机构。
二、铰链四杆机构的基本特性①急回特性：机构的空回行程速度大于工作行程速度的特性。
②压力角及传动角：从动件受到驱动力的方向与受力点速度方向所夹的锐角；压力角的余角为传动角。
压力角越小，有效分力越大，传动性能越好；通常以传动角衡量机构的传力性能，传动角越大，传力性能越好。
③死点位置：压力角等于90°，不产生驱动力矩推动曲柄传动，使整个机构处于静止状态。
三、凸轮机构的类型、特点、运动规律及应用；类型：①形状分类：盘行凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮；②从动件形式分类：尖顶从动件、滚子从动件、平底从动件③从动件运动方式分类：移动从动件、摆动从动件④从动件与凸轮保持接触的方式分类：力锁定凸轮机构、几何锁定凸轮机构优点：只要选择合适的凸轮轮廓曲线，就可以获得预期的运动规律，而且凸轮机构结构简单紧凑。
缺点：凸轮轮廓形状复杂，加工比较困难；凸轮轮廓与从动件之间通过点或线接触，易于磨损。
运动规律：①等速运动：产生刚性冲击，适用于低速、轻载、从动件质量较小的场合；②等变速运动：产生柔性冲击，适用于中速、轻载的场合；③余弦加速运动：产生柔性冲击，适用于中速、中载的场合；④正弦加速运动：不产生冲击，适用于高速、轻载的场合。
四、凸轮机构的压力角和基圆半径的关系；cos a =R基圆/R向径五、凸轮轮廓的设计原理和方法；设计方法：①反转法；②图解法；③解析法加工方法：①铣、锉削加工；②数控加工六、间歇运动机构的种类①棘轮机构；②槽轮机构（柔性冲击）；③不完全齿轮机构（刚性冲击）；④凸轮式间歇运动机构（圆柱凸轮、蜗杆凸轮）。
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解：由所给条件知：最短杆为AB=45mm、最长杆为 AD=100mm
∵ AB + AD < BC + CD 即 45 + 100 < 90 + 70
∴该机构满足曲柄存在的杆长条件
又∵ 最短杆AB同时作为机架
∴该机构中有曲柄存在
该机构以BC杆或AD杆作机架时，
K
V2 V1
C1C2 t2 C1C2 t1
t1 t2
180 180
称K为行程速比系数。 只要θ≠0 ,就有K＞1
§7-3 铰链四杆机构的基本性质
说明：
（1）机构有极位夹角，就有急回特性； （2）θ越大，K值越大，急回性就越显著； （3）θ=0、K=1时，无急回特性。
急回特性的作用：可以缩短非生产时间，提高生产率。
为曲柄摇杆机构；
以AB杆作机架时，为双曲柄机构； 以CD杆作机架时，为双摇杆机构。
回特性
极位夹角：曲柄与连杆共线时，摇杆在C1D、C2D两极限 位置 ，此两处曲柄对应两位置所夹的锐角，用θ表示。
C2
Bθ
AA
B1
B2
C C1 DD
§7-3 铰链四杆机构的基本性质
复习回顾
4. 分别判断以下铰链四杆机构的类型。
复习回顾
5. 分别判断以下铰链四杆机构的类型。
双摇杆机构
曲柄摇杆机构
双摇杆机构
双曲柄机构
学习目标
01 掌握铰链四杆机构基本形式的判别条件。 02 熟练判定铰链四杆机构的类型。 03 了解铰链四杆机构的基本运动特性。
§7-3 铰链四杆机构的基本性质
A、曲柄摇杆机构 B、双曲柄机构 C、双摇杆机构
§7-3 铰链四杆机构的基本性质
4.判断图示四杆机构 是什么机构？
A、曲柄摇杆机构 B、双曲柄机构 C、双摇杆机构
§7-3 铰链四杆机构的基本性质
5. 图示铰链四杆机构，各杆尺寸分别是：AB=45mm，BC=90mm， CD=70mm，AD=100mm。若取AB为机架，试确定该机构中是否有曲柄
所花时间为t2 ,平均速度为V2 ,那么有：
t2(180)/
V2 C1C2 t2 C 1C 2 /1 ( 8 0)
因曲柄转角不同，故摇杆来回 180°＋θω
θ
C2
C1
摆动的时间不一样，平均速度 也不等。
A
B1
D
并且：t1 ＞t2
V2 ＞ V1
B2 180°-θ
摇杆的这种特性称为急回运动。
用以下比值表示急回程度：
均为双摇杆机构。
§7-3 铰链四杆机构的基本性质
1.判断图示四杆机构 是什么机构？
A、曲柄摇杆机构 B、双曲柄机构 C、双摇杆机构
§7-3 铰链四杆机构的基本性质
2.判断图示四杆机构 是什么机构？
A、曲柄摇杆机构 B、双曲柄机构 C、双摇杆机构
§7-3 铰链四杆机构的基本性质
3.判断图示四杆机构 是什么机构？
曲柄摇杆机构中，若以摇杆 为原动件，当连杆与从动件 （曲柄）两次发生共线时，
此时机构的传动角γ=0，压 力角α=900，即连杆对从动
一、平面四杆机构有曲柄的条件
设a＜d ,连架杆若能整周回转，必有两次与机架共线
则由△B’C’D可得：三角形任意两边之和大于第三边
a+d≤b+c 则由△B”C”D可得：
b≤(d-a)+c 即: a+b≤d+c
c≤(d-a)+ b 即: a+c≤d+b
最长杆与最短杆 的长度之和≤其 他两杆长度之和
将以上三式两两相加得： a≤b, a≤c, a≤d AB（即a）为最短杆
铰链四杆机构的基本性质
复习回顾
1.铰链四杆机构的有哪些基本类型？ 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构
2.铰链四杆机构的各构件的名称分别是什么？
构件4 （连杆）
构件2 （连架杆1）
构件1（机架）
构件3 （连架杆2）
复习回顾
3.请将正确的答案填入以下横线上。
① 与机架相连并且作整周转动的构件是 曲柄 ② 不与机架相连作平面运动的构件是 连杆 ③ 与机架相连并且作往复摆动的构件是 摇杆 ④ 固定不动的构件是 机架 ⑤ 与机架相连的构件是连架杆
图示曲柄摇杆机构中
C2
θ 180°＋θωB
AA
B1
B2
C C1 DD
当曲柄以ω逆时针转过180°+θ时，摇杆从C1D位置摆到C2D。
所花时间为t1 ，平均速度为V1，那么有：
t1(180)/
V1 C1C2 t1 C 1C 2/1 ( 8 0 )
§7-3 铰链四杆机构的基本性质
当曲柄以ω继续转过180°-θ时，摇杆从C2D，置摆到C1D，
§7-3 铰链四杆机构的基本性质
2、双曲柄机构的条件：机架为最短杆
§7-3 铰链四杆机构的基本性质
3、双摇杆机构的条件：连杆为最短杆
当最长杆与最短
杆长度之和大于其余
两杆长度之和时，无 论取哪一杆件为机架， 机构均为双摇杆机构。
§7-3 铰链四杆机构的基本性质
1、若最短杆与最长杆的长度之和小于或 等于其他两杆长度之和，则可能有以下三 种情况： 取最短杆的邻杆作机架——曲柄摇杆机构 取最短杆作机架——双曲柄机构 取最短杆的对面杆作机架——双摇杆机构 2、若最短杆与最长杆的长度之和大于其 他两杆长度之和，不论以哪一杆为机架，
若取BC为机架，则结论相同，可知铰链B也是周转副。
C
Bb
c
Aa
D
d
可知：当满足杆长条件 时，其最短杆参与构成 的转动副都是周转副。
§7-3 铰链四杆机构的基本性质
铰链四杆机构三种基本类型的判别方法
当满足杆长条件时，说明存在周转副，当选择不 同的构件作为机架时，可得不同的机构。
1、曲柄摇杆机构的条件：连架杆之一为最短杆
b C’ c b
C”
c
若设a＞d ，同理有： d≤a, d≤b, d≤c
B’
A
a
B” d d-a
D
AD（即a或d）为最短杆
a、d中必有一个是机架
§7-3 铰链四杆机构的基本性质
曲柄存在的条件
1.最短杆与最长杆的长度之和≤其他两杆长度之和
称为杆长条件。
2.连架杆或机架之一为最短杆。 此时，铰链A为周转副。
应用：空行程节省运动时间，如牛头刨、往复式输送机等。
所以可通过分析机构中是否 存在θ以及θ的大小来判断 机构是否有急回运动或运动 的程度。
§7-3 铰链四杆机构的基本性质
三、死点位置
摇杆处于左极 限 位 置 C1D 时 , 连 杆 与从动件(曲柄)的共 线位置C1A B1。
摇杆处于右极限位置 C2D时,连杆与从动件(曲柄) 的共线位置C2B2A。