第三章 平面连杆机构.
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第三章平面连杆机构——平面机构的运动简图
实例
例1 卡车翻斗卸料机构示意图
1. 确定机构组成: 2. 车体1-机架 3. 活塞杆3-原
动件 4. 翻斗2、液压
缸体4为从动件
2.运动副类型: 3和4——移动副 3和2——转动副 4和1——转动副 2和1 ——转动副
3.机构草图绘制 测量各运动副 相对位置实际尺寸。 本图中,测量Lab,Lbc 以及BC连线与水平线 的夹角。
▪ 作业：2-4
例如：1、轴与轴承间构成运动副，轴的外圆柱面与轴承 内孔为运动副元素。
2、凸轮与尖顶间构成运动副，凸轮与尖顶接触部 分为运动副元素。
二、 运动副分类 （一）平面运动副
按两构件接触特性，常分为低副、高副两大类。
1、低副：两构件以面接触而形成的运动副。按运动特性可分 为转动副和移动副。
(1) 转动副：只能在一个平面内做相对转动, 也称铰链。 两构件中如有一个构件固定不动, 则称为固定铰链； 二者均能转动， 则称为活动铰链。
活塞2 顶杆8 连杆5
曲轴6
5）用简单线条和规定符号 表示出各构件和运动副， 画出机构运动简图。
齿轮10
排气阀4 气缸体1
凸轮7
习题
画出图示平面机构的运动简图
▪ 课后要求
1、明确绘制机构运动简图的目的
机构运动简图与真实机构具有完全相同的运动特性，主 要用于简明地表达机构的传动原理.
2、熟练掌握好运动副的基本知识
(a)固定铰链
(b)活动铰链
(2) 移动副：只允许两构件作相对移动。
移动副
转动副
转动副、移动副实例
2、高副 两构件以点或线接触而构成的运动副。
凸轮副
齿轮副
（二）空间运动副
若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空 间运动副。如：球面副、螺旋副。
例1 卡车翻斗卸料机构示意图
1. 确定机构组成: 2. 车体1-机架 3. 活塞杆3-原
动件 4. 翻斗2、液压
缸体4为从动件
2.运动副类型: 3和4——移动副 3和2——转动副 4和1——转动副 2和1 ——转动副
3.机构草图绘制 测量各运动副 相对位置实际尺寸。 本图中,测量Lab,Lbc 以及BC连线与水平线 的夹角。
▪ 作业：2-4
例如：1、轴与轴承间构成运动副，轴的外圆柱面与轴承 内孔为运动副元素。
2、凸轮与尖顶间构成运动副，凸轮与尖顶接触部 分为运动副元素。
二、 运动副分类 （一）平面运动副
按两构件接触特性，常分为低副、高副两大类。
1、低副：两构件以面接触而形成的运动副。按运动特性可分 为转动副和移动副。
(1) 转动副：只能在一个平面内做相对转动, 也称铰链。 两构件中如有一个构件固定不动, 则称为固定铰链； 二者均能转动， 则称为活动铰链。
活塞2 顶杆8 连杆5
曲轴6
5）用简单线条和规定符号 表示出各构件和运动副， 画出机构运动简图。
齿轮10
排气阀4 气缸体1
凸轮7
习题
画出图示平面机构的运动简图
▪ 课后要求
1、明确绘制机构运动简图的目的
机构运动简图与真实机构具有完全相同的运动特性，主 要用于简明地表达机构的传动原理.
2、熟练掌握好运动副的基本知识
(a)固定铰链
(b)活动铰链
(2) 移动副：只允许两构件作相对移动。
移动副
转动副
转动副、移动副实例
2、高副 两构件以点或线接触而构成的运动副。
凸轮副
齿轮副
（二）空间运动副
若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空 间运动副。如：球面副、螺旋副。
第三章 平面连杆机构
续转动时，从动曲柄也作连续转动。
正平行四杆机构和反平行四杆机构
为了防止正平行四边形 机构转化为反平行四边形机
构，可采用飞轮
利用惯性防止反
转。或者用特殊 的防反转机构！
3、双摇杆机构
在铰链四杆机构中，若两连架杆均为摇杆，则称 为双摇杆机构 。
二、 平面四杆机构的演化
四杆机构可以演化成其他不同形式的机构。 1 、 曲柄滑块机构 当摇杆变得无穷长时，C点的轨迹就成为直线，此 时可演化为曲柄滑块机构。 1、对心曲柄滑块机构 无急回特性 2、偏心曲柄滑块机构 有急回特性 3、主要用途：汽缸，冲床，搓丝机，送料机等。
在 BCD中：BD2 = l22 + l32 – 2l2 l3 cos
联立：cos =（l22 + l32 – l12 – l42 + 2l1l4 cos ）/ 2l2 l3
当cos = +1 或 -1 时， cosδ 有最小或最大值 故当 = 0º时， cos 值最大， 有最小值：即γmin
1 2 3 1 2 3 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3
2、给定四个以上对应位置 已知：l1，α1 ，ψ1，α2 ，ψ2 ， α3 ，ψ3 ，……..
结果不确定，对应位置过多， 6个以上，造成过定位，有可能 没解！只能用几何实验法！ 首先定下A点的位 置，画好第一个图 然后以任意一个长 度l2,分别以5个 B点画5条圆线 D点同理，画在 透明纸上
A α3
B’2
d
D φ3
B’3
2、给定三个对应位置（解析法）
四杆在X、Y轴上投影：
acos+bcos=d+ccosψ asin+bsin=csinψ 以上2式两边同除以a，
第三章 平面连杆机构
第三章平面连杆机构平面连杆机构是由若干构件和低副组成的平面机构，又称平面低副机构。
这种机构可以实现预期的运动规律及位置、轨迹等要求。
平面连杆机构用于各种机械中，常与机器的工作部分相连，起执行和控制的作用，在工程实际中应用十分广泛。
平面连杆机构的主要优点有：1、低副为面接触，所以压强小，易润滑，磨损少，可以承受较大的载荷。
2、构件结构简单，便于加工，构件之间的接触是由构件本身的几何约束来保持的，故工作可靠。
3、在原动件等速连续运动的条件下，当各构件的相对长度不同时，可使从动件实现多种形式的运动，满足多种运动规律的要求。
其主要的缺点有：1、运动副中存在间隙，当构件数目较多时，从动件的运动累计误差较大。
2、不容易精确地实现复杂的运动规律，机构设计相对复杂。
3、连杆机构运动时产生的惯性力难以平衡，所以不适用于高速场合。
平面连杆机构是常用的低副机构，其中以由四个构件组成的平面四杆机构应用最广泛，而且是组成多杆机构的基础。
因此本章着重讨论平面四杆机构的基本形式及在实际中的应用，理解四杆机构的运动特性及设计平面四杆机构的基本设计方法。
3.1 平面连杆机构及其应用连杆机构有平面连杆机构和空间连杆机构。
其中，若各运动构件均在相互平行的平面内运动，则称为平面连杆机构。
若各运动构件不都在相互平行的平面内运动，则称为空间连杆机构。
平面连杆机构较空间连杆机构应用更为广泛，在平面连杆机构中，结构最简单的且应用最广泛的是由四个构件所组成的平面四杆机构，其它多杆机构可看成在此基础上依次增加杆件而组成。
故本章着重介绍平面四杆连杆机构。
3.1.1铰链四杆机构的类型所有运动副均为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构。
它是平面四杆机构的基本形式。
如图3-1所示。
图中固定不动的构件AD是机架；与机架相连的构件AB、CD称为连架杆；不与机架直接相连的构件BC称为连杆。
连架杆中，能作整周回转的构件称为曲柄，只能作往复摆动的构件称为摇杆。
图3-1 铰链四杆机构根据两连架杆中曲柄(或摇杆)的数目，铰链四杆机构可分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本形式。
机械原理 第三章 平面连杆机构及其设计
2
二、连杆机构的特点 优点：
• 承受载荷大，便于润滑
• 制造方便，易获得较高的精度 • 两构件之间的接触靠几何封闭实现 • 实现多种运动规律和轨迹要求
y B a A Φ b β c ψ ψ0 C B φ A D M3
3
连杆曲线
M
M1
M2
连杆
φ0
d
D
x
缺点：
• 不易精确实现各种运动规律和轨迹要求；
27
55
20
40
70
80 (b)
例2：若要求该机构为曲 柄摇杆机构，问AB杆尺寸 应为多少？
解：1.设AB为最短杆
即 LAB+110≤60+70 2.设AB为最长杆 即 LAB+60≤110+70 3.设AB为中间杆 即 110+60≤LAB+70 100≤LAB LAB≤120 A
70
C
60
B
110
FB
D
36
2、最小传动角出现的位置
C b
F VC
B
c
A
d
D
当 为锐角时，传动角 = 当为钝角时，传动角 = 180º - 在三角形ABD中：BD² =a² +d² -2adcos 在三角形BCD中：BD² =b² +c² -2bccos (1) (2)
37
由（1）=（2）得：
b2 c 2 a 2 d 2 2ad cos cos 2bc
1）当 = 0º 时，即曲柄与机架重叠共线，cos =+1， 取最小值。
min
b c (d a ) arccos 2bc
第三章 平面连杆机构
杆 机 构
当BC杆和CD杆出现共 线位置，即BC杆和CD 杆的夹角为180º 和0º 的 位置，此时AB无法继 续转动, 不存在曲柄。
F1
第 三 章 平 面 连 杆 机 构
若AB要成为曲柄，则 必须保证： ( BCD) max 180 ( BCD ) 0 和 min
BC和CD夹角的最大最 小位置出现在AB和AD 共线处 FL2
第 三 章 平 面 连 杆 机 构
条件确定A、D位置。 设计过程（动画）
第 三 章 平 面 连 杆 机 构
（三）按给定连架杆对应位置设计四杆机构 已知:曲柄AB及其三个位置，机架AD的长 度，构件CD上某直线DE的三个位置。
分析
第 三 章 平 面 连 杆 机 构
本设计的实质是求活动铰链C的第一个位 置 C 1。 可通过连架杆AB对CD的相对运动来确 定铰链C的位置，即,将连架杆CD上某直线 DE的第一个位置DE1当作机架不动，连架 杆AB看作连杆,采用反转法实现AB对CD的 相对运动。 反转法例子1 反转法例2：动画
第 三 章 平 面 连 杆 机 构
低副高代：去掉一个构件，将移动副和转动副用高 副代替
正弦机构 摆杆一端为球面
正切机构 推杆一端为球面
正弦机构的传动特性
第 三 章 平 面 连 杆 机 构
s a(sin sin 0 )
是非线性机构 正切机构的传动特性
d 1 i ds a cos
第 三 章 平 面 连 杆 机 构
（二）按给定连杆的两个或三个位置设计四 杆机构 已知：连杆BC的三个位置 设计的实质是确定固定铰链A、D的位置 B1、B2 、B3所在圆的圆心即为铰链A位置。 C1、C2 、 C3 所在圆的圆心即为铰链D的位 置。
当BC杆和CD杆出现共 线位置，即BC杆和CD 杆的夹角为180º 和0º 的 位置，此时AB无法继 续转动, 不存在曲柄。
F1
第 三 章 平 面 连 杆 机 构
若AB要成为曲柄，则 必须保证： ( BCD) max 180 ( BCD ) 0 和 min
BC和CD夹角的最大最 小位置出现在AB和AD 共线处 FL2
第 三 章 平 面 连 杆 机 构
条件确定A、D位置。 设计过程（动画）
第 三 章 平 面 连 杆 机 构
（三）按给定连架杆对应位置设计四杆机构 已知:曲柄AB及其三个位置，机架AD的长 度，构件CD上某直线DE的三个位置。
分析
第 三 章 平 面 连 杆 机 构
本设计的实质是求活动铰链C的第一个位 置 C 1。 可通过连架杆AB对CD的相对运动来确 定铰链C的位置，即,将连架杆CD上某直线 DE的第一个位置DE1当作机架不动，连架 杆AB看作连杆,采用反转法实现AB对CD的 相对运动。 反转法例子1 反转法例2：动画
第 三 章 平 面 连 杆 机 构
低副高代：去掉一个构件，将移动副和转动副用高 副代替
正弦机构 摆杆一端为球面
正切机构 推杆一端为球面
正弦机构的传动特性
第 三 章 平 面 连 杆 机 构
s a(sin sin 0 )
是非线性机构 正切机构的传动特性
d 1 i ds a cos
第 三 章 平 面 连 杆 机 构
（二）按给定连杆的两个或三个位置设计四 杆机构 已知：连杆BC的三个位置 设计的实质是确定固定铰链A、D的位置 B1、B2 、B3所在圆的圆心即为铰链A位置。 C1、C2 、 C3 所在圆的圆心即为铰链D的位 置。
机械原理第三章
1 . (角)位移分析
写成复向量形式：
l1 l2 l4 l3
l1 cos 1 l2 cos 2 l3 cos 3 l4 0 l1 sin 1 l2 sin 2 l3 sin 3 0
A A2 B 2 C 2 ) 消去2后得： 3 2arctg ( B C
第四节
平面连杆机构的运动分析
l2 C
l3 3 D 4 l4 3 x
二、用解析法对平面连杆机构进行运动分析
（一）铰链四杆机构 已知：各杆长 l , l , l
求：
2 , 3 , 2 , 3 , 2 , 3 .
1
2
3
, l4及 ,
1
y 1 A
i 3
1
2 B l1 1 1
2
图 图 图 图
• 机构具有运动的连续性：当主动件连续运 动时，从动件也能连续地占据预定的各个 位置。 图
二、平面四杆机构的传力特性 1、压力角和传动角 图 压力角a：从动件所受的力与力作用点的速度方向 之间所夹的锐角。 传动角 g：压力角的余角。可以直接从图中量出。 a愈小， g 愈大，对传动愈有利。
g 设计时限制最小传动角： min 40 g min
最小传动角 g min的位置：
（一般） 50 （高速、重载）
（1）曲柄摇杆机构：曲柄与机架共线。
图
1）当主动件与机架重叠共线时
b 2 c 2 (d a) 2 g arccos 2bc
2）当主动件与机架拉直共线时：
b 2 c 2 (d a) 2 g 180 arccos 2bc
一、速度分析的瞬心法及其应用
1、速度瞬心的概念和类型
第三章 平面连杆机构
第三章平面连杆机构3.1概述3.2平面四杆机构的基本型式和应用3.2 平面四杆机构的运动特性3.3 平面四杆机构的设计3.1概述一、基本概念平面四杆机构：由四个构件通过低副连接而成的平面连杆机构称为。
铰链四杆机构：低副均为转动副的平面四杆机构。
3.2平面四杆机构的基本型式和应用一、四杆机构的基本形式下图所示为铰链四杆机构, 其中AD杆为机架, 与机架相连的AB杆和CD杆称为连架杆, 与机架相对的BC杆称为连杆。
其中能作整周回转运动的连架杆称为曲柄；只能在小于360°的范围内摆动的连架杆称为摇2. 双曲柄机构定义：两连架杆均为曲柄的四杆机构平行双曲柄机构：在双曲柄机构中分别相等。
作用：等速转变为变速转动MBB′C′M′ADC例2：鹤式起重机应用：曲柄滑块机构用途很广, A当曲柄等速转动时，摇杆来回摆动的速度不同，返回速度较大。
称为机构的，通常用行程速度变化传动角γ:压力角的余角，γ角更便于观察和测量。
在机构运动过程中，压力角和传动角的大小是随机构位置而变化的，为保证机构的传力性能良好，设计时须限定最小传动角或最大压力角αmax 。
通常取γmin ≥40°～50°。
为此，必须确定γ = γmin 时机构的位置并检验γmin 的值是否小于上述的最小允许值。
对于曲柄滑块机构，当主动件为曲柄时，最小传动角出现在曲柄与机架垂直的位置，如图所示。
导杆机构，由于在任何位置时主动曲柄通过滑块传给从动杆的力的方向，与从动杆受力的速度方向始终一致，所以传动角始终等于90°2．死点定义：传动角为90度。
表现：倒、顺转向不定（图a ）或者从动件卡死不动（图b ）的现象。
曲柄滑块机构中，以滑块为主动件、曲柄为从动件时，死点位置是连杆与曲柄共线位置。
摆动导杆机构中，导杆为主动件、曲柄为从动件时，死点位置是导杆与曲柄垂直的位置。
克服死点方法：利用惯性法使机构渡过死点；当一个机构处于死点位置时，可借助死点。
第三章 平面连杆机构
1 2 , t1 t2 , v2 v1
急回运动的相对程度用行程速比系数来衡量
v2 t1 1 180 K v1 t2 2 180
曲柄滑块机构的急回特性
对心
无急回运动特性
偏心
有急回运动特性
导杆机构的急回特性
摆动导杆机构的极位夹角θ＝ψ（导杆摆角），导杆慢行程摆动方向 总是与曲柄转向相同。
三、 压力角与传动角(衡量传力性能)
压力角α：连杆BC为二力构件，连杆给从动构件的作用力P方向和受力点运动方 向（Vc方向）之间的锐角。——与机构的运转轻便和效率有关的参数。 传动角γ：压力角的余角——衡量机构的传动质量，可从平面连杆机构运动简图 上直接观察大小。（γ＝δ或180°－δ，δ：连杆与从动件之间夹角）
各构件的长度间关系： 在BC D中，a d b c （） 1 在BC D中，当b c时，b c d a a b c d (2) 当c b时，c b d a，c a b d (3) （ ）＋（2）得：a c， 1 （ ）＋（ ）得：a b， 1 3 又 ad
2．扩大转动副尺寸的演化
曲柄滑块机构中，当曲柄尺寸较短时， 因工艺结构和强度等方面的要求，需 将回转副扩大形成偏心圆盘机构。这 种结构尺寸的演化，不影响机构的运 动性质，却可避免在尺寸很小的曲柄 两端装设两个转动副而引起结构设计 上的困难。同时盘状构件在强度方面 优于杆状构件，在一些传递动力较大、 从动件行程很小的场合，广泛采用偏 心盘结构
实例
曲柄摇块机构
卡车翻箱卸料机构
实例
移动导杆机构
手动唧筒
1、曲柄摇杆机构；2、双曲柄机构； 3、曲柄摇杆机构；4、双摇杆机构。
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两连架杆均是摇杆
起重机
车辆转向机构
二、铰链四杆机构类型的判断
铰链四杆机构的类型与机构中是否存在曲柄有关，因此研 究铰链四杆机构的类型首先需研究存在曲柄的条件。
1.铰链四杆机构存在曲柄的条件
可以论证，铰链四杆机构存在曲柄的条件是： （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； （2）连架杆和机架中必有一个是最短杆。
4
2
1
3
4
(b)移动导杆机构
手压抽水机
第二节 平面四杆机构的工作特性
一、急回特性
机构的急回特性：原动件作匀速转动，从动件作往复运动时， 空回行程的速度比工作行程的速度大的特性。 （以曲柄摇杆机构为例，运动演示）
1.极位夹角θ： 对应从动杆的两个极 限位置, 主动件两相应 位置所夹锐角。
2.分析：
加热炉门四杆机构
lAB AB1 l
lCD C1D l
2.按给定连杆三个位置及连杆长度设计平 面四杆机构
扩大至超 过曲柄长 度r
这种结构尺寸的演化并没 有影响机构的运动性质
杆2端部做成与圆盘配合的大 套环，与杆1形成的转动副中 心仍在圆盘几何中心Ｂ处
２
（二）含有一个移动副的平面四杆机构
曲柄滑块机构
含有移动副 的平面四杆 机构 1.曲柄滑块机构 曲柄导杆机构 曲柄摇块机构 移动导杆机构
铰链四杆机构中，扩大转动副，使转动 副变成移动副演化而成。 根据滑块往复移动 对心曲柄滑块机构 的导路中心线是否 通过曲柄转动中心， 曲柄滑块机构可分 偏置曲柄滑块机构 为：
D
曲柄摇杆机构的最小传动角
曲柄滑块机构的最小传动角
3.摆动导杆机构的最小传动角
摆动导杆机构，曲柄为原动件 时，由于在任何位置时主动曲 柄通过滑块传给从动杆的力的 方向，与从动杆上受力点的速 度方向始终一致，所以传动角 始终等于90º ，这说明导杆机 构具有很好的传动性能。 γ =900 C F,v
【观察与思考】
请观察刮雨器是怎样工作的？
汽车刮雨器机构
图示钢料输送机是怎样实现钢料输送的？
钢料输送机
一、平面连杆机构：若干个构件用低副联接而成的平面机构。 二、平面连杆机构的特点
1.优点 （1）构件间为面接触,比压小、易润滑、 磨损轻、寿命长 （2）机构中运动副的元素形状简单、易 于加工制造和保证精度 （3）能够实现多种运动形式的转换、各 种预定的运动规律和复杂的运动轨迹。
两连架杆一为曲柄，一为摇杆
(2)应用实例： （单击图片演示动作）
雷达天线机构 搅拌机
缝纫机等
汽车刮雨器机构
钢料输送机
2.双曲柄机构 (1)特点：能将等角速度转动转变为周 期性的变角速度转动。 (2)应用实例： （单击图片演示动作）
两连架杆均是曲柄
惯性筛机构
(3)双曲柄机构的特例
平行四边形机构：四杆中对边杆 两两相等且相互平行
曲柄滑块机构
B
A
R
C
2.转动副的销钉扩大
为此，将B铰处的小销 钉的半径扩大
滑块的工作行程(左右极限位置的距 离)S=2r,要求S很小时，曲柄长度r也很 小。要在很短的曲柄两端设计两个转 动副，曲柄强度受到限制
这时杆1（销钉）看上去是一 个“圆盘”，它与机架的转 动中心仍在A处，杆1实际上 成了一个偏心轮
摆动导杆机构的最小传动角
三、死点
连杆与从动件共线的位置，即传动角 （即 90）的位置称为死点位置。 机构处于死点位置，从动 件会出现卡死（机构自锁） 或运动方向不确定的现象。
0
措施和应用
１.传动机构：消除死点位置的停顿和运动不确定的现象。 措施： （１）利用惯性：安装质量较大的轮 （２）组合机构
B2
C1
C2
4
3
0 ，无急回特性
θ≠0，有急回特性
2
1
θ≠0，有急回特性
利用四杆机构的急回特性可节省空回行程的时间。如刨床的 刨刀在切削时，为保证切削质量而速度较慢；回刀时刀具不切 削，利用四杆机构的急回特性使速度快些，提高生产效率。
若在设计机构时先给定K值，则 :
K 1 180 K 1
演化方法
2.改变各杆件长度 3.用移动副取代回转副
4.扩大回转副
1.用移动副取代回转副
B B
A
R
C
将摇杆CD作成滑块形式，此 时铰链四杆机构已演化为具有 曲线导轨的曲柄滑块机构
A
C
D
C点的运动轨迹未发生改变
R
当曲柄AB绕轴A回转时，铰 链C将沿圆弧往复运动
将曲线导轨半径增至无穷大， 则铰链C及滑块的运动轨迹将变 为直线，铰链四杆机构将演化 成为曲柄滑块机构
二、压力角与传动角
压力角α：从动件上某点的受 力方向与从动件上该点速度方 向所夹的锐角。 传动角γ:压力角的余角。即 连杆与从动件间所夹的锐角。
运动演示
Fn
F
Ft vC
Fn F sin Ft F cos
有害分力 有效分力
压力角愈小（传动角愈大），有效分力Ｆt 越大，机构的传力 效果愈好。所以，可用压力角、传动角是衡量机构传力性能的标 志。 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。 设计要求：
只有两条件同 时满足时，该 连架杆才成为 曲柄。
2.铰链四杆机构类型的判断
①铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆的长度之和大于其余两 杆长度之和，则不论取何杆为机架时均无曲柄存在，而只能得 双摇杆机构。 ②铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆的长度之和小于或等于 其余两杆长度之和时，则 取最短杆的相邻杆为机架时，得曲柄摇杆机构,演示； 取最短杆为机架时，得双曲柄机构,演示； 取与最短杆相对的杆为机架时，得双摇杆机构,演示。
(1)特点：可以实现转动和往复移动的变换。
(2)应用实例： （单击图片演示动作）
活塞式内燃机
2. 曲柄导杆机构 导杆机构可以视为改变曲柄滑 块机构中的机架演变而成。在图 示的曲柄滑块机构中，如果把杆 件2固定为机架，此时构件1起引 导滑块移动的作用， l2 ，导杆1作整周运动，称 为转动导杆机构 若 l3 l 2 ，导杆1作往复摆动，称为 摆动导杆机构。
1.按给定连杆两个位置及连杆长度设计 平面四杆机构
要求：炉门BC能位于图示关闭（B1C1）和开 启（B2C2）两位置 步骤：
（1）选取适当的长度比例尺，画出连杆BC（炉门）的 两个已知位置B1C1、B2C2。 （2）连接B1B2、C1C2，分别作B1B2、C1C2的中垂线 b12、c12，则A点、D点应分别在b12和c12上，且有无穷 多解。 （3）根据实际情况提出的附加条件来确定A、D两点的 位置 若设计的附加要求为希望A、D两铰链均安装在炉的正 壁面上即图中yy位置,则yy直线分别与b12、c12相交点A 和D即为所求。 （4）按比例尺算出各杆件的真实长度
min
min 40 ~ 50
１.曲柄摇杆机构的最小传动角 曲柄摇杆机构，以曲柄为原动件 时，其最小传动角发生在曲柄与 B 机架两次共线位置之一。
运动中，Δ BCD中， γ 角随ＢＤ边变化而变化
min
C
min
A 2.曲柄滑块机构的最小传动角 曲柄滑块机构，以曲柄为原动件 时，最小传动角出现在曲柄与滑块 导路垂直的位置，且在曲柄位于与 偏距相反方向一侧时的位置 。
铰链四杆机构
平面四杆机构 含有移动副的四杆机构
一、铰链四杆机构的基本形式
铰链四杆机构：所有运动副均为转动副的平面四杆机构 铰链四杆机构组成： 机架
铰 链 四 杆 机 构 铰链四杆机构中，固定不动的构件 能绕机架作整周转动的连架杆 只能在一定角度范围 内往复摆动的连架杆
曲柄 连架杆 连杆
与机架相联的构件
AB的转角 180
0 1
C点摆过弧长 C1C2 (C1 C2C1 ∴ (C2
1
时间 t1
C 的平均速度
AB1 AB2 ： AB2 AB1：
∵
C2) —工作行程 C1)—回程
2
v C C t
1 1 2
1
<
>
180
0 2
t2
v C C t
2 1 2
2
曲柄作匀速转动 C2 为工作行程， C2
t1
t2
t t
1 2
1 2
∴ t1 > t2
v1<v2
取C1
C1 为回程， 故回程速度大——急回特性
3.行程速度变化系数
指空程速度与工作行程速度的比值——急回强弱的度量，即：
v c c t 180 k v c c t 180
0 2 2 1 2 1 0 1 1 2 1 2
缝纫机
机车联动机构
２.夹紧、压紧机构：利用死点位置。
夹紧机构
飞机起落架
第三节平面四杆机构运动设计简介
平面四杆机构的运动设计：根据给定的设 计条件（运动条件、几何条件等），确定 机构有关的尺寸参数和各构件的相对位置， 而不涉及构件的具体结构。
设计方法：图解法、实验法和解析法
一、按连杆的给定位置设计四杆机构
摇杆 (摆杆)
连接两连架杆且不与机架直接相连的构件
连杆
2
C
连架杆
连架杆
3
B
1
A 4 D
机架
铰链四杆机构 (全转动副)
根据两个连架杆能否成为曲柄
曲柄摇杆机构
双曲柄机构
双摇杆机构
1.曲柄摇杆机构
(1)特点：既能将曲柄的整周转动变 换为摇杆的往复摆动，又能将摇杆 的往复摆动变换为曲柄的连续回转 运动。
起重机
车辆转向机构
二、铰链四杆机构类型的判断
铰链四杆机构的类型与机构中是否存在曲柄有关，因此研 究铰链四杆机构的类型首先需研究存在曲柄的条件。
1.铰链四杆机构存在曲柄的条件
可以论证，铰链四杆机构存在曲柄的条件是： （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； （2）连架杆和机架中必有一个是最短杆。
4
2
1
3
4
(b)移动导杆机构
手压抽水机
第二节 平面四杆机构的工作特性
一、急回特性
机构的急回特性：原动件作匀速转动，从动件作往复运动时， 空回行程的速度比工作行程的速度大的特性。 （以曲柄摇杆机构为例，运动演示）
1.极位夹角θ： 对应从动杆的两个极 限位置, 主动件两相应 位置所夹锐角。
2.分析：
加热炉门四杆机构
lAB AB1 l
lCD C1D l
2.按给定连杆三个位置及连杆长度设计平 面四杆机构
扩大至超 过曲柄长 度r
这种结构尺寸的演化并没 有影响机构的运动性质
杆2端部做成与圆盘配合的大 套环，与杆1形成的转动副中 心仍在圆盘几何中心Ｂ处
２
（二）含有一个移动副的平面四杆机构
曲柄滑块机构
含有移动副 的平面四杆 机构 1.曲柄滑块机构 曲柄导杆机构 曲柄摇块机构 移动导杆机构
铰链四杆机构中，扩大转动副，使转动 副变成移动副演化而成。 根据滑块往复移动 对心曲柄滑块机构 的导路中心线是否 通过曲柄转动中心， 曲柄滑块机构可分 偏置曲柄滑块机构 为：
D
曲柄摇杆机构的最小传动角
曲柄滑块机构的最小传动角
3.摆动导杆机构的最小传动角
摆动导杆机构，曲柄为原动件 时，由于在任何位置时主动曲 柄通过滑块传给从动杆的力的 方向，与从动杆上受力点的速 度方向始终一致，所以传动角 始终等于90º ，这说明导杆机 构具有很好的传动性能。 γ =900 C F,v
【观察与思考】
请观察刮雨器是怎样工作的？
汽车刮雨器机构
图示钢料输送机是怎样实现钢料输送的？
钢料输送机
一、平面连杆机构：若干个构件用低副联接而成的平面机构。 二、平面连杆机构的特点
1.优点 （1）构件间为面接触,比压小、易润滑、 磨损轻、寿命长 （2）机构中运动副的元素形状简单、易 于加工制造和保证精度 （3）能够实现多种运动形式的转换、各 种预定的运动规律和复杂的运动轨迹。
两连架杆一为曲柄，一为摇杆
(2)应用实例： （单击图片演示动作）
雷达天线机构 搅拌机
缝纫机等
汽车刮雨器机构
钢料输送机
2.双曲柄机构 (1)特点：能将等角速度转动转变为周 期性的变角速度转动。 (2)应用实例： （单击图片演示动作）
两连架杆均是曲柄
惯性筛机构
(3)双曲柄机构的特例
平行四边形机构：四杆中对边杆 两两相等且相互平行
曲柄滑块机构
B
A
R
C
2.转动副的销钉扩大
为此，将B铰处的小销 钉的半径扩大
滑块的工作行程(左右极限位置的距 离)S=2r,要求S很小时，曲柄长度r也很 小。要在很短的曲柄两端设计两个转 动副，曲柄强度受到限制
这时杆1（销钉）看上去是一 个“圆盘”，它与机架的转 动中心仍在A处，杆1实际上 成了一个偏心轮
摆动导杆机构的最小传动角
三、死点
连杆与从动件共线的位置，即传动角 （即 90）的位置称为死点位置。 机构处于死点位置，从动 件会出现卡死（机构自锁） 或运动方向不确定的现象。
0
措施和应用
１.传动机构：消除死点位置的停顿和运动不确定的现象。 措施： （１）利用惯性：安装质量较大的轮 （２）组合机构
B2
C1
C2
4
3
0 ，无急回特性
θ≠0，有急回特性
2
1
θ≠0，有急回特性
利用四杆机构的急回特性可节省空回行程的时间。如刨床的 刨刀在切削时，为保证切削质量而速度较慢；回刀时刀具不切 削，利用四杆机构的急回特性使速度快些，提高生产效率。
若在设计机构时先给定K值，则 :
K 1 180 K 1
演化方法
2.改变各杆件长度 3.用移动副取代回转副
4.扩大回转副
1.用移动副取代回转副
B B
A
R
C
将摇杆CD作成滑块形式，此 时铰链四杆机构已演化为具有 曲线导轨的曲柄滑块机构
A
C
D
C点的运动轨迹未发生改变
R
当曲柄AB绕轴A回转时，铰 链C将沿圆弧往复运动
将曲线导轨半径增至无穷大， 则铰链C及滑块的运动轨迹将变 为直线，铰链四杆机构将演化 成为曲柄滑块机构
二、压力角与传动角
压力角α：从动件上某点的受 力方向与从动件上该点速度方 向所夹的锐角。 传动角γ:压力角的余角。即 连杆与从动件间所夹的锐角。
运动演示
Fn
F
Ft vC
Fn F sin Ft F cos
有害分力 有效分力
压力角愈小（传动角愈大），有效分力Ｆt 越大，机构的传力 效果愈好。所以，可用压力角、传动角是衡量机构传力性能的标 志。 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。 设计要求：
只有两条件同 时满足时，该 连架杆才成为 曲柄。
2.铰链四杆机构类型的判断
①铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆的长度之和大于其余两 杆长度之和，则不论取何杆为机架时均无曲柄存在，而只能得 双摇杆机构。 ②铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆的长度之和小于或等于 其余两杆长度之和时，则 取最短杆的相邻杆为机架时，得曲柄摇杆机构,演示； 取最短杆为机架时，得双曲柄机构,演示； 取与最短杆相对的杆为机架时，得双摇杆机构,演示。
(1)特点：可以实现转动和往复移动的变换。
(2)应用实例： （单击图片演示动作）
活塞式内燃机
2. 曲柄导杆机构 导杆机构可以视为改变曲柄滑 块机构中的机架演变而成。在图 示的曲柄滑块机构中，如果把杆 件2固定为机架，此时构件1起引 导滑块移动的作用， l2 ，导杆1作整周运动，称 为转动导杆机构 若 l3 l 2 ，导杆1作往复摆动，称为 摆动导杆机构。
1.按给定连杆两个位置及连杆长度设计 平面四杆机构
要求：炉门BC能位于图示关闭（B1C1）和开 启（B2C2）两位置 步骤：
（1）选取适当的长度比例尺，画出连杆BC（炉门）的 两个已知位置B1C1、B2C2。 （2）连接B1B2、C1C2，分别作B1B2、C1C2的中垂线 b12、c12，则A点、D点应分别在b12和c12上，且有无穷 多解。 （3）根据实际情况提出的附加条件来确定A、D两点的 位置 若设计的附加要求为希望A、D两铰链均安装在炉的正 壁面上即图中yy位置,则yy直线分别与b12、c12相交点A 和D即为所求。 （4）按比例尺算出各杆件的真实长度
min
min 40 ~ 50
１.曲柄摇杆机构的最小传动角 曲柄摇杆机构，以曲柄为原动件 时，其最小传动角发生在曲柄与 B 机架两次共线位置之一。
运动中，Δ BCD中， γ 角随ＢＤ边变化而变化
min
C
min
A 2.曲柄滑块机构的最小传动角 曲柄滑块机构，以曲柄为原动件 时，最小传动角出现在曲柄与滑块 导路垂直的位置，且在曲柄位于与 偏距相反方向一侧时的位置 。
铰链四杆机构
平面四杆机构 含有移动副的四杆机构
一、铰链四杆机构的基本形式
铰链四杆机构：所有运动副均为转动副的平面四杆机构 铰链四杆机构组成： 机架
铰 链 四 杆 机 构 铰链四杆机构中，固定不动的构件 能绕机架作整周转动的连架杆 只能在一定角度范围 内往复摆动的连架杆
曲柄 连架杆 连杆
与机架相联的构件
AB的转角 180
0 1
C点摆过弧长 C1C2 (C1 C2C1 ∴ (C2
1
时间 t1
C 的平均速度
AB1 AB2 ： AB2 AB1：
∵
C2) —工作行程 C1)—回程
2
v C C t
1 1 2
1
<
>
180
0 2
t2
v C C t
2 1 2
2
曲柄作匀速转动 C2 为工作行程， C2
t1
t2
t t
1 2
1 2
∴ t1 > t2
v1<v2
取C1
C1 为回程， 故回程速度大——急回特性
3.行程速度变化系数
指空程速度与工作行程速度的比值——急回强弱的度量，即：
v c c t 180 k v c c t 180
0 2 2 1 2 1 0 1 1 2 1 2
缝纫机
机车联动机构
２.夹紧、压紧机构：利用死点位置。
夹紧机构
飞机起落架
第三节平面四杆机构运动设计简介
平面四杆机构的运动设计：根据给定的设 计条件（运动条件、几何条件等），确定 机构有关的尺寸参数和各构件的相对位置， 而不涉及构件的具体结构。
设计方法：图解法、实验法和解析法
一、按连杆的给定位置设计四杆机构
摇杆 (摆杆)
连接两连架杆且不与机架直接相连的构件
连杆
2
C
连架杆
连架杆
3
B
1
A 4 D
机架
铰链四杆机构 (全转动副)
根据两个连架杆能否成为曲柄
曲柄摇杆机构
双曲柄机构
双摇杆机构
1.曲柄摇杆机构
(1)特点：既能将曲柄的整周转动变 换为摇杆的往复摆动，又能将摇杆 的往复摆动变换为曲柄的连续回转 运动。