平面四杆机构的工作特性
平面四杆机构
4.5 平面四杆机构的基本特性
4.5.2 死点
死点的位置
在从动曲柄与连杆共线的连个位置之一时，出 现机构的传动角g=0，压力角a=90的情况，这 时连杆对从动曲柄的作用里恰好通过其回转中 心，不能推动曲柄转动，机构的这种位置称为 死点位置。
死点位置的利弊
利：工程上利用死点进行工作。
弊：机构有死点，从动件将出现卡死或运动方向不确定现象，对传动机 构不利
度过死点的方法
增大从动件的质量、利用惯性度过死点位置。
采用机构错位排列的方法源自平面四杆机构4.1 概述
平面连杆机构是由若干个构件通过低副联接而成的机构，又称为平面低 副机构。
由四个构件通过低副联接而成的平面连杆机构，称为四杆机构。 如果所有低副均为转动副，这种四杆机构就称为铰链四杆机构。 平面连杆机构的优点 由于是低副，为面接触，所以承受压强小、便于润滑、磨损较轻，可 承受较大载荷 结构简单，加工方便，构件之间的接触是有构件本身的几何约束来保 持的，所以构件工作可靠 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 利用平面连杆机构中的连杆可满足多种运动轨迹的要求 平面连杆机构的缺点 根据从动件所需要的运动规律或轨迹来设计连杆机构比较复杂，精度不高。
运动时产生的惯性难以平衡，不适用于高速场合。
4.4 四杆机构的基本形式及其演化
4.4.1 四杆机构的基本形式
根据连架杆运动形式的不同，可分为三种基本形式 1、曲柄摇杆机构 在两连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆。
运动特点：
一般曲柄主动， 将连续转动转换为摇 杆的摆动，也可摇杆 主动，曲柄从动。
应用举例：牛头刨床横向进给机构、搅面机、卫星天线、飞剪
双摇杆机构应用实例
风扇摇头
4.4 四杆机构的基本形式及其演化
具有急回特性的平面四杆机构的比较与应用
具有急回特性的平面四杆机构的比较与应用急回特性是平面四杆机构的一个十分显著的特征，一般情况下，会用行程速比系数K来科学衡量急回运动的程度，准确科学分析平面连杆机构的急回运动特性在结构中的运运情况，这对提高我国机构生产的效率具有非常重要的现实指导意义与理论意义。
急回特性；平面四杆机构；应用；比较平面四杆机构[1]的重要特性就是急回特性，这种特性不仅能够显著提高我国工业生产的效率，而且可以进一步缩短机构在非工作行程中的运行时间，从而使工作运行的速度大幅度提升。
本文正式基于这样的研究背景，对四种典型平面四杆机构的急回特征进行分析，在此过程中对这四种不同的急回特征平面机构的动力传递以及运动变化情况、急回程度等内容展开论述，从实际的应用中针对上述问题进行阐述，从而希望平面四杆机构为我国的工程实践提供科学的技术与理论指导。
平面四杆机构急回特性的比较应用分析从实践中可以发现，双曲柄机构、曲柄摇杆机构、摆动导杆机构以及偏置曲柄滑块机构[2]这四种四杆结构都具有急回性特征，因此在一定程度上都能够满足我国现代工业中对某些机械的急回性要求。
但是研究发现，这几种不同类型的四杆机构的急回性特征都存在一定的区别，其中曲柄摇杆机构、摆动导杆机构以及偏置曲柄滑块机构这三种四杆机构如果组成各机构杆件的具体尺寸一旦确定，则意味着科学衡量四杆机构急回性特征的行程速比系数K与其参数极位夹角θ的值也就得到确定。
所以，在这过程中四杆机构的急回性特征并不发生变化。
与后三种四杆机构的急回性特征不同，在双曲柄四杆机构中用来科学衡量四杆机构的行程速比系数K与急回特性的参数极位夹角θ，同四杆机构主动件的起始相互位置存在一定的关系，如果主动曲柄的起始部位存在变化，就会导致机构的相关参数发生变化，因此四杆机构的急回程度也就存在差异。
从上述分析中可以发现，双曲柄四杆机构的急回性并不是固定不变的。
平面四杆机构运动转化的比较应用分析具有急回特性的平面四杆机构的主动件一般都是曲柄，因此机构在进行运动的过程中，曲柄的主动件就会环绕机架进行转动，而连杆通常情况下都在进行平面运动，但是曲柄的从动件则会有多种不同类型的机构形式以及多种不同类型的运动形式。
平面四杆机构的基本特性总结
偏置曲柄滑块机构
对心曲柄滑块机构 H=2a,
0 ,无急回特性。
c.曲柄摆动导杆机构
有急回特性。
H (a b )2 e2(b a )2 e2
0 ,有急回特性。
1
1
B
A
B1
2 B2
0
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：
程速度大于工作行程速度的特性，叫做急回特性，
通常用行程速度变化系数K来表示：
K从 从动 动件 件工 回 作 程 C C1 1C C2 2 平 平 tt1 2t均 均 t1 21 2 速 速 1 1度 度 8 80 0 0 0
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
和是铰链四杆机构有曲柄的必要条件。(不满足这一条件 的，必为双摇杆机构。)
但满足这一条件的铰链四杆机构究竟有一个曲柄、两 个曲柄还是没有曲柄，还需根据：取何杆为机架来判断。
以最短杆为机架时得到双曲柄机构； 以最短杆的相邻杆为机架时得到曲柄摇杆机构； 以最短杆的对面杆为机架时得到双摇杆机构。
例：如图所示，设已知四杆机构各构件的长度为： a=240mm,b=600mm,c=400mm,d=500mm, （试1）问当：取构件4为机架时，是否存在曲柄？如果存在，哪个 构件为曲柄？ （2）如选取别的构件为机架时，能否获得双曲柄或双摇杆 机构？如果可以，应如何得到？
= 0, δmin= arccos{[b2+c2-(d-a)2]/2bc} = 180, δmax= arccos{[b2+c2-(d+a)2]/2bc}
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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平面四杆机构基本特性精品PPT课件
的余角即α+γ=90º称为传动角。
讨论：压力角α↑（传动角γ↓） → Fn↑→传力性能差。
压力角α↓（传动角γ↑ ）→ Fn ↓→传力性能好。
三、压力角、传动角和死点
位置之间所夹的锐角。
B
1
1
A
1
B
2
1
C
2
1
B2
4
C C2
3 v1
v2 j
D
2)急回运动机理
a)曲柄转过 1 180
摇杆上C点摆过： C1C2
所用时间： t1
1 1
180 1
b)曲柄转 2 180
过 摇杆上C点摆过： C2C1
所用时间：t2
2 1
180 1
1 2 t1 t2
c)设两过程的平均速度为V1、V2：V1
缝纫机的脚踏机构
火车车轮联动装置
4.3 铰链四杆机构的基本特性
想一想 练一练 请问摆动导杆机构、对心曲柄滑块机构以哪个构件为原动件时，机构存在
死点位置（滑块）？
K
v2
C1C2 / t2
t1
j1
180
v1 C2C1 / t1 t2 j2 180
或 180 K 1 K 1
4.3 铰链四杆机构的基本特性
极位夹角为： 180 K 1
K 1
讨论：a、θ>0º→K>1→此时机构具有急回特性，θ↑ → K↑ →急
回特性越显著。 b、θ=0º→K=1，此时机构无急回特性。
偏置曲柄滑块机构
0 ,无急回特性。
四杆机构存在曲柄的条件和几个基本概念
山东理工职业学院教案首页
2015-2016学年第二学期
四杆机构存在曲柄的条件和几个基本概念
一、铰链四杆机构存在曲柄的条件
1．整转副存在的条件→杆长和条件：l max + l min = l 2 + l 3 2．曲柄存在的条件：1）机构满足杆长和条件 2）连架杆和机架中必有一杆为最短杆 3．铰链四杆机构基本类型的判别方法
二、平面四杆机构的运动特性
1．平面连杆机构的极限位置与极位夹角 极限位置（极位）：连杆与曲柄的两
次共线位置
极位夹角θ：曲柄对应两极限位置
所夹的锐角
2．平面连杆机构的急回特性
工作行程：从动件由C 1 →C 2 ，曲柄转过φ1，从动件C 点运动的速度为v 1
空回行程：从动件由C 2 →C 1 ，曲柄转过φ2，从动件C 点运动的速度为v 2
因曲柄匀速转动，故有v 2>v 1→即空回行程快于工作行程→急回特性 3．行程速比系数K ：度量急回特性程度的物理量
θ
θ-+=
==οο180180//12121212t C C t C C v v K 或转换成 11180+-=K K οθ 各类机构的急回特性分析
三、平面四杆机构的传力性能
1、压力角与传动角 有效分力：αcos F F t = 有害分力：αsin F F n =。
5.3平面四杆机构的工作特性
B
b c f max a d b c f min d a c b f d a min
C C2 C1
c
D
a
A B1 B2
f d fmin =d-a fmax =d+a
b c f max a d b c f min d a c b f d a min
C
b
B C1
C2
c
D
a
A B1 B2
f d fmin =d-a fmax =d+a
If LMAX +LMIN >Lb +Lc, the linkage mechanism is an non-Grashof linkage mechanism, in which no link can rotate through 360o relative to any other link and all inversions(倒置) are double-rocker mechanisms.
max
C
D3
Note: The limiting positions of the follower guide-bar CD B 3 do not occur when the driving crank AB is horizontal(水平的).
3 t1 t 2 3
当曲柄等速回转的情况下，通常把从动件往复运动速度快 慢不同的运动称为急回运动。
3. 行程速比系数K
通常把从动件往复运动平均速度的比 值(大于1)称为行程速比系数，用K表示。
K 从动件快速行程平均速度 3 从动件慢速行程平均速度 3
平面连杆机构的类型和工作特性
A 1B
A 1
4 B
4
2
2
3
3C
C
三.含两个移动副的四杆机构
B
2
1
C3
A
4
曲柄滑块机构（对心）
B2 1
3 A
C 4
BC杆长增至
2
1 B
3 A
S
双滑块机构
C
slAB si n
4
双滑块机构应用
缝纫机针杆机构
椭圆仪机构
双转块机构
十字滑块联轴器
四.具有偏心轮的四杆机构
曲柄摇杆机构
偏心盘机构是转动 副扩大的等效形式
利用机构错位排列法来克服死点位置。
2）死点位置在机构中的作用
钻床工件夹紧机构
飞机起落架机构
谢谢观赏！
2020/11/5
47
C
A
l1 B
l2 l4
B
C
l3
即
D
由AC得D,
l3(l2 l1 ) l4
l1l4l2l3
l1l3l2l4 l1 l2 l3 l4
将上式两两相加可得：
l1 l 2
l1
l3
l1
是四杆中最短的杆
l1 l 4
铰链四杆机构有曲柄的条件
杆长条件：最短杆和最长杆长度之和小于或等
于其它两杆长度之和。 最短杆是连架杆或机架。
特点：
有急回特性。
3.压力角和传动角
B
1
1 A
2
4
C
3 D
F 从动件CD受的力F 作用线与该点的绝对
VC 速度Vc 所夹锐角， 称为此位置的压力角。
连杆与摇杆之间所 夹的锐角为传动角。
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(3)满足条件一而且最短杆为连架杆的是曲柄摇杆机构; (4)不满足条件一是双摇杆机构。
例已知铰链四杆机构的各杆尺寸,机架的位 置,判断各四杆机构的类型。
二 、平面四杆机构的基本特性
1、急回特性
极位夹角—— 当从动摇杆处于左、右
两极限位置时，主动曲 柄两位置所夹的锐角θ
摇杆的摆角—— 从动摇杆两极限位
如果改摇杆主动为曲柄主动， 则摇杆为从动件，因连杆BC与 摇杆CD不存在共线的位置，故 不存在止点。
如果改曲柄为主动， 就不存在止点。
曲柄摇杆机构
曲柄滑块机构
止点的存在对机构运动是不利的，应尽量避免出现止点。 顺利通过死点位置的措施：①利用系统的惯性；②利用特殊机构
蒸汽机车驱动轮联动机构 —— 利用机构错位排列
的速度方向之间所夹的锐角。
传动角γ——压力角的余角。
设计条件 min
如何确定γmin？
如何确定铰链四杆机构的最小 传动角？
在△ABD和△BCD中，分别有
l l
2 BD
2 BD
a2 b2
+ +
d 2 - 2ad cos c2 - 2bc cos
式中， BCD 。
联立求解得
cos b2 + c2 - a2 - d 2 + 2ad cos
就越明显。在机械设计时可根
据需要先设定K值，然后算出θ
值，再由此计算得各构件的长 度尺寸。
急回特性在实际应用中广泛用 于单向工作的场合，使空回程 所花的非生产时间缩短以提高 生产率。例如牛头刨床滑枕的 运动。
牛头刨床机构
2、压力角和传动角
压 力 角 α—— 从 动 件 受 力 点 （C点）的受力方向与受力点
置间的夹角ψ
急回特性—— 当曲柄等速转动时，摇杆往复摆动的平均速度不
同的运动特性。急回特性的相对程度，通常用v2 与v1的比值K来衡量，K称为行程速比系数。
行程速比系数K
C2C1
K
v2 v1
t2
C1C 2
t1
t1 1 180 + t2 2 180 -
180 K -1
K +1
θ越大K值就越大，急回特性
死点的缺陷
缝纫机踏板机构——利用惯性
快速夹具
死点的利用
飞机起落架
共线的两个位置之一，如图所示的B1点或B2点位置。
3、死点位置
从Ft = F cosα知，当压力角α = 90°时，对从动件的作用力或力
矩为零，此时连杆不能驱动从动件工作。机构处在这种位置称 为止点，又称死点。
当从动曲柄AB与连杆BC共线 时，出现压力角α = 90°， 传动角γ = 0。
如果以滑块作主动，则当从动曲 柄AB与连杆BC共线时，外力F无 法推动从动曲柄转动。
B1C1D B2C2 D
a +d b +c
b (d -a) +c c (d -a) +b
曲柄存在条件
a + b d + c a + c d + b a + d b + c
a b a c a d
① 最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和； ② 连架杆与机架中必有一杆为最短杆。
2. (2)满足条件一而且以最短杆作机架的是双曲柄机构；
曲柄摇杆机构
曲柄滑块机构
死点位置——在摇杆CD为主 动件的曲柄摇杆机构中， 连杆BC与从动曲柄AB出 现两次共线的位置。
特征——γ=0°（α=90°）
机构处于止点位置，一方面驱动力作用降为零，从动件要依 靠惯性越过止点；另一方面是方向不定，可能因偶然外力的 影响造成反转。
四杆机构是否存在止点，取决于从动件是否与连杆共线。
2bc 0（o 或180 o）时，cos +（1 或－1）， 有最小值（或最大值） 。
压力角α的余角γ是连杆与摇杆所夹锐角，称为传动角。由于γ 更便于观察，所以通常用来检验机构的传力性能。传动角γ随机
构的不断运动而相应变化，为保证机构有较好的传力性能，应
控制机构的最小传动角γmin。一般可取γmin≥40°，重载高速场 合取γmin≥50°。曲柄摇杆机构的最小传动角出现在曲柄与机架
平面四杆机构的特性
一、铰链四杆机构中曲柄存在的条件
1.铰链四杆机构中曲柄存在的条件 铰链四杆机构的三种基本类型的区别在于机构中是否存在曲柄， 存在几个曲柄。机构中是否存在曲柄与各构件相对尺寸的大小以及 哪个构件作机架有关。可以证明，铰链四杆机构中存在曲柄的条件 为： 条件一：最短杆与最长杆长度之和不大于其余两杆长度之和。 条件二：连架杆或机架中最少有一根是最短杆。