平面四杆机构的基本类型及其演化
孙恒《机械原理》(第八版)学习辅导书第8章 连杆机构及其设计【圣才出品】
第8章 连杆机构及其设计8.1 复习笔记本章主要介绍了平面四杆机构的类型及演化、基本知识和设计（作图法和解析法）。
学习时需要重点掌握不同条件下连杆机构的设计（作图法），常以分析作图题的形式考查。
除此之外，铰链四杆机构有曲柄的条件、急回运动、行程速度变化系数、传动角、死点等内容，常以选择题、填空题和判断题的形式考查，复习时需要把握其具体内容，重点记忆。
一、连杆机构及其传动特点（见表8-1-1）表8-1-1 连杆机构及其传动特点二、平面四杆机构的类型及应用1．四杆机构的基本形式（1）基本构架铰链四杆机构是平面四杆机构的基本形式，如图8-1-1所示。
台图8-1-1该机构各部分名称及含义见表8-1-2。
表8-1-2 铰链四杆机构（2）平面四杆机构的类型（见表8-1-3）表8-1-3 平面四杆机构的类型2．平面四杆机构的演化形式（1）改变构件的形状和运动尺寸如图8-1-2所示，曲柄摇杆机构中，将摇杆做成滑块形式，并将摇杆的长度增至无穷大，则演化成为曲柄滑块机构；曲柄滑块机构进一步演化为双滑块机构。
图8-1-2（2）改变运动副的尺寸通过改变运动副的尺寸，平面四杆机构可演化成具有其他特点功能的机构，如偏心轮机构。
将图8-1-3（a ）所示的曲柄滑块机构中的转动副B 的半径扩大，使之超过曲柄AB 的长度，便得到如图8-1-3（b ）所示的偏心轮机构。
图8-1-3（a）图8-1-3（b）（3）选用不同的构件为机架机构的倒置指选择运动链中不同构件作为机架以获得不同机构的演化方法，如图8-1-4所示。
图8-1-4 曲柄滑块机构的倒置（4）运动副元素的逆换将移动副两元素的包容关系进行逆换，并不影响两构件之间的相对运动，但却能演化成不同的机构或机构结构形式。
三、平面四杆机构的基本知识1．铰链四杆机构有曲柄的条件（见表8-1-4）表8-1-4 铰链四杆机构有曲柄的条件2．铰链四杆机构的急回运动和行程速度变化系数（见表8-1-5）表8-1-5 铰链四杆机构的急回运动和行程速度变化系数图8-1-5 四杆机构的极位夹角3．铰链四杆机构的传动角和死点（见表8-1-6）表8-1-6 铰链四杆机构的传动角和死点。
机械原理第三章精选全文完整版
第三节 四杆机构的设计
一、四杆机构的设计的基本问题
平面连杆机构的功能：
（1）传动功能 图
（2）引导功能
图
四杆机构的设计的基本问题：
（1）实现预定的连杆位置问题； （1）实现已知运动规律问题； （2）实现已知轨迹问题。
设计方法：（1）图解法；（2）解析法；
ψ
θ
a AC2 AC1 2
a EC1 / 2
90 -θ
ψ
θ
θ
（2）曲柄滑块机构
已知： H , K,e ，求机构其它构件尺寸.
步骤：
180 (k
1)
k 1
取 l 作图
AB=(AC1-AC2)/2 BC=AC1-AB
H
c2
c1
90
A
lAB l AB
O
Hale Waihona Puke lBC l BCM
（3）导杆机构
已知： lAD , K
根据 3 ，则得
2
arcsin
l3
sin
3 l1 sin
l2
1
第四节 平面连杆机构的运动分析（8）
2.速度分析
将式（l1ei1 l2ei2 l4 l3ei3 对时间求导，得到
l ie 指数函数求导
i1
11
l22iei2
l33iei3
e 将式中的每项乘 i2，并取实部消去 2 ，解得：
3)以平面高副联接的两构件, 若高副元素之间为纯 滚动时, 接触点即为两构件的瞬心；若高副元素 之间既滚动又滑动, 则瞬心在高副接触点处的公 法线上。 图
（2）不直接相联的两构件的瞬心——三心定理
三心定理: 三个彼此作平面运动的构件共有三个瞬 心，且必定位于同一直线上。 图
《机械设计基础》课程教学大纲要点
《机械设计基础》课程教学大纲课程代码：课程名称：机械设计基础/The basics of machinery design教材：刘江南、郭克希主编《机械设计基础》湖南大学出版社学时/学分：88 /4.5先修课程：高等数学、机械制图、工程材料、工程力学等适用专业：机械类专业一、本课程的性质、目的机械设计基础是一门介绍常用机械和通用零件的基础知识及基本设计方法的技术基础课。
教学内容着重基本知识、基本理论和基本方法，以及有关的设计技能的基本训练。
教学目的：1．培养学生掌握机构的结构、运动特性和机械动力学的基本知识，使之初步具有分析、选用和设计基本机构的能力，并对机械运动方案的确定有所了解。
2．培养学生掌握通用零件的工作原理、特点、维护和设计计算的基本知识，使之初步具有设计机械传动装置和简单机械的能力。
3．培养学生初步应用标准、规范、手册、图册等有关技术资料的能力。
二、本课程的教学内容和基本要求第1章绪论(一)教学基本要求：1．明确本课程的研究对象和内容，以及学习本课程的目的。
2．了解机械设计基础在培养机械类高级工程技术人才全局中的地位、任务和作用。
(二) 重点与难点本章的学习重点是课程的研究对象和内容，机器、机构和机械的概念，机器和机构的用途以及区别；了解机械设计基础课程的性质和特点。
(三) 教学内容1 本课程的研究对象2 本课程的研究内容3 本课程的地位及学习本课程的目的(四) 学时分配：2课时第2章机械及机械零件设计基础知识(一) 基本要求：建立机械设计的总体概念，了解机械零件的失效形式及计算准则，了解机械零件的设计方法，了解机械零件设计的一般步骤，理解机械设计中的标准化原则。
(二) 重点与难点机械零件的主要失效形式与计算准则；机械零件的设计方法和设计步骤；机械零件材料的选用原则和标准化。
(三) 教学内容1.机械零件设计概论2．机械零件的强度3.机械零件的接触强度4.机械零件的耐磨性5.机械零件的工艺性及标准化(四) 学时分配：3课时第3章平面机构基础知识(一) 基本要求1、掌握运动副、约束和自由度等概念。
四杆机构的基本型式及其演化w (1)
往复摆动 —— 摇杆
1、铰链四杆机构的基本型式
⑴.曲柄摇杆机构（以最短杆的邻边为机架）
①.特点：
☆ 两连架杆中一个为曲柄， 另一个为摇杆。
曲柄为主动件时， 曲柄的匀速转动
摇杆为主动件时， 摇杆变速往复摆动
摇杆变速往复摆动 曲柄的匀速转动
②.曲柄摇杆机构应用一——雷达天线俯仰机构 关键：以最短杆的邻边为机架
A
100
C
C 50 B
70 70
100
120
D A 60 D
50 C B
90
100
A
70
D
a）
b）
c）
d）
a) 40+110<70+90，又以最短杆为机架，则为双曲柄机构 b) 120+45<100+70,以最短杆邻边为机架，为曲柄摇杆机构 c)50+100>60+70，无论如何都是双摇杆机构 d)50+100<90+70,但以最短杆BC对边为机架，则为双摇杆机构
1.铰链四杆机构的优缺点
⑴优点： 磨损小，寿命长，传递动力大，制造简单， 制造精度较高。
原因：低副连接，面接触，压强小，便于润滑，磨损小，接触 面是圆柱面或平面，易制造，制造精度高
⑵缺点：运动累计误差大。
关键：低副连接(面接触)
第一节 平面机构的类型及其应用
一.铰链四杆机构
定义: 全由转动副构成的平面四杆机构 称为平面铰链四杆机构
关键：⑴ 对心曲柄滑块机构： ⑵ 偏置曲柄滑块机构：
e——偏距
2、导杆机构：
① L1＜ L2:机架短 曲柄转动导杆机构
② L1＞L2:机架短 曲柄摆动导杆机构
平面四杆机构的基本类型及应用-精品文档
图3－16b
图3－19
图3－20
• 若选用曲柄滑块机构中滑块3作机架（图316c），即演化成移动导杆机构（或称定块 机构）。 • 它应用于手摇卿筒（图3—21）和双作用式 水泵等机械中。
图3—21
图3-16c
（3）变化双移动副机构的机架
• 在图3-15和图3-22a所示的具有两个移动副的四杆机 构中，是选择滑块4作为机架的，称之为正弦机构， 这种机构在印刷机械、纺织机械、机床中均得到广 泛地应用，例如机床变速箱操纵机构、缝纫机中针 杆机构（图3—22d）；
铰链四杆机构可分为以下三种类型
1、曲柄摇杆机构
• 铰链四杆机构的两连架杆中一个能作整 周转动，另一个只能作往复摆动的机构。
2、双曲柄机构
铰链四杆机构的两连架杆均能作整周转 动的机构。
• 在双曲柄机构中，若相对两杆平行相 等，称为平行双曲柄机构（图3－9）。 这种机构的特点是其两曲柄能以相同 的角速度同时转动，而连杆作平行移 动。图3－10a所示机车车轮联动机构 和图3－10b所示的摄影平台升降机构 均为其应用实例。
图3-15
图3—22
• 若选取构件1为机架（图3－22b）， 则演化成双转块机构，它常应用 作两距离很小的平行轴的联轴器， 图3-22e所示的十字滑块联轴节为 其应用实例；
图3－22b
图3-22e
• 当选取构件3为机架（图3－22c）时， 演化成双滑块机构，常应用它作椭圆 仪（图3—22f）。
图3－22
图 3－11
3、双摇杆机构
双摇杆机构:铰链四杆机构中的两连架杆均不能作 整周转动的机构。
如 图 3 － 12 所 示 鹤 式 起 重 机 的 双 摇 杆 机 构 ABCD，它可使悬挂重物作近似水平直线移动， 避免不必要的升降而消耗能量。在双摇杆机构 中，若两摇杆的长度相等称等腰梯形机构，如 图3—13中的汽车前轮转向机构。
机械原理NO[1].12 8-3 平面四杆机构的基本知识--2
![机械原理NO[1].12 8-3 平面四杆机构的基本知识--2](https://img.taocdn.com/s3/m/f4a7b4b6e87101f69f319596.png)
工程上也常利用死点来工作。
夹具
机械原理
第8章 平面连杆机构及其设计
四、铰链四杆机构的连杆曲线 Coupler-curve of four-bar linkages
在四杆机构运动时，其连杆平面上的每一点均描绘出一条曲线， 称为连杆曲线(coupler curves)
B型
水滴型
面包型
瘦长型
伪椭圆型
三角型
机构尺寸： 各运动副之间的相对位置尺寸（或
角度）以及描绘连杆上某点（该点实现 给定运动轨迹）的位置参数等。
平面连杆机构设计的基本要求：
1。要求从动件满足预定的运动规律要求（函数生成问题）； 2。满足预定的连杆位置要求（刚体导引问题）； 3。满足预定的轨迹要求（轨迹生成问题）。
机械原理
第8章 平面连杆机构及其设计
最多能解五个精确位置，多于五个位置只能近似求解，少于五个位置可有无穷解。
机械原理
第8章 平面连杆机构及其设计
2。按预定的运动规律设计四杆机构（函数综合）
1）按预定的两连架杆对应位置设计四杆机构：
要求: 3i f (1i ) ， i =1、2、…、k
（已知条件）
取杆长的相对变量 a/a=1 , b/a=l, c/a=m , d/a=n 为设计参数，不影响各构件的相对 转角关系，故杆长的设计变量为ｌ、ｍ、 ｎ ，再加上0 、0共５个设计变量。
• （2）改变运动副的尺寸；
• （3）选不同的构件为机架；
• （4）运动副元素的逆换。
机械原理
第8章 平面连杆机构及其设计
• 4．平面四杆机构有曲柄的条件： • （1）各杆长满足杆长条件：最短杆与最长杆的长度之和
应小于或等于其余两杆长度之和； • （2）最短杆为连架杆或机架。 • 5．急回运动及行程速度变化系数： • （1） 急回运动： • 当连机构的主动件为等速回转时，从动件空回行程的平
平面四杆机构的演化及应用
平面四杆机构的演化及应用姓名：高伟班级：环工0801学号：200829090119基本概念(1)平面连杆机构定义：由若干构件通过低副（铰链或滑道）连接而成的机构。
因构件形状多呈杆状，所以称连杆机构,各构件间的相对运动均在同一平面或平行平面内运动的连杆机构称为平面连杆机构。
(2)平面连杆机构的特点：1.能够进行多种运动形式的转换；2.构件之间的运动副一般为滴副,低副两元素为面接触，单位面积上的压力较小，磨损较慢，可以承受较大载荷；3.两构件接触表面是圆柱面或平面，制造容易；4.运动副磨损后的间隙无法自动补偿,容易积累误差,运动中的惯性力难以平衡，不适用于高速场合;5.不易精确的实现复杂的运动规律。
(4)平面连杆机构的应用：三构件用转动副联接起来，不能成为机构。
故含转动副的平面连杆机构至少由四杆组成。
全部是转动副联接而组成的平面四杆机构称为全铰链四杆机构,连杆机构中的构件常称为杆。
工程中应用最广泛的是平面四连杆机构。
许多平面多杆机构均是在此基础上，通过添加一些杆件系统而构成。
各种机器和仪器中，例如金属加工机床、起重运输机械、采矿机械、农业机械、交通运输机械和仪表等。
二、四杆机构的基本型式及演化平面四杆机构的基本型式是铰链四杆机构。
其它型式的四杆机构都可看成是在它的基础上通过演化而成的。
由四个构件用铰链连接而成的机构称为铰链四杆机构。
如图所示，机构中固定不动的构件AD称为机架，与机架相连的构件AB和CD称为连架杆。
如果连架杆能绕轴线作360o的回转运动，称为曲柄；若只能在某一角度(小于360°)内摆动，称为摇杆。
与机架不相连接的构件BC称为连杆。
铰链四杆机构可按有无曲柄、摇杆，分为以下三种基本型式。
1、曲柄摇杆机构定义：在铰链四杆机构中，若两连架杆之一为曲柄，另一个是摇杆，此机构称为曲柄摇杆机构。
应用：在曲柄摇杆机构中，当曲柄为主动件时，可将曲柄的连续回转运动转换成摇杆的往复摆动。
如雷达天线俯仰角调整机构。
平面四杆机构的基本类型及应用
图3-15
图3—22
• 若选取构件1为机架（图3－22b）， 则演化成双转块机构，它常应用 作两距离很小的平行轴的联轴器， 图3-22e所示的十字滑块联轴节为 其应用实例；
图3－22b
图3-22e
• 当选取构件3为机架（图3－22c）时， 演化成双滑块机构，常应用它作椭圆 仪（图3—22f）。
图3－22
图3－9
图3－10
• 在图3－11a所示双曲柄机构中，虽然其对应边长度 也相等，但BC杆与AD杆并不平行，两曲柄AB和 CD转动方向也相反，故称其为反平行四边形机构。 • 图 3－11b所示的车门开闭机构即为其应用实例， 它是利用反平行四边形机构运动时，两曲柄转向相 反的特性，达到两扇车门同时敞开或关闭的目的。
• 一、平面四杆机构的基本类型及应用
• 全部运动副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最基本型式（如图3-4a所示）
图3-4a
a—曲柄： 与机架相联并且作整周转动的构件； b—连杆：不与机架相联作平面运动的构件； c—摇杆：与机架相联并且作往复摆动的构件； d—机架： a、c—连架杆。
图 3－11
3、双摇杆机构
双摇杆机构:铰链四杆机构中的两连架杆均不能作 整周转动的机构。
如 图 3 － 12 所 示 鹤 式 起 重 机 的 双 摇 杆 机 构 ABCD，它可使悬挂重物作近似水平直线移动， 避免不必要的升降而消耗能量。在双摇杆机构 中，若两摇杆的长度相等称等腰梯形机构，如 图3—13中的汽车前轮转向机构。
转动导杆机构
摆动导杆机构
• 它可用于回转式油泵、牛头刨床及插床 等机器中。图3－17所示小型刨床和图3— 18 中的牛头刨床，分别是转动导杆机构 和摆动导杆机构的应用实例。
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第三讲
课题：§3-1 平面四杆机构的基本类型及其演化
教学目的：理解平面四杆机构的各种类型及其应用。
教学重点:铰链四杆机构类型及其演化，理解曲柄存在条件。
教学难点：导杆机构
教学方法：课堂演示、多媒体
教学互动：每个知识点后提问或讨论。
教学安排：
§3-1 平面四杆机构的基本类型及其演化
复习旧课：机构组成，运动副，运动简图等。
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。
因此本章着重讨论四杆机构的基本类型、性质及常用设计方法。
一、四杆机构的类型
1．曲柄摇杆机构
两连架杆一为曲柄，一为摇杆。
功能：将等速转动转换为变速摆动或将摆动转换为连续转动。
应用：雷达天线机构、缝纫机踏板机构。
2．双曲柄机构
两连架杆都为曲柄
功能：将等速转动转换为等速同向、不等速同向、不等速反向转动。
应用：惯性筛机构
若两曲柄的长度相等，连杆与机架的长度也相等，则该机构称为平行双曲柄机构。
如铲斗机构
还有反平行四边形机构，例：公共汽车车门启闭机构。
3．双摇杆机构
两连架杆都为摇杆
功能：一种摆动转换为另一种摆动。
应用：鹤式起重机、飞机起落架
二、铰链四杆机构的曲柄存在条件
证明：
结论：铰链四杆机构存在一个曲柄的条件是：
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．曲柄为最短杆。
铰链四杆机构存在曲柄的条件是：
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．机架或连架杆为最短杆。
三、四杆机构类型判别
否Lmax+Lmin≤L′+L″是
不可能有曲柄可能有曲柄
最短杆对边最短杆
最短杆邻边
双摇杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构
四、铰链四杆机构的演化
1．曲柄滑块机构
2．偏心轮机构
3．导杆机构
①摆动导杆机构（牛头刨床）
②转动导杆机构
③移动导杆机构
4．摇块机构
小结：本次课主要熟悉四杆机构的各种类型，了解它们的应用。
作业：预习下次课内容。