机械设计基础平面连杆机构概述PPT课件
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机械设计基础课件23平面连杆机构
04
平面连杆机构的运动特性
急回特性
急回特性定义
急回特性的影响因素
当机构从动件在行程的起始和终止位 置时的速度为零，而在行程的中点时 速度达到最大值的特性。
机构的急回特性受多种因素影响，如 曲柄长度、连杆长度、曲柄转速等。
急回特性的应用
在生产中，为了提高生产效率，常利 用机构的急回特性，缩短空回行程的 时间，从而增加工作行程的时间。
摇杆通常具有一个较短的杆身，一端通过转动副与机架相连，另一端则通过转动副与其他连杆相连。摇杆可以绕 机架作一定角度的摆动，是实现摆动运动或间歇运动的关键构件之一。在平面连杆机构中，摇杆通常用于实现特 定角度的摆动或间歇运动。
曲柄摇杆
总结词
曲柄摇杆是平面连杆机构中的一种组合构件，结合了曲柄和摇杆的特点，能够绕机架作整周旋转和一 定角度的摆动。
详细描述
曲柄通常具有一个较长的杆身，一端通过转动副与机架相连，另一端则通过转动 副与其他连杆相连。曲柄可以绕机架作整周旋转，是实现运动传递和转化的关键 构件之一。在平面连杆机构中，曲柄通常用于实现往复运动或摆动运动。
摇杆
总结词
摇杆是平面连杆机构中的另一种基本构件，通常能够绕机架作一定角度的摆动。
详细描述
详细描述
曲柄摇杆通常具有一个较长的杆身，一端通过转动副与机架相连，另一端则通过转动副与其他连杆相 连。曲柄摇杆既可以绕机架作整周旋转，也可以作一定角度的摆动，是实现复杂运动形式的关键构件 之一。在平面连杆机构中，曲柄摇杆通常用于实现复杂的往复摆动或间歇运动。
双曲柄
总结词
双曲柄是平面连杆机构中的一种特殊构 件，由两个曲柄组合而成，能够实现特 定的运动规律。
当曲柄与连杆两次共线时，摇杆恰好摆动到极限位置，回复 运动时，摇杆以更大的摆角通过“死点”位置。
机械设计基础知识培训课件(PPT102页)
②如果四个构件的长度满足杆长之和条件，则最短杆 所联接的两个转动副均为整转副，另两个转动副均为摆动 副。此时若取最短杆为机架，则得双曲柄机构；而取最短 杆的任一相邻杆为机架，则得曲柄摇杆机构；又若取最短 杆的相对杆为机架，则得双摇杆机构。
③如果四杆中有两个构件长度相等且均为最短，若另 两杆长度不相等，则不存在整转副； 若两杆长度也相等， 则两最短杆相邻时，有三个整转副， 当两最短杆相对时， 有四个整转副。
平面四杆机构的设计
内容
3.1 平面四杆机构的类型及其应用
一、基本概念
1、铰链四杆机构： 全部用转动副相连的平面四杆机构。它是平面四杆 机构的基本型式，其它型式的四杆机构可看作是在它 的基础上通过演化而成的。
2、机架：机构的固定构件，如杆4 。 3、连杆：不直接与机架连接的构件，如杆2。 4、连架杆：与机架用转动副相连接的构件，如杆1、3 。
ad bc ①
b (d a) c c (d a) b
整理得 a b c d ②
acd b ③
将式①、②、③中的三个不等 式两两相加，化简后得④
a a
b c
④
a d
曲柄存在条件： 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。
若不满足①？ 该机构只能是双摇杆机构。
判断由不同杆作机架时四杆机构属于哪种机构
a、b、c、d
Y
ad bc
N 双摇杆机构
以最短杆相邻杆为机架 以与最短杆相对的杆为机架
以最短杆为机架
曲柄摇杆机构 双摇杆机构 双曲柄机构
铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭多边形条件：
最长杆的杆长<其余三杆长度之和。
推论：
①如果四杆长度不满足杆长条件，则机构无周转副， 此时不论取哪个构件为机架，机构均为双摇杆机构；
③如果四杆中有两个构件长度相等且均为最短，若另 两杆长度不相等，则不存在整转副； 若两杆长度也相等， 则两最短杆相邻时，有三个整转副， 当两最短杆相对时， 有四个整转副。
平面四杆机构的设计
内容
3.1 平面四杆机构的类型及其应用
一、基本概念
1、铰链四杆机构： 全部用转动副相连的平面四杆机构。它是平面四杆 机构的基本型式，其它型式的四杆机构可看作是在它 的基础上通过演化而成的。
2、机架：机构的固定构件，如杆4 。 3、连杆：不直接与机架连接的构件，如杆2。 4、连架杆：与机架用转动副相连接的构件，如杆1、3 。
ad bc ①
b (d a) c c (d a) b
整理得 a b c d ②
acd b ③
将式①、②、③中的三个不等 式两两相加，化简后得④
a a
b c
④
a d
曲柄存在条件： 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。
若不满足①？ 该机构只能是双摇杆机构。
判断由不同杆作机架时四杆机构属于哪种机构
a、b、c、d
Y
ad bc
N 双摇杆机构
以最短杆相邻杆为机架 以与最短杆相对的杆为机架
以最短杆为机架
曲柄摇杆机构 双摇杆机构 双曲柄机构
铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭多边形条件：
最长杆的杆长<其余三杆长度之和。
推论：
①如果四杆长度不满足杆长条件，则机构无周转副， 此时不论取哪个构件为机架，机构均为双摇杆机构；
机械设计基础第四章连杆机构
课件
48
例
y
6
K E
5
F
I级杆
RRP杆组
C
H
I级杆
3
2
RRR杆组
A1B
x
O
4
D
(1)用I级杆数学模型计算B点的运动
(2)用RRR杆组数学模型计算C点的运动
(3)用I级杆数学模型计算E点的运动
(4)用RRP杆组数学模型计算F点的运动
2019/9/14
课件
49
4-5 平面连杆机构的力分析机械效率
rA
B
i
已知：A (xA ,yA )l,i,li,δ , i
数学模型
位置：
xB yB
xA li yA li
cosi sini
dxB
速度： dt
xB
xA -ili sini
dyB dt
yB
yA ili cosi
O
2019/9/14
x
加速度：
d2xB dt2
t1
t1
1 1
180 1
3
t2
t2
2 1
180 - 1
K
180 180
180 K1
K1
2019/9/14
课件
31
四、机构的死点位置
1. 死点位置 所谓死点位置就是指从动件的传动角等于零或者压力角等于90∘时 机构所处的位置。
xB
xA-i2li
c osi
-ili
s
ini
d2yB d课t2件
yB
yA-i2li
《机械设计基础》 平面连杆机构PPT课件
§3-1平面四杆机构的类型及其应用
C 连杆
B
整转副 A
连架杆 机架
摆动副
D
连架杆 转动副
★曲柄 能绕其轴线转360º的连架杆。 ★摇杆 仅能绕其轴线作往复摆动的连架杆。 ★整转副 组成转动副的两构件能作整周转动。 ★摆动副 组成转动副的两构件仅能作往复摆动。
§3-1平面四杆机构的类型及其应用
1. 铰链四杆机构的
C
C2
4 C1
1
A
牛头刨床
摇块机构的应用
B
1
2 3
A
4C
C3
4
2
B
A 1
A1
4
2B
C3
自卸卡车举升机构
定块机构的应用
A1 B
42
C3
A
44A
1 B
2
3C
定块机构 手摇唧筒
手摇唧筒2
双移动副四杆机构
2
1
4
3
正弦机构
2
1
4
3
双转块机构
2
1
4
3
2
1
4
3
双滑块机构
双转块机构的应用
2
1
4
3
双滑块机构的应用
2
1
4
3
三、转动副扩大
偏心轮机构
三、转动副扩大
偏心轮机构
一、铰链四杆机构
运动副A成为周转副的条件： 若A为周转副，则B绕A可到达任意位置，不应出现B、C、D三
点共线的情况，此时，机构不能转动。
B C
A
D
C
A
D
B
§ 3－2 铰链四杆机构有整转副的条件
《机械设计基础》第2章_平面连杆机构解析
0 0
由上式可知，机构的急回程度取决于极位夹
角θ的大小。θ角越大，K值越大，机构的急回程
度也越高，但机构运动的平稳性就越差。反之反 然。 一般机械中1≤K≤2。
5.连杆机构具有急回特性的条件
⑴ 输入件等速整周转动；
⑵ 输出件往复运动；
⑶ 极位夹角
。 0
6.常见具有急回特性的四杆机构
二、平面连杆机构的特点及应用
1.平面连杆机构的特点
⑴寿命长 低副联接，接触表面为平面或圆柱面，
压力小；便于润滑，磨损较小。
⑵易于制造 连杆机构以杆件为主，结构简单。 ⑶可实现远距离操纵控制 因连杆易于作成较长
的构件。
⑷可实现比较复杂的运动规律 ⑸设计计算较繁复，当机构复杂时累计误差较大，
2、双曲柄机构
具有两个曲柄的铰链四杆机构。
⑴平行四边形机构：连杆与机架的长度相等，且曲
柄的转向相同长度也相等的双曲柄机构。 这种机构两曲柄的角速度始终保持相等，且连杆 始终做平动，故应用较广。
运动的不确定性
有辅助构件的重复机构
有辅助构件的错列机构
⑵逆平行四边形机构：连杆与机架的长度相等，两
含有两个移动副的四杆机构应用实例
2.3 平面四杆机构的基本特性
一、铰链四杆机构存在曲柄的条件
设 AB 为曲柄,
由 △BCD :
且 a <d .
b+c>f 、 b+f >c 、 c+f >b
以 fmax = a + d ， fmin = d - a b+c >a+d 、 b+d >a+c 、 c+d >a+b 化简后得: a<b 、 a<c 、 a< d 若 d <a d<a、d<b、d<c 代入并整理得：
由上式可知，机构的急回程度取决于极位夹
角θ的大小。θ角越大，K值越大，机构的急回程
度也越高，但机构运动的平稳性就越差。反之反 然。 一般机械中1≤K≤2。
5.连杆机构具有急回特性的条件
⑴ 输入件等速整周转动；
⑵ 输出件往复运动；
⑶ 极位夹角
。 0
6.常见具有急回特性的四杆机构
二、平面连杆机构的特点及应用
1.平面连杆机构的特点
⑴寿命长 低副联接，接触表面为平面或圆柱面，
压力小；便于润滑，磨损较小。
⑵易于制造 连杆机构以杆件为主，结构简单。 ⑶可实现远距离操纵控制 因连杆易于作成较长
的构件。
⑷可实现比较复杂的运动规律 ⑸设计计算较繁复，当机构复杂时累计误差较大，
2、双曲柄机构
具有两个曲柄的铰链四杆机构。
⑴平行四边形机构：连杆与机架的长度相等，且曲
柄的转向相同长度也相等的双曲柄机构。 这种机构两曲柄的角速度始终保持相等，且连杆 始终做平动，故应用较广。
运动的不确定性
有辅助构件的重复机构
有辅助构件的错列机构
⑵逆平行四边形机构：连杆与机架的长度相等，两
含有两个移动副的四杆机构应用实例
2.3 平面四杆机构的基本特性
一、铰链四杆机构存在曲柄的条件
设 AB 为曲柄,
由 △BCD :
且 a <d .
b+c>f 、 b+f >c 、 c+f >b
以 fmax = a + d ， fmin = d - a b+c >a+d 、 b+d >a+c 、 c+d >a+b 化简后得: a<b 、 a<c 、 a< d 若 d <a d<a、d<b、d<c 代入并整理得：
机械设计基础第一章
机械设计基础 —— 平面连杆机构
2-1 平面机构的运动简图和自由度
一、构件 二、运动副 三、机构 四、平面机构的运动简图 五、平面机构的自由度
精品课件
机械设计基础 —— 平面连杆机构
一、构件
构件：独立影响机构功能并能独立运 动的单元体 （实物、刚体、运动的整体）
机架、原动构件、从动构件 零件：单独加工的制造单元体
(运动副)
精品课件
与动力 源组合
机器
机械设计基础 —— 平面连杆机构
二、运动副
❖ 运动副: 两构件直接接触而形成的可动联接 ❖ 运动副元素：构成运动副时直接接触的点、线、面部分 ❖ 接触形式: 点、线、面
精品课件
y
o
x
机械设计基础 —— 平面连杆机构
运动副分类
❖ 按接触形式分类 ❖ 按相对运动分类
闭链
开链
精品课件
原动件 1
2 从动件 3
机构
机架 4
机械设计基础 —— 平面连杆机构
四、平面机构的运动简图
1 概述 2 构件的表示方法 3 运动副的表示方法 4 运动简图的绘制方法 5 例题
精品课件
机械设计基础 —— 平面连杆机构
1 概述
❖ 机构各部分的运动，取决于： 原动件的运动规律、各运动副的类型、机构的运动尺寸( 确定各运动副相对位置的尺寸)
❖ 机构运动简图: （表示机构运动特征的一种工程用图）
用简单线条表示构件 规定符号代表运动副 按比例定出运动副的相对位置 与原机械具有完全相同的运动特性 ❖ 比较： 机构示意图：没严格按照比例绘制的机构运动简图 ❖ 用途：分析现有机械，构思设计新机械
精品课件
机械设计基础 —— 平面连杆机构
机械设计基础——平面连杆机构
B
A
C
B
曲柄滑块机构
A B
导杆机构
C
AB > AC
A
转动导杆机构
C A
AB < AC C B
摆动导杆机构
A
C
曲柄摇块机构
B
A
定块机构 (移动导杆机构) C
B
（1）导杆机构
演化过程：曲柄滑块机构
曲柄改为机架
导杆机构。
转动导杆机构的应用
简易刨床
摆动导杆机构的应用
牛头刨床机构
（2）曲柄摇块机构
M 相距 h F
。
（3）不含力偶的三力杆件：三个力汇交于一点。
（4）确定摩擦总反力 FRik 方位： 判断 F 指向 Rik
确定
ki转向
使 F 与摩擦圆相切， Rik
并
ki与转向相反
例. 已知：驱动力F，f, φ=arctanf, 各销钉半径r,
当量摩擦系数f0, ρ=r f0, 求：Mq
Fr
Fr
Fr 作用在契块上的力
Fr f 驱动力：F 2 Ff f Fr fV Fr sin sin
f fV 楔形槽面当量摩擦系数 sin
fV f
2 . 转动副中的摩擦力
已知：M、ω21 、Fr . 摩擦力矩：
21
M f FR 21 Fr
（2）当螺母沿轴向与Fa方向相同移动时
支持力（阻力）
' M tan( ) ' d ' M do tan
' Md 支持阻力力矩 ' M do 理想支持阻力矩
Fd'
机械设计基础 第二章 平面连杆机构概论
1、已知B，C及连杆的两个位置，设计该铰链四杆机构。 动画2-18,18a 2、已知A，D，连杆的三个位置，设计铰链四杆机构。 动画2-19
3、已知两连架杆的三个位置，设计铰链四杆机构。 动画2-20 4、已知运动轨迹设计四杆机构。动画2-21
5、按K设计四杆机构
已知：曲柄摇杆机构，摇杆CD长度，摆角，K 设计此机构（确定曲柄和连杆长）
<90°，>90°）
8-20
曲柄滑块机构：
1
慢行程
C1
C2
1A
B2
2
B1
e
摆动导杆机构：
B1
1
A
2
B2
C
动画2-6
动画2-7
9-20
2、死点位置：
0, 90
1、机构停在死点位置，不能起动。 运转时，靠惯性冲过死点。
B1 A
B2
2、利用死点实例 动画２－８,8a,8b
P
C1 D
C2
四、设计方法：
1、图解法，2、解析法，3、图谱法，4实验法
4-20
§2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性
铰链四杆机构： 所有运动副均为转动副的平面四杆机构
动画2-1
5-20
4—机架
1，3—连架杆 →定轴转动
B
2—连杆 →平面运动
1 A
整转副：二构件相对运动为整周转动。
摆动副： 二构件相对运动不为整周转动。
①只能近似实现给定的运动规律；
②设计复杂；
③只用于速度较低的场合。
2-20
三、平面连杆机构设计的基本问题
选型：确定连杆机构的结构组成：构件数目，运动副类型、数目。
运动尺寸设计：确定机构运动简图的参数：①转动副中心之间 的距离；②移动副位置尺寸
3、已知两连架杆的三个位置，设计铰链四杆机构。 动画2-20 4、已知运动轨迹设计四杆机构。动画2-21
5、按K设计四杆机构
已知：曲柄摇杆机构，摇杆CD长度，摆角，K 设计此机构（确定曲柄和连杆长）
<90°，>90°）
8-20
曲柄滑块机构：
1
慢行程
C1
C2
1A
B2
2
B1
e
摆动导杆机构：
B1
1
A
2
B2
C
动画2-6
动画2-7
9-20
2、死点位置：
0, 90
1、机构停在死点位置，不能起动。 运转时，靠惯性冲过死点。
B1 A
B2
2、利用死点实例 动画２－８,8a,8b
P
C1 D
C2
四、设计方法：
1、图解法，2、解析法，3、图谱法，4实验法
4-20
§2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性
铰链四杆机构： 所有运动副均为转动副的平面四杆机构
动画2-1
5-20
4—机架
1，3—连架杆 →定轴转动
B
2—连杆 →平面运动
1 A
整转副：二构件相对运动为整周转动。
摆动副： 二构件相对运动不为整周转动。
①只能近似实现给定的运动规律；
②设计复杂；
③只用于速度较低的场合。
2-20
三、平面连杆机构设计的基本问题
选型：确定连杆机构的结构组成：构件数目，运动副类型、数目。
运动尺寸设计：确定机构运动简图的参数：①转动副中心之间 的距离；②移动副位置尺寸
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显然：t1 >t2 V2 > V1
摇杆的这种特性称为急回运动
7
曲柄摇杆机构摇杆主动
3
3
2
4
2
1
1 4
缝纫机踏板机构
8
压力角
压力角和传动角
从动件驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹锐角
切向分力: F’= Fcosα =Fsinγ
法向分力: F”= Fcosγ
B
γ↑ F’↑→对传动有利
可用γ的大小来表示机 构传动力性能的好坏,
曲柄存在的条件：
1、最长杆与最短杆的长度之和应≤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。
B
l2
A l1
C
l3
D
l4
15
第二节 铰链四杆机构有整转副的条件
铰链四杆机构的三种基本型式区别在于连 架杆是否为曲柄。而且，由于在生产实际中， 驱动机械的原动机（电动机、内燃机等）一般 都是做整周转动的，因此要求机构的主动件也 能做整周转动，即原动件为曲柄。而在四杆机 构中是否存在曲柄，取决于机构中各构件间的 相对尺寸关系。 所以，平面四杆机构在什么条件下具有曲柄的 研究是平面连杆机构的一个主要问题。下面我 们就以铰链四杆机构来分析曲柄存在的条件。
B AA
C γ
F”
FF”’ C γFα
F
F’
DD
称γ为传动角
9
机构的死点位置
F γ＝0
摇 柄此杆两时为次机主共构动线不件时能，，运且有动连:，γ杆称＝与0曲Fγ＝0
此位置为：“死点” 避免措施： 两组机构错开排列，如火车轮机构;靠飞轮的惯性
B’
F’
C’
A’
E’
D’
G’
A
E
D
G
B
F
C
10
也可以利用死点进行工作：飞机起落架、钻夹具等
s =l sin φ
φ
→∞
l
对心曲柄滑块机构
双滑块机构
正弦机构
22
(2)改变运动副的尺寸
(3)选不同的构件为机架
偏心轮机构
B
1
2 3
A
4C
曲柄滑块机构
B
1
2 3
A
4C
摆动导杆机构
导杆机构 转动导杆机构
23
B
1
2 3
A
4C
曲柄滑块机构
B
1
2 3
A
4C
导杆机构
B
1
连架杆 周转副
与机架相联的构件 能作360˚相对回转的运动副
摇杆
摆转副
只能作有限角度摆动的运动副
5
铰链四杆机构的三种基本型式：
（1）曲柄摇杆机构
特征
曲柄＋摇杆
作用
将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动， 如雷达天线
曲柄摇杆机构的特性
急回运动
CC 2 33
在曲柄摇杆机构中，当曲柄与连杆两次共线 时，摇杆位于两个极限位置，简称极位。
其它两杆长度之和。（称为杆长条件） 上述两个条件必须同时满足，否则
机构不存在曲柄。
19
当满足杆长条件时，说明存在整转副，当选择不同的构件作 为机架时，可得不同的机构。如
曲柄摇杆1 、曲柄摇杆2 、双曲柄、 双摇杆机构
20
根据上述所讲，我们同时可以得到 两个推论： 1）若四杆机构中最短杆与最长杆之和大
① 采用低副；面接触、承载大、便于润滑、不易磨损形 状简单、易加工、容易获得较高的制造精度；
② 改变杆的相对长度，从动件运动规律不同； ③ 连杆曲线丰富；可满足不同要求。
缺点 ① 构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低；
② 产生动载荷（惯性力），不适合高速；
③ 设计复杂，难以实现精确的轨迹。
第二章 平面连杆机构
铰链四杆机构的基本型式和特性
平
面
铰链四杆机构有整转副的条件
连
杆
铰链四杆机构的演化
机
构
平面四杆机构的设计
1
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2
平面连杆机构 特点
许多构件用低副（移动副和转动副）连接 组成的平面机构
3
分类:
平面连杆机构 空间连杆机构
常以构件数命名： 四杆机构、多杆机构
本章重点内容是介绍四杆机构 平面四杆机构的基本型式:
基本型式——铰链四杆机构，其它四杆机构都是 由它演变得到的。
4
第一节 铰链四杆机构的基本型式和特性
基本概念：
连杆
曲柄
整周定轴回转的构件
连 杆 作平面运动的构件
曲柄
摇杆 作定轴摆动的构件
于其余两杆之和，则该机构不可能有 曲柄存在，机构成为双摇杆机构； 2）若四杆机构中最短杆与最长杆之和小 于其余两杆之和，当最短杆是连架杆 时，机构为曲柄摇杆机构,当最短杆是 机架上时，成为双曲柄机构。
21
第三节 铰链四杆机构的演化
(1) 改变构件的形状和运动尺寸
曲柄摇杆机构
曲柄滑块机构
↓∞
偏心曲柄滑块机构
C DD
AA
γ=0
B C
B
飞机起落架
P
工件
A
B B2
C
2C
γ=0
11
33
A
P DD
4
F
T
钻孔夹具
11
（2）双曲柄机构
特征 作用
两个曲柄 将等速回转转变为等速或变速回转
C 23
B4
1
D
A
6E
惯性筛机构
12
1
AB D C2
3
B B’
C C’
A
D
旋转式叶片泵
A 1B
4 D
2
C3
AB = CD BC = AD
特例：平行四边形机构 实例：火车轮
13
（3）双摇杆机构
特征 应用举例 特例
两个摇杆 铸造翻箱机构、风扇摇头机构 等腰梯形机构——汽车转向机构
B’ C’
B
C
A
D
CC 电机
蜗轮 BBBA
D
AA
D
蜗蜗杆杆
C
风扇座
A EE
B
14
第二节 铰链四杆机构有整转副的条件
平面四杆机构具有整转副可能存在曲柄 杆1为曲柄，作整周回转，必有两次与机架共线
B1 4 D
雷达天线俯仰机构
A
6
曲柄摇杆机构
C2
θ 180°＋θ ωB
A
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
当曲柄以ω继续转过180°-θ时，摇杆从C2D,置摆到C1D， 所花时间为t2 ,平均速度为V2 ,那么有：
16
设：在图3—11所示 的铰链四杆机构中， 各杆的长度分别为a， b，c，d。 设a<d，若AB杆能绕 A整周回转，则AB杆 应能够占据与AD共线 的两个位置AB’和AB”。 由图可见，为使AB杆 能转至位置 AB’，各杆长度应满足：
adbc
而为使AB杆能转至AB”，各杆长度关系应满足：
b(da)c 或 c(da)b
17
由上述三式及其 两两相加可以得到：
若d<a，同 样可得到：
ad bc
a b c d
acd b
图 3—11
a b , a c , a d
dabc
d b c a
d cab
d a , d b, d c
18
所以，我们可以得出铰链四杆机构曲 柄存在条件为： 1）连架杆和机架中必有一杆是最短杆； 2）最短杆与最长杆长度之和小于或等于
摇杆的这种特性称为急回运动
7
曲柄摇杆机构摇杆主动
3
3
2
4
2
1
1 4
缝纫机踏板机构
8
压力角
压力角和传动角
从动件驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹锐角
切向分力: F’= Fcosα =Fsinγ
法向分力: F”= Fcosγ
B
γ↑ F’↑→对传动有利
可用γ的大小来表示机 构传动力性能的好坏,
曲柄存在的条件：
1、最长杆与最短杆的长度之和应≤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。
B
l2
A l1
C
l3
D
l4
15
第二节 铰链四杆机构有整转副的条件
铰链四杆机构的三种基本型式区别在于连 架杆是否为曲柄。而且，由于在生产实际中， 驱动机械的原动机（电动机、内燃机等）一般 都是做整周转动的，因此要求机构的主动件也 能做整周转动，即原动件为曲柄。而在四杆机 构中是否存在曲柄，取决于机构中各构件间的 相对尺寸关系。 所以，平面四杆机构在什么条件下具有曲柄的 研究是平面连杆机构的一个主要问题。下面我 们就以铰链四杆机构来分析曲柄存在的条件。
B AA
C γ
F”
FF”’ C γFα
F
F’
DD
称γ为传动角
9
机构的死点位置
F γ＝0
摇 柄此杆两时为次机主共构动线不件时能，，运且有动连:，γ杆称＝与0曲Fγ＝0
此位置为：“死点” 避免措施： 两组机构错开排列，如火车轮机构;靠飞轮的惯性
B’
F’
C’
A’
E’
D’
G’
A
E
D
G
B
F
C
10
也可以利用死点进行工作：飞机起落架、钻夹具等
s =l sin φ
φ
→∞
l
对心曲柄滑块机构
双滑块机构
正弦机构
22
(2)改变运动副的尺寸
(3)选不同的构件为机架
偏心轮机构
B
1
2 3
A
4C
曲柄滑块机构
B
1
2 3
A
4C
摆动导杆机构
导杆机构 转动导杆机构
23
B
1
2 3
A
4C
曲柄滑块机构
B
1
2 3
A
4C
导杆机构
B
1
连架杆 周转副
与机架相联的构件 能作360˚相对回转的运动副
摇杆
摆转副
只能作有限角度摆动的运动副
5
铰链四杆机构的三种基本型式：
（1）曲柄摇杆机构
特征
曲柄＋摇杆
作用
将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动， 如雷达天线
曲柄摇杆机构的特性
急回运动
CC 2 33
在曲柄摇杆机构中，当曲柄与连杆两次共线 时，摇杆位于两个极限位置，简称极位。
其它两杆长度之和。（称为杆长条件） 上述两个条件必须同时满足，否则
机构不存在曲柄。
19
当满足杆长条件时，说明存在整转副，当选择不同的构件作 为机架时，可得不同的机构。如
曲柄摇杆1 、曲柄摇杆2 、双曲柄、 双摇杆机构
20
根据上述所讲，我们同时可以得到 两个推论： 1）若四杆机构中最短杆与最长杆之和大
① 采用低副；面接触、承载大、便于润滑、不易磨损形 状简单、易加工、容易获得较高的制造精度；
② 改变杆的相对长度，从动件运动规律不同； ③ 连杆曲线丰富；可满足不同要求。
缺点 ① 构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低；
② 产生动载荷（惯性力），不适合高速；
③ 设计复杂，难以实现精确的轨迹。
第二章 平面连杆机构
铰链四杆机构的基本型式和特性
平
面
铰链四杆机构有整转副的条件
连
杆
铰链四杆机构的演化
机
构
平面四杆机构的设计
1
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前言
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2
平面连杆机构 特点
许多构件用低副（移动副和转动副）连接 组成的平面机构
3
分类:
平面连杆机构 空间连杆机构
常以构件数命名： 四杆机构、多杆机构
本章重点内容是介绍四杆机构 平面四杆机构的基本型式:
基本型式——铰链四杆机构，其它四杆机构都是 由它演变得到的。
4
第一节 铰链四杆机构的基本型式和特性
基本概念：
连杆
曲柄
整周定轴回转的构件
连 杆 作平面运动的构件
曲柄
摇杆 作定轴摆动的构件
于其余两杆之和，则该机构不可能有 曲柄存在，机构成为双摇杆机构； 2）若四杆机构中最短杆与最长杆之和小 于其余两杆之和，当最短杆是连架杆 时，机构为曲柄摇杆机构,当最短杆是 机架上时，成为双曲柄机构。
21
第三节 铰链四杆机构的演化
(1) 改变构件的形状和运动尺寸
曲柄摇杆机构
曲柄滑块机构
↓∞
偏心曲柄滑块机构
C DD
AA
γ=0
B C
B
飞机起落架
P
工件
A
B B2
C
2C
γ=0
11
33
A
P DD
4
F
T
钻孔夹具
11
（2）双曲柄机构
特征 作用
两个曲柄 将等速回转转变为等速或变速回转
C 23
B4
1
D
A
6E
惯性筛机构
12
1
AB D C2
3
B B’
C C’
A
D
旋转式叶片泵
A 1B
4 D
2
C3
AB = CD BC = AD
特例：平行四边形机构 实例：火车轮
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（3）双摇杆机构
特征 应用举例 特例
两个摇杆 铸造翻箱机构、风扇摇头机构 等腰梯形机构——汽车转向机构
B’ C’
B
C
A
D
CC 电机
蜗轮 BBBA
D
AA
D
蜗蜗杆杆
C
风扇座
A EE
B
14
第二节 铰链四杆机构有整转副的条件
平面四杆机构具有整转副可能存在曲柄 杆1为曲柄，作整周回转，必有两次与机架共线
B1 4 D
雷达天线俯仰机构
A
6
曲柄摇杆机构
C2
θ 180°＋θ ωB
A
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
当曲柄以ω继续转过180°-θ时，摇杆从C2D,置摆到C1D， 所花时间为t2 ,平均速度为V2 ,那么有：
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设：在图3—11所示 的铰链四杆机构中， 各杆的长度分别为a， b，c，d。 设a<d，若AB杆能绕 A整周回转，则AB杆 应能够占据与AD共线 的两个位置AB’和AB”。 由图可见，为使AB杆 能转至位置 AB’，各杆长度应满足：
adbc
而为使AB杆能转至AB”，各杆长度关系应满足：
b(da)c 或 c(da)b
17
由上述三式及其 两两相加可以得到：
若d<a，同 样可得到：
ad bc
a b c d
acd b
图 3—11
a b , a c , a d
dabc
d b c a
d cab
d a , d b, d c
18
所以，我们可以得出铰链四杆机构曲 柄存在条件为： 1）连架杆和机架中必有一杆是最短杆； 2）最短杆与最长杆长度之和小于或等于