机械原理_平面四连杆结构的设计说明
机械原理四连杆机构
第三十四页，共八十八页。
图4-11 起重 机起重 机构 (qǐ zhònɡ)
(qǐ zhònɡ)
第三十五页，共八十八页。
两摇杆长度相等的双摇杆机构，称为(chēnɡ wéi)等腰梯形机构。
C2D，摆角为；而当曲柄顺时针再转过 角度2=180-时，摇杆由C2D摆回C1D，其
摆角仍然是 。虽然摇杆来回摆动的摆角
相同，但对应的曲柄转角不等(12);当
曲柄匀速转动时,对应的时间也不等(t1>t2)， 从而反映了摇杆往复摆动的快慢不同。
第十五页，共八十八页。
令摇杆自C1D摆至C2D为工作行程， 这时铰链C的平均速度是v1=C1C2/t1；摆 杆自C2D摆回至C1D为空回行程，这时C 点的平均速度是v2=C1C2/t2，v1<v2，表明
第四十二页，共八十八页。
上述关系说明：曲柄存在(cúnzài)的必要条件： （1） 在曲柄(qūbǐng)摇杆机构中，曲柄(qūbǐng)是最 短杆； （2） 最短杆与最长杆长度之和小于或等
于(děngyú)其余两杆长度之和。
第四十三页，共八十八页。
如何得到不同(bù tónɡ)类型的铰链四杆机构？ 根据(gēnjù)以上分析可知：
即机构处于压力角=90（传力角=0）的
位置时，驱动力的有效力为0。此力对A点 不产生力矩，因此不能使曲柄转动。机构 的这种位置称为死点。
第二十五页，共八十八页。
死点(sǐ diǎn)会使机构的从动件出现卡死或运 动不确定的现象。可以利用回转机构的惯性 或添加辅助机构来克服。如家用缝纫机中的 脚踏机构，图4-3a。
机械原理课件8平面连杆机构与设计说明
切向分力:
法向分力:
FFco sFsin FFcos
n
▲切向分力F ′越大,机构的传力
性能越好,法向分力 F″越大,机
构的传力性能越差
B
结论：
A
为保证机构的传力
F″
t
C γα F
F′ t
F ″ T′
D
F′
性能，压力角α不能
过大，传动角γ不能过小。
设计时要求:γmin≥50°
γmin出现的位置：
当 最小或最大时，都有可能出现
§8－2平面四杆机构的类型和应用
一. 平面四杆机构的基本形式 铰链四杆机构
双曲柄机构
曲柄摇杆机构
双摇杆机构
各铰部链名四称杆及机运构动形式 机是构架平的面基固四本定杆形的机式构件 连架杆 直接与机架相连接的杆件
连杆
B
铰曲链柄曲四柄能杆摇整机杆周构机转的构动三的种构基件本形式连为架：杆
A
摇杆 只双能曲做柄非机整构周摆动的连架杆
A
4
B
A1
2 3 C 导杆机构,动画
4
转动导杆机构 摆动导杆机构
曲柄滑块机构演化实例
B 1
A
2 3
4
C
曲柄摇块机构〔连杆作机架
B 1 A
4
2
C 3
DC
B A
自卸卡车举升机构
移动导杆机构
B BBB 11 1
222
A AA A
3333 CCC 444
B 1
A
2 3
4
C
曲柄滑块机构
B 1
A
手摇唧筒
2 3
F’ E’
C’
D’
G’
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
机械原理第二章连杆机构(杨家军版)
3、平面连杆机构的应用
机械手
汽车中那些部位用到连杆机构
起重装置
§3-2 平面四杆机构的基本类型及应用
一、平面四杆机构的基本形式 1. 构件及运动副名称 构件名称：
连架杆——与机架连接的构件 曲柄——作整周回转的连架杆 摇杆——作来回摆动的连架杆 连杆——未与机架连接的构件 机架——固定不动的构件
α1 180° +θ t1 V2 ω = α = = = 180° -θ V1 2 t2 ω
连杆机构输出件具有急回特性的条件： 1）原动件等角速整周转动； 2）输出件具有正、反行程的往复运动； 3）极位夹角θ >0。
分析： 180° +θ K= 180° -θ
K≥1,K=1时无急回特性
设计具有急回特性的机构时，一般先根据使用要求给 定K值，则有 (K-1) θ=180° (K+1) θ＝ 0 θ≠0 θ↑,K↑,急回运动越明显，一般取K＜2
●导杆机构（曲柄为主动件） ●导杆机构（摇杆为主动件）
α B2 ≡0°
3 2 1 3 A B VB2 D 4 FB2 1 2 FB3 B D VB2 FB2 FB1
机构压力角:在不计摩擦力、惯性力和重力的条件下， 机构中驱使输出件运动的力的方向线与输出件上受 力点的速度方向间所夹的锐角，称为机构压力角， 通常用α 表示。P50
传动角：压力角的余角。 通常用γ 表示.
F2 C
B
A
δ
D
γ F α
F1
vc
机构的传动角和压力角作出如下规定： γ min≥[γ ]；[γ ]= 3060°； α max≤[α ]。 [γ ]、[α ]分别为许用传动角和许用压力角。
C
(2) 推广到导杆机构 结论：有急回特性，且极位夹角等于摆杆摆角，即
机械原理教案 平面连杆机构及其设计
第八章平面连杆机构及其设计§8-1、连杆机构及其传动特点1、连杆机构及其组成。
本章主要介绍平面连杆机构（所有构件均在同一平面或在相互平行的平面内运动的机构）组成：由若干个‘杆’件通过低副连接而组成的机构。
又称为低副机构。
2、平面连杆机构的特点（首先让学生思考在实际生活中见到过哪些连杆机构：钳子、缝纫机、挖掘机、公共汽车门）1）运动副为面接触，压强小，承载能力大，耐冲击，易润滑，磨损小，寿命长；。
2）运动副元素简单（多为平面或圆柱面），制造比较容易；3）运动副元素靠本身的几何封闭来保证构件运动，具有运动可逆性，结构简单,工作可靠；4）可以实现多种运动规律和特定轨迹要求；（连架杆之间）匀速、不匀速主动件（匀速转动）→→→→→从动件连续、不连续（转动、移动）某种函数关系引导点实现某种轨迹曲线导引从动件（连杆导引功能）→→→→→引导刚体实现平面或空间系列位置5）还可以实现增力、扩大行程、锁紧。
连杆机构的缺点：1）由于连杆机构运动副之间有间隙，且运动必须经过中间构件进行传递，因而当使用长运动链（构件数较多）时，易产生较大的误差积累，同时也使机械效率降低。
2）连杆机构所产生的惯性力难于平衡，因而会增加机构的动载荷，所以连杆机构不宜用于高速运动。
3）难以精确地满足很复杂地运动规律（受杆数限制）4）综合方法较难，过程繁复；平面四杆机构的应用广泛，而且常是多杆机构的基础，本章重点讨论平面四杆机构的有关基本知识和设计问题。
§8-2、平面四杆机构的基本类型和应用（利用多媒体中的图形演示说明）1．铰链四杆机构的基本类型1）、曲柄摇杆机构曲柄：与机架相联并且作整周转动的构件；摇杆：与机架相联并且作往复摆动的构件；（还可以举例：破碎机、自行车（人骑上之后）等）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。
还可以补充：平行四边形机构的丁子尺、工作台灯机构；火车驱动机构、摄影平台、播种料斗机构、关门机构等。
机械原理课件第5章 连杆机构设计
第五章 平面连杆机构及其设计 §5-1平面连杆机构的应用及传动特点§5-2平面四杆机构的类型和应用§5-3平面四杆机构的一些共性问题§5-4 平面四杆机构的设计1）低副便于加工、润滑；构件间压强小、磨损小、承载能力大、寿长；2）连杆机构型式多样，可实现转动、移动、摆动、平面复合运动等运动形式间的转换。
如：锻压机肘杆机构，单侧曲线槽导杆机构，汽车空气泵，可变行程滑块机构，等。
一、平面连杆机构的优点和应用平面连杆机构:各构件全部用低副联接而成的平面机构（低副机构）.例如：四足机器人（图片、动画）、内燃机中的曲柄滑块机构、汽车刮水器、缝纫机踏板机构、仪表指示机构等。
曲柄滑块机构摆动导杆机构常见平面连杆机构：铰链四杆机构（雷达天线，飞剪，搅拌机）锻压机肘杆机构可变行程滑块机构3）可用于远距离操纵、重载机构，如：自行车手闸机构，挖掘机等。
4）连杆曲线丰富，可实现特定的轨迹要求，如：搅拌机构，鹤式起重机等。
挖掘机搅拌机构鹤式起重机二、平面连杆机构的缺点1）运动副中的间隙会造成较大累积误差，运动精度较低。
2）多杆机构设计复杂，效率低。
3）多数构件作变速运动，其惯性力难以平衡，不适用于高速。
多杆机构大都是四杆机构组合或扩展的结果。
本章介绍四杆机构的分析和设计。
六杆机构及六杆机构的实际应用一、 铰链四杆机构的基本型式和应用铰链四杆机构：全部用回转副联接而成的四杆机构。
连架杆——与机架相联的构件；周转副——组成转动副的两个构件作整周相对转动的转动副；曲柄1——作整周定轴回转的构件；摇杆3——作定轴摆动的构件；转动副摆转副（C、D）周转副（A、B）铰链四杆机构分为：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。
1.曲柄摇杆机构铰链四杆机构中，若两连架杆中有一个为曲柄，另一个为摇杆，则称为曲柄摇杆机构。
实现转动和摆动的转换。
雷达天线俯仰机构缝纫机踏板机构应用（动画演示）：雷达天线俯仰角调整机构，飞剪机构，搅拌机构，摄影机抓片机构、缝纫机踏板机构等。
机械原理——平面四连杆结构的设计
双曲柄机构 曲柄摇杆机构
规格严格
功夫到家
34
3-3 平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念
2、曲柄滑块机构有曲柄的条件
B1
B
a1
b
A 2
B2
3
C
e
C1
C2
构件1能通过AB1位置的条件是： aeb 构件1能通过AB2位置的条件是： a-e b
规格严格
曲柄滑块机构有 曲柄的条件是：
aeb35规格严格功夫 Nhomakorabea家6
3-1 概述
·实现多种运动规律和轨迹要求
规格严格
功夫到家
7
3-1 概述
三、连杆机构的缺点
·惯性力不易平衡 ·不易精确实现各种运动规律和轨迹要求
惯性力不易平衡
规格严格
功夫到家
8
3-1 概述
规格严格
功夫到家
9
3-1 概述
不易精确实现各种运动规律
实现预定运动规律 f ( )
选不同构件作机架
人们认为所有的四杆机构都是由四 杆机构的基本形式演化来的。
规格严格 功夫到家
22
3-2 平面四杆机构的基本类型及其演化
1、曲柄摇杆机构的演化
C 3
B
1
2
C
3
A
D
4
改变运动副类型转 B 动副变成移动副
1
2
4
A
D
∞
改变构 件相对 尺寸
B
1
2
C
改变构件相对尺 寸e＝0
C
B
1
3
4
2
D
e
A
4
机 械 原 理
第三章 连杆机构分析与设计
机械原理第4章
LAB居中，则 LAD +LBC＞LCD + LAB ∴ LAB＜70mm
LAB最大，则 LAB+ LAD＞LCD + LBC ∴ LAB＞130mm 结果为50mm＜LAB＜70mm 或130mm＜LAB≤LBC+LCD +LAD=250mm。
第4章 平面连杆机构及其设计
(Chapter 4 Planar linkages and design of linkages)
B A
M F C
E
D
基本内容
1.连杆机构的基本概念 1)铰链四杆机构的基本形式、应用及演化； 2)平面四杆机构的特性。 2.平面连杆机构的设计
学习重点
1)连杆机构的特性； 2)图解法设计平面四杆机构。
CD
2
对心曲柄 滑块机构
偏心曲柄 滑块机构
(2)双滑块机构
当LBC→∞时， →直线。
B 1 1
2
A A 4
2
B 3
C 4
C
3
1
2
B
3
C
4
A
双滑块机构种类：
2 1 4 3
B 2
1
A 4
3 C
2.扩大转动副
B
1 A 1 4 4 B A
2
C
2
C3
3
将B点转动副扩大
3.取不同构件为机架
A
1 2 3 4
C
B A B
2 B 4 1
A
C
2
3
C
C
4
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构件2 为机架
C
2
B
3
1
A
4
D
曲柄摇杆机构 构件3 为机架
C
2 B
1
3
A
4D
双摇杆机构
规格严格 功夫到家
29
3-3 平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念
一、平面四杆机构有曲柄的条件
1、铰链四杆机构有曲柄的条件
B
B1
a
C1
C C2
b
cb c
a
A B2
D
d
蓝色三角形 B1C1D 成立 adbc badc cadb 红色三角形 B2C2D成立
3-2 平面四杆机构的基本类型及其演化
规格严格 功夫到家
17
3-2 平面四杆机构的基本类型及其演化
振动筛
规格严格 功夫到家
18
3-2 平面四杆机构的基本类型及其演化
平行四边形机构对边长度相 等且平行实现水平升降
反平行四边形机构对边长 度相等但不且平行实现两 扇门同时开闭
规格严格 功夫到家
19
3-2 平面四杆机构的基本类型及其演化
B
2 1a
A
B1
3
C2 C C1
D
e
B2
B
3
2 a1
A
d
偏置转动导杆机构
B1
C
C1
B2
C2
De
d
ad e
有曲柄，该机构是 摆动导杆机构。
ad e
有曲柄，该机构 是摆动导杆机构。
规格严格 功夫到家
38
3-3 平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念
B
2 a1
A
B1
3
C
C1
C2 D e d e a d e
者压力角等于90∘时机构所处的位置。
4
2
B
1
A
规格严格
C
3
D
改变构件 相对尺寸
4
B
A
2
C
1
D
3
C
4
改变构件
3
相对尺寸
D 4
功夫到家
CD
34
B1
2
A
双转块机构
25
3-2 平面四杆机构的基本类型及其演化
3、双摇杆机构的演化
2
B
C
B2 C
2 B
C
1
改变运动副类型
3 转动副变成移动副 1 0
3
改变构件 相对尺寸
1
3
A
D
4
D
D
A
4
A4
移动导杆机构
ac
a b a最短
ad
该机构中构件a最 短，构件a能否整 周回转？
规格严格 功夫到家
31
3-3 平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念
adbc
a d b c 设b最长 a b d c 成立
bd-ac cd-ab ac
abdc acdb
a d b c 必然成立 acdb
d-a bc
ad
b d-a c
c d-a b
规格严格 功夫到家
30
3-3 平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念
比较
adbc d-abc badc bd-ac cadb cd-ab
adbc
bd-ac
c d-a b
a
b
c
d
d-aadbc adbc bd-acadc bd-ac cd-abadb cd-ab
构件1能通过AB1位置的条件是： aeb
构件1能通过AB2位置的条件是： a-e b
C2
曲柄滑块机构有 曲柄的条件是：
aeb
规格严格 功夫到家
35
3-3 平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念
3、导杆机构有曲柄的条件
2
B1
B
a1 3
C
A
2
B
a1 3
A
C
B1 B2
B2 d
d
ad
有曲柄，该机构是摆动 导杆机构。
规格严格 功夫到家
3
3-1 概述
平面连杆机构
规格严格 功夫到家
4
3-1 概述
二、连杆机构的优点
·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
规格严格 功夫到家
5
3-1 概述
·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
ab ad
a最短
最短杆与最长杆之和小于等 于其它两杆长度之和。
◆最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和 ◆最短杆是连架杆或机架
再看这个例子
铰链四杆 机构有曲 柄的条件
构件a为什么不能整周回转？
a
b
c
a最短，d最长
d
a d b c 是否成立？
规格严格 功夫到家
32
3-3 平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念
主动件a 从动件c
运动 AB1→AB2 DC1→DC2
时间
t1
t1
C2 C1
转角
φ1
ψ
1
运动 AB2→AB1 DC2→DC1
A
B1
时间
t2
t2
D
转角
φ2
ψ
2
B2
规格严格 功夫到家
47
3-3 平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念
从动件DC的平均角速度：
DC1 DC2
3
t1
, t1
一、平面四杆机构的基本类型及应用
摆转副
连杆
C
周转副
连架杆 曲柄
周转副
2
B 1
A
3 连架杆 摇杆
D 摆转副
机架
4
铰链四杆机构
平面四杆机构的基本类型是一个铰链四杆机构。
规格严格 功夫到家
12
3-2 平面四杆机构的基本类型及其演化 这个铰链四杆机构有三种基本形式。
1.曲柄摇杆机构
一个连架杆作整周转动； 一个连架杆作摆动； 连杆作平面运动。
二、压力角和传动角
v
F
W F s cos
s
传动角：压力角的余角γ称为传动角 压力角：力F的作用线与力作用点绝对速度v所夹的锐 角α称为压力角。
规格严格 功夫到家
41
3-3 平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念
W F s cos
在其它条件不变的情况下压力角α 越 小，作功W越大。
23
3-2 平面四杆机构的基本类型及其演化
2、双曲柄机构的演化
B2
1
A
C
0
B
2
改变运动副类型
3 转动副变成移动副 1
D
AD
C 改变构件
3 相对尺寸
4
4
2 B
C
3
1
AD
4 转动导杆机构
规格严格 功夫到家
24
3-2 平面四杆机构的基本类型及其演化
B2
1
2
C
B
3
改变运动副类型 转动副变成移动副
1
A
AD
规格严格 功夫到家
6
3-1 概述
·实现多种运动规律和轨迹要求
规格严格 功夫到家
7
3-1 概述
三、连杆机构的缺点
·惯性力不易平衡 ·不易精确实现各种运动规律和轨迹要求
惯性力不易平衡
规格严格 功夫到家
8
3-1 概述
规格严格 功夫到家
9
3-1 概述
不易精确实现各种运动规律
实现预定运动规律
f ()
2
BC
C
D
3
A1 3
4
∞
D 4
C
B2
D A1 34 3
双滑块机构
定为机架
改变机架
2
BC
A1 3
D
改变构件 相对尺寸
4 正弦机构
规格严格 功夫到家
28
3-2 平面四杆机构的基本类型及其演化
5、四杆机构基本类型的演化关系
C
2 B
3
1
A
4D
构件4为机架 曲柄摇杆机构
构件1 为机架
C
2 B
1
3
A
4D
双曲柄机构
3-3 平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念
曲柄滑块机构 的极位夹角 B
摆动导杆机构 的极位夹角
2 A
1
B1
C
B
1
A 2 ψ
B1 d
e C1
1 2
D
1 2
2
规格严格 功夫到家
46
3-3 平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念
2. 急回运动
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。
移动副
人们认为所有的四杆机构都是由四 杆机构的基本形式演化来的。
规格严格 功夫到家
22
3-2 平面四杆机构的基本类型及其演化
1、曲柄摇杆机构的演化
C3
2 B
1
A
C
3
D
改变运动副类型转
2
动副变成移动副 B
4
1
A
D∞
4
B 12
A
C
3 4D
改变构 件相对 尺寸