四杆机构特性
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铰链四杆机构的基本特性课件
采用先进的表面处理工艺，如喷涂、 电镀和热处理，以提高机构零部件的制技术
利用智能控制技术，如模糊控制、神经网络和遗传算法，实现对机构的高精度 控制和自适应调节。
自动化技术
采用自动化技术，如机器人和自动化生产线，实现机构的自动化装配、检测和 调试，提高生产效率和产品质量。
铰链四杆机构的基本 特性课件
目录
CONTENTS
• 铰链四杆机构的定义与组成 • 铰链四杆机构的基本特性 • 铰链四杆机构的运动分析 • 铰链四杆机构的优化设计 • 铰链四杆机构的应用 • 铰链四杆机构的发展趋势与展望
01 铰链四杆机构的定义与组 成
定义
01
铰链四杆机构是一种由四个杆件 通过铰链连接而成的机械机构， 通常用于实现各种运动轨迹和传 动功能。
03 铰链四杆机构的运动分析
平面四杆机构的运动分析
平面四杆机构是由四个杆件相 互铰接组成的，其运动特性主 要取决于各杆的长度和角度。
平面四杆机构有三种基本类型 ：曲柄摇杆机构、双曲柄机构 和双摇杆机构。
平面四杆机构的运动分析可以 通过几何法和解析法进行，其 中解析法更为精确和可靠。
空间四杆机构的运动分析
求。
减小能耗
降低机构在运动过程中的能量 消耗，实现节能减排。
减小尺寸和重量
优化机构的结构设计，减小其 尺寸和重量，便于携带和运输
。
提高可靠性
增强机构的结构强度和耐磨性 ，提高其使用寿命和可靠性。
优化设计方法
数学建模
建立铰链四杆机构的数 学模型，包括几何模型 、运动学模型和动力学
模型等。
仿真分析
利用仿真软件对机构进 行运动学和动力学仿真 分析，以评估其性能。
印刷机械
在印刷机械中，铰链四杆机构用于 调节印刷滚筒的位置和角度，确保 印刷质量。
利用智能控制技术，如模糊控制、神经网络和遗传算法，实现对机构的高精度 控制和自适应调节。
自动化技术
采用自动化技术，如机器人和自动化生产线，实现机构的自动化装配、检测和 调试，提高生产效率和产品质量。
铰链四杆机构的基本 特性课件
目录
CONTENTS
• 铰链四杆机构的定义与组成 • 铰链四杆机构的基本特性 • 铰链四杆机构的运动分析 • 铰链四杆机构的优化设计 • 铰链四杆机构的应用 • 铰链四杆机构的发展趋势与展望
01 铰链四杆机构的定义与组 成
定义
01
铰链四杆机构是一种由四个杆件 通过铰链连接而成的机械机构， 通常用于实现各种运动轨迹和传 动功能。
03 铰链四杆机构的运动分析
平面四杆机构的运动分析
平面四杆机构是由四个杆件相 互铰接组成的，其运动特性主 要取决于各杆的长度和角度。
平面四杆机构有三种基本类型 ：曲柄摇杆机构、双曲柄机构 和双摇杆机构。
平面四杆机构的运动分析可以 通过几何法和解析法进行，其 中解析法更为精确和可靠。
空间四杆机构的运动分析
求。
减小能耗
降低机构在运动过程中的能量 消耗，实现节能减排。
减小尺寸和重量
优化机构的结构设计，减小其 尺寸和重量，便于携带和运输
。
提高可靠性
增强机构的结构强度和耐磨性 ，提高其使用寿命和可靠性。
优化设计方法
数学建模
建立铰链四杆机构的数 学模型，包括几何模型 、运动学模型和动力学
模型等。
仿真分析
利用仿真软件对机构进 行运动学和动力学仿真 分析，以评估其性能。
印刷机械
在印刷机械中，铰链四杆机构用于 调节印刷滚筒的位置和角度，确保 印刷质量。
铰链四杆机构的运动特性急回特性
共线： 即AB1C1和AB2C2的位置。
这时摇杆CD处于最左和最右的位置：C1D和C2D。
也就是摇杆的两个极限位置。
B
C1
C C2
A
B2
D
B1
曲柄摇杆机构
3
铰链四杆机构的急回特性
一、概念： 1、极位：当曲柄摇杆机构处于两个极限位置时，称为 极位。 2、极位夹角：曲柄与连杆两次共线位置之间的夹角称
为极位夹角，用字母 表示。
15
作行程（慢行程）的平均速度小于空回行程（快行程） 的平均速度，则称该机构具有急回特性。
工作行程： 切制工件 空回行程：刀具返回
8
铰链四杆机构的急回特性
四、急回特性系数 为能定量描述急回运动，将回程平均速度V2与工作行
程平均速度V1之比定义为行程速度变化系数即急回特性 系数，用K来表示。
由上式可观察出：
3、摆角：摇杆在两个极限位置的夹角称之为摆角，用
字母 表示。
思考：
极位夹角是取其所夹的锐角还是取其所夹的钝角？
为讨论及计算方便：取锐角。
4
铰链四杆机构的急回特性
二、分析：曲柄运转一周：
1、行程 1：曲柄由AB1顺时针转动到AB2时，转过的角度是1
=180º+ ；耗时为t1； 行程 2
B
C1
1
6
铰链四杆机构的急回特性
因为：
1 > 2 且曲柄匀速旋转
所以：
t1
1 1
180 1
又因为：
> t2
2 1 > t2
所以：
_
_
V1 C1C2 t1 < V2 C1C2 t2
即：摇杆返回速度较快；
这里就称它具有急回特性。
这时摇杆CD处于最左和最右的位置：C1D和C2D。
也就是摇杆的两个极限位置。
B
C1
C C2
A
B2
D
B1
曲柄摇杆机构
3
铰链四杆机构的急回特性
一、概念： 1、极位：当曲柄摇杆机构处于两个极限位置时，称为 极位。 2、极位夹角：曲柄与连杆两次共线位置之间的夹角称
为极位夹角，用字母 表示。
15
作行程（慢行程）的平均速度小于空回行程（快行程） 的平均速度，则称该机构具有急回特性。
工作行程： 切制工件 空回行程：刀具返回
8
铰链四杆机构的急回特性
四、急回特性系数 为能定量描述急回运动，将回程平均速度V2与工作行
程平均速度V1之比定义为行程速度变化系数即急回特性 系数，用K来表示。
由上式可观察出：
3、摆角：摇杆在两个极限位置的夹角称之为摆角，用
字母 表示。
思考：
极位夹角是取其所夹的锐角还是取其所夹的钝角？
为讨论及计算方便：取锐角。
4
铰链四杆机构的急回特性
二、分析：曲柄运转一周：
1、行程 1：曲柄由AB1顺时针转动到AB2时，转过的角度是1
=180º+ ；耗时为t1； 行程 2
B
C1
1
6
铰链四杆机构的急回特性
因为：
1 > 2 且曲柄匀速旋转
所以：
t1
1 1
180 1
又因为：
> t2
2 1 > t2
所以：
_
_
V1 C1C2 t1 < V2 C1C2 t2
即：摇杆返回速度较快；
这里就称它具有急回特性。
铰链四杆机构基本形式和特性
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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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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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简述平面四杆机构的类型特点和应用
简述平面四杆机构的类型特点和应用一、平面四杆机构的类型：1. 平衡四杆机构：该机构有能力保持平衡，即使受到外部干扰也能够回到原来的位置。
这种机构被广泛用于稳定系统和开放环境。
2. 驱动四杆机构：该机构可以转化旋转运动为线性运动或反之。
这种机构广泛应用于机械工程、模具制造和自动化工程中。
3. 可逆四杆机构：该机构可以逆向工作，在不同的任务中灵活应用。
这种机构被广泛用于机器人工程和自动化工程中。
4. 变位四杆机构：该机构可以在不同位置自动调整，以适应不同的应用需求。
这种机构被广泛用于自动化机械和精密制造领域。
二、平面四杆机构的特点：1. 平面四杆机构可以转换不同类型的运动，包括旋转、线性、摆动等。
2. 平面四杆机构结构简单，易于制造和维护，具有良好的可靠性和稳定性。
3. 平面四杆机构可以通过组装多个单元来实现更高级别的机械结构，例如机器人、自动化系统等。
4. 平面四杆机构广泛应用于机械、汽车、制造、物流、自动化等领域，并逐渐成为机器人、智能装备的重要组成部分。
三、平面四杆机构的应用：1. 发动机连杆机构：由于发动机需要将旋转运动转化为线性运动来驱动汽车轮胎，平面四杆机构被广泛应用于汽车发动机的连杆机构中。
2. 物流设备：平面四杆机构可以逆向工作，可以将线性运动转化为旋转运动，这使得物流设备可以保持高速和精度，如自动包装线、调料机等。
3. 机械手：平面四杆机构的结构简单，稳定性好，这使得它成为机器人手臂的优选部件之一，广泛应用于各个制造领域。
4. 印刷机械：平衡四杆机构可以使印刷平台始终稳定，特别是在高速印刷时，它可以保持印刷品的精度和质量。
5. 飞控系统：平衡四杆机构被广泛应用于飞控系统的调节器中，以帮助控制飞行器的稳定性。
总的来说，平面四杆机构具有结构简单、稳定性好、运动特性多样等特点，可以在各个行业发挥重要的作用。
机械基础——四杆机构的运动特性
曲柄摇杆机构的 位置：摇杆为从动件，曲柄为原动件时，当原动件与机架共线时传动角最小。比较两者两次共线时的 ，并取小值为该机构的最小传动角 。
曲柄滑块机构的 位置：滑块为从动件，曲柄为原动件时，当曲柄与滑块的导路相垂直时，压力角最大。但对于偏置式曲柄滑块机构， 出现在曲柄位于偏置方向相反一侧的位置。
摆动导杆机构中，若以曲柄为原动件，则其压力角恒等于 ，即传动角 恒等于 ，说明以曲柄为原动件时，机构具有最好的传力性能。
（2）死点位置如曲柄摇杆机构中，若以摇杆为原动件，而曲柄为从动件，则当摇杆摆到两极限位置时，连杆与曲柄共线，此时机构的压力角 ＝ ＝ ，因此有效驱动力矩为零，无论作用力多大，不能使从动件曲柄转动。此位置称为死点位置。机构处于死点位置时，会出现停顿或运动不确定现象。
作业
1、画出下列机构图示位置的压力角，并指出该机构最大压力角的位置。
急回特性可用行程速度变化系数K表示
K＝ ＝
如果已知K，可以求出极位夹角
＝
3、四杆机构的传力特性
（1）压力角 和传动角 作用在从动件上的力F与力作用点的速度方向之间所夹的锐角，称为机构在此位置时的夹角，用 表示。压力角可以作为判断机构传力特性的标志。在连杆机构中，为了度量方便，常用压力角的余角 来判断机构的传力性能， 称为传动角。
课题
四杆机构的运动特性
教学目的
熟练掌握平面四杆机构的运动特性
教学安排
组织教学ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
讲述新课
五、四杆机构的运动特性
（1）四杆机构的极限位置在曲柄摇杆机构、摆动导杆机构和曲柄滑块机构中，当曲柄为原动件时，从动件作往复摆动或往复移动时，存在左、右两个极限位置。极限位置可以用几何作图法作出。
（2）极位夹角θ和行程速度变化系数K在曲柄摇杆机构中，当从动件摇杆处于两个极限位置时，曲柄对应两位置所夹的锐角θ称为极位夹角。两个极限位置之间的夹角ψ，称为摆角。对于摆动导杆机构，θ＝ψ。
曲柄滑块机构的 位置：滑块为从动件，曲柄为原动件时，当曲柄与滑块的导路相垂直时，压力角最大。但对于偏置式曲柄滑块机构， 出现在曲柄位于偏置方向相反一侧的位置。
摆动导杆机构中，若以曲柄为原动件，则其压力角恒等于 ，即传动角 恒等于 ，说明以曲柄为原动件时，机构具有最好的传力性能。
（2）死点位置如曲柄摇杆机构中，若以摇杆为原动件，而曲柄为从动件，则当摇杆摆到两极限位置时，连杆与曲柄共线，此时机构的压力角 ＝ ＝ ，因此有效驱动力矩为零，无论作用力多大，不能使从动件曲柄转动。此位置称为死点位置。机构处于死点位置时，会出现停顿或运动不确定现象。
作业
1、画出下列机构图示位置的压力角，并指出该机构最大压力角的位置。
急回特性可用行程速度变化系数K表示
K＝ ＝
如果已知K，可以求出极位夹角
＝
3、四杆机构的传力特性
（1）压力角 和传动角 作用在从动件上的力F与力作用点的速度方向之间所夹的锐角，称为机构在此位置时的夹角，用 表示。压力角可以作为判断机构传力特性的标志。在连杆机构中，为了度量方便，常用压力角的余角 来判断机构的传力性能， 称为传动角。
课题
四杆机构的运动特性
教学目的
熟练掌握平面四杆机构的运动特性
教学安排
组织教学ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
讲述新课
五、四杆机构的运动特性
（1）四杆机构的极限位置在曲柄摇杆机构、摆动导杆机构和曲柄滑块机构中，当曲柄为原动件时，从动件作往复摆动或往复移动时，存在左、右两个极限位置。极限位置可以用几何作图法作出。
（2）极位夹角θ和行程速度变化系数K在曲柄摇杆机构中，当从动件摇杆处于两个极限位置时，曲柄对应两位置所夹的锐角θ称为极位夹角。两个极限位置之间的夹角ψ，称为摆角。对于摆动导杆机构，θ＝ψ。
平面四杆机构基本特性精品PPT课件
锐角α称为机构的压力角。 F的两个分力： Fn=Fsinα—引起摩擦力，有害分力 Ft=Fcosα—有效分力 2、传动角（γ）：压力角α
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。
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。
平面四杆机构的基本特性
1、克服死点的办法
采用多套机构错位排列，使死点相互错开。
平面四杆机构的基本特性
三、死点
2、死点的应用
A D
B1 C1
地面
飞机起落架收放机架
平面四杆机构的基本特性
三、死点
2、死点的应用 （夹紧工件）
F
FN
总结
运动特性
基本特性
传力特性
曲柄存在的条件及推论
（铰链四杆机构类型判别）
压力角和传动角(最小值) 死点位置
平面四杆机构的 基本特性
平面四杆机构的基本特性
一、急回特性
1、什么是急回特性：
从动件空回行程比工作 行程的速度大的特性。
可以缩短非生产时间, 提高生产效率时.
观察现象：
平面四杆机构的基本特性
一、急回运动
观察：
2、急回特性产生的原因：
极位夹角
工作行程：
摇杆 C1 C2 1
空回行程
摇杆 C2
C1
2
0 (即 90 )
时的位置。
曲柄与连杆共线的两个位置
平面四杆机构的基本特性
三、死点
注意：曲柄为从动件，才会出现死点
BHale Waihona Puke AB1脚C2
踏板 D
C1 缝纫机主运动机构
平面四杆机构的基本特性
三、死点
1、克服死点的办法
安装飞轮加 大惯性，借惯性 作用使机构闯过 死点。
平面四杆机构的基本特性
三、死点
冲压机构
平面四杆机构的基本特性
四、死点 例：缝纫机 –踏板机构 属曲柄摇杆机构
平面四杆机构的基本特性
问题1：对踏板机构操作不熟练会怎样？ 踏板易卡死，不能动或出现飞轮倒转。
采用多套机构错位排列，使死点相互错开。
平面四杆机构的基本特性
三、死点
2、死点的应用
A D
B1 C1
地面
飞机起落架收放机架
平面四杆机构的基本特性
三、死点
2、死点的应用 （夹紧工件）
F
FN
总结
运动特性
基本特性
传力特性
曲柄存在的条件及推论
（铰链四杆机构类型判别）
压力角和传动角(最小值) 死点位置
平面四杆机构的 基本特性
平面四杆机构的基本特性
一、急回特性
1、什么是急回特性：
从动件空回行程比工作 行程的速度大的特性。
可以缩短非生产时间, 提高生产效率时.
观察现象：
平面四杆机构的基本特性
一、急回运动
观察：
2、急回特性产生的原因：
极位夹角
工作行程：
摇杆 C1 C2 1
空回行程
摇杆 C2
C1
2
0 (即 90 )
时的位置。
曲柄与连杆共线的两个位置
平面四杆机构的基本特性
三、死点
注意：曲柄为从动件，才会出现死点
BHale Waihona Puke AB1脚C2
踏板 D
C1 缝纫机主运动机构
平面四杆机构的基本特性
三、死点
1、克服死点的办法
安装飞轮加 大惯性，借惯性 作用使机构闯过 死点。
平面四杆机构的基本特性
三、死点
冲压机构
平面四杆机构的基本特性
四、死点 例：缝纫机 –踏板机构 属曲柄摇杆机构
平面四杆机构的基本特性
问题1：对踏板机构操作不熟练会怎样？ 踏板易卡死，不能动或出现飞轮倒转。
平面连杆机构——滑块四杆机构工作特性
(a3+)3如0≤果50能+3成5 为双摇杆机构，求a的取值范围。
(2) 如果能成为双曲柄机构，求a的取值范围。 机在构机中 构具中有，整具转有副整的转构副件的是构关件键占性有的重构要件的。地位，因为只有这种构件才能用电机等连续转动装置来带动。
a+30＞≤5500++3355
1这5时m，m＜应a考＜虑45下m述m 两种情况：
b+a≤c+d 在机曲构柄 中A具B有转整动转一副周的的构过件程是中关，键曲性柄的A构B必件定。与连杆BC有两个共线的位置（曲柄转至B1，B2处）。
所以
50+a≤35+30 a≤15mm
四铰链机构
(2) 若能成为双曲柄机构，则应满足“杆长之和的条件”， 且AD必须为最短杆。 这时，应考虑下述两种情况：
将以上三式两两相加，经过化简后得到 a≤b a≤c a≤d
可见，曲柄1是机构中的最短杆，并且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，我们把这种杆长之和的关系简称为杆长之和条件。
【例】在下图所示四铰链机构中，已知：b＝50mm，c＝35 mm，d＝30mm，AD 为固定件。
另这外时，还应应考考虑虑下(到述1两B)C种与如情C况D果杆：延能长成成一直为线时曲，需柄满足摇三角杆形的机边长构关系，(一边且小于A另B两边是之和曲)，柄即 ，求a的极限值。
平面四杆机构的几个工作特性
构件具有整转副的条件
在机构中，具有整转副的构件占有重要的地位，因为只有这种构件才能用电机等 连续转动装置来带动。如果这种构件与机架相铰接(亦即是连架杆)， 则该构件就是一 般所指的曲柄。机构中具有整转副的构件是关键性的构件。 在图的曲柄摇杆机构中，
四杆机构特性(精)
例：设计一铰链四杆 机构作为加热炉炉门 的启闭机构。已知炉 门上两活动铰链B、C 的中心距为50。要求 炉门打开后成水平位 置，且热面朝下（如 虚线所示）。如果规 定铰链A、D安装在炉 体的y-y坚直线上， 其相关尺寸如图所示。 用图解法求此铰链四 杆机构其余三杆的尺 寸。
2.按给定的行程速比系数设计四杆机构
设计目标 ：
根据给定的运动条件，选定机构的类 型，确定机构中各构件的尺寸参数。
设计方法 ：图解法、实验法和解析法等。
1.按给定连杆两个位置设计铰链四杆机构
有无穷多个解。实际上，还应考虑几何、动力等辅助条 件，例如各杆所允许的尺寸范围、最小传动角或其他结 构上的要求，就可以合理选定A、D两点的位置而得到确 定的解。 如果给定连杆三个、四个或五个位置呢？
K 1 180 K 1
在生产实际中，常利用机构的急回运动来缩 短非生产时间，提高生产率，如牛头刨床、 往复式运输机等。
（二）、传力特性
1.压力角与传动角
Fn
F
Ft vC
压力角：从动件 受力方向与受力 点线速度方向之 间所夹的锐角。 传动角:压力角 的余角即连杆与 从动件间所夹的 锐角。
重点内容复习
存在曲柄且满足杆长条件的铰链四杆机构有 以下三种类型：
三种类型 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构 存在条件
以最短杆的相邻杆作为机架 以最短杆作为机架
以连杆作为机架
引申：不满足杆长条件的四杆机构均为双摇杆机 构。
5.2 铰链四杆机构的基本特性
基 本 特 性
运动特性
传力特性
了解机构的特性，对于选择平面 连杆机构的类型和设计平面连杆 机构具有重要的意义。
C1 90- E C2 以A为圆心，AC1为 半径作圆弧交A与 E，平分EC2得曲柄 长度 AB 。再以A 为圆心， AB 为 半径作圆，交C1A 的延长线和C2A于 B1和B2，连杆长度
平面四杆机构的基本特性
机械设计基础
Machine Design Foundation
2 B
平面四杆机构的基本特性
Fn
F
C″ C
C′ Ft vC
″
′
3
1A
B″
B′ 4
D
图6 – 19 传力特性分析
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平面四杆机构的基本特性
在机构的运动过程中， 传动角同样也是随着机构
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平面四杆机构的基本特性
如图6 - 19所示的导杆机构， 其极位夹角θ＞0°，
因此导杆机构也具有急回特性。
综上所述， 平面四杆机构具有急回特性的条件可归 纳如下：
(1) 主动件以等角速度作整周转动；
(2) 输出从动件具有正行程和反行程的往复运动；
(3) 机构的极位夹角θ＞0°。
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平面四杆机构的基本特性
快速
慢速
A
C2
＝
C1
D
图6 - 19 导杆机构的极位夹角
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平面四杆机构的基本特性
1.2 传力特性
1. 压力角和传动角
在图6 - 19所示的曲柄摇杆机构中， 如果不考虑各个构件的质量和运动副中的摩擦力， 则连
Ft=F cosα Fn=F sinα
（6 - 2）
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平面四杆机构的基本特性
压力角α的余角称为传动角， 用γ表示。 传动角 γ与压力角α的关系如下：
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如何确定机构的 死点位置？ 死点位置？
分析B、 点的压力角 分析 、C点的压力角
B1
C1
B
C
b a
B2
c b d
C2
ψ
D
c
a
A
曲柄摇杆机构（曲柄为主动件） 曲柄摇杆机构（曲柄为主动件）的死点
FB = M AB
C
B
αC
FC
M
A
vB αB = 0
FB
vC
D
无死点存在
曲柄摇杆机构（摇杆为主动件） 曲柄摇杆机构（摇杆为主动件）的死点
C
B FB
vC
αC = 0
αB
vB
FC
FC =
M CD
M
D
A
AB与BC共线时 α B = 90 或者 γ B = 0 机构有死点存在 与 共线时
曲柄滑块机构（曲柄为主动件） 曲柄滑块机构（曲柄为主动件）的死点
M
B
vB
FB =
A
M AB αB = 0
无死点存在
α C F C C
vC e
FB
曲柄滑块机构（滑块为主动件）的死点 曲柄滑块机构（滑块为主动件）
αB v B
FB
B
A
有死点存在
e
vC C
α C = 0 FC
2. 死点位置的应用
飞机起落架 夹具
死点的避免措施
机构错位排列 加飞轮,利用惯性通过死点 , 利用外力
2. 避免死点位置的危害
火车轮
加虚约 束的平 行四边 形机构
加虚约束的平行四边形机构
′ ′ t1 > t 2 ω 3 < ω 3′
3. 行程速比系数 行程速比系数K
通常把从动件往复运动平均速度的比 大于1)称为行程速比系数 表示。 值(大于 称为行程速比系数，用K表示。 大于 称为行程速比系数， 表示
′ 从动件快速行程平均速度 ω 3′ K= = ′ 从动件慢速行程平均速度 ω 3
b
C γ
F
δ
c
α Ft
Vc
δ < 90
γ =δ
B a
δmin
A d D
δ > 90
γ = 180 δ
B a A
b
Fn C
α F
c
α γ δ max
δ γ
Ft
Vc
δmin
d
D
曲柄滑块机构的压力角 m a a
b n
α
b
α max α min
e
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 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 90 机构所处的位置。 机构所处的位置。
§2-2 平面四杆机构的基本类型
急回特性 压力角和传动角 死点位置
二、急回特性和行程速比系数
1. 极位夹角
当机构从动件处于两极限位置时， 当机构从动件处于两极限位置时，主动件曲柄在两相应位 置所夹的角 θ
曲柄摇杆机构的极位夹角
C
C
C
b a A
θ
B
d
ψ
D
B
曲柄滑块机构的极位夹角
B
A
B θ
C
C
e
摆动导杆机构的极位夹角
B
ψ
摆动导杆机构传动性能非常好。 摆动导杆机构传动性能非常好。
θ
A
γ = 90
D
Bd
曲柄摇杆机构的压力角
BD = a 2 + d 2 2adcos BD = b 2 + c 2 2bccos δ
2 2
Fn
b 2 + c 2 - a 2 d 2 + 2adcos cosδ = 2bc
δ max
称为压力角 压力角。 α称为压力角。
传动角： 称为传动角 传动角：压力角的余角γ称为传动角
W = F S cosα
越大，作功W 在其它条件不变的情况下压力角α越大，作功W越大 压力角是机构传力性能的一个重要指标， 压力角是机构传力性能的一个重要指标，它是力的利用率大小 的衡量指标。 的衡量指标。
θ
A
B
ψ
D
Bd
2. 急回运动
当曲柄等速回转的情况下， 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。 的运动称为急回运动。 主动件a 主动件a 运动： 运动：AB 1 → AB 2 转角： 1 转角： 运动： 运动：AB 2 → AB 1 时间： 时间： t 2 转角： 转角： 2 时间： 时间： t 1 从动件c 从动件c
DC1 → DC2
C1
1
a
B1
b
θ
c
B2
C2
a A
b d
ψ
D
c
ψ ψ
t1
2
DC2 → DC1
t2
t1 =
从动件c 从动件c的 DC1 → DC2 : ω 3 = ψ ′ t1 平均角速度： 平均角速度： ψ ′ ω3′ = DC2 → DC1 : t2
1 180 + θ = ω1 ω1
t2 =
2 180 - θ = ω1 ω1
′ ω3 = ′ ω 3′ =
ψ
ψ
t1 t2
t1 = t2 =
1 180 + θ = ω1 ω1
2 180 - θ = ω1 ω1
180 + θ K= 180 θ
K 1 θ = 180 K +1
三、压力角和传动角
γ F
V
S
W = F S cosα
α
压力角： 压力角：力F的作用线与力作用点绝对速度V所夹的锐角