第三章平面连杆机构
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
机械设计基础第三章平面连杆机构
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
08.02.2021
课件
15
机械设计基础 —— 平面连杆机构
2 构件的表示方法
❖ 杆、轴类构件 ❖ 机架
❖ 同一构件
=1
B
5
F =3n－2pl－ph = 3 4－2 5－0
=2
F =3n－2pl－ph = 3 2－2 2－1
=1
C A
F =3n－2pl－ph = 3 08.02.2021 3－2 4－ 0 = 1
F =3n－2pl－ph 课件= 3 4－2 5－ 1 = 1
29
机械设计基础 —— 平面连杆机构
机架、原动构件、从动构件 零件：单独加工的制造单元体
通用零件、专用零件
❖ 构件可以由一个零件组成 ❖ 也可以由几个零件组成
08.02.2021
课件
2 从动件 3
1 原动件
机架 4
4
机械设计基础 —— 平面连杆机构
机器的组成
(从运动观点看)由构件组成 (从制造观点看)由零件组成
机械
机器
原动构件
构件 从动构件
❖ 在特定几何条件或结构条件下，某些运动副所引入的约束
可能与其它运动副所起的限制作用一致，这种不起独立限
制作用的运动副叫虚约束
❖ 虚约束经常发生的场合
❖ 处理方法：计算自由度时，将虚约束（或虚约束构件及其
所带入的运动副）去掉
3
❖ 结论
F＝3n－2PL－PH ＝3 2－2 －2 1
【精品】第3章平面连杆机构修改
第3章平面连杆机构平面连杆机构是若干构件用低副连接而成的机构。
平面连杆机构中的构件大都可以表示为杆状，故亦常称其为杆。
由于低副是圆柱面或平面接触，使得平面连杆机构具有制造容易、运动副中压强和磨损较小、便于润滑等优点。
因此广泛应用于各种机械及仪器中。
但是,这种机构运动副磨损后形成间隙，当构件数目较多时，将使从动件产生较大的运动累积误差,不容易精确地实现复杂的运动规律。
最基本的平面连杆机构是平面四杆机构，它不仅应用最广，而且是研究多杆机构的基础.在平面四杆机构中，又以铰链四杆机构和滑块四杆机构为基本型式，其他型式均可以由这两中基本形式而得到.因此，本章将以铰链四杆机构和滑块四杆机构为主要研究对象，讨论平面四杆机构的运动特性和设计方法。
3．1铰链四杆机构的类型及应用在平面四杆机构中，如果全部运动副都是转动副,则称为铰链四杆机构。
如图3—1所示。
图中杆4固定不动,称为机架，杆2称为连杆。
杆1和杆3分别用转动副与连杆2和机架4相联接，称为连架杆.连架杆中能作360°转动的(如杆1)称为曲柄，对应的转动副A称为整转副，在运动简图中用单向圆弧箭头表示；若仅能在小于360°范围内摆动，则称为摇杆(如杆3)或摆杆，对应的转动副D称为摆动副,在运动简图中用双向圆弧箭头表示.按连架杆中是否有曲柄存在,可将铰链四杆机构分为三种基本形式:即曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。
上述三种四铰链机构中，以曲柄摇杆机构最具代表性，后两种机构可以由曲柄摇杆机构通过机架置换的办法来获得。
低副运动可逆性或低副置换定理是：对于低副,它所连接的两个构件之间的相对运动关系，不因其中哪个构件是机架（即固定件）而改变。
例如图3—2(a)和(b)表示相互铰接在点A的两个构件，固定件分别是构件1和构件2。
这两种情况下的相对运动轨迹都是以铰链中心A为圆心的圆弧，即对于低副来说，具有运动可逆性。
图3—2(c)和(d)则表示在点A形成高副的两个构件.在图（c)中，圆形构件2沿固定的直线构件1滚动时，构件2上的点A对构件1所描的轨迹为摆线.在图（d）中,直线构件1在圆形的固定构件2上滚动，此时直线构件1上的点A 相对于构件2所描的轨迹将是渐开线。
第三章 平面连杆机构及其设计-样稿-李瑞琴汇编
第三章 平面连杆机构及其设计内容提要：本章以平面四杆机构的运动学特性和综合为主线。
其主要内容有：介绍平面连杆机构的特点和应用；阐明平面连杆机构的基本类型及其演化方法；探讨平面连杆机构的运动特性，重点探讨平面四杆机构的设计的图解法及解析法；给出平面连杆机构的计算机辅助设计的流程及实例；拓展阅读部分介绍平面多杆机构的设计。
§3.1 平面连杆机构的类型和应用3.1.1 平面连杆机构的特点连杆机构是由低副将若干构件联接而成的，故又称为低副机构。
连杆机构可根据其构件之间的相对运动是平面运动还是空间运动，分为平面连杆机构和空间连杆机构；又可根据机构中构件数目的多少分为五杆机构、六杆机构等。
一般将五个或五个以上的构件组成的连杆机构称为多杆机构。
单闭环的平面连杆机构的构件数至少为4，因而没有平面三杆机构；单闭环的空间连杆机构的构件数至少为3，因而可由三个构件组成空间三杆机构。
平面连杆机构是若干个构件用平面低副(转动副、移动副)连接而成，各构件在相互平行的平面内运动，又称为平面低副机构。
由于平面连杆机构能够实现多种运动轨迹曲线和运动规律，且低副不易磨损而又易于加工，以及能由本身几何形状保持接触等特点，因此广泛应用于各种机械及仪表中。
平面连杆机构的不足之处主要有两点，其一是连杆机构中作变速运动的构件惯性力及惯性力矩难以完全平衡；其二是连杆机构较难准确实现任意预期的运动规律，设计方法较复杂。
连杆机构中应用最广泛的是平面四杆机构，它是构成和研究平面多杆机构的基础。
本章主要讨论平面四杆机构及其运动设计问题。
3.1.2 平面四杆机构的基本型式如图3.1所示，所有运动副均为转动副的平面四杆机构称为铰链四杆机构，它是平面四杆机构的基本型式。
其它型式的四杆机构都可以看成是在它的基础上通过演变而成的。
在此机构中，构件4称为机架，与机架以运动副相联的构件1和构件3称为连架杆。
在连架杆中，能绕其轴线回转360° 者称为曲柄；仅能绕其轴线往复摆动的，称为摇杆。
第三章--平面连杆机构及其设计
曲柄摇杆机构的应用
当以曲柄为原动件时，曲柄作整周转动，摇杆作往复摆动；用作 雷达天线俯仰机构等。
曲柄摇杆机构
当以摇杆为原动件时，摇杆作往复摆动，曲柄作整周 转动。例如：缝纫机机构
双曲柄机构的应用 正平行四边形机构：两两对杆长度不仅相等，而且平行，两曲柄 同向同速转动，连杆作平动。有广泛应用
机车联动机构
曲柄ab180摇杆c连接b1b2b2b3垂直平分线交于连接c1c2c2c3垂直平分线交于位置唯一给出位置无穷需加其他条件方可获得唯一解的垂直平分线交点就是所求c190
翻型机
给定位置设计
炉门
返回
移动导杆机构
1
2
3
4
油泵机构
油泵机构
曲柄摇块机构
转动导杆机构
曲柄滑块机构
第三章 平面连杆机构及其设计
第三章
结束
复习思考题
1、如何依照各杆长度判别铰链四杆机构的型式？ 2、平面四连杆机构最基本形态是什么？由它演化为其它平 面四杆机构，有哪些具体途径？
3、图示摆动导杆机构中，AB杆匀角速转动。该机构存在的 几何条件是什么？给定其摆杆的行程速度变化系数K后，怎 么用K值表达AB和AC杆的长度关系？
习题 1、图示铰链四杆机构，已知：lBC=50mm，lCD=35mm， lAB=30mm，AD为机架， （1）若此机构为曲柄摇杆机械，且AB为曲柄，求lAB的最大 值： （2）若此机构为双曲柄机构，求lAB的范围；
压力角α
。
max
4、图示机床变速箱中操纵滑动齿轮的操纵机构，已知滑动齿轮 行程H=60mm，lDE=100mm，lCD=120mm，lAD=250mm，其相互 位置如图所示。当滑动齿轮在行程的另一端时，操纵手柄朝垂 直方向，试设计此机构。
03平面连杆机构课件
摇杆 摆动
起重机 炉门启 飞机起落 机 构 闭机构 架 机 构
摇头扇机构
汽车转 向机构
第一节 平面四杆机构的类型及应用
二、铰链四杆机构的演化形式
1. 含有一个移动副的四杆机构
曲柄摇杆机构
对心曲柄滑块机构
偏置曲柄滑块机构
曲柄 转动
变速 变向
滑块 移动
内燃机 曲柄压力机 机械手 车门启闭
第一节 平面四杆机构的类型及应用
缝纫机踏板机构、车门启闭机构、风扇摇头机构、飞机起落架机构
6、曲柄滑块机构的传动特点是可以实现
的相互转化。
7、铰链四杆机构中存在周转副的条件是什么？
8、铰链四杆机构中曲柄存在的条件是什么？
9、在曲柄摇杆机构中，以曲柄为主动件，摇杆往复摆动的平均角速度不
同，一快一慢，这种特性称为
。应用这种特性在工程实际中
1
ADLeabharlann 4曲柄摇杆机构第一节 平面四杆机构的类型及应用
2. 双曲柄机构
B A
C D
一般双曲柄机构
平行四边形机构
B
曲柄 转动
变速 变向
曲柄 转动
A
D
C
反平行四边形机构
惯性筛 机车驱动机构 机械手 车门启闭机构
第一节 平面四杆机构的类型及应用
3. 双摇杆机构
B
C
A
D
双摇杆机构
等腰梯形机构
摇杆 摆动
变速 变向
第三章 平面连杆机构
◆平面连杆机构的特征
连杆
1）构件间为平面运动； 2）运动副均为低副； 3）包含连杆构件； 4) 构件多为杆状。
平面连杆机构动画
优点 平面或圆柱面接触，承载能力大，制造容易；运动 形式多样，能实现多种运动规律和轨迹。
机械原理第三章平面连杆机构及其设计优秀课件
4、曲柄滑块机构的演化
改变运动副类型 转动副变成移动副
∞
定为机架 改变机架
改变构件 相对尺寸
双滑块机构
正弦机构
平面四杆机构的演化方式
(1) 改变运动副类型 转动副 移动副
(2) 改变相对杆长
(3) 选不同构件作机架
3-3 平面四杆机构的工作特性
一、平面四杆机构有曲柄的条件（整转副条件）
1、四杆机构有曲柄的条件
◆最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和
这是铰链四杆运动链有周转副的几何条件
b c
a d
当最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和即
abcd
该式表明铰链四杆运动链有两个周转动副, 并且这两个周转副在最短杆的两端。
◆最短杆是连架杆或机架
周转副
b
a
d
周转副
摆转副
c
摆转副
最短杆a是机架时，连架杆b,d都是曲柄
1 1
180 1
t2
2 1
180 - 1
t1 t2
3 3
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 从动 动件 件慢 快速 速行 行程 程平 平 度 度均 均 速 速 33
3
t1
t1
1 1
180 1
3
t2
t2
2 1
180 - 1
有曲柄，该机 构是转动导杆
曲柄的条件是
机构。
ade,ade
二、急回运动和行程速比系数
1. 极位夹角θ
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
曲柄摇杆机构的极位夹角
机械设计基础 第七版 第3章 平面连杆机构
第3章 平面连杆机构
连杆机构是由若干构件通过低副连接而形成的机构，又 称为低副机构。活动构件均在同一平面或在相互平行的平面 内运动的连杆机构称为平面连杆机构。
平面连杆机构的特点是：低副中的两运动副元素为面接 触，压强小，易于润滑，磨损小，寿命长；能获得较高的运 动精度；可以实现预期的运动规律和轨迹等要求。但当要求 从动件精确实现特定的运动规律时，设计计算较繁杂，而且 运动副中的间隙会引起运动积累误差，故往往难以实现。有 些构件所产生的惯性力难以平衡，高速时会引起较大的振动 和动载荷。因此，平面连杆机构常与机器的工作部分相连， 起执行和控制作用。
定块机构
手摇唧筒
动画
3.2 平面四杆机构存在曲柄的条件及基本特性
学习要点
•能够运用平面四杆机构存在曲柄的条件判断机构的类型。 •掌握机构的急回特性、压力角、传动角及死点的概念，并 能够在运动简图上进行标注。
3.1.2 铰链四杆机构的演化
3
导杆机构
牛头刨床的导杆机构
动画
3.1.2 铰链四杆机构的演化
4
摇块机构
若将对心曲柄滑块机构中的连杆BC作为机架，滑块只能绕C点 摆动，就得到曲柄摇块机构，简称摇块机构。
摇块机构
吊车
3.1.2 铰链四杆机构的演化
5
定块机构
若将偏置曲柄滑块中的滑块3作为机架，BC杆成为绕转动副C摆 动的摇杆，AC杆成为滑块做往复移动，就得到摇杆滑块机构，又称 为定块机构。
偏心轮机构
动画
3.1.2 铰链四杆机构的演化
3
导杆机构
由曲柄、导杆、滑块和机架组成的机构，称为导杆机构。
由于导杆能做整周转动，因此称为转动导杆机构，此时机架长
度小于曲柄长度。
第三章-平面连杆机构讲解
小型刨床机构
曲柄摆动导杆机构 (a)曲柄摆动导杆机构 ; (b)电气开关
卡车车厢自动翻转卸料机构
手动抽水机
第十一页，编辑于星期二：二十二点 五分。
3. 偏心轮机构 扩大转动副
（ a）等效曲柄滑块机构
（ b）曲柄滑块机构 （ c）等效曲柄摇杆机构 （d) 曲柄摇杆机构
特点：容易加工；
工作时润滑条件和受力情况好；
∴X ≤67
②当45mm为最长杆时：即18+45≤40+x
∴X ≥23 ∴当23≤X ≤67时，该机构为曲柄摇杆机 构
第十九页，编辑于星期二：二十二点 五分。
二、急回特性和行程速比系数
曲柄等速转动时， 摇杆往复摆动的平均速 度不相同，这种运动称 为曲柄摇杆机构的 急回
运动。曲柄摇杆机构的
急回运动程度可以用 2
A
AC 1= l1+l2
AC2=l2- l1
=> l1 =( AC1－ AC2)/ 2
⑥以 A为圆心， A C2为半径作弧交
于 E,得：l1 =EC1/ 2 l2 = A C1－EC1/ 2
θD P
第二十九页，编辑于星期二：二十二点 五分。
（7）讨论：由于 A点可在△ C1PC2的外接圆周的弧 C1PC2 上任意选取，所以，若仅按行程速比系数 K来
18 15
A
30
D
∵15+30>20+18 ∴此机构属于 双摇杆机构
其中 AB、CD都为摇杆
C B 17
22
10
A
28
D
∵10+28<17+22
又∵最短杆AB固定作为机架
∴此机构属于 双曲柄机构 其中 AB、CD都为曲柄
第3章 平面连杆机构1
55 第3章平面连杆机构 平面连杆机构是由若干个构件通过低副联接而成的机构，又称平面低副机构。由四个构件通过低副联接的平面连杆机构称为平面四杆机构，是平面连杆机构中最常见的形式。 平面连杆机构广泛应用于各种机械和仪表中，具有许多优点：平面连杆机构中的运动副均为低副，组成运动副的两构件之间为低副联接，因而承受的压强小，便于润滑，磨损较轻，能承受较大的载荷；构件形状简单，加工方便，构件之间的接触是由构件本身的几何约束来保持的，所以工作平稳；在主动件等速连续运动的条件下，当各构件的相对长度不同时，可使从动件实现多种形式的运动；利用连杆可满足多种运动轨迹的要求。平面连杆机构的主要缺点：低副中存在间隙，会引起运动误差，不易精确地实现复杂的运动规律；连杆机构运动时产生的惯性力难以平衡,不适用于高速场合。 平面连杆机构常以其所含的构件（杆）数来命名，如四杆机构、五杆机构……，常把五杆或五杆以上的平面连杆机构称为多杆机构。最基本、最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的平面四杆机构。它不仅应用广泛，而且又是多杆机构的基础。 平面四杆机构可分为铰链四杆机构和衍生平面四杆机构两大类，前者是平面四杆机构的基本形式，后者由前者演化而来。
3.1 平面四杆机构的基本形式及演化 平面四杆机构可分为两类： 1. 运动副全为转动副的平面四杆机构，称为铰链四杆机构。
图3-1 铰链四杆机构 图3-1为铰链四杆机构示意图,其中AD杆是机架,与机架相对的BC杆称为连杆,与机架相连的AB杆和CD杆称为连架杆,其中能做整周回转运动的连架杆称为曲柄,只能在小于360°范围内摆动的连架杆称为摇杆。
A B C D 连杆
连架杆
机架 A B
C
D 连架杆 55
2. 运动副中既有转动副又有移动副的平面四杆机构，称为衍生平面四杆机构，如曲柄滑块机构（如图3-2所示）。
3.1.1铰链四杆机构的基本类型 1．曲柄摇杆机构 两连架杆中一个为曲柄另一个为摇杆的铰链四杆机构,称为曲柄摇杆机构。图3-3所示的搅拌机及图3-4所示的汽车窗刮雨器均为曲柄摇杆机构。