1、2.1 2.1 概述概述2.2 2.2 铰链四杆机构的基本型式及其演化铰链四杆机构的基本型式及其演化2.3 2.3 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性2.4 2.4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计一、基本概念一、基本概念v1.1.连杆机构：连杆机构：构件间只有低副连接的机构。构件间只有低副连接的机构。v2.2.平面连杆机构：平面连杆机构：所有构件均作平行于某一平面的所有构件均作平行于某一平面的平面运动的连杆机构。平面运动的连杆机构。v3.3.平面四杆机构：平面四杆机构：只有四个构件（包括机架）的低只有四个构件（包括机架）的低副平面连杆机构。副平面连杆机构。v4.4.平面铰链四杆
2、机构：平面铰链四杆机构：全转动副的平面四杆机构。全转动副的平面四杆机构。构件名称构件名称连架杆连架杆：与机架相连的构件称为连架杆。：与机架相连的构件称为连架杆。连架杆连架杆机架机架连架杆连架杆连杆连杆机架机架：固定不动的构件称为机架。：固定不动的构件称为机架。连杆连杆：不直接与机架相连的构件称为连杆。：不直接与机架相连的构件称为连杆。能绕其轴线转能绕其轴线转360360的的连架杆连架杆。仅能绕其轴线作往复摆动的仅能绕其轴线作往复摆动的连架杆。连架杆。曲柄曲柄摇杆摇杆连架杆连架杆滑块滑块 作往复移动的作往复移动的连架杆连架杆二、平面连杆机构的特点及应用二、平面连杆机构的特点及应用v1.平面连杆机
3、构的特点平面连杆机构的特点寿命长寿命长 低副联接，接触表面为平面或圆柱面，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。压力小；便于润滑，磨损较小。易于制造易于制造 连杆机构以杆件为主，结构简单。连杆机构以杆件为主，结构简单。可实现远距离操纵控制可实现远距离操纵控制 因连杆易于作成较长因连杆易于作成较长 的构件。的构件。可实现比较复杂的运动规律可实现比较复杂的运动规律设计计算较繁复，当机构复杂时累计误差较大，设计计算较繁复，当机构复杂时累计误差较大，影响其传动精度。惯性力不容易平衡，不适合于高影响其传动精度。惯性力不容易平衡，不适合于高速传动。不易精确地满足各种运动规律和运动轨
4、迹速传动。不易精确地满足各种运动规律和运动轨迹的要求。的要求。v2.2.平面连杆机构的应用平面连杆机构的应用 最常用的基本机构之一，广泛应用于各种机械、最常用的基本机构之一，广泛应用于各种机械、仪表中。仪表中。 如如: :内燃机、锻压机、空气压缩机及牛头刨内燃机、锻压机、空气压缩机及牛头刨 床床中的主要运动的执行机构等；中的主要运动的执行机构等； 缝纫机、颚式破碎机、拖拉机、回转式油泵等缝纫机、颚式破碎机、拖拉机、回转式油泵等机器设备中的传动、操纵机构等。机器设备中的传动、操纵机构等。 雷达天线俯仰角的调整机构；雷达天线俯仰角的调整机构； 摄影车上的升降机构；摄影车上的升降机构； 摇头风扇传动
5、机构；摇头风扇传动机构；缝纫机缝纫机雷达天线俯仰角调整机构（动画）一、铰链四杆机构的基本型式一、铰链四杆机构的基本型式v曲柄曲柄：能作整周转动的连架杆。：能作整周转动的连架杆。p曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构p双曲柄机构双曲柄机构p双摇杆机构双摇杆机构铰链四杆机构铰链四杆机构1、曲柄摇杆机构（动画）、曲柄摇杆机构（动画） 具有一个曲柄和一个摇杆具有一个曲柄和一个摇杆的铰链四杆机构。的铰链四杆机构。 一般地，曲柄为主动件一般地，曲柄为主动件做等速转动，摇杆为从动件做等速转动，摇杆为从动件作往复摆动。作往复摆动。v2、双曲柄机构、双曲柄机构具有两个曲柄的铰链四杆机构具有两个曲柄的铰链四杆机构。平行四边形
6、机构平行四边形机构：连杆与机架的长度相等，且曲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。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。始终做平动，故应用较广。运动的不确定性运动的不确定性有辅助构件的重复机构有辅助构件的重复机构有辅助构件的错列机构有辅助构件的错列机构v逆平行四边形机构逆平行四边形机构：连杆与机架的长度相等，两连杆与机架的长度相等，两个曲柄转向相反、长度相等的双曲柄机构个曲柄转向相反、长度相等的双曲柄机构车门启闭机构车门启闭机构v3.双摇杆机构双摇杆机构 具有两
7、个摇杆的铰链四杆机构具有两个摇杆的铰链四杆机构。港口起重机港口起重机车辆前轮转向机构车辆前轮转向机构二、铰链四杆机构的演化二、铰链四杆机构的演化v1.1.转动副转化成移动副转动副转化成移动副 铰链四杆机构中一个转动副转化为移动副铰链四杆机构中一个转动副转化为移动副 铰链四杆机构中二个转动副转化为移动副铰链四杆机构中二个转动副转化为移动副v2.2.取不同构件为机架取不同构件为机架 铰链四杆机构铰链四杆机构 含有一个移动副的四杆机构含有一个移动副的四杆机构含有一个移动副的四杆机构应用实例含有一个移动副的四杆机构应用实例回转油泵回转油泵含有一个移动副的四杆机构应用实例含有一个移动副的四杆机构应用实例
8、自卸车自卸车含有一个移动副的四杆机构应用实例含有一个移动副的四杆机构应用实例牛头刨床牛头刨床数控牛头刨床（长沙机床厂数控牛头刨床（长沙机床厂机械刨床厂）机械刨床厂） 含有一个移动副的四杆机构应用实例含有一个移动副的四杆机构应用实例 含有两个移动副的四杆机构含有两个移动副的四杆机构含有两个移动副的四杆机构应用实例含有两个移动副的四杆机构应用实例滑块联轴器滑块联轴器含有两个移动副的四杆机构应用实例含有两个移动副的四杆机构应用实例一、铰链四杆机构存在曲柄的条件一、铰链四杆机构存在曲柄的条件设设 AB AB 为曲柄为曲柄, , 且且 af 、 b+f c 、 c+f b以以 fmax = a + d
9、， fmin = d - - a 代入并整理得：代入并整理得：b+c a+d 、 b+d a+c 、 c+d a+b化简后得化简后得: : ab 、 ac 、 a d若若 d a d a 、 d b 、 d c v1.铰链四杆机构存在曲柄的条件铰链四杆机构存在曲柄的条件 连架杆或机架为最短杆；连架杆或机架为最短杆； 最短杆和最长杆之和应小于或等于其他两杆长最短杆和最长杆之和应小于或等于其他两杆长度之和。度之和。 其中条件其中条件又称为格拉肖夫（又称为格拉肖夫（Grashof）判别式。）判别式。v2.2.两个推论两个推论 不满足格拉肖夫判别式的铰链四杆机构，任何不满足格拉肖夫判别式的铰链四杆机构
10、，任何杆为机架时皆为双摇杆；杆为机架时皆为双摇杆； 满足格拉肖夫判别式的铰链四杆机构：满足格拉肖夫判别式的铰链四杆机构： 当以最短杆的相邻杆为机架时，必为曲柄摇杆当以最短杆的相邻杆为机架时，必为曲柄摇杆机构；机构； 当以最短杆为机架时，必为双曲柄机构；当以最短杆为机架时，必为双曲柄机构； 当以最短杆的对面杆为机架时，必为双摇杆机当以最短杆的对面杆为机架时，必为双摇杆机构。构。v3.判定铰链四杆机构类别的方法判定铰链四杆机构类别的方法曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构的条件：满足格拉肖夫判别式，且的条件：满足格拉肖夫判别式，且以最短杆的相邻杆为机架。以最短杆的相邻杆为机架。双曲柄机构双曲柄机构的条件：满足
11、格拉肖夫判别式，且以的条件：满足格拉肖夫判别式，且以最短杆为机架。最短杆为机架。双摇杆机构双摇杆机构的条件：满足格拉肖夫判别式，且以的条件：满足格拉肖夫判别式，且以最短杆的对面杆为机架；或不满足格拉肖夫判别式。最短杆的对面杆为机架；或不满足格拉肖夫判别式。四杆机构类型的判别四杆机构类型的判别lmax+lmin l余余1+l余余2双曲柄机构双曲柄机构双摇杆机构双摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构可能有可能有曲柄曲柄机架机架是是否否最短构件的对边最短构件的对边最短构件的邻边最短构件的邻边最短构件最短构件v1.1.解释（工程上的作用）解释（工程上的作用） 某些连杆机构中，当主动件（一般为曲柄）等速某些
12、连杆机构中，当主动件（一般为曲柄）等速转动时，作往复摆动或移动的输出构件在空行程中的转动时，作往复摆动或移动的输出构件在空行程中的平均速度大于工作行程的平均速度，缩短辅助生产时平均速度大于工作行程的平均速度，缩短辅助生产时间，提高生产效率。间，提高生产效率。二、急回特性二、急回特性v2.极位夹角极位夹角 急回特性机构中，当输出构件位于两极限位置时，急回特性机构中，当输出构件位于两极限位置时，主动件（曲柄）在与之对应的两位置之间所夹的锐角主动件（曲柄）在与之对应的两位置之间所夹的锐角。极限夹角是标志机构有无急回特性的重要参数。极限夹角是标志机构有无急回特性的重要参数。v3.行程行程 机构中输出构
13、件在两极限位置间的移动距离或摆机构中输出构件在两极限位置间的移动距离或摆动角度。动角度。v4.行程速度变化系数行程速度变化系数k作往复运动的输出构件在空回作往复运动的输出构件在空回行程中的平均速度与工作行程行程中的平均速度与工作行程中的平均速度之比值。中的平均速度之比值。 k k用来表示机构急回特性的用来表示机构急回特性的相对程度。相对程度。180180vvkoo212112122112tttcctcc 1K1K1800 00180180k 由上式可知，机构的急回程度取决于极位夹由上式可知，机构的急回程度取决于极位夹角角的大小。的大小。角越大，角越大，K值越大，机构的急回程值越大，机构的急回程
14、度也越高，但机构运动的平稳性就越差。反之反度也越高，但机构运动的平稳性就越差。反之反然。然。一般机械中一般机械中1 1K2 2。1K1K1800 00180180kv5.连杆机构具有急回特性的条件连杆机构具有急回特性的条件 输入件等速整周转动；输入件等速整周转动； 输出件往复运动；输出件往复运动； 极位夹角极位夹角 。v6.常见具有急回特性的四杆机构常见具有急回特性的四杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构曲柄摆动导杆机构曲柄摆动导杆机构0 1.1.定义定义 压力角：压力角：机构机构中输出件受力点中输出件受力点处所受驱动力处所受驱动力F F和和该点速度该点速度V V之间
15、所之间所夹的锐角夹的锐角。 传动角：传动角：压力压力角的余角角的余角。 三、压力角和传动角三、压力角和传动角v2.性质性质机构运动过程中，压力角机构运动过程中，压力角或传动角或传动角是变化的；是变化的；压力角压力角越小或传动角越小或传动角越大，机构的传力性能越大，机构的传力性能越好，反之反然。所以压力角越好，反之反然。所以压力角或传动角或传动角是反映机是反映机构传力性能的重要指标。构传力性能的重要指标。v3.压力角压力角和传动角和传动角的取值的取值 一般机械中，推荐一般机械中，推荐 =40=40o o 5050o o ；大功率机构；大功率机构或或 min 5050o o 。四、死点四、死点v1
16、.解释解释 在不计构件的重力、在不计构件的重力、惯性力和运动副中摩擦阻惯性力和运动副中摩擦阻力的条件下，当机构处于力的条件下，当机构处于压力角压力角= 90= 90o o （即传动（即传动角角= 0= 0o o ）的位置时，）的位置时，输出件所受驱动力的有效输出件所受驱动力的有效分力为零。机构的这种位分力为零。机构的这种位置即为机构的死点。置即为机构的死点。 v2.越过死点的措施越过死点的措施 在输出件上安装飞轮，在输出件上安装飞轮，利用其惯性顺利通过死点利用其惯性顺利通过死点位置，如缝纫机上的带轮位置，如缝纫机上的带轮即起飞轮的作用。即起飞轮的作用。采用错位排列，将死采用错位排列，将死点位置
17、相互错开。点位置相互错开。注意：注意：对于曲柄摇杆机构和曲柄滑块机构，对于曲柄摇杆机构和曲柄滑块机构， 只有只有当曲柄为从动件时，才可能有死点位置。当曲柄为从动件时，才可能有死点位置。v3.利用死点的事例利用死点的事例飞机起落架飞机起落架夹具夹具折叠椅折叠椅一、设计问题的类型一、设计问题的类型v1 1、实现给定的从动件运动规律（位置、速度、加、实现给定的从动件运动规律（位置、速度、加速度）。如当原动件等速转动，使从动件具有某种速度）。如当原动件等速转动，使从动件具有某种急回特性等。急回特性等。v2、实现给定的运动轨迹。如使起重机变幅机构中、实现给定的运动轨迹。如使起重机变幅机构中某一点的轨迹为
18、直线等。某一点的轨迹为直线等。2.4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计二二 、设计方法、设计方法 以上两类基本问题的设计方法：以上两类基本问题的设计方法：解析法；解析法；图解法图解法；实验法；实验法；三、图解法三、图解法v1.1.按给定的连杆位置设计四杆机构（加热炉门）按给定的连杆位置设计四杆机构（加热炉门）v2.2.按给定行程速度变化系数按给定行程速度变化系数K K设计四杆机构设计四杆机构222112ACACBCACACABAD DC1C21) 1(180kkAB=(AC1-AC2)/2BC=AC1-ABAC2=BC-ABBBClABllBClABO90AC1=AB+BCn给速度变化系数
19、设计四杆机构：给速度变化系数设计四杆机构：四、实验法：四、实验法：v作业：作业：习题习题2-6；习题习题2-7；习题习题2-9；n给定连杆的三个位置设计四杆机构：给定连杆的三个位置设计四杆机构：A AD DB1B2B3C1C2C3B2C2vB踏板踏板缝纫机主运动机构缝纫机主运动机构脚脚AB1C1DFB 画出压力角画出压力角1C234ABDabcdvBFB曲柄滑块机构中，原动件曲柄滑块机构中，原动件AB以以等速转动等速转动1C1B1B2HC2偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构2AB134eCab12222)()(eabebaH0,有急回特性。有急回特性。曲柄摆动导杆机构曲柄摆动导杆机构21B2B1
20、有急回特性。有急回特性。B1B2HH=2a, 0,无急回特性。无急回特性。314A对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构B2Cab1C1C21AB二、压力角和传动角二、压力角和传动角n1 1、压力角、压力角(pressure angle)(pressure angle)n 从动件从动件CDCD受的受的力力F F的作用线与力作的作用线与力作用点用点C C的绝对速度的绝对速度vcvc 所夹锐角，称为所夹锐角，称为此此位置位置的压力角。的压力角。 在不计摩擦力、重力、惯性力的条件下，机构中在不计摩擦力、重力、惯性力的条件下，机构中驱使驱使输出件输出件运动的运动的力的方向线力的方向线与与输出件输出件上上受力
21、点的速受力点的速度方向线度方向线所夹的锐角所夹的锐角。vc F1ABCD1234vcFF1F21ABCD1234cos1FF n由力的分解：由力的分解： 沿着速度方向的有效分力沿着速度方向的有效分力sin2FF 垂直于垂直于F Ft t的分力的分力vcFF1F21ABCD1234 力力F F2 2 只能使铰链只能使铰链C C、D D产生压轴力，希望它越小越好；产生压轴力，希望它越小越好； 力力F F1 1 越大，推动机构的有效分力就越大，传力效越大，推动机构的有效分力就越大，传力效果就果就越好，越好，即即 越小越好。越小越好。n因此，对连杆机构中的因此，对连杆机构中的压力角压力角提出了限制，最大不提出了限制，最大不能超过能超过 40405050，n即：即： t2v2v11ABCD1234
