铰链四杆机构的基本型式
铰链 四杆机构有整转副的 条件
铰链四杆机构的演变
平面四杆机构的设计
第二章 平面连杆机构
平面机构 +低副联接 (转动、移动副 )
最常用 →平面四杆机构( 四个构件 →四根杆 )
平面连杆机构-
→铰链四杆机构 (全由转动副相联)基本类型
(二 )曲柄摇杆机构的主要特性
(- )铰链四杆机构
§ 2-1铰链四杆机构的基本型式 p.20
1
2
3
4A
B
C
D
连杆
连架杆连架杆
机架
曲柄 摇杆 (摆杆 )
(整转 ) (摆转 )
机架、连杆、连架杆
(- )铰链四杆机构 p.20
机架-参考系(固定件)
连架杆-与机架相联
连杆-不与机架相联




曲柄,可回转 360° 的连架杆
摇杆,摆角小于 360° 的连架杆
滑块:作往复移动的连架杆



-全由 转动副相联 的平面四杆机构
曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构
铰链四杆机构
一,铰链四杆机构基本类型
(按连架杆类型)
一曲一摇 二曲 二摇
二,(铰链四杆机构 )演变类型
(天线 →摇杆 )→调整天线
俯仰角的大小
图 2-3雷达调整机构放映机
1.曲柄摇杆机构:
连架杆 ┌ 曲柄 →(一般 )原动件 →匀速转动
└ 摇杆 →(一般 )从动件 →变速往复摆动
2, 双曲柄机构,
连架杆均为曲柄 → ┌ 主动曲柄, 匀速转动
└ 从动曲柄, 变速转动
例, 惯性筛中的铰链四杆机构 →从动曲柄 3变速转动
→使筛子 6产生加速度
→使不同材料因惯性不同而筛分
3.双摇杆机构 - 连架杆均为摇杆
例, 门式起重机的变速机构, CD(杆 3)为原动件,悬挂重
物的 E 点在连杆上 →保持 E点运动轨迹在近似水平线上。
(平移货物 →平稳、减小能量消耗)
偏心轮机构
→铰链四杆机构
(全由转动副相联)
二,(铰链四杆机构 )演变类型
1
4A
B
C2
3
1
2
3
4A
B
C
D
曲柄滑块机构
导杆机构
二,死点位置
三,压力角和传动角
(二)曲柄摇杆机构的主要特性 P.21
一,急回运动,
工作行程,
空回行程, B2→B1 (φ 2) → C2→C1 (ψ)
∵ φ 1> φ 2,而 ψ不变
B1→B2 (φ1) → 摇杆 C1→C2 (ψ)
→ 工作行程时间>空回行程时间
曲柄 (主 )匀速转动 (顺 )
摇杆 (从 )变速往复摆动图 2-4
曲柄摇杆机构
φ1
φ2
ψ
极位,曲柄与连杆共线 (B1、
B2)→摇杆极位 C1,C2
→ 缩短非生产时间,提高生产率
例:牛头刨床、
往复式输送机
其运动特性 →行程速度变化系数 (行程速比系数 )K
θ- 极位夹角 (摇杆处于两极位时,对应曲柄所夹锐角 )
θ↑→K ↑ →急回 运动性质 ↑
1
1180
?
??
K
K??
(2-2)
?
?
?
?
?
??????
?
?
180
180
/
/
2
1
2
1
121
221
1
2
t
t
tCC
tCC
v
vK (2-1)
曲柄摇杆机构 曲柄 主动
→急回
图 2-4
曲柄摇杆机构
φ1
φ2
ψ
二, 死点位置 p.22第 6
从动件与连杆共线 →卡死
当摇杆为主动件,而曲柄 AB与
连杆 BC共线时 (摇杆 CD处于极位 )
→CD(主 )通过连杆加于曲柄的驱
动力 F正好通过曲柄的转动中心 A
→不能产生使曲柄转动的力矩。
图 2-4曲柄摇杆机构
图 2-5
→ 机构运动卡死
机构运动不确定
存在死点条件, 有极限位置(从动件与连杆共线)
措施
曲柄摇杆机构 摇杆主动 →死点
死点
→ 飞轮
自身惯性
三、压力角和传动角 p.22倒 6,图 2-7
1.压力角 α-
2.传动角 γ-
,BC是二力杆,驱动
力 F 沿 BC方向
作用在从动件上的驱动力 F与该力作用
点绝对速度 VC之间所夹的 锐角 。
连杆与从动杆所夹锐角
γ ↑ →有效力 F·sin γ ↑ → γ ≥ 40°
α↓→有效力 F·cosα↑
→(方便)传动角 γ = 90° - α (α的余角 )
α
作业,2-3,2-4 p.35
B C
A
→压力角 α
VC
F
VC沿导轨 (⊥ CD)
F
VC
A
B
C
D
分析
压力角 ( ?),从动件受力作用点的速度方位线与力
的作用线所 夹的锐角。
死点, ?= 90°
传动角 ?,?=90° - ?
压力角越小 (即传动角越大 ),有用的分力越大。
所以传动角是衡量机构受力大小的一个重要参数。
二,曲柄存在条件,
§ 2-2 铰链 四杆机构有整转副的 条件 P.25
-取决于机构各杆的相对长度和机架的选择
A D
B
B’
B”
C
C’
C”
例,AB= 22,BC= 50,CD= 38,AD= 45→
三式相加 → ┌ l1≤l2
│ l1≤l3
└ l1≤l4
当杆 1处于 AB,位置 → △ AC,D
→ l1+ l2≤l3+ l4 (2-6)
→┌(l2- l1) + l3 ≥l4 →┌l1+ l4≤l2+ l3 (2-3)
└(l2- l1) + l4 ≥l3 └l1+ l3≤l2+ l4 (2-4)
当杆 1处于 AB ’ 位置 → △ AC ’ D
(曲柄 l1,连杆 l2,摇杆 l3,机架 l4)当 AB能摆至与
连杆共线的极位 AB’及 AB”时 → 能顺利通过 →整转副。
曲摇机构
L1最短
一,分析,
二,曲柄存在条件,(转动副为整转副)
1.曲柄存在条件,
2.推论,
实例分析, AB= 70,BC= 90,CD= 110,AD= 40
(1)最短与最长杆之和小于其
它两杆之和
(2)最短的构件在连架杆或机架上
(满足条件 1)
(1)最 短 杆在 机架 上
(2)最 短 杆在 机架邻边
(3)最 短 杆在 机架对边
→ 双曲柄 机构
→ 曲柄摇杆 机构
→ 双摇杆 机构
∵AD + CD= 40+ 110= 150< AB+ BC= 160
当:① AD为机架
② AB或 DC为机架
③ BC为机架
→ 双曲柄 ~
→ 曲柄摇杆 ~
→ 双摇杆 ~
作业 2-1 p.35
A
B
C
D
§ 2-3铰链四杆机构的演变 p,26
铰链四杆机构 → 图 2-14
┌(全 )转动副连接
└各杆长不变
铰链四杆机构 ↘
曲柄滑块机构 ↗ 图 2-23 p.29
导杆机构 (曲柄 AB →机架 ) 图 2-15.b
摇块机构 (连杆 BC →机架 ) 图 2-15.C
→扩大回转副 →偏心轮机构
A
B
C
D
C
A
B
→杆长 (固定杆 )可变
→移动副 (一个 )
定块机构 (滑块 C →机架 ) 图 2-15.d
→曲柄滑块机构
曲柄滑
块机构
(变更机架 )

一,曲柄滑块机构, p,27 图 2- 14c,d
压力角 α、传动角 γ:
偏置曲柄滑块机构 e
摇杆 3的运动轨迹为圆弧 (半径 l3)
l3l3
曲柄摇杆机构
对心曲柄滑块机构
→将 l3↑无穷大
→滑块 C(直线 )→曲柄滑块机构
C
eαα
γ
二、导杆机构 p,26
曲柄滑块机构 (曲柄 →机架 ) 导杆机构
当 机架<曲柄 机架>曲柄
∵ 最短+最长杆<其它两杆之和
转动导杆机构 摆动导杆机构
两连 → 曲柄?
架杆 摇杆?
机架邻 边
机架最短杆在 →双曲柄 →转动 导杆机构
→一个 曲柄 →摆动 导杆机构
γ
α =0°
摇块机构 →滑块 摆动 图 2- 15c,2- 17
→滑块为 固定 件 图 2- 15d,2- 18
→滑块 移动+摆动 图 2- 16,2- 15b
→滑块 移动 图 2- 15a
三、摇块、定块机构 p,27
曲柄滑块机构
C
A
B
C
A
B
C
A
B
C
A
B
曲柄滑块机构 导杆机构 摇块机构 定块机构
导杆机构
定块机构
摇块机构




(铰链四杆、曲柄滑块~ )
(曲柄很短时 →偏心轮机构 )→偏心距 =e =曲柄长
铰链四杆、曲柄滑块机构 →(扩大回转副 ) 偏心轮机构
四、偏心轮机构 图 2- 23图 C p.29
A
B C
→偏心轮机构回转副 B (半径 ↑) > 曲柄长 AB曲柄
A
B C
e
五,平面四杆机构的特点及应用
1)低副, 成本低, 精度高;
2)面接触,利于润滑及减少磨损,传载大,可靠性高 。
1.特点,
1)实现已知运动规律
2)实现给定点的运动轨迹
不能精确实现任意运动规律。缺点,
2.应用,


1.手动冲床,←
两个四杆机构组成
( 双摇杆~ +摇杆滑
块机构 )
2.筛料机构:
六杆机构 ←两个四杆
机构组成( 双曲柄~
+曲柄滑块~ )
应用,
2-4 平面四杆机构的设计 P.30
根据给定的运动条件 →运动简图的尺寸参数
→ 解析法 →精确
作图法 →直观
实验法 →简便

一,按照给定的行程速比系数设计四杆机构 (作图法 )
二,按给定连杆位置设计四杆机构 (作图法 )
三,按给定两连架杆对应位置设计四杆机构 (解析法 )
四,按给定点的运动轨迹设计四杆机构 (实验法 )
实现已知 (从动件 )运动规律
(位置,速度,加速度 )
实现给 定点的运动轨迹


×
一,按照给定的行程速比
系数设计四杆机构,
1.曲柄摇杆机构,
2.导杆机构
→ ∠ C1PC2=θ
1
1180
?
??
K
K??
(1)可求出极位夹角 θ分析,
(2) ∠ C1AC2=θ
→如果三点位于
同一圆上,
θ是 C1C2弧上
的圆周角
→如何作此圆
(未知 A点 )
→连 OC2交圆
于 P点
∠ C2C1P=90°
∠ C1C2P=90° - θ
P点 →可作
P
O已知, 摇杆长度
L3,行程速比系
数 K,摆角 φ
θ
θ
φ
A DB1
B2
解,(1)任选 D点,作摇杆两极位 C1D和 C2D
O
θ
θ
AB1
B2
φ
D
(2)过 C1作 C1C2垂线 C1M
(3)过 C1,C2、
P 作圆
(4)AC1=L2- L1,
AC2=L2+L1→
L1=1/2(AC2- AC1)
→无数解
以 L1为半径作圆,交 B1,B2点
→曲柄两位置 MN
在圆上任选一点 A
C1M与 C2N交于 P点
作 ∠ C1C2N=90- θ,
P
2.导杆机构, P.31
已知,机架长 L4,K
解,
(1)任选固定铰链中心 C→
作导杆两极位 Cm和 Cn
φ = θ
(2)作摆角 φ的平分
线 AC,取 AC=L4→
固定铰中心 A
(3)过 A作导杆极位垂线
AB1(AB2)→L1=AB1 →唯一解
1
1180
?
???
K
K???
C
mn
φ
A
B1
B2
C
mn
φ
A
B1B2 θ
● D
B1 C1 B
2
C2无穷多个解 A ●
A
B
C
D
步骤,
1、连接 B1B2,C1C2
2、作 B1B2,C1C2中垂线
3、在中垂线上取一点作 A,D
4、连 AB1C1D
二,按给定连杆位置设计四杆机构
1.已知,连杆 BC长 L2 及连杆两个位置 B1C1,B2C2
固定铰 A必在 B1B2垂直平分线上
同定铰 D必在 C1C2............


(1)连接 B1B2,C1C2并作其垂直平分线 b12,c12
(2)在 b12线上任取一点 A,在 C12...任取一点 D
解,
连杆给定的三个位置
铰点已给定
B1
C1
B2
C2
B3
C3
A
D
A
B
C
D
步骤,
1.连接 B1B2,B2B3
,C1C2,C2C3
2.作各连线中垂线
3.B1B2,B2B3中垂线
之交点即为点 A
4.C1C2,C2C3中垂线
之交点即为点 D
5.连接 AB1C1D即为
所求
2.已知,连杆 BC长 L2及连杆三个位置 B1C1,B2C2,B3C3
(选作 )作业 2-6(1) P.36
唯一解
图 2-33
步进式传送机构
图 2-35
连杆曲线
图谱
图 2-34描绘连杆曲线工具
四,按给定点的运动轨迹
设计四杆机构 P.34
小结,
1.基本概念:连架杆,连杆,曲柄,摇杆、压力
角,传动角,死点,急回运动(会作图)
2,基本内容:
①平面四杆机构的基本型式及其演化方法、演
变型式(作图)
②曲柄存在条件 →判别机构类型
③平面四杆机构的 设计 (作图法 )