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1、第三章 平面机构（2）34 平面四杆机构的基本型式及其演化35 平面四杆机构的基本知识36 平面四杆机构的设计平面连杆机构：由低副（转动、移动）连接组成的平 面机构。31 平面四杆机构的基本型式及演化应用实例：内燃机、鹤式吊、火车轮、翻箱机、椭圆仪、车门 启闭机构、惯性筛、飞机起落机构、摄影平台等作用：实现运动的转换，实现一定动作，实现一定轨 迹应用实例优点：采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。 改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。连杆曲线丰富。可满足不同要求。 缺点： 构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低 。 产生动载荷（惯性力）
2、，不适合高速。设计复杂，难以实现精确的轨迹。常以构件数命名：四杆机构、多杆机构。本章重点内容是介绍四杆机构。四杆机构是由四个构件（包括机架）用低副连接成的 连杆机构。四杆机构各构件均用转动副连接，称为铰链四杆机构一、平面四杆机构的基本型式 基本型式铰链四杆机构，其它四杆机构都是由它 演变得到的。根据连架杆的转动范围可分为：曲柄和摇杆连杆作平面运动的构件；连架杆与机架相连的构件；连架杆连杆连架杆铰链四杆机构的组成：机架曲柄：能作整周回转的连架杆摇杆：仅能在一定角度内摆动的连架杆根据曲柄和摇杆的数目，铰链四杆机构可以分为三 种基本型式（1）曲柄摇杆机构特征：曲柄摇杆作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆
3、的往复摆动，如雷达天线；或将摇杆的往复摆动转变为曲 柄的整周回转，如缝纫机曲柄连杆摇杆ABC1243D雷达天线俯仰机构 曲柄主动缝纫机踏板机构21 43摇杆主动312 4（2）双曲柄机构特征：两个曲柄作用：将等速回转转变为等速或变速回转。应用实例：如机车轮联动机构、惯性筛等。ABDC123 4E631FAEDG BCABE FDCG惯性筛机构ABCD耕地料斗D CA B耕地料斗D CA B实例：火车轮特例：平行四边形机构AB = CD特征：两曲柄等长且平行，连杆作平动BC = ADABDC摄影平台ADBCBC天平播种机料斗机构反平行四边形机构-车门开闭机构反向FAEDG BCABE FDCG平
4、行四边形机构在共线位置出现运 动不确定。采用两组机构错开排列。ABDCE（3）双摇杆机构 特征：两个摇杆 应用举例：铸造翻箱机构特例：等腰梯形机构汽车转向机构B CABDC风扇座蜗轮蜗杆电机电机 ABDC风扇座蜗轮蜗杆电机 ABDC风扇座蜗轮蜗杆 ABDC(1) 改变构件的形状和运动尺寸二、平面四杆机构的演化偏心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构曲柄摇杆机构曲柄滑块机构双滑块机构 正弦机构s=l sin l(2)改变运动副的尺寸(3)选不同的构件为机架偏心轮机构导杆机构摆动导杆机构 转动导杆机构314A2BC曲柄滑块机构314A2BC牛头刨床应用实例:ABDC1243C2C1小型刨床ABDCE123
5、456应用实例B2 34 C1A自卸卡车举升机构(3)选不同的构件为机架ACB1234应用实例B34 C1A2应用实例4A1B23C应用实例13C4AB2A1C234B导杆机构314A2BC 曲柄滑块机构314A2BC摇块机构314A2BC(3)选不同的构件为机架314A2BC定块机构手摇唧筒 这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的 方法称为：机构的倒置BC321 4A导杆机构314A2BC 曲柄滑块机构314A2BC摇块机构314A2BCABC3214例：选择双滑块机构中的不同构件作为机架可得不同的机构椭圆仪机构1234正弦机构32 1435平面四杆机构的基本知识l1l2l4l3CBA
6、D平面四杆机构具有整转副可能存在曲柄。 杆1为曲柄，作整周回转，必有两次与机架共线l2(l4 l1)+ l3则由BCD可得：三角形任意两边之和大于第三边则由B”C”D可得：l1+ l4 l2 + l3l3(l4 l1)+ l2AB为最短杆最长杆与最短杆 的长度之和其 他两杆长度之和一 、 平面四杆机构有曲柄的条件 l1+ l2 l3 + l4C”l1l2l4l3 AD l4- l1将以上三式两两相加的：l1 l2, l1 l3, l1 l4 l1+ l3 l2 + l42.连架杆或机架之一为最短杆，称为短杆条件。可知：当满足杆长条件时，其最短杆参与构成的转动 副都是整转副。整转副存在的条件：
7、1. 最长杆与最短杆的长度之和应其他两杆长度之和此时，铰链A为整转副。若取BC为机架，则结论相同，可知铰链B也是整转副。称为杆长条件。ABCDl1l2l3l4当满足杆长条件时，说明存在整转副，当选择不同 的构件作为机架时，可得不同的机构。如：曲柄摇杆、 双曲柄、 双摇杆机构。ABCDB1C1AD二、急回运动和行程速比系数 在曲柄摇杆机构中，当曲柄与连杆两次共线时，摇杆 位于两个极限位置，简称极位。当曲柄以顺时针转过180+时，摇杆从C1D位置 摆到C2D。 所花时间为t1 , 平均速度为V1,那么有 ：曲柄摇杆机构 3D此两处曲柄之间的夹角 称为极位夹角。180C2B2B1C1ADC2当曲柄以
8、继续转过180-时，摇杆从C2D,置摆到 C1D，所花时间为t2 ,平均速度为V2 ,那么有： 180-因曲柄转角不同，故摇杆来回摆动的时间不一 样，平均速度也不等。 显然：t1 t2 V2 V1 摇杆的这种特性称为急回运动。用以下比值表示急回程度称K为行程速比系数。 且越大，K值越大，急回性质越明显。 只要 0 ， 就有 K1所以可通过分析机构中是否存在 以及的大小来判断机构是否有急 回运动或运动的程度。设计新机械时，往往先给定K值，于是: FFF”当BCD90时，BCD三、四杆机构的压力角、传动角和死点 压力角： 从动件驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹锐角。ABCD设计时要求: min5
9、0 min出现的位置：当BCD90时，180- BCD切向分力: F= Fcos 法向分力: F”= Fcos F 对传动有利。=Fsin称为传动角。此位置一定是：主动件与机架共线两处之一。CDBAF 可用的大小来表示机构传动力性能的好坏,F”F当BCD最小或最大时，都有可能出现min为了保证机构良好的传力性能C1B1l1l2 l3l4DA由余弦定律有：B1C1Darccosl22 + l32-(l4 - l1)2/2l2 l3B2C2Darccosl22 + l32-(l4 + l1)2/2l2 l3若B1C1D90,则若B2C2D90, 则1B1C1D2180-B2C2D机构的传动角一般在
10、运动链 最终一个从动件上度量。1minB1C1D, 180-B2C2Dmin2C2B2F机构的死点位置 摇杆为主动件，且连杆 与曲柄两次共线时，有 ： 此时机构不能运动.避免措施：两组机构错开排列，如火车轮机构;称此位置为： “死点 ”0靠飞轮的惯性（如内燃机、缝纫机等）。 FAEDG BCABE FDCG0F 0工件 ABCD1234PABCD1234工件P钻孔夹具=0TABDC飞机起落架ABCD=0F也可以利用死点进行工作：飞机起落架、钻夹具等。36 平面四杆机构的设计一、按给定的行程速比系数K设计四杆机构二、按预定连杆位置设计四杆机构E一、按给定的行程速比系数K设计四杆机构 1) 曲柄摇
11、杆机构计算180(K-1)/(K+1);已知：CD杆长，摆角及K，设计此机构。步骤如下：任取一点D，作等腰三角形腰长为CD，夹角为; 作C2PC1C2，作C1P使作P C1C2的外接圆，则A点必在此圆上。 选定A，设曲柄为l1 ，连杆为l2 ，则:以A为圆心，A C2为半径作弧交于E,得：l1 =EC1/ 2 l2 = A C1EC1/ 2,A C2=l2- l1= l1 =( A C1A C2)/ 2C2C1P=90,交于P;90-PA C1= l1+l2DAC1C2ADmn=D2) 导杆机构分析：由于与导杆摆角相等，设计此 机构时，仅需要确定曲柄 a。计算180(K-1)/(K+1);任选
12、D作mDn，取A点，使得AD=d, 则: a=dsin(/2)。=Ad作角分线;已知：机架长度d，K，设计此机构。E 22ae3) 曲柄滑块机构H已知K，滑块行程H，偏 距e，设计此机构 。 计算:180(K-1)/(K+1); 作C1 C2 H作射线C1O 使C2C1O=90, 以O为圆心，C1O为半径作圆。以A为圆心，A C1为半径作弧交于E,得：作射线C2O使C1C2 O=90。 作偏距线e，交圆弧于A，即为所求。C1C290-o90-Al1 =EC2/ 2l2 = A C2EC2/ 2二、按预定连杆位置设计四杆机构a)给定连杆两组位置有唯一解。B2C2AD将铰链A、D分别选在B1B2， C1C2连线的垂直平分线上任意 位置都能满足设计要求。b)给定连杆上铰链BC的三组位置有无穷多组解。ADB2C2B3C3ADB1C1B1C1重点： 1.四杆机构的基本形式、演化及应用；2.曲柄存在条件、传动角、压力角、死点、急回特性：极位夹角和行程速比系数等物理含义，并熟练掌握其确定方法；3.掌握按连杆二组位置、三组位置、行程速比系数设计四杆机构的原理与方法。
