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1、第2章 平面连杆机构21平面四杆机构的基本类型及其应用22 平面四杆机构的基本特性23 平面四杆机构的设计21 平面四杆机构的基本类型及其应用要求：掌握铰链四杆机构的特点及基本型式 重点：铰链四杆机构的特点及基本型式 1、应用实例：内燃机、鹤式吊、火车轮、手动冲床、牛头刨床、椭圆 仪、机械手爪、开窗户支撑、公共汽车开关门、折叠伞 、折叠床、 单车制动操作机构等。特征：有一作平面运动的构件，称为连杆。特点： 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。2、平面四杆机构：若干低副（转动
2、、移动）连 接组成的平面机构。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），不适合高速。设计复杂，难以实现精确的轨迹。3、分类:平面连杆机构空间连杆机构常以构件数命名：四杆机构、多杆机构。本章重点内容介绍平面四杆机构。 平面四杆机构分为：1）全转动副的-铰链四杆机构；2）含一个移动副的-四杆机构；3）含两个移动副的-四杆机构；一、铰链四杆机构 1、平面铰链四杆机构定义：全部用转动副连接的平面 四杆机构。P21图2-1. 机架 连架杆 连杆名词解释： 曲柄作整周定轴回转的构件；连杆作平面运动的构件；连架杆与机架相联的构件；摇杆作定轴摆动的构件；周转副能作360度相
3、对回转的运动副； 摆转副只能作有限角度摆动的运动副。曲柄连杆摇杆与机架组成整转副的连架杆称为曲柄； 与机架组成摆动副的连架杆称为摇杆2、铰链四杆机构三种基本型式（按连架杆是曲柄还是摇杆分） 1）曲柄摇杆机构例2：牛头刨床横向自动给进机构P22图2-2例1：图2-1a铰链四杆机构。A-整转副，D-摆动副，连架杆1-曲柄，连架杆3-摇杆。B-必为整转副，C-必为摆动副。通常曲柄为原动件，作匀速转动；摇杆为从动件，作变速往复摆动。特征：曲柄摇杆；作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。如雷达天线俯仰角的曲柄摇杆机构。设计：潘存云设计：潘存云ABC1243DABDC12432）双曲柄机构例1：图2
4、-1b铰链四杆机构。A、B为整转副，1为机架，两连架杆2、4均为曲柄的铰链四杆机构为双曲柄机构。作用：将等速回转转变为等速或变速回转。雷达天线俯仰机构 曲柄主动应用实例：旋转式叶片泵通常主动曲柄做等速转动，从动曲柄做变速转动。例3：雷达天线俯仰角的曲柄摇杆机构 曲柄1缓慢地匀速转动，通过连杆2使摇杆 3在一定的角度范围内摇动，从而调整天 线俯仰角的大小。设计：潘存云 设计：潘存云AD CB1234旋转式叶片泵A DCB12 3由相位依次相差90 的四个双曲柄机构组成。曲柄1等角速度顺时针转动时，连杆2带动从动曲柄3作周期性变速转动，因此，相邻两从动曲柄间夹角也周期性变化。设计：潘存云设计：潘存
5、云设计：潘存云设计：潘存云ABCD耕地料斗D CA B耕地料斗D CA B实例：火车轮、摄影平台特例：平行四边形机构AB = CD特征：其连杆与机架等长，且 两曲柄转向相同，长度相等。BC = ADABDCADBCBC播种机料斗机构、天平设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云FAEDG BCABE FDCG平行四边形机构当四个铰链中心处于同一直线上时 ，出现运动不确定。采用两组机构错开排列。设计：潘存云设计：潘存云3）双摇杆机构 特征：两个摇杆例1： P24 图2-1d，C、D为摆动副，因3位机架，连架杆2、4均为摇杆。例3、等腰梯形机构汽车转向机构 P24 汽车转弯与前轮轴固连的两
6、摇杆摆角b、不等，等腰梯形机构可满足-整个车身绕P点转动时，四个车轮都能在地面上纯滚动 。P两前轮轴线的交点与后轮轴线的延长线的交点。倒置机构（自看）例2、飞机起落架机构运动简图-P24着陆前，着陆轮1从机翼4放出；起飞后收回。动作由原动摇杆3，通过连杆2、从动摇杆5带动着陆轮实现。二、含有一个移动副的四杆机构（认识）1、曲柄滑块机构（P24讲过）对心曲柄滑块机构；偏置曲柄滑块机构。应用：活塞式内燃机，空气压缩机，冲床。2、导杆机构改变曲柄滑块机构固定构件演化来的（P25图2-10） 转动导杆机构；摆动导杆机构应用：牛头刨床，插床，回转式油泵。3、插块机构和定块机构（P25图2-10） 三、含
7、有两个移动副的四杆机构（双滑块机构）P26图14-17 （认识）分四种形式：1）两个移动副不相邻；2）两个移动副相邻；且其 中一个与机架相关联；3）两个移动副相邻，且均不机架相关联；4 ）两个移动副相都与机架相关联。四、具有偏心轮的四杆机构 P27图2-18 （认识） 五、四杆机构的扩展 P27图2-18 （认识）设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云(1) 改变构件的形状和运动尺寸铰链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设计：潘存云(2)改变运动副的尺寸(3)选不同的构件为机架偏心轮机构
8、导杆机构摆动导杆机构转动导杆机构314A2BC曲柄滑块机构314A2BC设计：潘存云应用实例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13C4AB2应用实例A1C234B导杆机构314A2BC 曲柄滑块机构314A2BC摇块机构314A2BC设计：潘存云(3)选不同的构件为机架314A2BC直动滑杆机构手摇唧筒 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
9、机架可得不同的机构椭圆仪机构1234正弦机构32 14设计：潘存云设计：潘存云牛头刨床应用实例:ABDC1243C2C1小型刨床ABDCE12345622 平面四杆机构的基本特性要求：1、明确四杆机构的曲柄存在条件。2、熟悉铰链四杆机构压力角、传动角、行程速度变化系数和死点位置等概念。 重点: 铰链四杆机构有整转副的条件。难点：曲柄摇杆机构主要特性(急回压力角和传动角死点位置) 基本特性-运动特性和传力特性。一、铰链四杆机构有整转副条件铰链四杆机构中是否有整转副，取决于机构各杆相对长度和机架选择。 分析1曲柄摇杆机构：分析铰链四杆机构有整转副条件。如图a：1曲柄，2连杆，3 摇杆，4机架，各杆
10、长度l1、l2 、l3、l4。图中最短杆1为曲柄，、和分别为相邻两杆间夹角。曲柄1整周转动时，曲柄与相邻两杆夹角、变化范围0360；摇杆与相邻两杆夹角、变化范围360。（1）取最短杆相邻构件为机架时，最短杆为曲柄，另一连架杆3为摇杆，故图a所示两个机构均为曲柄摇杆机构。（2）取最短杆为机架，其连架杆2和4均为曲柄，故图b所示为双曲柄机构。 （3）取最短杆的对边为机架，两连架杆和都不能作整周转动，故图c所示为双摇杆机构。 据相对运动原理，连杆2和机架4相对曲柄1也是整周转动；而相对摇杆3作 360摆动。当杆长度不变而取不同杆为机架时，可得到不同类型铰链四杆机构。如：a)b) c)分析2：右图所示
11、.为保证曲柄1整周回转，曲柄必须能通过与连杆共线的两个位 置AB1和AB2。1）曲柄处于AB1位置时，形成三角形AC1D。根据三角形两边之和大于第三边，得L4（l 2-l1）+l 3 及 l 3l4+(l2-l1)即：l 1+ l4l3+l 2； l 1+ l 3l 2+l 42）曲柄处于AB2位置时，形成三角形AC2D。存在以下关系：l 1+ l 2l4+ l3上三式两两相加得： l 1l 2 l 1l 3 l 1l 4设计：潘存云 l1l2l4l3CBAD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
12、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 l1+ l2 l3 + l4C”l1l2l4l3 AD l4- l1将以上三式两两相加得：l1 l2, l1 l3, l1 l4 l1+ l3 l2 + l4设计：潘存云2.连架杆或机架之一为最短杆。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。曲柄存在的条件： 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作者：潘存云教授当
13、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1 、曲柄摇杆2 、双曲柄、 双摇杆机构。结论：1）铰链四杆机构（曲柄摇杆机构）中有整转副的条件：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和；2）整转副是由最短杆（曲柄）与其邻边组成的。连架杆、整转副处于机架上才能形成曲柄，因此，有整转副的铰链四杆机构是否存在曲柄，还应据选择哪一个杆为机架判断。1）最短杆为机架-机架上有两个整转副-得双曲柄机构2）最短杆邻边为机架-机架上只有一个整转副-得曲柄摇杆机构3） 最短杆的对边为机架-机架上无整转副-得双摇杆机构如果铰链四杆机构最短杆与最长杆长度之和大于其余
14、两杆长度之和，则该机构中不存在整转副，无论哪个构件作机架只能是双摇杆机构。二.急回特性曲柄摇杆机构中，曲柄转一周有两次与连杆BC共线，该两位置铰链中心A与C的距离AC1、AC2分别最短和最长，因而，C1D、C2D分别为摇杆CD两个极限位置，简称极位。摇杆在两极限位置的夹角称为摇杆的摆角。 曲柄由AB1顺时针转到AB2时，曲柄转角1=180+，摇杆由极位C1D摆到极位C2D，摇杆摆角；曲柄顺时针再转过2=180-时，摇杆由位置C2D摆回到位置C1D，其摆角仍 。摇杆来回摆动摆角相同，但对应曲柄转角却不等(12)。当曲柄匀速转动时,对应时间不等(t1t2)，即摇杆往复摆动快慢不同。急回运动特性可用
15、行程速度变化系数K表示，即为摇杆处于两极限位置对应曲柄所夹锐角，称极位夹角。 整理后，得极位夹角计算公式：分析可知：越大，K值值越大，急回运动动性质质越显显著，机构运动动平稳稳性越差。设计时设计时 ，应应据工作要求，恰当选择选择 K值值。一般机械中190时， 180- BCD 此位置一定是：主动件与机架共线两处之一。当BCD最小或最大时，都有可能出现min由余弦定律有：B1C1Darccosl42 + l32-(l4 - l1)2/2l2 l3若B1C1D90,则1B1C1DB2C2Darccosl42 + l32-(l4 - l1)2/2l2 l3若B2C2D90, 则2180-B2C2DminB1C1D, 180-B2C2Dmin设计：潘存云设计：潘存云F3.死点位置机构传动角为零的的位置。摇杆3为原动件，曲柄1为从动件，则当摇杆摆到极限 位置C1D和C2D时，连杆2与曲柄1共线，从动件传动角 0力经过铰链中心A，此力对A点不产生力矩，因此不能使曲柄转动 。称此位置为： “死点”。避免措施：对从动曲柄施加外力；利用飞轮及构件自身的惯性作用。如火车轮机构;两组机构错开排列，靠飞轮的惯性（如内燃机、缝纫机等）。0F0C2此时，连杆加给曲柄的“死点”位置使机构从动件出现卡死
