平面连杆机构项目二主目录铰链四杆机构1 铰链四杆机构的演化形式2平面四杆机构的传动特性343图解法设计平面四杆机构学习目标（1）掌握铰链四杆机构的基本类型、传动特性、应用与演化2）掌握曲柄存在条件、铰链四杆机构基本类型的判断3）掌握曲柄、摇杆、连架杆、转动副、传动角、压力角、死点等基本概念4）掌握设计平面四杆机构的图解法一、铰链四杆机构的基本类型 铰链四杆机构：当四杆机构各构件之间以转动副连接时，称该机构为铰链四杆机构，如图2-1所示平面连杆机构：由若干个构件通过低副连接，且所有构件在相互平行的平面内运动的机构平面四杆机构：由四个构件通过低副连接而构成的平面连杆机构图2-1 铰链四杆机构任务一 铰链四杆机构1.曲柄摇杆机构 具有一个曲柄、一个摇杆的铰链四杆机构，称为曲柄摇杆机构，如图2-1所示根据连架杆运动形式的不同，铰链四杆机构可分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构三种基本类型任务一 铰链四杆机构图2-2 送料机构2.双曲柄机构 具有两个曲柄的铰链四杆机构，称为双曲柄机构，如图2-4所示任务一 铰链四杆机构图2-4 送料机构（1）平行四边形机构 平行四边形机构的两曲柄长度相等，且连杆与机架的长度也相等，呈平行四边形，如图2-6所示。
图2-7所示的机车车轮联动机构便是平行四边形机构的应用实例在双曲柄机构中，常见的还有平行四边形机构和逆平行四边形机构任务一 铰链四杆机构 图2-6 平行四边形机构图 2-7 机车车轮联动机构（2）逆平行四边形机构 逆平行四边形机构的两曲柄长度相等，且连杆与机架的长度也相等但不平行，如图2-8（a）所示图2-8（b）所示的车门机构，采用了逆平行四边形机构任务一 铰链四杆机构图2-8 逆平行四边形机构图及其应用3.双摇杆机构 两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构，称为双摇杆机构，如图2-9所示任务一 铰链四杆机构1，3摇杆；2连杆；4机架图2-9 双摇杆机构 在双摇杆机构中，两摇杆均可作为主动件当主动摇杆1往复摆动时，通过连杆2带动从动摇杆3往复摆动二、曲柄存在的条件和基本类型的判别 1曲柄存在条件任务一 铰链四杆机构 （1）最短杆与最长杆长度之和应小于或等于其余两杆长度之和这一条件简称为杆长之和条件2）连架杆与机架中至少有一个是最短杆2基本类型的判别 （1）在铰链四杆机构中，当最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和时，有如下关系：任务一 铰链四杆机构 最短杆是曲柄时，有一个曲柄和一个摇杆，为曲柄摇杆机构。
最短杆是机架时，有两个曲柄，为双曲柄机构最短杆是连杆时，有两个摇杆，为双摇杆机构2）在铰链四杆机构中，当最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和时，无论取任何杆为机架，都只能得到双摇杆机构例2-1】如图2-11所示铰链四杆机构ABCD的各杆长度分别为lAB=80mm，lBc=130mm，lAB=80mm，lCD=100mm，lDA=120mm当机构分别以AB，BC，CD，DA各杆为机架时，相应得到何种机构？任务一 铰链四杆机构 【解】由各杆的长度数值可知，AB杆为最短杆，BC杆为最长杆又因为可得 满足杆长之和条件于是可得结论：若以AB为机架，则得到双曲柄机构；若以BC为机架，则得到曲柄摇杆机构；若以CD为机架，则得到双摇杆机构；若以DA为机架，则得到曲柄摇杆机构任务二 铰链四杆机构的演化形式一、曲柄滑块机构和偏心轮机构 曲柄滑块机构：图2-12（a）所示的曲柄摇杆机构中，铰链中点C的轨迹为以点D为圆心和为半径的圆弧当lCD至无穷大时，点C的轨迹变成直线，此时该平面机构成为曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构：若点C的运动轨迹正对曲柄转动中心A，称为对心曲柄滑块机构，如图2-12（b）所示；若点C的运动轨迹的延长线与曲柄回转中心A之间存在偏距e，称为偏置曲柄滑块机构，如图2-12（c）所示。
图2-12 曲柄滑块机构的演化任务二 铰链四杆机构的演化形式二、导杆机构 （a）（b）（c）图2-16 导杆机构的演化 图2-16（a）所示为曲柄滑块机构，若将杆1变为机架，则得到如图2-16（b）所示的导杆机构杆4对滑块3的运动起导路作用，故称为导杆当l1l2,时，杆2可整周回转，而导杆4只能往复摆动，故称为摆动导杆机构，如图2-16（c）所示任务二 铰链四杆机构的演化形式 （a）插床机构 （b）牛头刨床主机构图2-17 导杆机构的应用 图2-17所示为导杆机构的应用其中，插床机构为转动导杆机构的应用，牛头刨床主机构为摆动导杆机构的应用任务二 铰链四杆机构的演化形式三、摇块机构 在图2-16（a）所示的曲柄滑块机构中，若将杆2变为机架，则得到如图2-18所示的摇块机构这种机构广泛应用于摆缸式内燃机和液压驱动装置中图2-18 摇块机构 任务二 铰链四杆机构的演化形式四、定块机构 （a）（b）图2-20 定块机构及其应用 在图2-16（a）所示的曲柄滑块机构中，若将滑块3变为机架，则得到如图2-20（a）所示的定块机构这种机构常用在抽油泵和手摇抽水泵中，如图2-20（b）所示任务三 平面四杆机构的传动特性一、急回特性 图2-21 四杆机构的急回特性 在图2-21所示的曲柄摇杆机构中，曲柄AB是原动件，做等角速度转动，C1D位置为CD杆的左极限位置，C2D为右极限位置，摇杆的两极限位置之间所夹角度称为摇杆的摆角，用 表示。
若规定进程平均速度为v1，回程平均速度为v2，则从动件摇杆CD往复摆动的平均速度不相等，其回程比进程的平均速度快，这一性质称为机构的急回特性连杆机构从动件具有急回特性的条件如下：（1）主动件为曲柄做等速整周转动2）从动件做往复运动（有极限位置）3）极位夹角 任务三 平面四杆机构的传动特性任务三 平面四杆机构的传动特性二、传力特性 图2-22 四杆机构的压力角和传动角 平面连杆机构不仅要保证实现预定的运动要求，而且应当运转效率高，并具有良好的传力特性通常连杆机构的传力特性可用压力角或传动角来表征从动件点C处力F的方向与速度vc的方向所夹的锐角，称为压力角；压力角的余角 称为传动角任务三 平面四杆机构的传动特性三、死点位置 图2-25 曲柄摇杆机构的死点 在图2-25所示的曲柄摇杆机构中，摇杆CD经连杆BC传给从动件曲柄AB的力通过曲柄转动中心A，转动力矩为零，从动件不转，机构停顿，机构所处的这种位置称为死点位置，有时把死点位置简称死点任务四 图解法设计平面四杆机构 图2-25 曲柄摇杆机构的死点一、按连杆位置设计四杆机构 平面四杆机构设计是指根据工作要求选定机构的类型，并确定机构的几何尺寸。
平面四杆机构的设计方法有图解法、解析法和实验法三种1给定连杆三个位置设计四杆机构 如图2-29所示，已知连杆BC的长度lBC及连杆的三个预定位置B1C1,B2C2和B3C3，要求设计四杆机构任务四 图解法设计平面四杆机构 其设计步骤如下：（1）选取适当比例尺，按连杆长度及给定位置画出B1C1,B2C2和B3C32）分别连接B1B2，B2B3，C1C2，C2C3，作B1B2和B2B3的垂直平分线b12和b23及C1C2和C2C3的垂直平分线C12和C23，分别得交点A和D，这两点便是固定铰链中心的位置3）分别连接AB1，B1C1，C1D，即为所求的四杆机构从图中量得各杆的长度再乘以比例尺，便可得到实际结构的长度尺寸任务四 图解法设计平面四杆机构 2给定连杆的两个位置设计四杆机构 给定连杆长度lBC及两个位置B1C1,B2C2时，由上述方法可知，点A和D可在B1B2和C1C2的垂直平分线上任意选取，得到无穷多个解例2-2】设计一振实造型机的反转机构，如图2-30所示在图中位置处，砂箱6与翻台5固连，并在振实台4上振实造型当压力油推动活塞1移动时，通过连杆2使摇杆9摆动，从而将翻台与砂箱转到位置处；然后托台10上升接触砂箱，解除砂箱与翻台之间的固连并起模。
已知连杆BC长度lBC=0.5m和两个位置B1C1，B2C2，要求A和D在同一水平线上并且AD=BC图2-30 振实造型机任务四 图解法设计平面四杆机构 【解】（1）取比例尺 ，得在给定位置画出B1C1和B2C22）连接B1B2和C1C2，作B1B2的垂直平分线b12和C1C2的垂直平分线c123）按A和D在同一水平线上，且AD=BC的要求，在b12上得点A，c12上得点D4）连接AB1C1D即得所求四杆机构二、按给定行程速度变化系数设计四杆机构 1设计曲柄摇杆机构 已知摇杆长度lCD，摆角 和行程速度变化系数K，要求设计曲柄摇杆机构任务四 图解法设计平面四杆机构 （1）由给定的行程速度变化系数K，求出极位夹角，即 （2）取适当比例尺，任选固定铰链中心D的位置，根据摇杆长度lCD和摆角 ，作出摇杆的两个极限位置C1D和C2D，如图2-31所示3）于是作 ，由三角形内角和等于1804）以点O为圆心，OC1为半径作圆，在圆周上任取一点（C1C2和EF上除外）作为曲柄铰链中心A连接AC1和AC2，便得曲柄与连杆的两个共线位置圆周角任务四 图解法设计平面四杆机构 （5）以点A为圆心，AB=（AC2-AC1）/2为半径作圆，交C1A的延长线于点B1，交C2A于点B2，便得到BC=（B1C1-B2C2）。
则各构件的实际长度为 ，2设计摆动导杆机构 已知机架长度和速度变化系数K，要求设计摆动导杆机构1）由给定的行程速度变化系数K，求出极位夹角 ,即 （2）取适当比例尺，根据导杆摆角 等于曲柄极位夹角 ，任选一点C后可找出导杆两极限位置Cm和Cn3）作mCn的角平分线，取 ，得点A，过点A作Cm和Cn的垂线得点B1和B2，则曲柄长度 知识总结（1）由若干个构件通过低副连接，且所有构件在相互平行的平面内运动的机构称为平面连杆机构由四个构件通过低副连接而成的平面连杆机构，称为铰链四杆机构2）能够实现整周回转运动的构件称为曲柄3）平面连杆机构只考虑运动问题，不考虑质量和结构问题4）压力角是从动件的受力方向和受力点的速度方向之间所夹的锐角，这个角在机构的运动过程中是个变化的值，因此存在最大和最小值5）对于平面连杆机构，绘制压力角和传动角的关键在于分清楚机构中的主动构件、中间转换构件和从动件，以及受力方向6）判断一个机构有无急回特性，首先判断这个机构的从动件有无两个极限位置若没有极限位置，则没有急回特性；若有极限位置，则判断曲柄在两个极限位置是否重合，重合就没有急回特性，不重合就有7）若传动角为零，则存在死点位置。