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1、1第第2章章 平面连杆机构平面连杆机构 2.1 平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式 2.2 平面四杆机构的特性平面四杆机构的特性 2.3 其它形式的四杆机构其它形式的四杆机构 2.4 四杆机构的设计四杆机构的设计2 平面连杆机构:由若干个刚性构件，用由若干个刚性构件，用低副低副（转动副（转动副或移动副）或移动副）相互联接相互联接而组成的在同一平面或相互平行的而组成的在同一平面或相互平行的平面内运动的机构平面内运动的机构，也称为，也称为平面低副机构平面低副机构。第第2 2章章 平面连杆机构平面连杆机构 由由四个四个构件通过低副联接而成的平面连杆机构构件通过低副联接而成的平面连杆机构称为
2、称为平面四杆机构。它。它的应用非常广泛，而且是组成多杆机的应用非常广泛，而且是组成多杆机构的基础。构的基础。 构件之间全部是用构件之间全部是用转动副转动副联接的平面四连杆机构联接的平面四连杆机构，称为称为铰链四连杆机构。 它是平面四杆机构中最基本的形式它是平面四杆机构中最基本的形式, 其他形式的四杆其他形式的四杆机构都是在它的基础上演化而成的。机构都是在它的基础上演化而成的。 铰链四杆机构铰链四杆机构32.1 2.1 平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式1234ABCD连杆连杆连架杆连架杆连架杆连架杆机架机架机架机架参考系（固定件）参考系（固定件）连架杆连架杆与机架相联与机架相联连杆连
3、杆不与机架相联不与机架相联基基本本构构件件连接架中能够相对于机架做连接架中能够相对于机架做360整圆周运动整圆周运动的构件的构件； 称为称为曲柄；连架杆中不能够相对于机架做连架杆中不能够相对于机架做360 整圆运动，而只能整圆运动，而只能在小于在小于360 的范围内做的范围内做往复摆动往复摆动的构件，的构件， 称为称为摇杆。42.1 2.1 平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式 2.1.1 2.1.1 铰链四杆机构的基本类型和应用铰链四杆机构的基本类型和应用一曲一摇一曲一摇二曲二曲二摇二摇52.1 2.1 平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式1、曲柄摇杆机构、曲柄摇杆机构特征特
4、征：曲柄摇杆：曲柄摇杆作用作用：曲柄曲柄(一般一般)原动件原动件圆周转动圆周转动（匀速）（匀速）摇杆摇杆(一般一般)从动件从动件往复摆动往复摆动（变速）（变速）应用应用： 雷达天线、雷达天线、搅拌机、缝纫机、刮雨器、搅拌机、缝纫机、刮雨器、 破碎机破碎机雷达天线俯仰机构雷达天线俯仰机构缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构（ 摇杆主动摇杆主动 ）（ 曲柄主动曲柄主动 ）搅拌机构搅拌机构62.1 2.1 平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式2、双曲柄机构、双曲柄机构特征特征：两连架杆均为曲柄：两连架杆均为曲柄作用作用：应用应用：惯性筛：惯性筛主动曲柄主动曲柄: 匀速转动匀速转动从动曲柄从动曲柄:
5、变速（或匀速）转动变速（或匀速）转动 惯性筛惯性筛72.1 2.1 平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式平行四边形机构特性特性：两曲柄两曲柄同速同向同速同向转动转动 连杆作圆周连杆作圆周平动平动AB = CDBC = AD相对相对两杆平行且相等两杆平行且相等的双曲柄机构。的双曲柄机构。摄影平台升降机构摄影平台升降机构机车车轮联动机构机车车轮联动机构挖土机挖掘机构挖土机挖掘机构82.1 2.1 平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式平行四边形机构在共线位置出现平行四边形机构在共线位置出现运动不确定运动不确定；B B2 2C C2 2A AB B1 1C C1 1D D1 12 23
6、 3B B3 3C C3 3 C C3 3措施措施：采用两组机构错开排列。：采用两组机构错开排列。机车轮联动机构机车轮联动机构92.1 2.1 平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式反平行四边形机构相对相对两杆相等但不平行两杆相等但不平行的双曲柄机构。的双曲柄机构。特性特性：两曲柄两曲柄转动方向相反转动方向相反 且且角速度不相等角速度不相等门窗启闭机构门窗启闭机构102.1 2.1 平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式3、双摇杆机构、双摇杆机构特征特征：两连架杆均为摇杆：两连架杆均为摇杆作用作用：应用应用：风扇摇头机构、起重机、风扇摇头机构、起重机、飞机起落架飞机起落架 主动摇杆
7、主动摇杆: 摆动摆动从动摇杆从动摇杆: 摆动摆动 车辆前轮转向机构车辆前轮转向机构ABDC风扇座风扇座蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆电机电机电机电机ABDC风扇座风扇座蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆电机电机ABDC风扇座风扇座蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆112.1 2.1 平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式 2.1.2 曲柄存在的条件重重 叠叠拉直共线拉直共线B1C1B2C2ADDAa ab bc cd d在在B1C1D中中:a+db+c 在在B2C2D中中:b (d-a)+c 即即 a+bd+c c(d-a)+b即即 a+cd+b a d ， a b ， a c 将上式两两相加，可得：将上式两两相加，可得：即即AB杆为最
8、短杆杆为最短杆。122.1 2.1 平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式 由上述关系可推出在铰链四杆机构中，由上述关系可推出在铰链四杆机构中，存在曲柄的条件存在曲柄的条件：（1）最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆长度之和；最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆长度之和；（2）最短杆或其相邻杆为机架。最短杆或其相邻杆为机架。 （1）在最短杆与最长杆之和在最短杆与最长杆之和小于小于或或等于等于其余两杆长度之和条件其余两杆长度之和条件下：下： a a、取、取最短杆为机架最短杆为机架时，两连架杆同时成为曲柄，则得时，两连架杆同时成为曲柄，则得双曲柄双曲柄 机构机构。 （2）在最短杆与最长杆之和
9、在最短杆与最长杆之和大于大于其余两杆长度之和条件下，该其余两杆长度之和条件下，该机构只能是机构只能是双摇杆机构双摇杆机构。根据曲柄存在的条件，根据曲柄存在的条件，推论：推论：c c、取、取与最短杆相对的杆件为机架与最短杆相对的杆件为机架，两连架杆都不能整周回转，两连架杆都不能整周回转， 则得则得双摇杆机构双摇杆机构。b b、取、取最短杆相邻的杆件为机架最短杆相邻的杆件为机架，两连架杆中一个为曲柄，另，两连架杆中一个为曲柄，另 一个为摇杆，则得一个为摇杆，则得曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构。132.1 2.1 平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式e.g.1 如图，当分别取如图，当分别取1、2、
10、3、4为机架各获得何种机构？为机架各获得何种机构？ 142.2 2.2 平面四杆机构的特性平面四杆机构的特性 2.2.1 2.2.1 急回运动特性急回运动特性BACDC1B1C2B2u摇杆摆角摇杆摆角：摇杆摇杆CD两极限位置间的夹角。两极限位置间的夹角。 极位夹角极位夹角 ：此时曲柄此时曲柄AB对应位置所夹的对应位置所夹的锐角锐角。 1= 180+； 2= 180-曲曲 柄柄摇摇 杆杆工作工作行程行程B1B2 (1，t1) C1C2 (，t1)空回空回行程行程B2B1 (2，t2) C2C1 (，t2) 即 1 2 , t t1 1tt2 2 v v2 2 =C=C1 1C C2 2/t/t2
11、 2 v v1 1 =C=C1 1C C2 2/t/t1 1铰链铰链C的的平均速度平均速度：v v1 1vK1；设计新机械时，往往先给定设计新机械时，往往先给定K值，于是值，于是: 152.2 2.2 平面四杆机构的特性平面四杆机构的特性 2.2.2 2.2.2 压力角与传动角压力角与传动角FnFvcACDl2l4l1Bl311234CBC”B”Ft压力角：从动件受力点从动件受力点受受力方向力方向与与速度方向速度方向之间所夹之间所夹之之锐角锐角。作用在从动件受力点的力为作用在从动件受力点的力为F, ,有效分力有效分力无效分力无效分力 分解分解: :传动角：压力角压力角 的余角。的余角。即：即：
12、 90900 0 - - 。传力要求传力要求 min 400500。常用常用 来来检验传力性能。传力性能。 愈大，机构传力性能愈好。愈大，机构传力性能愈好。 162.2 2.2 平面四杆机构的特性平面四杆机构的特性 2.2.3 2.2.3 死点位置死点位置（主动件条件主动件条件）蒸汽机车车轮联动机构蒸汽机车车轮联动机构 当当摇杆为主动件摇杆为主动件，连杆和曲柄共线连杆和曲柄共线时（时（传动角传动角 =0=00 0 ），过），过铰链中心铰链中心A A的力，对的力，对A A点不产生力矩，点不产生力矩，不能使曲柄转动不能使曲柄转动，机构的这机构的这种位置称为种位置称为死点位置。B1C1=00=00u
13、 克服止点位置的克服止点位置的措施措施 利用惯性力（如缝纫机踏板）利用惯性力（如缝纫机踏板） 相同机构错位排列相同机构错位排列4ABCD231B2C2AD当摇杆为主动件当摇杆为主动件，机构的这种位置称为，机构的这种位置称为死点位置死点位置 。172.2 2.2 平面四杆机构的特性平面四杆机构的特性 死点位置的利用死点位置的利用 夹紧装置夹紧装置飞机起落架飞机起落架分合闸机构分合闸机构182.3 2.3 其他形式的四杆机构其他形式的四杆机构 2.3.1 2.3.1 含有一个移动副的四杆机构含有一个移动副的四杆机构1、曲柄滑块机构、曲柄滑块机构（改变构件的形状和运动副改变构件的形状和运动副）192
14、.3 2.3 其他形式的四杆机构其他形式的四杆机构2、导杆机构、导杆机构导杆机构导杆机构314A2BC 曲柄滑块机构曲柄滑块机构314A2BC转动转动导杆机构导杆机构摆动摆动导杆机构导杆机构（选用不同的构件为机架选用不同的构件为机架） 导杆机构导杆机构 摇块机构摇块机构 定块机构定块机构 202.3 2.3 其他形式的四杆机构其他形式的四杆机构3、摇块机构和定块机构、摇块机构和定块机构（选用不同的构件为机架选用不同的构件为机架）自卸货车自卸货车（摇块机构）（摇块机构）手压抽水机手压抽水机 （定快机构）（定快机构）212.3 2.3 其他形式的四杆机构其他形式的四杆机构 2.3.2 2.3.2
15、含有两个移动副的四杆机构含有两个移动副的四杆机构1、双滑块机构、双滑块机构（改变构件的形状和运动副改变构件的形状和运动副）椭圆仪机构椭圆仪机构对心曲柄滑块对心曲柄滑块 双滑块双滑块222.3 2.3 其他形式的四杆机构其他形式的四杆机构平平面面四四杆杆机机构构铰链四杆机构铰链四杆机构 ( (全转动副全转动副) )含有含有一个移动副一个移动副的平面四杆机构的平面四杆机构 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 双曲柄机构双曲柄机构 双摇杆机构双摇杆机构 双滑块机构双滑块机构 含有含有二个移动副二个移动副的平面四杆机构的平面四杆机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构 曲柄导杆机构曲柄导杆机构 曲柄摇块机构曲柄摇块机构 移
16、动导杆机构移动导杆机构 232.4 2.4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计平面四杆机构平面四杆机构设计的任务设计的任务： 根据机构的工作要求和设计条件，选定机构的形式，根据机构的工作要求和设计条件，选定机构的形式，确定出机构各构件的尺寸参数，并绘出机构运动简图。确定出机构各构件的尺寸参数，并绘出机构运动简图。 平面四杆机构平面四杆机构设计的类型设计的类型： （1 1）按照给定的点的运动轨迹设计四杆机构按照给定的点的运动轨迹设计四杆机构，称为，称为轨迹设计轨迹设计； （2 2）按照给定的运动规律（位置、速度、加速度）按照给定的运动规律（位置、速度、加速度）设计四杆机构设计四杆机构，称为，称
17、为位置设计位置设计。平面四杆机构设计的方法：平面四杆机构设计的方法： 图解法图解法、几何作图法、实验法、几何作图法、实验法242.4 2.4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计解：解： 分别作分别作 和和 的垂的垂直平分线，其交点为铰链直平分线，其交点为铰链中心中心A的位置的位置 ； 分别作分别作 和和 的垂的垂直平分线，其交点为铰链直平分线，其交点为铰链中心中心D的位置的位置 。 设计有唯一解。设计有唯一解。1 1、按照给定连杆位置设计四杆机构按照给定连杆位置设计四杆机构 已知连杆长度和给定的三个位置，试设计一铰链四杆机构。已知连杆长度和给定的三个位置，试设计一铰链四杆机构。C1B1B2C
18、2B3C3b12c12b23c23B1AD252.4 2.4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计2 2、按照给定的运动规律设计四杆机构按照给定的运动规律设计四杆机构已知摇杆长已知摇杆长 、摆角、摆角 和行程速比系数和行程速比系数K K，设计曲柄摇杆机构。，设计曲柄摇杆机构。 MNPB2B1C2EADC1思路思路：搞清搞清A A、C C1 1、 C C2 2三点所在圆和三点所在圆和 角的角的 关系。关系。设计步骤：设计步骤：1）求出）求出2）任取固定铰链）任取固定铰链D的位置，确定比例尺的位置，确定比例尺 ，作出摇杆极限两位置，作出摇杆极限两位置 。 3）几何作图（略）。）几何作图（略）。6）求未知杆长）求未知杆长要点要点：确定固定铰链中心：确定固定铰链中心A 的位置的位置.求出求出其它其它 三杆长度三杆长度 、 、 。4）作）作C1PC2的外接圆，的外接圆，在圆上任取在圆上任取A为曲柄的固定铰链。为曲柄的固定铰链。5 5）以以A为圆心，为圆心，ECEC2 2/2/2为半径作圆，交为半径作圆，交C C1 1A A的延长线和的延长线和C C2 2A A于于B B1 1和和B B2 2。
