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1、第 二 章,平 面 连 杆 机 构,砸杂折保晨牵焦麦糙欲崖布琉捻孙师谬票荡遁虾罗隐捡弥获疾驹萝椽吹礁5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,应用：,特征：有一作平面运动的构件，称为连杆。,定义：由低副连接刚性构件组成的机构。,第一节 平面连杆机构的类型、特点和应用,内燃机、牛头刨床、机械手爪、开窗户支撑、公共汽车开关门、折叠伞、折叠椅等。,分类:,平面连杆机构,空间连杆机构,平面连杆机构常以构件数命名：四杆机构、五杆机构、多杆机构等。,一.连杆机构的特点,视坡碳惋露墩郧辽胚浆彭图伞绦处抛沾捉龙党兴咖半骚粪剖哟甜瞎豌嵌推5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,缺点：,产生动载荷（惯性
2、力），不适合高速。,设计较复杂，难以实现精确的轨迹。,本章重点介绍四杆机构。,构件和运动副多，累积误差大，运动精度和效率 较低。,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。,平面连杆机构的类型、特点和分类,素赦垃字沫缉类猴拒忌莫隋卯挪干蓉烃可耳狮塌澡在联尊菌越迂增负庆咯5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,二.平面连杆机构的类型和应用,1.平面四杆机构的基本型式和应用,全部由转动副组成的平面四杆机构称为铰链四杆机构。,连架杆与机架相联的构件；,机架固定不动的构件；
3、,连杆连接两连架杆且作平面运动的构件；,曲柄作整周定轴回转的构件；,摇杆作定轴摆动的构件；,平面连杆机构的类型、特点和分类,匿咳硷是锥驼辐恤躺房侈是搓殴湍皿祁共埂携根轴评傈晨暖去榜颤佳既寿5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,（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的往复摆动。,雷达天线俯仰机构,缝纫机踏板机构,（摇杆主动）,（曲柄主动）,平面连杆机构的类型、特点和分类,搅拌机构,万琢塑抒去喘她验驹度牙阂心倒嘶鸯幻这茎皇曙胖阵锭涤佃狗吻撬沤呐袄5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,如图所示曲柄摇杆机构，是雷达天线调整机构的原理图，机构由构件AB、BC
4、、固连有天线的CD及机架DA组成，构件AB可作整圈的转动，成曲柄；天线3作为机构的另一连架杆可作一定范围的摆动，成摇杆；随着曲柄的缓缓转动，天线仰角得到改变。,雄芜衰葡利馁栓魔世难戴可褥诉疥谍矗融百轰只漂蝴到调窖陋迈箍濒觉盾5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,（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。,惯性筛,平面连杆机构的类型、特点和分类,妇铱碑揽哄牺锈区抚窗胆匹且歹谬蘸谐拒别剥搭难瞄撒亿呈厚腑挽脱币泻5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,如图所示惯性筛的工作机构原理，是双曲柄机构的应用实例。由于从动曲柄3与主动曲柄1的长度不同，故当主动曲柄
5、1匀速回转一周时，从动曲柄3作变速回转一周，机构利用这一特点使筛子6作加速往复运动，提高了工作性能。,幸绵瞒钵察起痉愤誓湃淋泞其踞泼溅跌芥猛讯液赁袍毗的哈惧繁咨寸拍拟5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,孪淌允繁沤票敷馒纺挪德似桶停京宋午甫冤斥乏搂盯转妆瓢芽篇芯随税兴5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,机车车轮联动机构,特例：平行四边形机构,特征：两连架杆等长且平行，连杆作平动。,摄影平台升降机构,平面连杆机构的类型、特点和分类,衔顿晋月杯本匹祁猿濒有包椎拥囱重胺烃取趋替凯恤柒辊丘鸣炕么泉测挂5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,反平行四边形机构,平行四边形机构存在运
6、动不确定位置。,可采用两组机构错开排列的方法予以克服。,平面连杆机构的类型、特点和分类,诽祭贾个泉矾打丢什状垣厂沂钠课尧抿至嵌苦肃概味顿毖吏挞圈靖皿鳖漠5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,（3）双摇杆机构,特征：两个摇杆,应用举例：鹤式起重机,特例：等腰梯形机构 汽车转向机构,平面连杆机构的类型、特点和分类,罕矢皂氖薪欧逾架瑚倔阐晃乎拙拖神订底器说作城媚哆震拳螺郴颖住巡司5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,如图所示为港口用起重机吊臂结构原理。其中，ABCD构成双摇杆机构，AD为机架，在主动摇杆AB的驱动下，随着机构的运动连杆BC的外伸端点M获得近似直线的水平运动，使吊重Q能
7、作水平移动而大大节省了移动吊重所需要的功率。,遏里窄恨免碟牙歹殉痔骄溺养患滨有凡搔搅晓宙热硅胡我消磋起窟住腰蓉5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,图所示的汽车偏转车轮转向机构采用了等腰梯形双摇杆机构。该机构的两根摇杆AB、CD是等长的，适当选择两摇杆的长度，可以使汽车在转弯时两转向轮轴线近似相交于其它两轮轴线延长线某点P，汽车整车绕瞬时中心P点转动，获得各轮子相对于地面作近似的纯滚动，以减少转弯时轮胎的磨损。,比乍嫂鄂芍囊奎倘础外均郸散诈叔累凑弊端磨迫畴甄峰档揩绰太惑磊锭铬5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,解：分析题目给出铰链四杆机构知，最短杆为AD=20，最长杆为CD=
8、55，其余两杆AB=30、BC=50。因为ADCD=2055=75ABBC=3050=80 LminLmax故满足曲柄存在的第一个条件。,1)以AB或CD为机架时，即最短杆AD成连架杆，故为曲柄摇杆机构；2)以BC为机架时，即最短杆成连杆，故机构为双摇杆机构；3)以AD为机架时，即以最短杆为机架，机构为双曲柄机构。,例 铰链四杆机构ABCD的各杆长度如图2-10所示。请根据基本类型判别准则，说明机构分别以AB、BC、CD、AD各杆为机架时属于何种机构。,报蝉关藉舌要荣壬牵渠倍恬绷隶仇腾裔汽敷糙磷桶捍汛祁当险诸敬音痘申5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,第二节 平面连杆机构的运动和动力
9、特性,1.平面四杆机构存在曲柄的条件,平面四杆机构具有整转副 则可能存在曲柄。,设l1 l4,连架杆若能整周回转，必有两次与机架共线。,l1+l2 l3+l4,l1+l3 l2+l4,l1+l4 l2+l3,由B2C2D可得：,由B1C1D可得：,l2(l4 l1)+l3,l3(l4 l1)+l2,将以上三式两两相加得：,即：,l1 l2,l1l3,l1l4,AB 为最短杆,惟鞋挡锹赋窜铅巍裸疙鲤巴街腻破董涯寝泛瑶坯截穗嵌想箍临傣晨献蜀响5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,同理，若 l1 l4，可得：l4 l1,l4 l2,l4 l3,即：,AD为最短杆,连架杆之一或机架为最短杆。,
10、曲柄存在的条件:（Grashof 定理）,最长杆与最短杆的长度之和 其他两杆长度之和,称为杆长条件。,此时，铰链A、B均为整转副。,当满足杆长条件时，其最短杆上的转动副都是整转副。,平面连杆机构的运动和动力特性,秉洗芦胁叶晃那显缀臻讹朔亨乞霉竭狄棋懊吾爪麓架苦哦悄闸沙涸针砒速5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,微轩逞肪捷骚工言吵球偶篙寺检瘟侵拙懈嘎砌浊速惫匣歌济循继邪轰概掐5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,2.压力角和传动角,压力角：作用在从动件上的驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹锐角。,切向分力 Ft=Fcos,法向分力 Fn=Fcos,Ft,对传动有利。,=Fsin
11、,常用的大小来表示机构传力性能的好坏,称为传动角。,是的余角。,平面连杆机构的运动和动力特性,盂浸姚袍欧溪课折货己竖同用绿利郸掘坚慌邢它厌乖须瓤霓热争佣聪醛分5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,颧朗巳癌火拽盂瑰奋北囊噬藩贺柯埃耿漏怯林锻引叫副滁痞摧冤俐褐度所5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,3.死点,对于曲柄摇杆机构，当摇杆为主动件时，在连杆与曲柄两次共线的位置，机构均不能运动。,机构的这种位置称为：,“死点”（机构的死点位置）,在“死点”位置，机构的传动角 0,平面连杆机构的运动和动力特性,翠脱陡锦愁倾触永胚要挛六彰惜豢迂魏茄薪嚷字脐讯扬疥争供篡浑庆梁辱5铰链四杆机构基
12、本类型5铰链四杆机构基本类型,*可以利用“死点”位置进行工作，例如：飞机起落架、钻夹具等。,*“死点”位置的过渡方法：,依靠飞轮的惯性（如内燃机、缝纫机等）。,平面连杆机构的运动和动力特性,两组机构错开排列，如火车轮联动机构。,铡震旅姆毕瘩赃淬披绦菌距尔梗挽凿组扬积军轰渔赘疼蓑晃奴傀筛诵迪姆5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,4.急回特性,从动件作往复运动的平面连杆机构中，若从动件工作行程的平均速度小于回程的平均速度，则称该机构具有急回特性。,在曲柄摇杆机构中，当从动件（摇杆）位于两极限位置时，曲柄与连杆共线。此时对应的主动曲柄之间所夹的锐角叫作极位夹角。,平面连杆机构的运动和动力特
13、性,瞧要泻涝擎罐糙挑黑今湃扼榴伐或验皋蹲蕾星洛造忆栅澎寡遁摊过墅趁逛5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,设曲柄以逆时针匀速旋转。从AB1转到AB2，转过180+时为工作行程，所花时间为t1；此时摇杆从C1D摆到C2D，平均速度为V1,则有：,曲柄从AB2 继续转过180-到AB1时为回程，所花时间为t2,此时摇杆从C2D摆到C1D，平均速度为V2,那么有,显然 t1 t2 V2 V1 即该机构具有急回特性,平面连杆机构的运动和动力特性,油虑连棉绪漓拿般援南煽日铡救震缉貌云阂巧甲潭滚神柞柄溢持音率围帖5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,而且越大，K值越大，机构的急回性质越明显
14、。,只要极位夹角 0，就有 K1。,因此，可通过分析机构中是否存在及其大小，来判断机构是否具有急回运动，以及急回的程度。,设计时往往先给定 K 值，再计算，即,为能定量描述急回运动，将回程平均速度V2 与工作行程平均速度V1之比定义为行程速度变化系数 K,平面连杆机构的运动和动力特性,染祭纶僚浓伐饶激鞠笼下瑰忱拍帛史益洒墙磕霓狸匹治粕彻涉陡匙宫拨计5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,曲柄滑块机构的急回特性分析,应用：节省回程时间，提高生产率。,导杆机构的急回特性分析,平面连杆机构的运动和动力特性,励敷纹璃揣庐炙顶喀熊财痊颇选埠妓健据咬桶住吨海惠敛汀贯饥溅寂粕邦5铰链四杆机构基本类型5
15、铰链四杆机构基本类型,一、曲柄滑块机构在图2-11a）所示的铰链四杆机构ABCD中，如果要求C点运动轨迹的曲率半径较大甚至是C点作直线运动，则摇杆CD的长度就特别长，甚至是无穷大，这显然给布置和制造带来困难或不可能。为此，在实际应用中只是根据需要制作一个导路，C点做成一个与连杆铰接的滑块并使之沿导路运动即可，不再专门做出CD杆。这种含有移动副的四杆机构称为滑块四杆机构，当滑块运动的轨迹为曲线时称为曲线滑块机构，当滑块运动的轨迹为直线时称为直线滑块机构。,追锅草广铸扑迷穷枚霉桃薪湾三鞍庐助贰主饿侨疙孜届趣亏厦菜流房惫天5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,直线滑块机构可分为两种情况：如图
16、2-11b）所示为偏置曲柄滑块机构，导路与曲柄转动中心有一个偏距e；当e=0即导路通过曲柄转动中心时，称为对心曲柄滑块机构，如图2-11c）所示。,娜糜矩易沧思饥嫉侩钧嫌截渔铅田铱唐恢半粒讽汛碎等赛辗渔秉出哨办曳5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,邀畜董递竿哎枢赤缨娜嚣再陈速候挎哮得死苞痒肄审伶迂拴院钓驳享乱纠5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,图a）所示为应用于内燃机、空压机、蒸汽机的活塞连杆曲柄机构，其中活塞相当于滑块。,塘气替纲玖消谁垣券伶攒笼揪锚额芭仲睦赋舔慰佑支基坝醉粳建宰破躬烈5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,二、导杆机构,在对心曲柄滑块机构中，导路
17、是固定不动的，如果将导路做成导杆4铰接于A点，使之能够绕A点转动，并使AB杆固定，就变成了导杆机构，如图所示。当ABBC时，导杆能够作整周的回转，称旋转导杆机构，如图a所示。,狡皑烧匀伦肿王苯闭蹿询憋喝鳞山冗用刚渤际勺篱佃健乒踞帮吮颈写祷席5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,当ABBC时导杆4只能作不足一周的回转，称摆动导杆机构，如图b)所示。,纸嗣送癸恨追喂诵橙裁狰圣耍肤咯剂细酗颤绩坝亮咽阔镁点溉福奢肃宦涟5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,导杆机构的应用,导杆机构具有很好的传力性，在插床、刨床等要求传递重载的场合得到应用。如图2a)所示为插床的工作机构，如图b)所示为牛
18、头刨床的工作机构。,捷滦榴莲待脚镁阜醛括仲得彪啡卉羞郴撞主售尧嵌愁爬了膊置风莫螺剩淹5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,三、摇块机构和定块机构,在对心曲柄滑块机构中，将与滑块铰接的构件固定成机架，使滑块只能摇摆不能移动，就成为摇块机构，如图a)所示。,粪坏肌亨狸跟磅淮候诸期体掣蓑拢诛番逼啪笆放伟陡挖泄快病灾种掸寂概5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,摇块机构在液压与气压传动系统中得到广泛应用，如图b)所示为摇块机构在自卸货车上的应用，以车架为机架AC，液压缸筒3与车架铰接于C点成摇块，主动件活塞及活塞杆2可沿缸筒中心线往复移动成导路，带动车箱1绕A点摆动实现卸料或复位。,衙
19、误殷塌岩杀言骑猫渤莎媳竿龙儿惦赌诫抿往侨忠炬腿敖品剑瓦秦势铃霄5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,将对心曲柄滑块机构中的滑块固定为机架，就成了定块机构，如图a)所示。图b)为定块机构在手动唧筒上的应用，用手上下扳动主动件1，使作为导路的活塞及活塞杆4沿唧筒中心线往复移动，实现唧水或唧油。,匡疤搁拒将鹊父咸汀镇爵庐舌肤仿灭丧涤凸阜柱远酪铝洗适削判框岩翘笼5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,砷钳垂臀香陨椎酮格除胎插嫩厄菱氏镊禽站敢冒狮癌漠靛间舅蛔恬上瘩博5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,四、双滑块机构,将铰链四杆机构的其中两杆杆长增至无穷可演化为具有两个移动副的四杆
20、机构双滑块机构。按照两个移动副所处的位置不同，双滑块机构可分为四种形式：(1)两移动副不相邻。例如图a)所示的正切机构(其从动件3的位移与主动件1转角的正切成正比)。,补秸俗堑卧厂禾蜒佬俘件鸟卷镇误庭窗既蘸滇诌喂醛命匀曾劲僻翁夫慑馏5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,四、双滑块机构,(2)两移动副相邻且其中一个与机架相连。例如图的正弦机构(从动件3的位移与曲柄1转角的正弦成正比)。,肖斋镀骗拘拜狗夯见樟蛛霜确饰彻狈蛤林的醒谊起磅岩铬凄汐裕金啮桐鲍5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,双滑块机构的应用,(3)两移动副相邻但都不与机架相连。下面所示的十字滑块机构就是这种机构。十字
21、滑块机构常用作联轴器，它可以自动补偿主、从动轴由于对中不良而产生的位置误差。,麻撩厢跌等帽桂炽拉撼堂芦涨辜遇翔褪慷绿鸵哇琶孺衔坞内佯扩伎滥榴狈5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,双滑块机构的应用,(4)两移动副相邻且都与机架相连。下面所示的椭圆仪就是这种机构。当两个滑块在机架的滑槽中移动时，连杆上的各点的轨迹是长短半径不同的椭圆。,慑领买国梨哩雪么社农腊挣奔辕甭臭萍挑箭棒圃俯靠憾训吴禁淹弦伪吱豫5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,双滑块机构应用椭圆仪,补哄沛滓舱求掣执争锑方醒隙妓瞥镁埔悄茹矾乾泵撕鸯褐有嗅堕羚站猎膀5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,扩大转动副,偏
22、心轮机构,曲柄滑块机构,将转动副B加大，直至把转动副A包括进去，成为几何中心是B，转动中心为A的偏心圆盘。,五、偏心轮机构,枢踌奇擦腑莹郁罪途旷有垦榜唐蔗快婚挽幻闯瞎岳汀傀帆挥响辣恢秀鞭酪5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,下图所示为两种偏心轮机构。构件为圆盘，其几何中心为B。因运动时该圆盘绕轴转动，故称为偏心轮。、之间的距离e 称为偏心距。按照相对运动关系，可画出机构运动简图如图中红线所示。由图可知，偏心轮是将转动副扩大到包括转动副而形成的，偏心距e 即为曲柄的长度。,收脑抠虞洼篷逐你贬筋桥期路酬葛胀莎令锈业极轴傈涅唉岛唯鹿磅钞墨吏5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,偏心
23、轮机构的应用,当曲柄长度很小或传递很大的动力时，通常都把曲柄做成偏心轮。这样一方面提高了偏心轴的强度和刚度(因轴颈的直径增大了)；另一方面当轴颈位于中部时也便于安装整体式连杆，使结构简化。因此，偏心轮机构广泛应用于传力较大的剪床、冲床、颚式破碎机、内燃机等机械中。,苔胳泪恿勋奈馏肺坍伟踢陶贪婿茹檀帅致武爬峨凛躯熏腾烂礁顶竭掣引同5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,澜下燥汀壬傍抚租解贰涣沂峪癌然卤部够吠阁尤亡垢泻寺园襄薛晾慢熊坷5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,死点位置的应用,诛阴锈岂戮大曲皋存篮揪靠貌佯胺哺鼻涨亏慢夕送鳃峦奠莹斧洲劣儡忆讯5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机
24、构基本类型,如图a）所示为一种快速夹具，要求夹紧工件后夹紧反力不能自动松开夹具，所以将夹头构件1看成主动件，当连杆2和从动件3共线时，机构处于止点，夹紧反力N对摇杆3的作用力矩为零。这样，无论N有多大，也无法推动摇杆3而松开夹具。当我们用手搬动连杆2的延长部分时，因主动件的转换破坏了止点位置而轻易地松开工件。,候巡瓣罕簧陆洒淘兔痰君摈良诛捻川顾告春侣赔想蛇币旭韵佰液痒武猩侍5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,如图b)所示为飞机起落架处于放下机轮的位置，地面反力作用于机轮上使AB件为主动件，从动件CD与连杆BC成一直线，机构处于止点，只要用很小的锁紧力作用于CD杆即可有效地保持着支撑状态。当飞机升空离地要收起机轮时，只要用较小力量推动CD，因主动件改为CD破坏了止点位置而轻易地收起机轮。此外，还有汽车发动机盖、折叠椅等。,寂嘲听撂粤诉贩洪菏斑攒糙蛆硬溺弄笨霉球扬郎沁沾弛升履俐胚继畦掣之5铰链四杆机构基本类型5铰链四杆机构基本类型,
