四杆机构的基本型式及其演化w

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图4-11 起重机起重机构
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两摇杆长度相等的双摇杆机构，称为等 腰梯形机构。
图4-12所示，轮式车辆的前轮转向机 构就是等腰梯形机构的应用实例。
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图4-12 汽车前轮转向机构
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当车转弯时，与前轮轴固联的两个摇杆
此时移动方位线mm不通过曲柄回转中 心，故称为偏置曲柄滑块机构。曲柄转动中
心至其移动方位线mm的垂直距离称为偏距e， 当移动方位线mm通过曲柄转动中心A时 （即e=0），则称为对心曲柄滑块机构。
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2．导杆机构
图4-16a）所示为曲 柄滑块机构。
若取曲柄为机架， 则为演变为导杆机构， 如图4-16b）所示。
以l1、l2、l3、l4表示。为了保证曲柄1整周 回转，曲柄1必须能顺利通过与机架4共线 的两个位置AB’和AB’’。
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图4-13 曲柄存在的条件分析
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当曲柄处于AB’ 时，形成三角形B’C’D。 根据三角形两边之和必大于第三边，可得
l2≤（l 4- l 1）+ l 3 l 3≤（l 4-L1）+ l 2
现在四十三页，总共八十六页。
上述关系说明：曲柄存在的必要条件： （1） 在曲柄摇杆机构中，曲柄是最短杆；
（2） 最短杆与最长杆长度之和小于或等 于其余两杆长度之和。
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如何得到不同类型的铰链四杆机构？
根据以上分析可知：
当各杆长度不变时，取不同杆为机架 就可以得到不同类型的铰链四杆机构。
摆到极限位置C1D和C2D时，连杆2与曲柄1 共线，若不计各杆的质量，则这时连杆加 给曲柄的力将通过铰链中心A，即机构处

/jxsj/wang_luo_ke_cheng/2/2.1.htm
2012-8-14
2.1 铰链四杆机构的基本类型及运动特性
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二、四杆机构的运动特性
1.转动副为整转副的条件 机构中具有整转副的构件是关键构件，因为只有这种构件才有可能用电机等连续转动的装置来驱动。 若具有整转副的构件是与机架铰接的连架杆，则该构件即为曲柄。 以图示的铰链四杆机构为例，说明转动副为整转副的条件：
b. 反平行四边形机构 两曲柄长度相同，而连杆与机架不平行的铰链四杆机构，称为反平行四边形机构。如图示。
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2.1 铰链四杆机构的基本类型及运动特性 应用实例： 汽车车门开闭机构：
搅拌器机构： /jxsj/wang_luo_ke_cheng/2/2.1.htm 2012-8-14
2.1 铰链四杆机构的基本类型及运动特性
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（2）双曲柄机构 在铰链四杆机构中，若两连架杆均为曲柄，称为双曲柄机构。
通常情况下，当主动曲柄连续等速转动时，从动曲柄一般不等速转动。 应用实例： 惯性筛机构：
动件的往复摆角均为 。由图可以看出，曲柄相应的两个转角φ1和φ2为：
式中，θ为摇杆位于两极限位置时曲柄两位置所夹的锐角，称为极位夹角。 急回特性：摇杆回程平均速度大于工件行程的平均速度。 表示急回特性的程度用行程速比系数K表示，则
K
如已知K，即可求得极位夹角θ，即
m 2 t1 1 180 m1 t 2 2 180
2.1 铰链四杆机构的基本类型及运动特性
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除以上分析方法外，机构成为双摇杆机构时，LAB 的取值范围亦可用以下方法得到：对于以上给定的 杆长，若能构成一个铰链四杆机构，则它只有三种类型：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。故分 析出机构为曲柄摇杆机构、双曲柄机构时LAB 的取值范围后，在0～220mm之内的其余值即为双摇杆机构时 LAB 的取值范围。 例2： 图示的插床用转动导杆机构（导杆AC 可作整周转动），已知LAB =50mm， LAD =40mm，行程速度变 化系数K=2。求曲柄BC的长度LBC 及插刀P的行程s。

的连架杆，如3。
在铰链四杆机构中，按连架杆能否 作整周转动，可将铰链四杆机构分为：
一、曲柄摇杆机构 二、双曲柄机构 三、双摇杆机构
一、曲柄摇杆机构
两个连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆， 则此铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。
曲柄1为原动件，作匀速转动；摇杆3为从动件， 作变速往复摆动。 雷达天线俯仰机构
基本概念
1、铰链四杆机构： 全部用转动副相连的平面四杆机构。它是平
面四杆机构的基本型式，其它型式的四杆机构 可看作是在它的基础上通过演化而成的。
2、机架：机构的固定构件，如杆4 。 3、连杆：不直接与机架连接的构件，如杆2。 4、连架杆：与机架用转动副相连接的构件，
如杆1、3 。 连架杆可分为： 5、曲柄：能绕机架作整周转动的连架杆，如杆1； 6、摇杆：只能绕机架作小于360°的某一角度摆动
F2
C
γF α
δ F1 vc
D
F1 为有效分力 F1 = Fcosα , F1
在连杆设计中，为度量方便，习惯用传动角γ来判 断机构传力性能。 γ F1，机构传力性能越好，
反之，机构传力越费劲，传动效率越低。
机构运转时，传动角γ是变化的，为
了保证机构的正常工作，机构的传动角作出 如下规定（P23）
转动
当l1≤l2，杆2、杆4能作
整周转动，称为转动导
杆机构。
当l1>l2，杆2能作整周转动，杆4
只能往复摆动，称为摆动导杆
机构。 运动特性：
三、摇块机构和定块机构： 选用不同的构件为机架
摆动滑块机构
自卸卡车车箱的举升机构 运动特性：
固定滑块机构或定块机构
3 C
2 4
B 1 A
C3
2 4

械
设 转动导杆机构：
计 基
BC>AB
础 导杆可作360º回转
摆动导杆机构：
BC<AB 导杆在小于360º范围内摆动。
（牛头刨床的主传动机构）
平
面
4
连 杆 机 构
3 C
3 C
33 3 C
C3 C3
242 2 22 242
3C C3
C3
4224 B
4224
3C
4 2 21 22 2 4
C3 4
4
3 C
A CC
——双摇杆机构
最新课件
11
二、铰链四杆机构的演化
机
械
设
计 基
机构演化方法
础
平 改变杆件长度，用移动副取代回转副
面 连 杆
扩大回转副 变更机架等
机
构
连杆
2 连架杆 B
C 连架杆
3
1
A
4
D
最新课件
12
机 （1）改变杆件长度 —— 曲柄滑块机构
械
设 计
曲线导轨曲柄滑块机构
基
C
础
C
平
2
面
连
B
杆1
机
机
械
设
计
基
础
内容
平 面
• 平面四杆机构的基本类型
连 杆
• 平面四杆机构的演化
机 构
• 平面四杆机构的特点及设计
了解常用四杆机构的基本类型和应用。 对急回特性、传动角、压力角、死点位置等有明确概念。
最新课件
1
机 一、铰链四杆机构
械 设 计 基 础
平
面
连

能整圈回转——曲柄 连架杆
往复摆动 —— 摇杆
1、铰链四杆机构的基本型式
⑴.曲柄摇杆机构（以最短杆的邻边为机架）
①.特点：
☆ 两连架杆中一个为曲柄， 另一个为摇杆。
曲柄为主动件时， 曲柄的匀速转动
摇杆为主动件时， 摇杆变速往复摆动
摇杆变速往复摆动 曲柄的匀速转动
②.曲柄摇杆机构应用一——雷达天线俯仰机构 关键：以最短杆的邻边为机架
A
100
C
C 50 B
70 70
100
120
D A 60 D
50 C B
90
100
A
70
D
a）
b）
c）
d）
a) 40+110<70+90，又以最短杆为机架，则为双曲柄机构 b) 120+45<100+70,以最短杆邻边为机架，为曲柄摇杆机构 c)50+100>60+70，无论如何都是双摇杆机构 d)50+100<90+70,但以最短杆BC对边为机架，则为双摇杆机构
1.铰链四杆机构的优缺点
⑴优点： 磨损小，寿命长，传递动力大，制造简单， 制造精度较高。
原因：低副连接，面接触，压强小，便于润滑，磨损小，接触 面是圆柱面或平面，易制造，制造精度高
⑵缺点：运动累计误差大。
关键：低副连接(面接触)
第一节 平面机构的类型及其应用
一.铰链四杆机构
定义: 全由转动副构成的平面四杆机构 称为平面铰链四杆机构
关键：⑴ 对心曲柄滑块机构： ⑵ 偏置曲柄滑块机构：
e——偏距
2、导杆机构：
① L1＜ L2:机架短 曲柄转动导杆机构
② L1＞L2:机架短 曲柄摆动导杆机构

图3－16b
图3－19
图3－20
• 若选用曲柄滑块机构中滑块3作机架（图316c），即演化成移动导杆机构（或称定块 机构）。 • 它应用于手摇卿筒（图3—21）和双作用式 水泵等机械中。
图3—21
图3-16c
（3）变化双移动副机构的机架
• 在图3-15和图3-22a所示的具有两个移动副的四杆机 构中，是选择滑块4作为机架的，称之为正弦机构， 这种机构在印刷机械、纺织机械、机床中均得到广 泛地应用，例如机床变速箱操纵机构、缝纫机中针 杆机构（图3—22d）；
铰链四杆机构可分为以下三种类型
1、曲柄摇杆机构
• 铰链四杆机构的两连架杆中一个能作整 周转动，另一个只能作往复摆动的机构。
2、双曲柄机构
铰链四杆机构的两连架杆均能作整周转 动的机构。

• 在双曲柄机构中，若相对两杆平行相 等，称为平行双曲柄机构（图3－9）。 这种机构的特点是其两曲柄能以相同 的角速度同时转动，而连杆作平行移 动。图3－10a所示机车车轮联动机构 和图3－10b所示的摄影平台升降机构 均为其应用实例。
图3-15
图3—22
• 若选取构件1为机架（图3－22b）， 则演化成双转块机构，它常应用 作两距离很小的平行轴的联轴器， 图3-22e所示的十字滑块联轴节为 其应用实例；
图3－22b
图3-22e
• 当选取构件3为机架（图3－22c）时， 演化成双滑块机构，常应用它作椭圆 仪（图3—22f）。
图3－22
图 3－11
3、双摇杆机构
双摇杆机构:铰链四杆机构中的两连架杆均不能作 整周转动的机构。

如 图 3 － 12 所 示 鹤 式 起 重 机 的 双 摇 杆 机 构 ABCD，它可使悬挂重物作近似水平直线移动， 避免不必要的升降而消耗能量。在双摇杆机构 中，若两摇杆的长度相等称等腰梯形机构，如 图3—13中的汽车前轮转向机构。

的作用线所 夹的锐角。
传动角： =90°－ 压力角越小(即传动角越大)，有用的分力越大。
所以传动角是衡量机构受力大小的一个重要参数。
死点： = 90°
四、死点
如图所示的曲柄摇杆机构中，如果以摇杆CD为主动件，曲柄AB为从 动件，当摇杆位于两极限位置时，连杆与曲柄共线重合，此时，机构的转 动角γ=0°,压力角α=90°,使曲柄不能转动,整个机构处于静止状态，这种 位置称为机构的死点位置。
(1)按给的某些机构的位置设计连杆机构，即位置设计； (2) 按给定点的轨迹设计连杆机构，即轨迹设计。
设计连杆的主要方法有： 图解法，解析法和实验法。（这里着重介绍图解法）
一、图解法 1、实现给定行程速比系数K的设计方法 例：如图所示，已知曲柄摇杆机构的行程 速比系数K，摇杆长度CD和摇杆摆角ψ，要 求设计此机构。 要点：该机构的设计问题是确定铰链中心A 的位置和其余三杆的长度，且关键是确定 铰链中心A的位置。其设计步骤如下：
铰链四杆机构的演化是指在不改变构件间相对运动的条件下，通过改 变某些构件的形状、长度、扩大转动副的半径或选取不同的构件为机架等 方法，以得到四杆机构的其它一些演化机构。
1、曲柄滑块机构 2、导杆机构 3、摇块机构 4、定块机构 5、偏心轮机构
§4-2 平面四杆机构的工作特性
一、四杆机构曲柄存在的条件 二、急回特征 三、传动角与压力角 四、死点
连架杆 B
组成： 机架、连杆、连架杆
摇杆(摆杆) (摆转副)
1
A
曲柄 (周转副)
连杆 2
C 连架杆
3
4
D
机架
机架：固定不动的构件——AD 连架杆：直接与机架相连的构件——AB、CD 连杆：不与机架相连的构件—BC 曲柄：能作整周转动的连架杆 摇杆：不能作整周转动的连架杆

图3-15
图3—22
• 若选取构件1为机架（图3－22b）， 则演化成双转块机构，它常应用 作两距离很小的平行轴的联轴器， 图3-22e所示的十字滑块联轴节为 其应用实例；
图3－22b
图3-22e
• 当选取构件3为机架（图3－22c）时， 演化成双滑块机构，常应用它作椭圆 仪（图3—22f）。
图3－22
图3－9
图3－10
• 在图3－11a所示双曲柄机构中，虽然其对应边长度 也相等，但BC杆与AD杆并不平行，两曲柄AB和 CD转动方向也相反，故称其为反平行四边形机构。 • 图 3－11b所示的车门开闭机构即为其应用实例， 它是利用反平行四边形机构运动时，两曲柄转向相 反的特性，达到两扇车门同时敞开或关闭的目的。
• 一、平面四杆机构的基本类型及应用
• 全部运动副为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构， • 它是平面四杆机构的最基本型式（如图3-4a所示）
图3-4a
a—曲柄： 与机架相联并且作整周转动的构件； b—连杆：不与机架相联作平面运动的构件； c—摇杆：与机架相联并且作往复摆动的构件； d—机架： a、c—连架杆。
图 3－11
3、双摇杆机构
双摇杆机构:铰链四杆机构中的两连架杆均不能作 整周转动的机构。

如 图 3 － 12 所 示 鹤 式 起 重 机 的 双 摇 杆 机 构 ABCD，它可使悬挂重物作近似水平直线移动， 避免不必要的升降而消耗能量。在双摇杆机构 中，若两摇杆的长度相等称等腰梯形机构，如 图3—13中的汽车前轮转向机构。
转动导杆机构
摆动导杆机构
• 它可用于回转式油泵、牛头刨床及插床 等机器中。图3－17所示小型刨床和图3— 18 中的牛头刨床，分别是转动导杆机构 和摆动导杆机构的应用实例。

两连架杆均为曲柄的四杆机构称为双曲柄机构
主动曲柄等速转动—> 从动曲柄也同速同向转动
惯性筛机构 主动曲柄等速转动—> 从动曲柄变速转动
3、双摇Байду номын сангаас机构
两连架杆均为摇杆的四杆机构称为双摇杆机构。
飞机 起落 架机 构
4.4.2 铰链四杆机构的演化
演化的途径：
1、转动副变为移动副 2、变更机架、杆长
3、扩大转动副
摆动导杆机构
转动导杆机构
如杆2为机架，得到摇块机构(图c)
摆动式油缸3内的压力油推动活塞杆4从油缸3中伸出，从而 车厢1绕车身2的B点反转，将货物自动卸下。
如滑块3为机架，得到定块机构（即移动导杆机构）
还有一些其他形式的四杆机构，如下图所示 双转块机构
曲柄移动导杆机构（正弦机构）
双滑块机构
4-1 概述
一、定义与分类
（1）由若干刚性构件用低副联接而成的机构称为连杆 机构
连杆机构又称为低副机构
（2）连杆机构可分为 空间连杆机构和 平面连杆 机构
空间连杆机 构
平面连杆机 构
二、连杆机构的优点
• 承受载荷大，便于润滑 • 制造方便，易获得较高的精度 • 两构件之间的接触靠几何封闭 实现 • 实现多种运动规律和轨迹要求
双曲柄机构
双摇杆机构
同样，对于曲柄滑块机构（a），选取不同构件为机架也 可以得到不同型式的机构
如杆1为机架，得到导杆机构(图b)
注：当L1 < L2， 杆2、杆4都可转动，为转动导杆机构， 转动导杆机构应用在小型刨床上
若L1 > L2， 杆2转动、杆4只能摆动，为摆动导杆 机构 摆动导杆机构应用在回转式油泵、牛头刨床等装 置上