平面四杆机构的基本类型及其演化

第8章　连杆机构及其设计8.1　复习笔记本章主要介绍了平面四杆机构的类型及演化、基本知识和设计（作图法和解析法）。

学习时需要重点掌握不同条件下连杆机构的设计（作图法），常以分析作图题的形式考查。

除此之外，铰链四杆机构有曲柄的条件、急回运动、行程速度变化系数、传动角、死点等内容，常以选择题、填空题和判断题的形式考查，复习时需要把握其具体内容，重点记忆。

一、连杆机构及其传动特点（见表8-1-1）表8-1-1　连杆机构及其传动特点二、平面四杆机构的类型及应用1．四杆机构的基本形式（1）基本构架铰链四杆机构是平面四杆机构的基本形式，如图8-1-1所示。

台图8-1-1该机构各部分名称及含义见表8-1-2。

表8-1-2　铰链四杆机构（2）平面四杆机构的类型（见表8-1-3）表8-1-3　平面四杆机构的类型2．平面四杆机构的演化形式（1）改变构件的形状和运动尺寸如图8-1-2所示，曲柄摇杆机构中，将摇杆做成滑块形式，并将摇杆的长度增至无穷大，则演化成为曲柄滑块机构；曲柄滑块机构进一步演化为双滑块机构。

图8-1-2（2）改变运动副的尺寸通过改变运动副的尺寸，平面四杆机构可演化成具有其他特点功能的机构，如偏心轮机构。

将图8-1-3（a ）所示的曲柄滑块机构中的转动副B 的半径扩大，使之超过曲柄AB 的长度，便得到如图8-1-3（b ）所示的偏心轮机构。

图8-1-3（a）图8-1-3（b）（3）选用不同的构件为机架机构的倒置指选择运动链中不同构件作为机架以获得不同机构的演化方法，如图8-1-4所示。

图8-1-4　曲柄滑块机构的倒置（4）运动副元素的逆换将移动副两元素的包容关系进行逆换，并不影响两构件之间的相对运动，但却能演化成不同的机构或机构结构形式。

三、平面四杆机构的基本知识1．铰链四杆机构有曲柄的条件（见表8-1-4）表8-1-4　铰链四杆机构有曲柄的条件2．铰链四杆机构的急回运动和行程速度变化系数（见表8-1-5）表8-1-5　铰链四杆机构的急回运动和行程速度变化系数图8-1-5　四杆机构的极位夹角3．铰链四杆机构的传动角和死点（见表8-1-6）表8-1-6　铰链四杆机构的传动角和死点。

《机械设计基础》课程教学大纲课程代码：课程名称：机械设计基础/The basics of machinery design教材：刘江南、郭克希主编《机械设计基础》湖南大学出版社学时/学分：88 /4.5先修课程：高等数学、机械制图、工程材料、工程力学等适用专业：机械类专业一、本课程的性质、目的机械设计基础是一门介绍常用机械和通用零件的基础知识及基本设计方法的技术基础课。

教学内容着重基本知识、基本理论和基本方法，以及有关的设计技能的基本训练。

教学目的：1．培养学生掌握机构的结构、运动特性和机械动力学的基本知识，使之初步具有分析、选用和设计基本机构的能力，并对机械运动方案的确定有所了解。

2．培养学生掌握通用零件的工作原理、特点、维护和设计计算的基本知识，使之初步具有设计机械传动装置和简单机械的能力。

3．培养学生初步应用标准、规范、手册、图册等有关技术资料的能力。

二、本课程的教学内容和基本要求第1章绪论(一)教学基本要求：1．明确本课程的研究对象和内容，以及学习本课程的目的。

2．了解机械设计基础在培养机械类高级工程技术人才全局中的地位、任务和作用。

(二) 重点与难点本章的学习重点是课程的研究对象和内容，机器、机构和机械的概念，机器和机构的用途以及区别；了解机械设计基础课程的性质和特点。

(三) 教学内容1 本课程的研究对象2 本课程的研究内容3 本课程的地位及学习本课程的目的(四) 学时分配：2课时第2章机械及机械零件设计基础知识(一) 基本要求：建立机械设计的总体概念，了解机械零件的失效形式及计算准则，了解机械零件的设计方法，了解机械零件设计的一般步骤，理解机械设计中的标准化原则。

(二) 重点与难点机械零件的主要失效形式与计算准则；机械零件的设计方法和设计步骤；机械零件材料的选用原则和标准化。

(三) 教学内容1.机械零件设计概论2．机械零件的强度3.机械零件的接触强度4.机械零件的耐磨性5.机械零件的工艺性及标准化(四) 学时分配：3课时第3章平面机构基础知识(一) 基本要求1、掌握运动副、约束和自由度等概念。

平面四杆机构的演化及应用姓名：高伟班级：环工0801学号：200829090119基本概念(1)平面连杆机构定义：由若干构件通过低副（铰链或滑道）连接而成的机构。

因构件形状多呈杆状，所以称连杆机构,各构件间的相对运动均在同一平面或平行平面内运动的连杆机构称为平面连杆机构。

(2)平面连杆机构的特点：1.能够进行多种运动形式的转换；2.构件之间的运动副一般为滴副,低副两元素为面接触，单位面积上的压力较小，磨损较慢，可以承受较大载荷；3.两构件接触表面是圆柱面或平面，制造容易；4.运动副磨损后的间隙无法自动补偿,容易积累误差,运动中的惯性力难以平衡，不适用于高速场合;5.不易精确的实现复杂的运动规律。

(4)平面连杆机构的应用：三构件用转动副联接起来，不能成为机构。

故含转动副的平面连杆机构至少由四杆组成。

全部是转动副联接而组成的平面四杆机构称为全铰链四杆机构,连杆机构中的构件常称为杆。

工程中应用最广泛的是平面四连杆机构。

许多平面多杆机构均是在此基础上，通过添加一些杆件系统而构成。

各种机器和仪器中，例如金属加工机床、起重运输机械、采矿机械、农业机械、交通运输机械和仪表等。

二、四杆机构的基本型式及演化平面四杆机构的基本型式是铰链四杆机构。

其它型式的四杆机构都可看成是在它的基础上通过演化而成的。

由四个构件用铰链连接而成的机构称为铰链四杆机构。

如图所示，机构中固定不动的构件AD称为机架，与机架相连的构件AB和CD称为连架杆。

如果连架杆能绕轴线作360o的回转运动，称为曲柄；若只能在某一角度(小于360°)内摆动，称为摇杆。

与机架不相连接的构件BC称为连杆。

铰链四杆机构可按有无曲柄、摇杆，分为以下三种基本型式。

1、曲柄摇杆机构定义：在铰链四杆机构中，若两连架杆之一为曲柄，另一个是摇杆，此机构称为曲柄摇杆机构。

应用：在曲柄摇杆机构中，当曲柄为主动件时，可将曲柄的连续回转运动转换成摇杆的往复摆动。

如雷达天线俯仰角调整机构。

第三讲课题：§3-1 平面四杆机构的基本类型及其演化教学目的：理解平面四杆机构的各种类型及其应用。

教学重点: 铰链四杆机构类型及其演化，理解曲柄存在条件。

教学难点：导杆机构教学方法：课堂演示、多媒体教学互动：每个知识点后提问或讨论。

教学安排：§3-1 平面四杆机构的基本类型及其演化复习旧课：机构组成，运动副，运动简图等。

平面连杆机构是常用的低副机构，其中以由四个构件组成的四杆机构应用最广泛，而且是组成多杆机构的基础。

因此本章着重讨论四杆机构的基本类型、性质及常用设计方法。

一、四杆机构的类型1．曲柄摇杆机构两连架杆一为曲柄，一为摇杆。

功能：将等速转动转换为变速摆动或将摆动转换为连续转动。

应用：雷达天线机构、缝纫机踏板机构。

2．双曲柄机构两连架杆都为曲柄功能：将等速转动转换为等速同向、不等速同向、不等速反向转动。

应用：惯性筛机构若两曲柄的长度相等，连杆与机架的长度也相等，则该机构称为平行双曲柄机构。

如铲斗机构还有反平行四边形机构，例：公共汽车车门启闭机构3．双摇杆机构两连架杆都为摇杆功能：一种摆动转换为另一种摆动。

应用：鹤式起重机、飞机起落架二、铰链四杆机构的曲柄存在条件证明：结论：铰链四杆机构存在一个曲柄的条件是：1．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．曲柄为最短杆。

铰链四杆机构存在曲柄的条件是：1．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．机架或连架杆为最短杆。

三、四杆机构类型判别否Lmax+Lmin< L' +L"是不可能有曲柄可能有曲柄最短杆对边最短杆最短杆邻边双摇杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构四、铰链四杆机构的演化1．曲柄滑块机构2．偏心轮机构3．导杆机构①摆动导杆机构（牛头刨床）②转动导杆机构③移动导杆机构4．摇块机构小结：本次课主要熟悉四杆机构的各种类型，了解它们的应用作业：预习下次课内容。

连杆机构的特点：优点：运动副单位面积所受的压力小且面接触受力小，便于润滑，磨损小；制造方便。

缺点：设计复杂误差大。

工作效率低。

平面四杆机构的基本类型——铰链四杆机构1、曲柄摇杆机构（1）曲柄：1作360°周转运动，（2）摇杆：3作往复摆动，主动件可以为曲柄，也可以为摇杆。

右面机构中摇杆的摆角为60°，作小于360的运动（3）连杆：连接曲柄与摇杆的杆件(4)连架杆：连接机架与连杆的杆件。

曲柄摇杆机构：两连架杆中一个为曲柄另一个为摇杆的铰链四杆机构双曲柄机构：两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构双摇杆机构：两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构平行四边形机构平行四边形机构是双曲柄机构的一个特例。

组成四边形对边的构件长度分别相等。

从动曲柄3和主动曲柄1的回转方向相同，角速度时时相等双摇杆机构：构件1和3都作往复摆动，一般主动摇杆作等速摆动，从动摇杆作变速摆动。

平面四杆机构的演化形式(Ⅰ)——含一个移动副的四杆机构曲柄滑块机构正置曲柄滑块机构滑块(slider)铰链点的运动方位线通过曲柄转动中心，滑块动程(pitch)等于两倍曲柄1的长度，无急回运动特性。

主动件可以为曲柄，也可以为滑块。

偏置曲柄滑块机构滑块铰链点的运动方位线不通过曲柄转动中心，偏距(offset)为e,滑块动程大于两倍曲柄长度，有急回运动特性导杆机构转动导杆机构曲柄1和导杆3都能作360°周转运动，主动曲柄作等速转动，从动导杆作变速转动，摆动导杆机构曲柄1作360°周转运动，摆动导杆3作往复摆动，且有较大的急回运动特性曲柄摇块机构移动导杆机构构件2作往复摆动，构件4在滑块中作往复移动。

2 平面连杆机构的工作特性1、转动副为整转副的充分必要条件急回运动和行程速比系数原动曲柄转动一周过程中，有两次与连杆共线，即重叠共线和拉直共线，摇杆两个极限位置分别为C1D和C2D。

曲柄AB以等角速度ω顺时针转过α1角由位置AB1转到位置AB2，摇杆从C1D摆到C2D,摆角为φ，所需时间为t1，C点平均速度为V1。