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(共52张PPT)
第4章
平面连杆机构
4.3 平面四杆机构的基本形式
4.4 平面四杆机构的基本特性
4.5 多杆机构简介
4.6 其他机构简介
平面连杆机构
平面连杆机构是将若干构件用低副（转动副和移动副）连接起来并作平面运动的机构，也称低副机构。
由于低副为面接触，故传力时压强低、磨损量小，且易于加工和保证精度，能方便地实现转动、摆动和移动这些基本运动形式及其相互间的转换等。
平面连杆机构的缺点是：由于低副中存在着间隙，将不可避免地引起机构的运动误差；此外，它不容易实现精确复杂的运动规律。
简单的平面连杆机构是由四个构件用低副连接而成的，简称四杆机构。它应用广泛，是组成多杆机构的基础。
平面四杆机构的基本形式
1.曲柄摇杆机构
2.双曲柄机构
3.双摇杆机构
根据连架杆运动形式的不同，可分为三种基本形式。
4—机架
1,3—连架杆
→定轴转动
2—连杆→平面运动
组成：
→固定不动
作整周转动—曲柄
作往复摆动—摇杆
连架杆1
机架4
连架杆3
连杆2
基本型式－铰链四杆机构，其它四杆机构都是由它演变得到的
可动画演示
平面四杆机构的基本形式
曲柄摇杆机构应用——破碎机
平面四杆机构的基本形式
2
1
4
3
缝纫机踏板机构
3
1
2
4
平面四杆机构的基本形式
跑步器（）
平面四杆机构的基本形式
双曲柄机构
铰链四杆机构的两个连架杆均为曲柄时，称为双曲柄机构
图4-25 双曲柄机构
平面四杆机构的基本形式
图4-26 双曲柄机构——惯性筛
平面四杆机构的基本形式
动画
平面四杆机构的基本形式
双曲柄机构应用--插床机构
本处播放需要flash player播放器
在双曲柄机构中，若相对的两杆长度分别相等时，则称为平行双曲柄机构
图4-27 平行双曲柄机构
平面四杆机构的基本形式
图4-28 机车车轮联动机构
1
平面四杆机构的基本形式
2
3
4
图4-29 天平机构
平面四杆机构的基本形式
图4-30 车门启闭机构
平面四杆机构的基本形式
图4-31 引体向上训练器
平面四杆机构的基本形式
1
2
若铰链四杆机构的两个连架杆均为摇杆，则称为双摇杆机构
图4-32 双摇杆机构
平面四杆机构的基本形式
图4-33 港口起重机
平面四杆机构的基本形式
图4-34 飞机起落架
平面四杆机构的基本形式
剪板机
平面四杆机构的基本形式
通过分析，可得出铰链四杆机构曲柄存在的条件是：
（1）最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和。（杆长条件）
（2）连架杆或机架中必有一杆为最短杆。
平面四杆机构类型的判别
判断铰链四杆机构是何种机构的方法:
1、先判断机构是否满足杆长条件，如不满足，则该机构是双摇杆机构；
2、如满足杆长条件，要看何杆为机架。
最短杆为机架，机构是双曲柄机构；
最短杆的邻杆为机架，机构是曲柄摇杆机构；
最短杆的对杆为机架，机构是双摇杆机构。
平面四杆机构类型的判别
平面四杆机构类型的判别
本处播放需要flash player播放器
凡含有移动副的四杆机构，称为滑块四杆机构，简称滑块机构。按机构中滑块的数目，可分为单滑块机构和双滑块机构。
滑块四杆机构
图4-40 单滑块机构
图4-41 双滑块机构
图4-42 偏置曲柄滑块机构
滑块四杆机构
图4-40 对心曲柄滑块机构
对心曲柄滑块机构的应用-内燃机
滑块四杆机构
图4-43 对心曲柄滑块机构的应用——自动送料机
滑块四杆机构
偏心轮机构
本处播放需要flash player播放器
导杆机构
(固定AB构件）
3
1
4
A
2
B
C
3
1
4
A
2
B
C
曲柄滑块机构（固定AC构件）
摆动导杆机构 L1＞L2
转动导杆机构 L1＜L2
铰链四杆机构 曲柄滑块机构的演化
导 杆 机 构
转动导杆刨床
牛头刨床
A
B
D
C
E
1
2
3
4
5
6
A
B
D
C
1
2
4
3
C2
C1
导 杆 机 构
动画
动画
3
1
4
A
2
B
C
应用实例
B
2
3
4
C
1
A
自卸卡车的翻斗机构
应用实例
B
3
4
C
1
A
2
应用实例
4
A
1
B
2
3
C
应用实例
1
3
C
4
A
B
2
φ
A
1
C
2
3
4
B
φ
摇块机构
（固定BC构件）
3
1
4
A
2
B
C
曲柄滑块机构
（固定AC构件）
摇 块 机 构
自卸车
摆动液压泵
3
1
4
A
2
B
C
手动抽水机
A
B
C
3
2
1
4
3
1
4
A
2
B
C
曲柄滑块机构（固定AC构件）
定块机构
（固定C滑块）
定 块 机 构
牛喝水
B2
C2
B1
C1
当AB与BC两次共线时，从动件CD处于两极限位置。动画演示
工作行程
极位夹角θ：
曲柄在摇杆处于两极限位置时所夹的锐角(∠C1AC2)。
A
2
1
C
3
4
B
D
摆角
极位夹角
以曲柄摇杆机构为例
设：曲柄以ω1等速转动
摆角ψ：
摇杆在两极限位置间的夹角(∠C1DC2)。
返回行程
平面四杆机构的急回特性
机构的这种返回行程比工作行程速度快的特性，称为机构的急回特性。
除曲柄摇杆机构外，偏置曲柄滑块机构、摆动导杆机构等也具有急回特性。
在往复工作的机械（如插床、插齿机、刨床、搓丝机等）中，常利用机构的急回特性来缩短空行程的时间，以提高劳动生产率。
平面四杆机构的急回特性
图4-52 偏置曲柄滑块机构
图4-53 摆动导杆机构
铰链四杆机构运动时，原动件 1 通过连杆 2 作用于从动件 3 上的力 F 是沿着连杆 BC 的方向；力 F 的方向线与力作用点 C 的速度vc方向线之间所夹的锐角称为压力角，用 α 表示。
为了度量方便，常用压力角α的余角 γ来表示， γ称为传动角。
平面四杆机构的压力角
图4-45 铰链四杆机构的压力角和传动角
曲柄摇杆机构中，在以摇杆主动工作时，当曲柄 AB与连杆 BC共线时，不论连杆上的力F多大，曲柄都不能转动，机构所处的这种位置，称为死点位置。
平面四杆机构的死点位置
图4-55 曲柄摇杆机构的死点位置
A
B
C
D
1
2
3
4
P
钻孔夹具
工件
A
B
C
D
1
2
3
4
工件
P
T
A
B
D
C
飞机起落架
A
B
C
D
F
平面四杆机构的死点位置
图4-57　多缸内燃机
死点位置有时也会成为机构运动的阻碍，影响设备的正常工作，工程中常用的解决办法是利用构件的惯性，使机构通过死点位置，如在曲轴上安装飞轮；也可采用相同机构错位排列，使两边机构 的止点位置互相错开的方法来度过止点位置，如图4-48所示的多缸内燃机的联动机构。
平面四杆机构的死点位置
在生产实际和日常生活中，为达到某一运动要求或动力要求，单一的四杆机构就不能满足需要。为此，常以某个四杆机构为基础，增添一些杆组或机构，组成多杆机构。
右图所示为手动冲床机构，是由双摇杆机构ABCD和定块机构DEFG串联组成，前一机构的从动件D杆正好是后一机构DEFG得主动件。
多 杆 机 构
图4-61 自重训练器
图4-57所示为自重式训练器，除手持的开式运动链外，其主要组成机构是曲柄摇杆机构ABCD和双曲柄机构DEFG的组成的六杆机构，前一个机构的摇杆就是后一个机构的主动曲柄。
多 杆 机 构
划船器是一个六杆机构
多 杆 机 构
1.开式机构
图4-63 手动环保夹子
图4-64 剪钢筋的大钳子
第3章 平面连杆机构
其 他 机 构
2.机械手
3.工业机器人
其 他 机 构
实例一
画出日常生活中常用长把雨伞和折叠雨伞的机构运动简图并计算机构的自由度。
实 例 分 析
经分析，一般用一只手握住雨伞把，另一只手向上推动滑块至一定的位置即可打开雨伞，画出长把雨伞机构运动简图如右图。构件6是雨伞把为机架，该机构有5个活动构件， 6个转动副，1个移动副，自由度为：
F=3n-2PL-PH=3×5－2×7－0=1
也可按一侧计算
实 例 分 析
经分析可画出折叠雨伞机构运动简图如右图，该构件10为机架，一共有9个活动构件， 12个转动副，1个移动副。自由度为：
实 例 分 析
F=3n-2PL-PH
=3×5－2×7－0=1
F=3n-2PL-PH
=3×9－2×13－0=1
也可按机构的一半计算：
实例二 右图 所示铰链四杆机构中，已知 LBC=500 mm LCD=350mm，LAD=300mm ，LAB为变值。试讨论：
1）LAB值在哪些范围内可得到曲柄摇杆机构？
2）LAB值在哪些范围内可得到双曲柄机构？
3）LAB值在哪些范围内可得到双摇杆机构？
实 例 分 析
2）双曲柄机构
①取LBC最长，LAD最短，LBC+LAD≤LCD+LAB， LAB≥LBC+LAD-LCD
=500+300-350=450
②取LAB最长，LAD最短，LAB+LAD≤LCD+LBC，
LAB≤LCD+LBC-LAD=350+500-300=550
得：450≤LAB≤550
解：
1）曲柄摇杆机构
取LBC最长，LAB最短，LBC+LAB≤LCD+LAD，
LAB≤LCD+LAD –LBC
=350+300-500=150
得：0＜LAB≤150
实 例 分 析
3）双摇杆机构
①取LBC最长，LAB最短，LBC+LAB＞LCD+LAD，
LAB＞LCD + LAD – LBC =350+300-500＞150
②取LBC最长，LAD最短，LBC+LAD＞LAB+LCD，
LAB＜LBC + LAD - LCD =500+300-350＜450
③取LAB最长，LAD最短，LAB+LAD＞LBC+LCD，
LAB＞LBC +LCD – LAD =500+350-300＞550
LAB＞550时为双摇杆机构，
实 例 分 析
LAB的最长可分为两种情况：
第一：认为LAB最长时机构为等腰三角形，
LABmax=LBC+LCD=500+350=850 550＜LAB≤850
第二：认为LAB最长时机构向右可拉成一条直线，
LABmax=LBC+LCD+LAD=55+35+30=115 55＜LAB≤115
由上面计算可知：
0＜LAB≤150时为曲柄摇杆机构；
15＜LAB＜450时为双摇杆机构；
45≤LAB≤550时为双曲柄机构；
55＜LAB≤1150时为双摇杆机构；
上述结果可用下图来表示：
实 例 分 析
图4-72 不同机构的构件长度示意
知 识 小 结
知 识 小 结
本 章 结 束

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