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平面连杆机构
——《机械设计基础》
缝纫机
雨刷器
健身器材
摇头风扇
日常生活应用
一、平面连杆机构及演化
工程机械应用
剪刀机
鹤式起重机
翻斗车
牛头刨床
平面连杆机构
由若干个构件通过低副（转动副和移动副）连接而成的平面机构，又称平面低副机构。
平面连杆机构
平面四杆机构
铰链四杆机构
所有低副均为转动副的平面四杆机构。
平面连杆机构的基础和典型机构。
由四个构件通过低副（转动副和移动副）连接而成的平面连杆机构。
平面连杆机构中最常见的形式，也是组成多杆机构的基础。
1：铰链四杆机构的基本类型
机构中固定不动的部分
与机架相联的构件
不与机架直接连接的构件
铰链四杆机构
连架杆
机架
连杆
连架杆
连架杆
连杆
连架杆
曲柄
按连架杆的运动形式分
摇杆
能作整周回转的连架杆
仅能在某一角度范围内往复摆动的连架杆
按两构件相对转动形式分
两构件能做整周360°相对转动的运动副
只能作有限角度摆动的运动副。
摆动副
整转副
机架
曲柄存在，
且只有1个
曲柄存在，
且有2个
曲柄不存在
（1）曲柄摇杆机构
☆ 两连架杆中一个为曲柄（整周转），另一个为摇杆（摆动）。
☆ 曲柄为主动件时，可以实现由曲柄的整周回转运动到摇杆往复
摆动的运动转换。
☆ 摇杆为主动件时，则可以将摇杆的摆动转换为曲柄的整周回转运动。
应用实例：雷达天线俯仰机构
应用实例：脚踏缝纫机
应用实例：搅拌机
应用实例：刮雨器
应用实例：剪刀机
应用实例：剪切机
（2）双曲柄机构
☆两连架杆都是曲柄（整周转），主动曲柄匀速转，从动曲柄变速转。
应用实例：惯性筛机构
1）正平行双曲柄机构：对边平行且相等
特点：主、从动曲柄匀速且相等；运动不确定现象
应用实例：摄影平台升降机构
应用实例：火车轮
应用实例：公共车门自动启闭机构
2）反平行双曲柄机构：对边相等但不平行
特点：两曲柄旋转方向相反
（3）双摇杆机构
☆两连架杆都是摇杆（摆动）。
应用实例：汽车转弯机构
应用实例：飞机起落架机构
应用实例：鹤式起重机
应用实例：工件夹紧机构
应用实例：造型机翻箱机构
2、铰链四杆机构类型的判断
（1）铰链四杆机构存在曲柄的条件
L1
L2
L3
L4
B2
C2
C1
B1
L1
L2
L3
L4
当AB转至AB2时，三角形B2C 2D 满足 L1+ L4 ≤ L2+ L3 ①
当AB转至AB1时，三角形B1C 1D设L1≤ L4，则满足L2≤（L4 - L1） + L3 或 L3≤（L4 - L1） + L2
亦即 L1+ L2 ≤ L4+ L3 ②
L1+ L3 ≤ L4+ L2 ③
将式① ② ③分别两两相加得
L1≤ L3 L1≤ L2 L1≤ L4
同理,当设L1≥ L4时,亦可得出
L4+ L1 ≤ L2+ L3 ①
L4+ L2 ≤ L1+ L3 ②
L4+ L3 ≤ L1+ L2 ③
及 L4≤ L3 L4≤ L2 L4≤ L1
存在曲柄的条件
杆长条件：最短杆与最长杆之和应小于或等于其余两杆的杆长之和；
最短杆条件：最短杆必须是机架或连架杆。
双摇杆机构
曲柄摇杆机构
双曲柄机构
双摇杆机构
最短杆为连架杆
最短杆为机架
最短杆为连杆
N
Y
（2）铰链四杆机构基本类型的判断
应用1：判断机构类型
铰链四杆机构ABCD的各杆长度如图所示。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。
解：最短杆为AD＝40，最长杆为CD＝110，其余两杆AB＝70、BC＝90
因为 AD十CD＝40十110＝150
AB十BC＝70十90＝160＞150
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，故为曲柄摇扦机构。
（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。
判定以下铰链四杆机构的具体基本类型
（1）
（2）
（3）
（4）
双曲柄机构
双摇杆机构
曲柄摇杆机构
双摇杆机构
应用2：设计杆长
例：已知在四杆机构中，机架长40mm，两连架杆长度分别为18mm和45mm。若设计此机构为曲柄摇杆机构，则连杆的长度在什么范围内？
解：设连杆的长度为Xmm
①当Ｘmm为最长杆时：即18+X≤40+45
∴X ≤67
②当45mm为最长杆时：即18+45≤40+x
∴X ≥23
∴当23≤X ≤67时，该机构为曲柄摇杆机构
3、铰链四杆机构的演化
演化形式1：转动副转化为移动副（曲柄滑块机构）
曲柄滑块机构
☆一连架杆为曲柄，另一连架杆相对机架作往复移动而称为滑块。
应用实例：内燃机
应用实例：自动送料机构
应用实例：画椭圆机构（双滑块机构）
演化形式2：扩大运动副（偏心轮机构）
特点
1
2
3
偏心轮机构
应用实例：鄂式破碎机
演化形式3：取不同构件为机架
曲柄摇杆机构 双曲柄机构 曲柄摇杆机构 双摇杆机构
1.曲柄摇杆机构：选取不同构件为机架。
演化形式3：取不同构件为机架
曲柄滑块机构
导杆机构
摇块机构
定块机构
2.曲柄滑块机构：选取不同构件为机架。
1）导杆机构——转动导杆、摆动导杆
☆曲柄滑块机构中，当将曲柄改为机架时，就演化成导杆机构。
转动导杆机构（ L1L2 ）
注：L1 —机架长度，L2 ：曲柄长度
应用实例：牛头刨床机构
应用实例：简易刨床
2）摇块机构
☆曲柄滑块机构中，当将连杆改为机架时，就演化成摇块机构。
应用实例：自卸卡车举升机构
应用实例：柱塞式油泵
3）定块机构
☆曲柄滑块机构中，当将滑块改为机架时，就演化成定块机构。
应用实例：手动抽水机
总结
牛头刨床设备中采用牛头刨刀切削工件时，运动过程现象：
空回行程的速度大于工作行程的速度。试分析其原因？
二、平面四杆机构的工作特性
1.确定从动输出件的极限位置；
2.确定机构极位；
3.确定极位夹角。
急回运动特性
极位夹角θ
问题分解
（1）极限位置
曲柄摇杆机构
C1
C2
左极限位置
右极限位置
摇杆摆角 ：摇杆两极限位置间的夹角。

1、运动特性
从动输出件在两个极限位置时，整个机构所处位置。
D
B1
C1
B2
C2
（2）极位
摇杆处于两极限位置时，对应的曲柄所夹的锐角。
θ
（3）极位夹角
从动输出件的返回速度大于推进速度的现象。
V2
V1
￠1
￠2







（4）急回特性
急回特性的判定条件
1.若θ≠ 0 ，则K>1，机构有急回特性；
且θ越大，K值越大，急回性质越明显；
2.若θ= 0，则K =1，机构无急回运动。
（K为行程速比系数）
现实应用:生产实际单向工作场合。工作行程慢,空回行程快。
缩短非工作时间,提高工作效率。
往复式运输机
送料机
插床
1.确定从动输出件的极限位置；
2.确定机构极位；
3.确定极位夹角。
问题解答
有急回特性
无急回特性
知识拓展
偏置曲柄滑块机构
对心曲柄滑块机构
2、传力特性
（1）压力角、传动角
压力角 :机构中的运动输出构件所受驱动力的方向，与受力点的速度方向之间所夹的锐角。
传动角 :压力角 的余角。
Ft——有效分力（与C点速度方向一致，能做有用功，推动
摇杆CD运动）
Fn——有害分力（只能增加运动副中的约束反力）
压力角越小，传动角越大，机构传力性能越好。
由于 更便于观察,所以通常用来检验机构的传力性能。
γ min如何确定呢？
曲柄AB转到与机架AD共线的两个位置AB1和AB2时，传动角将出现极值γ′和γ″。比较这两个位置的传动角，其值较小者即为最小传动角。
曲柄摇杆机构中的压力角和传动角
（2）死点位置
在曲柄摇杆机构中，当摇杆为主动件时，当连杆与从动曲柄共线时，机构的传动角 = ，此时主动件CD 通过连杆作用于从动曲柄AB上的力恰好通过其回转中心，所以出现了不能使构件AB转动的顶死现象，机构的这种位置称为死点位置或死点。
D
A
B
C
F
α
v
B
F
D
A
C
v
α
1）死点的缺陷
　对于传动机构，存在死点位置是一个缺陷，常采用下列措施使机构顺利通过死点位置：①利用系统的惯性；②利用特殊机构。
利用机构错位排列
利用惯性
应用实例：快速夹具
2）死点的利用
应用实例：飞机起落架
性能
1
2
工作特性
急回特性
传动角与压力角、死点位置
总结

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