机械设计基础-第3版-教学课件-作者-王大康-第三章-平面连杆机构

第三章

平面连杆机构第三章平面连杆机构

第三章

平面连杆机构

平面连杆机构中以四个构件组成的平面四杆机构（简称四杆机构）应用最为广泛，本章主要介绍四杆机构的设计方法。平面连杆机构由若干构件通过低副连接组成，所有构件在同一平面或相互平行平面内运动的机构，又称平面低副机构。曲柄234连杆1摇杆机架

优点是：运动副为面接触，压强较小，磨损较轻，便于润滑，故可承受较大载荷；低副几何形状简单，加工方便；能实现较复杂的运动轨迹。

缺点是：运动副的制造误差会引起误差累积较大，致使惯性力较大；不易实现精确的运动规律，因此，连杆机构不适宜高速传动。第三章平面连杆机构平面连杆第一节

铰链四杆机构的基本形式及应用铰链四杆机构－运动副均采用转动副的四杆机构组成：曲柄1：作整周转动连杆2：平面运动（平动+转动）摇杆3：角内作变速摆动机架4：固定杆第一节铰链四杆机构的基本形式及应用铰链四杆机构－运动副均

铰链四杆机构按两连架杆的运动形式不同分为三种基本形式：即曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。一、曲柄摇杆机构若铰链四杆机构的两个连架杆，一个为曲柄，另一个为摇杆，则该机构为曲柄摇杆机构。曲柄和摇杆均可作为原动件，当曲柄为原动件时，摇杆作变速往复摆动。铰链四杆机构a)曲柄摇杆机构b)双曲柄机构c)双摇杆机构铰链四杆机构按两连架杆的运动形式不同分为三种实例：曲柄为原动件

雷达天线俯仰机构和面机机构实例：曲柄为原动件雷达天线俯仰机构实例：摇杆为原动件1234曲轴踏板连杆缝纫机的踏板机构实例：摇杆为原动件1234曲轴踏板连杆缝纫机的踏板机构二、双曲柄机构两个连架杆都是曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。

图示惯性筛中的铰链四杆机构就是双曲柄机构。

主动曲柄1等速转动，从动曲柄3变速转动，通过附加连杆5带动筛6作变速反复运动。1234惯性筛机构56二、双曲柄机构两个连架杆都是曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构双曲柄机构的特殊情况1．正平行四边形机构ABCD

当主动曲柄AB作等速转动时，从动曲柄CD以相同的角速度沿同一方向转动，连杆BC作平动。

正平行四边形机构具有等传动比特点，故在机械中应用较多。实例：机车车轮联动机构；万能绘图仪等。

机车车轮联动1、3、4－曲柄；2－连杆；5－机架结构特点：对边相等且平行。双曲柄机构的特殊情况1．正平行四边形机构ABCD2．反平行四边形机构结构特点：对边相等，但不平行。

当主动曲柄作等速转动时，从动曲柄作反向变速转动。ABDC汽车车门启闭机构2．反平行四边形机构结构特点：对边相等，但不平行。正平行四边形机构的运动不确定性

正平行四边形机构在一个运动循环中，四个构件两次共线，致使机构可能两次出现运动不确定状态。此时，从动曲柄可能会发生变向转动，变成反正平行四边形机构。避免措施：a)利用从动曲柄本身的质量或附加飞轮的惯性导向。b)采用两套相同机构，错开死点位置。正平行四边形机构的运动不确定性正平行四边形三、双摇杆机构

两个连架杆都是摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。实例：

飞机起落架机构鹤式起重机机构三、双摇杆机构两个连架杆都是摇杆的铰链四杆机构称等腰梯形机构结构特点：两个摇杆的长度相等。

汽车转弯时，要求整个车身绕一点转动，使四个车轮均能在地面上做纯滚动，避免轮胎与路面滑动而损伤。等腰梯形机构能近似满足这一要求。汽车前轮转向机构等腰梯形机构结构特点：两个摇杆的长度相等。汽第二节

铰链四杆机构的传动特性一、急回运动性质和行程速比系数

设计机器时，常要求机器的执行机构在工作行程以较低的速度运动，以获得较大的工作力。而回程以较高的速度运动，以提高机器的工作效率。这就是急回特性。曲柄摇杆机构1．摇杆的极限位置曲柄摇杆机构，曲柄AB转动一周，两次与连杆BC共线。这两个位置为极限位置。第二节铰链四杆机构的传动特性一、急回运动性质和行程速比系2．摆角ψ

摆杆两极限位置间的夹角。3．极位夹角θ

曲柄与连杆两次共线时，曲柄两位置所夹的锐角。4．行程速比系数K

曲柄沿顺时针方向匀速转动，ABCD为曲柄摇杆机构的任意工作位置。

当曲柄转到AB1位置时，曲柄与连杆重叠成一条直线；当曲柄转到AB2位置时，曲柄与连杆拉直成一条直线。2．摆角ψ摆杆两极限位置间的夹角。3．极位夹急回运动特性可用行程速比系数K表示，即将上式整理后，可得极位夹角的计算公式：

注意：曲柄摇杆机构的急回运动性质，取决于极位夹角。若

＝0，K＝1，则该机构没有急回运动性质；若

＞0，K＞1，则该机构具有急回运动性质，且角越大，K值越大，急回运动性质也越显著。

对于要求具有急回运动性质的机械，可根据K值，计算出角，以便设计出各杆的尺寸。急回运动特性可用行程速比系数K表示，即将上式整理后，可得极二、压力角和传动角αFFtv1．压力角α

从动件所受压力F与受力点速度之间所夹的锐角称为压力角。有效分力：Ft=Fcosα

α是影响机构传力性能的主要因素压力角越小，机构的传力性能越好，理想情况是=0

。γ2．传动角γ压力角的余角称为传动角。α+γ=900二、压力角和传动角αFFtv1．压力角α从动件3．四杆机构的压力角及传动角

传动角γ是连杆与从动件（摇杆）间所夹的锐角。

越小，

越大，机构的传力性能越好。4．许用值一般传动：〔γ〕=400即：γmin≥400

高速大功率传动：〔γ〕=500

即：γmin≥500四杆机构的压力角和传动角

机构运转过程中，传动角（或压力角）是变化的，为了保证机构能正常工作，常取最小传动角min大于或等于许用传动角[]3．四杆机构的压力角及传动角传动角γ是连杆与5．最大压力角及最小传动角的确定

机构在运动过程中，压力角是变化的，是从动构件位置的函数。

曲柄摇杆机构的最小传动角min出现在图中的曲柄与机架共线时的其中一个位置即AB′或AB″处。四杆机构的压力角和传动角5．最大压力角及最小传动角的确定机构在运动三、死点位置

当摇杆主动时,在摇杆处于极限位置C1D和C2D时，连杆与曲柄两次共线，机构的该位置称为死点位置。1．死点位置的特性：（1）不动。（2）运动不定三、死点位置当摇杆主动时,在摇杆处于极限位置C1D和2．克服死点位置的措施（1）利用飞轮的惯性冲过死点位置。（缝纫机大带轮）（2）使机构的死点错开。3.死点位置的应用

在曲柄摇杆机构中，只有以摇杆为主动件时才会出现死点位置，当以曲柄为主动件时，不存在死点问题。

钻床夹具的夹紧机构V型发动机机构2．克服死点位置的措施（1）利用飞轮的惯性冲过死点位置。（缝第三节

铰链四杆机构的曲柄存在条件

一、曲柄摇杆机构存在曲柄的条件

如图：为使曲柄作整周转动，曲柄必须能顺利通过与机架共线的两个位置AB′和AB″。即必须在两次共线位置分别形成ΔB′C′D和ΔB″C″D。

在ΔB′C′D中，根据三角形任意两边的长度之差必小于或等于第三边的长度。得：铰链四杆机构的曲柄存在条件第三节铰链四杆机构的曲柄存在条件一、曲柄

在ΔB″C″D中，根据三角形任意两边长度之和必大于或等于第三边的长度。得：（3-3）（3-4）（3-5）（3-6）联解式（3-4）、（3-5）、（3-6）得：图3-16铰链四杆机构的曲柄存在条件在ΔB″C″D中，根据三角形任意两边长度之和铰链四杆机构的曲柄存在条件为：

（1）曲柄摇杆机构中，曲柄为最短杆；

（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。lmin

+lmax

≤l其余1

+l其余2铰链四杆机构的曲柄存在条件为：lmin+lmax≤l二、铰链四杆机构三种基本类型间的关系

当铰链四杆机构满足曲柄存在条件时，取不同杆为机架，即可得到不同形式的铰链四杆机构。

（1）若取最短杆为机架，该机构为双曲柄机构；

（2）若取最短杆的任一相邻杆为机架，该机构为曲柄摇杆机构；

（3）若取最短杆的相对杆为机架，该机构为双摇杆机构。

注意：在铰链四杆机构中，当最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆长度之和时，无论取那一杆为机架，该机构均为双摇杆机构。二、铰链四杆机构三种基本类型间的关系当铰链

第四节铰链四杆机构的演化

一、演化为曲柄滑块机构

在铰链四杆机构中，铰链中心C的运动轨迹为mm圆弧，随着构件3的增长，mm弧越平直。当构件3无穷长时，mm圆弧变成直线，回转副转化为移动副，则曲柄摇杆机构演化成曲柄滑块机构。1．演化过程第四节铰链四杆机构的演化一、演化为曲2．曲柄滑块机构的类型（1）对心曲柄滑块机构

滑块的导路中心线mm通过曲柄的回转中心A。该机构无急回特性。

（2）偏置曲柄滑块机构

滑块的导路中心线mm与曲柄回转中心A的偏距为e。该机构具有急回特性。

曲柄滑块机构广泛用于内燃机、冲床、空气压缩机及往复式水泵等机械中。2．曲柄滑块机构的类型（1）对心曲柄滑块机构滑二、变换机构的机架二、变换机构的机架1．导杆机构（1）演化方法

取曲柄滑快机构的曲柄为机架。（2）结构特点

构成移动副的两个构件均为活动构件，滑快相对杆4滑动，并随杆4转动。故称为导杆机构。（3）类型1）转动导杆机构杆2与杆4均作整周转动。24131．导杆机构（1）演化方法取曲柄滑快机构的曲六缸回转式油泵1—机架；2—连杆；3—活塞；4—转动导杆。六缸回转式油泵1—机架；2—连杆；3—活塞；2）摆动导杆机构

杆4只能作往复摆动，故称摆动导杆机构

摆动导杆机构具有急回特性。

滑快3对导杆4的作用力始终与导杆垂直，压力角α=00,传力性能最好。ψθ1234Fv342）摆动导杆机构杆4只能作往复摆动，故称摆动牛头刨床牛头刨床2．摇块机构

构件1和4均可作为主动件。工作时，构件3与4相对滑动，并一起绕C点转动。滑块3绕C点摆动，故称摇块机构。C卡车车厢自动翻转卸料机构1—车身；2—车厢；3—液压缸；4—推杆曲柄摇块机构2．摇块机构构件1和4均可作为主动件。3．移动导杆机构（定块机构）

一般取构件1为原动件，构件2绕C点往复摆动，构件4相对构件3作往复移动。移动导杆机构

取曲柄滑块机构中的滑块为机架。如：手压抽水机12343．移动导杆机构（定块机构）一般取构件1为原动三、演化成偏心轮机构

将图示机构中的回转副B（曲柄销）的半径扩大，直至超过曲柄AB的长度。则曲柄变成几何中心与回转中心不重合的圆盘，两中心间的距离称偏心距，等于曲柄长度。

由于演化后曲柄变成偏心轮，故称偏心轮机构。偏心轮机构是通过扩大回转副而演化出的新机构。偏心轮机构三、演化成偏心轮机构将图示机构中的回转副B（

当曲柄摇杆机构及曲柄滑块机构的曲柄较短时，或曲柄销承载较大时，通常将曲柄用偏心轮代替。可增大轴径尺寸，提高其强度和刚度。

另外，当机构需安装在轴的中部时，（偏心轮与轴一体）便于安装整体式连杆，使结构简化。

偏心轮机构广泛用于冲床、剪床、锷式破碎机、内燃机等机械中。当曲柄摇杆机构及曲柄滑块机构的曲柄较短时，或四、平面四杆机构的演化关系

摆动导杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构曲柄滑块机构导杆机构摇块机构定块机构转动导杆机构偏心轮机构（改换机架）（变回转副为移动副）（改换机架）（扩大回转副）（改变构件尺寸）四、平面四杆机构的演化关系摆动导杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机第五节平面四杆机构的设计

平面四杆机构的设计主要是根据给定的工作要求，在满足几何条件、运动条件和动力条件情况下，选择机构的类型和确定机构各构件的几何尺寸。一、设计类型1．实现已知的运动规律

如：要求曲柄摇杆机构的曲柄等速回转，而摆杆摆动一定角度并急速返回。2．实现已知的运动轨迹如：电影放映机的过片机构第五节平面四杆机构的设计平面四杆机构的设二、设计方法

图解法、解析法、实验法三、图解法设计1.按给定行程速比系数K设计

该方法用于设计具有急回运动性质的平面四杆机构，即：曲柄摇杆机构、偏置曲柄滑块机构和摆动导杆机构。一般设计方法：1）先根据工作要求确定行程速比系数K；2）根据机构在极限位置的几何关系，结合有关辅助条件，确定机构的运动简图及各构件的几何尺寸。二、设计方法图解法、解析法、实验法三、图解法设计1.按给

当曲柄摇杆机构的摇杆处于两极限位置时各构件间的尺寸关系。

摇杆处于极限位置时，曲柄与连杆共线。极位夹角当摇杆处于C1D位置时：AC1=BC-AB(1)

当摇杆处于C2D位置时：AC2=BC+AB(2)联解（1）、（2）得：AC2-AC1=2ABAC1+AC2=2BC偏置的曲柄滑块机构也满足上述关系。ψ当曲柄摇杆机构的摇杆处于两极限位置时各构件间例1：

设计一曲柄摇杆机构，已知摇杆长度l,摆角ψ，及行程速比系数K。设计此机构。设计步骤：2.由给定的行程速比系数K，计算极位夹角θ。3.选定固定铰链D的中心位置，根据摇杆长度l和摆角ψ作出摇杆的两个极限位置C1D和C2D。1.选取比例尺：μL=Xmm/mm例1：设计一曲柄摇杆机构，已知摇杆长度l,摆角5.作∠C1C2N=900-θ，使C2N与C1M交于P点。则∠C1PC2=θ。4.连接C1C2，并作C1M⊥C1C2。6.作△C1PC2的外接圆，在圆周上任选一点A作为曲柄与机架所组成铰链的中心。7.连接AC1和AC2，则∠C1AC2=∠C1PC2=θ。AC1和AC2为曲柄与连杆两次共线的位置。5.作∠C1C2N=900-θ，使C2N8.由机构在极限位置时各构件间的相互关系：曲柄长度：9.以A为圆心，l1为半径作圆，与C1A的延长线交于B1

点，与AC2交于B2点。连杆长度：

l2=B1C1=B2C2机架长度：l4=AD按比例作图，各构件长度等于图中尺寸×比例尺。8.由机构在极限位置时各构件间的相互关系：

由于A点是在△C1PC2外接圆上任选的一点，故按K设计可得无穷多解。A点的位置不同，机构的传动角不同。为获得良好的传动性能，可按最小传动角或其它辅助条件确定A点的位置。

A点沿圆周上移，机构的压力角最大值减小。由于A点是在△C1PC2外接圆上任选的一点，

例2.

按给定的连杆两位置及其长度设计铰链四杆机构

在没有其它辅助条件下，有无穷多解。2.按给定的连杆长度和工作位置设计图3-20按给定连杆两位置设计四杆机构例2.在没例3：

按给定的连杆三位置及其长度设计铰链四杆机构。

具有确定解。图3-21按给定连杆三位置设计四杆机构例3：按给定的连杆三位置及其长度设计铰链四杆3.实验法

图示为描绘连杆曲线模型的机构简图。

各杆长度可调节，连杆扩展成一块板，板上的孔代表连杆上的不同位置，当机构运动时，各点就绘出不同形状的轨迹曲线。图3-22连杆曲线的绘制3.实验法图示为描绘连杆曲线模型的机构简图连杆曲线图谱

平面连杆机构的连杆曲线是高阶曲线，设计时使连杆上某点实现给定的运动轨迹是十分复杂的，工程中常用连杆曲线图谱设计。有7000条连杆曲线可供选择。图3-23四连杆机构分析图谱连杆曲线图谱平面连杆机构的连杆曲线是高阶曲线

图中以原动曲柄的长度为单位长度，其它各杆的长度以相对曲柄长度的比值表示。

图中每一条连杆曲线均由72根长短不等的线段组成，沿曲线测量相邻两线段间的距离，可得曲柄每转50时连杆上该点的位移。根据曲柄转速还可以计算该点位移的平均速度及加速度的近似值。图谱的应用：

根据要求实现的运动轨迹，先从图谱中查取与其相似的连杆曲线及各构件的长度比值，再求出实际曲线与图谱曲线间的倍数关系，从而确定出各构件的实际尺寸。图中以原动曲柄的长度为单位长度，其它各杆的长

第三章

平面连杆机构第三章平面连杆机构

第三章

平面连杆机构

平面连杆机构中以四个构件组成的平面四杆机构（简称四杆机构）应用最为广泛，本章主要介绍四杆机构的设计方法。平面连杆机构由若干构件通过低副连接组成，所有构件在同一平面或相互平行平面内运动的机构，又称平面低副机构。曲柄234连杆1摇杆机架

优点是：运动副为面接触，压强较小，磨损较轻，便于润滑，故可承受较大载荷；低副几何形状简单，加工方便；能实现较复杂的运动轨迹。

缺点是：运动副的制造误差会引起误差累积较大，致使惯性力较大；不易实现精确的运动规律，因此，连杆机构不适宜高速传动。第三章平面连杆机构平面连杆第一节

铰链四杆机构的基本形式及应用铰链四杆机构－运动副均采用转动副的四杆机构组成：曲柄1：作整周转动连杆2：平面运动（平动+转动）摇杆3：角内作变速摆动机架4：固定杆第一节铰链四杆机构的基本形式及应用铰链四杆机构－运动副均

铰链四杆机构按两连架杆的运动形式不同分为三种基本形式：即曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。一、曲柄摇杆机构若铰链四杆机构的两个连架杆，一个为曲柄，另一个为摇杆，则该机构为曲柄摇杆机构。曲柄和摇杆均可作为原动件，当曲柄为原动件时，摇杆作变速往复摆动。铰链四杆机构a)曲柄摇杆机构b)双曲柄机构c)双摇杆机构铰链四杆机构按两连架杆的运动形式不同分为三种实例：曲柄为原动件

雷达天线俯仰机构和面机机构实例：曲柄为原动件雷达天线俯仰机构实例：摇杆为原动件1234曲轴踏板连杆缝纫机的踏板机构实例：摇杆为原动件1234曲轴踏板连杆缝纫机的踏板机构二、双曲柄机构两个连架杆都是曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。

图示惯性筛中的铰链四杆机构就是双曲柄机构。

主动曲柄1等速转动，从动曲柄3变速转动，通过附加连杆5带动筛6作变速反复运动。1234惯性筛机构56二、双曲柄机构两个连架杆都是曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构双曲柄机构的特殊情况1．正平行四边形机构ABCD

当主动曲柄AB作等速转动时，从动曲柄CD以相同的角速度沿同一方向转动，连杆BC作平动。

正平行四边形机构具有等传动比特点，故在机械中应用较多。实例：机车车轮联动机构；万能绘图仪等。

机车车轮联动1、3、4－曲柄；2－连杆；5－机架结构特点：对边相等且平行。双曲柄机构的特殊情况1．正平行四边形机构ABCD2．反平行四边形机构结构特点：对边相等，但不平行。

当主动曲柄作等速转动时，从动曲柄作反向变速转动。ABDC汽车车门启闭机构2．反平行四边形机构结构特点：对边相等，但不平行。正平行四边形机构的运动不确定性

正平行四边形机构在一个运动循环中，四个构件两次共线，致使机构可能两次出现运动不确定状态。此时，从动曲柄可能会发生变向转动，变成反正平行四边形机构。避免措施：a)利用从动曲柄本身的质量或附加飞轮的惯性导向。b)采用两套相同机构，错开死点位置。正平行四边形机构的运动不确定性正平行四边形三、双摇杆机构

两个连架杆都是摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。实例：

飞机起落架机构鹤式起重机机构三、双摇杆机构两个连架杆都是摇杆的铰链四杆机构称等腰梯形机构结构特点：两个摇杆的长度相等。

汽车转弯时，要求整个车身绕一点转动，使四个车轮均能在地面上做纯滚动，避免轮胎与路面滑动而损伤。等腰梯形机构能近似满足这一要求。汽车前轮转向机构等腰梯形机构结构特点：两个摇杆的长度相等。汽第二节

铰链四杆机构的传动特性一、急回运动性质和行程速比系数

设计机器时，常要求机器的执行机构在工作行程以较低的速度运动，以获得较大的工作力。而回程以较高的速度运动，以提高机器的工作效率。这就是急回特性。曲柄摇杆机构1．摇杆的极限位置曲柄摇杆机构，曲柄AB转动一周，两次与连杆BC共线。这两个位置为极限位置。第二节铰链四杆机构的传动特性一、急回运动性质和行程速比系2．摆角ψ

摆杆两极限位置间的夹角。3．极位夹角θ

曲柄与连杆两次共线时，曲柄两位置所夹的锐角。4．行程速比系数K

曲柄沿顺时针方向匀速转动，ABCD为曲柄摇杆机构的任意工作位置。

当曲柄转到AB1位置时，曲柄与连杆重叠成一条直线；当曲柄转到AB2位置时，曲柄与连杆拉直成一条直线。2．摆角ψ摆杆两极限位置间的夹角。3．极位夹急回运动特性可用行程速比系数K表示，即将上式整理后，可得极位夹角的计算公式：

注意：曲柄摇杆机构的急回运动性质，取决于极位夹角。若

＝0，K＝1，则该机构没有急回运动性质；若

＞0，K＞1，则该机构具有急回运动性质，且角越大，K值越大，急回运动性质也越显著。

对于要求具有急回运动性质的机械，可根据K值，计算出角，以便设计出各杆的尺寸。急回运动特性可用行程速比系数K表示，即将上式整理后，可得极二、压力角和传动角αFFtv1．压力角α

从动件所受压力F与受力点速度之间所夹的锐角称为压力角。有效分力：Ft=Fcosα

α是影响机构传力性能的主要因素压力角越小，机构的传力性能越好，理想情况是=0

。γ2．传动角γ压力角的余角称为传动角。α+γ=900二、压力角和传动角αFFtv1．压力角α从动件3．四杆机构的压力角及传动角

传动角γ是连杆与从动件（摇杆）间所夹的锐角。

越小，

越大，机构的传力性能越好。4．许用值一般传动：〔γ〕=400即：γmin≥400

高速大功率传动：〔γ〕=500

即：γmin≥500四杆机构的压力角和传动角

机构运转过程中，传动角（或压力角）是变化的，为了保证机构能正常工作，常取最小传动角min大于或等于许用传动角[]3．四杆机构的压力角及传动角传动角γ是连杆与5．最大压力角及最小传动角的确定

机构在运动过程中，压力角是变化的，是从动构件位置的函数。

曲柄摇杆机构的最小传动角min出现在图中的曲柄与机架共线时的其中一个位置即AB′或AB″处。四杆机构的压力角和传动角5．最大压力角及最小传动角的确定机构在运动三、死点位置

当摇杆主动时,在摇杆处于极限位置C1D和C2D时，连杆与曲柄两次共线，机构的该位置称为死点位置。1．死点位置的特性：（1）不动。（2）运动不定三、死点位置当摇杆主动时,在摇杆处于极限位置C1D和2．克服死点位置的措施（1）利用飞轮的惯性冲过死点位置。（缝纫机大带轮）（2）使机构的死点错开。3.死点位置的应用

在曲柄摇杆机构中，只有以摇杆为主动件时才会出现死点位置，当以曲柄为主动件时，不存在死点问题。

钻床夹具的夹紧机构V型发动机机构2．克服死点位置的措施（1）利用飞轮的惯性冲过死点位置。（缝第三节

铰链四杆机构的曲柄存在条件

一、曲柄摇杆机构存在曲柄的条件

如图：为使曲柄作整周转动，曲柄必须能顺利通过与机架共线的两个位置AB′和AB″。即必须在两次共线位置分别形成ΔB′C′D和ΔB″C″D。

在ΔB′C′D中，根据三角形任意两边的长度之差必小于或等于第三边的长度。得：铰链四杆机构的曲柄存在条件第三节铰链四杆机构的曲柄存在条件一、曲柄

在ΔB″C″D中，根据三角形任意两边长度之和必大于或等于第三边的长度。得：（3-3）（3-4）（3-5）（3-6）联解式（3-4）、（3-5）、（3-6）得：图3-16铰链四杆机构的曲柄存在条件在ΔB″C″D中，根据三角形任意两边长度之和铰链四杆机构的曲柄存在条件为：

（1）曲柄摇杆机构中，曲柄为最短杆；

（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。lmin

+lmax

≤l其余1

+l其余2铰链四杆机构的曲柄存在条件为：lmin+lmax≤l二、铰链四杆机构三种基本类型间的关系

当铰链四杆机构满足曲柄存在条件时，取不同杆为机架，即可得到不同形式的铰链四杆机构。

（1）若取最短杆为机架，该机构为双曲柄机构；

（2）若取最短杆的任一相邻杆为机架，该机构为曲柄摇杆机构；

（3）若取最短杆的相对杆为机架，该机构为双摇杆机构。

注意：在铰链四杆机构中，当最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆长度之和时，无论取那一杆为机架，该机构均为双摇杆机构。二、铰链四杆机构三种基本类型间的关系当铰链

第四节铰链四杆机构的演化

一、演化为曲柄滑块机构

在铰链四杆机构中，铰链中心C的运动轨迹为mm圆弧，随着构件3的增长，mm弧越平直。当构件3无穷长时，mm圆弧变成直线，回转副转化为移动副，则曲柄摇杆机构演化成曲柄滑块机构。1．演化过程第四节铰链四杆机构的演化一、演化为曲2．曲柄滑块机构的类型（1）对心曲柄滑块机构

滑块的导路中心线mm通过曲柄的回转中心A。该机构无急回特性。

（2）偏置曲柄滑块机构

滑块的导路中心线mm与曲柄回转中心A的偏距为e。该机构具有急回特性。

曲柄滑块机构广泛用于内燃机、冲床、空气压缩机及往复式水泵等机械中。2．曲柄滑块机构的类型（1）对心曲柄滑块机构滑二、变换机构的机架二、变换机构的机架1．导杆机构（1）演化方法

取曲柄滑快机构的曲柄为机架。（2）结构特点

构成移动副的两个构件均为活动构件，滑快相对杆4滑动，并随杆4转动。故称为导杆机构。（3）类型1）转动导杆机构杆2与杆4均作整周转动。24131．导杆机构（1）演化方法取曲柄滑快机构的曲六缸回转式油泵1—机架；2—连杆；3—活塞；4—转动导杆。六缸回转式油泵1—机架；2—连杆；3—活塞；2）摆动导杆机构

杆4只能作往复摆动，故称摆动导杆机构

摆动导杆机构具有急回特性。

滑快3对导杆4的作用力始终与导杆垂直，压力角α=00,传力性能最好。ψθ1234Fv342）摆动导杆机构杆4只能作往复摆动，故称摆动牛头刨床牛头刨床2．摇块机构

构件1和4均可作为主动件。工作时，构件3与4相对滑动，并一起绕C点转动。滑块3绕C点摆动，故称摇块机构。C卡车车厢自动翻转卸料机构1—车身；2—车厢；3—液压缸；4—推杆曲柄摇块机构2．摇块机构构件1和4均可作为主动件。3．移动导杆机构（定块机构）

一般取构件1为原动件，构件2绕C点往复摆动，构件4相对构件3作往复移动。移动导杆机构

取曲柄滑块机构中的滑块为机架。如：手压抽水机12343．移动导杆机构（定块机构）一般取构件1为原动三、演化成偏心轮机构

将图示机构中的回转副B（曲柄销）的半径扩大，直至超过曲柄AB的长度。则曲柄变成几何中心与回转中心不重合的圆盘，两中心间的距离称偏心距，等于曲柄长度。

由于演化后曲柄变成偏心轮，故称偏心轮机构。偏心轮机构是通过扩大回转副而演化出的新机构。偏心轮机构三、演化成偏心轮机构将图示机构中的回转副B（

当曲柄摇杆机构及曲柄滑块机构的曲柄较短时，或曲柄销承载较大时，通常将曲柄用偏心轮代替。可增大轴径尺寸，提高其强度和刚度。

另外，当机构需安装在轴的中部时，（偏心轮与轴一体）便于安装整体式连杆，使结构简化。

偏心轮机构广泛用于冲床、剪床、锷式破碎机、内燃机等机械中。当曲柄摇杆机构及曲柄滑块机构的曲柄较短时，或四、平面四杆机构的演化关系

摆动导杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构曲柄滑块机构导杆机构摇块机构定块机构转动导杆机构偏心轮机构（改换机架）（变回转副为移动副）（改换机架）（扩大回转副）（改变构件尺寸）四、平面四杆机构的演化关系摆动导杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机第五节平面四杆机构的设计

平面四杆机构的设计主要是根据给定的工作要求，在满足几何条件、运动条件和动力条件情况下，选择机构的类型和确定机构各构件的几何尺寸。一、设计类型1．实现已知的运动规律

如：要求曲柄摇杆机构的曲柄等速回转，而摆杆摆动一定角度并急速返回。2．实现已知的运动轨迹如：电影放映机的过片机构第五节平面四杆机构的设计平面四杆机构的设二、设计方法

图解法、解析法、实验法三、图解法设计1.按给定行程速比系数K设计

该方法用于设计具有急回运动性质的平面四杆机构，即：曲柄摇杆机构、偏置曲柄滑块机构和摆动导杆机构。一般设计方法：1）先根据工作要求确定行程速比系数K；2）根据机构在极限位置的几何关系，结合有关辅助条件，确定机构的运动简图及各构件的几何尺寸。二、设计方法图解法、解析法、实验法三、图解法设计1.按给

当曲柄摇杆机构的摇杆处于两极限位置时各构件间的尺寸关系。

摇杆处于极限位置时，曲柄与连杆共线。极位夹角当摇杆处于C1D位置时：AC1=BC-AB(1)

当摇杆处于C2D位置时：AC2=BC+AB(2)联解（1）、（2）得：AC2-AC1=2ABAC1+AC2=2BC偏置的曲柄滑块机构也满足上述关系。ψ当曲柄摇杆机构的摇杆处于两极限位置时各构件间例