第二章平面连杆机构
第二章
平面连杆机构
案例导入：通过雷达天线、汽车雨刮器、搅拌机等实际应用的机构分析引入四杆机构的概念，介绍四杆机构的组成、基本形式和工作特性。
第一节铰链四杆机构
一、铰链四杆机构的组成和基本形式
1.铰链四杆机构的组成
如图1-14所示，铰链四杆机构是由转动副将各构件的头尾联接起的封闭四杆系统，并使其中一个构件固定而组成。被固定件4称为机架，与机架直接铰接的两个构件1和3称为连架杆，不直接与机架铰接的构件2称为连杆。连架杆如果能作整圈运动就称为曲柄，否则就称为摇杆。
2.铰链四杆机构的类型
铰链四杆机构根据其两个连架杆的运动形式的不同，可以分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本形式。
(1)曲柄摇杆
机构。在铰链四杆
机构中，如果有一
个连架杆做循环的
整周运动而另一连
架杆作摇动，则该
机构称为曲柄摇杆
机构。如图2-1所
示曲柄摇杆机构，
是雷达天线调整机
构的原理图，机构由构件AB、BC、固连有天线的CD及机架DA组成，构件AB可作整圈的转动，成曲柄；天线3作为机构的另一连架杆可作一定范围的摆动，成摇杆；随着曲柄的缓缓转动，天线仰角得到改变。如图2-2所示汽车刮雨器，随着电动机带着曲柄AB转动，刮雨胶与摇杆CD一起摆动，完成刮雨功能。如图2-3所示搅拌器，随电动机带曲柄AB转动，搅拌爪与连杆一起作往复的摆动，爪端点E作轨迹为椭圆的运动，实现搅拌功能。
图2-1 雷达天线调整机构图2-2 汽车雨刮器图2-3 搅拌机
图2-4 惯性筛工作机构
(2)双曲柄机构。在铰链四杆机构中，两个连架杆均能做整周的运动，则该机构称为双曲柄机构。如图2-4
所示惯性筛的工作机构原理，是双曲柄机构的应用实例。由于从动曲柄3与主动曲柄1的长度不同，故当主动曲柄1匀速回转一周时，从动曲柄3作变速回转一周，机构利用这一特点使筛子6作加速往复运动，提高了工作性能。当两曲柄的长度相等且平行布置时，成了平行
双曲柄机构，如图
2-5a ）所示为正平行双曲柄机构，其特点是两曲柄转向相同和转速相等及连杆作平动，因而应用广泛。火车驱动轮联动机构利用了同向等速的特点；路灯检修车的载人升斗利用了平动的特点，如图2-6a 、b)所示。如图2-5b)为逆平行双曲柄机构，
具有两曲柄反向不等速的特点，车门的启闭机构利用了两曲柄反向转动的特点，如图2-6c)所示。
(3)双摇杆机构。两根连架杆均只能在不足一周的范围内运动的铰链四杆机构称为双摇杆机构。如图2-7所示为港口用起重机吊臂结构原理。其中，ABCD 构成双摇杆机构，AD 为机架，在主动摇杆AB 的驱动下，随着机构的运动连杆BC 的外伸端点M 获得近似直线的水平运动，使吊重Q 能作水平移动而大大节省了移动吊重所需要的功率。图2-8所示为电风扇摇头机构原理，电动机外壳作为其中的一根摇杆AB ，蜗轮作为连杆BC ，构成双摇杆机构ABCD 。蜗杆随扇叶同轴转动，带动BC 作为主动件绕C 点摆动，使摇杆AB 带电动机及扇叶一起摆动，实现一台电动机同时驱动扇叶和摇头机构。图2-9所示的汽车偏转车轮转向机构采用了等腰梯形双摇杆机构。该机构的两根摇杆AB 、CD 是等长的，适当选择两摇杆的长度，可以使汽车在转弯时两转向轮轴线近似相交
于其它两轮轴线延长线某点P ，汽车整车绕瞬时中心P 点转动，获得各轮
子相对于地面作近似的纯滚动，以减少转弯时轮胎的磨损。
二、铰链四杆机构中曲柄存在的条件 1.铰链四杆机构中曲柄存在的条件
铰链四杆机构的三种基本类型的区别在于机构中是否存在曲柄，存在几个曲柄。机构中是否存在曲柄与各构件相对尺寸的大小以及哪个构件作机架有关。可以证明，铰链四杆机构中存在曲柄的条件为：
条件一：最短杆与最长杆长度之和不大于其余两杆长度之和。 条件二：连架杆或机架中最少有一根是最短杆。
图2-7 起重机吊臂结构原理
图2-5 平行双曲柄机构
图2-6 平行双曲柄机构的应用
图2-9 汽车转向机构
图2-8 电风扇摇头机构
2.铰链四杆机构基本类型的判别准则
(1)满足条件一但不满足条件二的是双摇杆机构；
(2)满足条件一而且以最短杆作机架的是双曲柄机构；
(3)满足条件一而且最短杆为连架杆的是曲柄摇杆机构;
(4)不满足条件一是双摇杆机构。
【实训例2-1】铰链四杆机构ABCD如图2-10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：经测量得各杆长度标于图2-10，分析题目给出铰链四杆机构知，最短杆为AD = 20，最长杆为CD = 55，其余两杆AB = 30、BC = 50。
因为AD＋CD = 20＋55 = 75
AB＋BC = 30＋50 = 80 ＞L min＋L max
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，故为曲柄摇杆机构；
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。
图2-10
第二节平面四杆机构的其它形式
一、曲柄滑块机构
在图2-11a）所示的铰链四杆机构ABCD中，如果要求C点运动轨迹的曲率半径较大甚至是C点作直线运动，则摇杆CD的长度就特别长，甚至是无穷大，这显然给布置和制造带来困难或不可能。为此，在实际应用中只是根据需要制作一个导路，C点做成一个与连杆铰接的滑块并使之沿导路运动即可，不再专门做出CD杆。这种含有移动副的四杆机构称为滑块四杆机构，当滑块运动的轨迹为曲线时称为曲线滑块机构，当滑块运动的轨迹为直线时称为直线滑块机构。直线滑块机构可分为两种情况：如图2-11b）所示为偏置曲柄滑块机构，导路与曲柄转动中心有一个偏距e；当e = 0即导路通过曲柄转动中心时，称为对心曲柄滑块机构，如图2-11c）所示。由于对心曲柄滑块机构结构简单，受力情况好，故在实际生产中得到广泛应用。因此，今后如果没有特别说明，所提的曲柄滑块机构即意指对心曲柄滑块机构。
应该指出，滑块的运动轨迹不仅局限于圆弧和直线，还可以是任意曲线，甚至可以是多种曲线的组合，这就远远超出了铰链四杆机构简单演化的范畴，也使曲柄滑块机构的应用更加灵活、广泛。
图2-11 曲柄滑块机构
图2-12所示为曲柄滑块机构的应用。图2-12a）所示为应用于内燃机、空压机、蒸汽机的活塞－连杆－曲柄机构，其中活塞相当于滑块。图2-12b）所示为用于自动送料装置的曲柄滑块机构，曲柄每转一圈活塞送出一个工件。当需要将曲柄做得较短时结构上就难以实现，通常采用图2-12c)所示的偏心轮机构，其偏心圆盘的偏心距e就是曲柄的长度。这种结构减少了曲柄的驱动力，增大了转动副的尺寸，提高了曲柄的强度和刚度，广泛应用于冲压机床、破碎机等承受较大冲击载荷的机械中。
二、导杆机构
在对心曲柄滑块
机构中，导路是固定
不动的，如果将导路
做成导杆4铰接于A
点，使之能够绕A点
转动，并使AB杆固
定，就变成了导杆机
构，如图2-13所示。
当AB＜BC时，导杆能够作整周的回转，称旋转导杆机构，如图2-13a＝所示。当AB＞BC时导杆4只能作不足一周的回转，称摆动导杆机构，如图2-13b)所示。
导杆机构具有很好的传力性，在插床、刨床等要求传递重载的场合得到应用。如图2-14a)所示为插床的工作机构，如图2-14b)所示为牛头刨床的工作机构。
三、摇块机构和定块机构
在对心曲柄滑块机构中，将与滑块铰接的构件固定成机架，使滑块只能摇摆不能移动，就成为摇块机构，如图2-15a)所示。摇块机构在液压与气压传动系统中得到广泛应用，如图2-15b)所示为摇块机构在自卸货车上的应用，以车架为机架AC，液压缸筒3与车架铰接于C点成摇块，主动件活塞及活塞杆2可沿缸筒中心线往
复移动成导路，带动车
箱1绕A点摆动实现卸
料或复位。将对心曲柄
滑块机构中的滑块固定
为机架，就成了定块机
构，如图2-16a)所示。
图2-16b)为定块机构
在手动唧筒上的应用，
用手上下扳动主动件
1，使作为导路的活塞及
活塞杆4沿唧筒中心线
往复移动，实现唧水或
唧油。表2-1给出了铰
链四杆机构及其演化的主要型式对比。
图2-13 导杆机构图2-14 导杆机构的应用
图2-15 摇块机构及其应用
图2-12 曲柄滑块机构的应用
图2-16定块机构及其应用
第三节 平面四杆机构
的工作特性
一、运动特性
在图2-17所
示的曲柄摇杆机构
中，设曲柄AB 为主动件。曲柄在旋
转过程中每周有两
次与连杆重叠，如
图2-17中的B 1AC 1和AB 2C 2两位置。这时的摇杆位置C 1D 和C 2D 称为极限位置，简称极位。C 1D 与C 2D 的夹角?称为最大摆角。曲柄处于两极位AB 1和AB 2的夹角锐角θ称为极位夹角。设曲柄以等角速度ω1顺时针转动，从AB 1转到AB 2和从AB 2到AB 1所经过的角度为（π＋θ）和（π－θ），所需的时间为t 1和t 2 ，相应的摇杆上C 点经过的路线为C 1C 2弧和C 2C 1弧，C 点的线速度为v 1和v 2 ，显然有t 1＞t 2 ，v 1＜v 2 。这种返回速度大于推进速度的现象称为急回特性，通常用v 1与v 2的比值K 来描述急回特性，K 称为行程速比系数，即
K =θ
θ
-+=
==002111222112180180//t t t C C t C C v v (2-1) 或有 1
1
1800+-=K K θ (2-2)
可见，θ越大K 值就越大，急回特性就越明显。在机械设计时可根据需要先设定K 值，然后算出θ值，再由此计算得各构件的长度尺寸。
急回特性在实际应用中广泛用于单向工作的场合，使空回程所花的非生产时间缩短以提高生产率。例如牛头刨床滑枕的运动。
二、传力特性
1.压力角和传动角
在工程应用中连杆机构除了要满足运动要求外，还应具有良好的传力性能，以减小结构尺寸和提高机械效率。下面在不计重力、惯性力和摩擦作用的前提下，分析曲柄摇杆机构的传力特性。如图2-18所示，主动曲柄的动力通过连杆作用于摇杆上的C 点，驱动力F 必然沿BC 方向，将F 分解为切线方向和径向方向两个分力F t 和F r ，切向分力F t 与C 点的运动方向v c
同向。由图知
F t = F αcos 或 F t = F γsin
表2-1 铰链四杆机构及其演化主要形式对比
固定构件
铰链四杆机构
含一个移动副的四杆机构（e =0）
4
曲柄摇 杆机构
曲柄滑 块机构
1
双曲柄 机构
转动导 杆机构
2
曲柄摇 杆机构
摇块 机构
摆动导
杆机构 3
双摇杆 机构 定块 机构
图2-18 曲柄摇杆机构的压力角和传动角
图2-17 曲柄摇杆机构的运动特性
F r = F γsin 或 F r = F αcos
α角是F t 与F 的夹角，称为机构的压力角，即驱动力F 与C 点的运动方向的夹角。α随机构的不同位置有不同的值。它表明了在驱动力F 不变时，推动摇杆摆动的有效分力F t 的变化规律，α越小F t 就越大。
压力角α的余角γ是连杆与摇杆所夹锐角，称为传动角。由于γ更便于观察，所以通常用来检验机构的传力性能。传动角γ随机构的不断运动而相应变化，为保证机构有较好的传力性能，应控制机构的最小传动角γmin 。一般可取γmin ≥40°，重载高速场合取γmin ≥50°。
曲柄摇杆机构的最小传动角出现在曲柄与机架共线的两个位
置之一，如图2-18所示的B 1点或B 2点位
置。
偏置曲柄滑块机构，以曲柄为主动件，滑块为工作件，传动角γ为连杆与导路垂线所夹锐角，如图2-19所示。最小传动角γmin 出现在曲柄垂直于导路时的位置，并且位于与偏距方向相反一侧。对于对心曲柄滑块机构，
即偏距e = 0 的情
况，显然其最小传动角γmin 出现在曲柄垂直于导路时的位置。
对以曲柄为主动件的摆动导杆机构，因为滑块对导杆的作用力始终垂直于导杆，其传动角γ恒为90°，即γ = γmin = γmax =90°,表明导杆机构具有最好的传力性能。
2.止点
从F t = F cos α知，当压力角α = 90°时，对从动件的作用力或力矩为零，此时连杆不能驱动从动件工作。机构处在这种位置称为止点，又称死点。如图2-20a)所示的曲柄摇杆机构，当从动曲柄AB 与连杆BC 共线时，出现压力角α = 90°，传动角γ = 0。如图2-20b)所示的曲柄滑块机构，如果以滑块作主动，则当从动曲柄AB 与连杆BC 共线时，外力F 无法推动从动曲柄转动。机构处于止点位置，一方面驱动力作用降为零，从动件要依靠惯性越过止点；另一方面是方向不定，可能因偶然外力的影响造成反转。
四杆机构是否存在止点，取决于从动件是否与连杆共线。例如上述图2-20a)所示的曲柄摇杆机构，如果改
摇杆主动为曲柄主动，则摇杆为从动件，因连杆BC 与摇杆CD 不存在共线的位置，故不存在止点。又例如前述图2-20b )所示的曲柄滑块机构，如果改曲柄为主动，就不存在止点。
止点的存在对
机构运动是不利
的，应尽量避免出现止点。当无法避免出现止点时，一般可以采用加大从动件惯性的方法，靠惯性帮助通过止点。例如内燃机曲轴上的飞轮。也可以采用机构错位排列的方法，靠两组机构止点位置差的作用通过各自的止点。
在实际工程应用中，有许多场合是利用止点位置来实现一定工作要求的。如图2-21a ）所示
为一种快速夹具，要求夹紧工件后夹紧反力不能自动松开夹具，所以将夹头构件1看成主动件，当连杆2和从
图2-19 曲柄滑块机构的传动角
图2-20 平面四杆机构的止点位置
图2-21 机构止点位置的应用
第三章 平面连杆机构及其设计习题解答
1 图11所示铰链四杆机构中，已知各杆长度AB l =42mm ，BC l =78mm ，CD l =75mm ，AD l =108mm 。要求 (1) 试确定该机构为何种机构； (2) 若以构件AB 为原动件，试用作图法求出摇杆CD 的最大摆角?， 此机构的极位夹角θ，并确定行程速比系数K (3) 若以构件AB 为原动件，试用作图法求出该机构的最小传动角 min γ； (4) 试分析此机构有无死点位置。 图11 【分析】(1)是一道根据机构中给定的各杆长度（或尺寸范围）来确定属于何种铰链四杆机构问题；(2)(3)(4)是根据机构中给定的各杆长度判定机构有无急回特性和死点位置，确定行程速比系数K 和最小传动角问题。 解： (1)由已知条件知最短杆为AB 连架杆，最长杆为AD 杆，因 mm l l mm l l CD BC AD AB 153757815010842=+=+<=+=+ 故AB 杆为曲柄，此机构为曲柄摇杆机构。 (2)当原动件曲柄AB 与连杆BC 两次共线时，摇杆CD 处于两极限位置。 适当选取长度比例尺l μ，作出摇杆CD 处于两极限位置时的机构位置图AB 1C 1D 和AB 2C 2D ，由图中量得?=70°，θ=16°，可求得 19.1180180≈+?-?= K θ θ (3) 当原动件曲柄AB 与机架AD 两次共线时，是最小传动角min γ可能出现的位置。用作图法作出机构的这两个位置AB ′C ′ D 和AB ″C ″ D ，由图中量得,50,27?=''?='γγ故 min γ=?='27γ (4) 若以曲柄AB 为原动件，机构不存在连杆BC 与从动件CD 共线的两个位置，即不存在?='0γ的位置，故机构无死点位置；若以摇杆CD 为原动件，机构存在连杆BC 与从动件AB 共线的两个位置，即存在?='0γ的位置，故机构存在两个死点位置。 【评注】 四杆机构基本知识方面的几个概念(如有曲柄条件、急回运动、传动角等)必须清晰。机构急回运动分析的关键是确定极位夹角θ的大小，本题曲柄合理转向的确定依据就是机构存在慢进快退的急回特性；而传动角和死点的分析要特别注意它与机构原动件有关。 2 如图12所示，连杆BC 的长度BC l 及其两个位置11C B 、22C B 为已知，试设计一铰链四杆机构ABCD ，使得AB 杆为原 动件时，机构在此位置时的传动角相等，并满足机架AD 的长度为AD l 。
第2章 平面连杆机构
第2章平面连杆机构 题2-1 试根据图2.14 中标注尺寸判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆机构、双曲柄机构，还是双摇杆机构。 a ） b ） c ） d ） 图2.14 题2-2 试运用铰链四杆机构有整转副的结论，推导图2.15 所示偏置导杆机构成为转动导杆机构的条件（提示：转动导杆机构可视为双曲柄机构）。 图2.15 题2-3 画出图2.16 所示各机构的传动角和压力角。图中标注箭头的构件为原动件。 图2.16 题2-4 已知某曲柄摇杆机构的曲柄匀速转动，极位夹角为，摇杆工作行程须时7s 。试问：
（1 ）摇杆空回行程需几秒？（2 ）曲柄每分钟转速是多少？ 题2-5 设计一脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构，要求踏板在水平位置上下各摆，且 ，。（1 ）试用图解法求曲柄和连杆的长度；（2 ）用公式（2-3 ）和（2-3 ）′ 计算此机构的最小传动角。 图2.17 题2-5 解图 题2-6 设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度，摆角，摇杆的行程速度变化系数。（1 ）用图解法确定其余三杆的尺寸；（ 2 ）用公式（ 2 — 3 ）和（2-3 ）′确定机构 最小传动角（若，则应另选铰链A 的位置，重新设计）。 题2-7 设计一曲柄滑块机构。已知滑块的行程，偏距，行程速度变化系数。求曲柄和连杆的长度。 图2.19 题2-8 设计一导杆机构。已知机架长度，行程速度变化系数，求曲柄长度。
图2.20 题2-9 设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度，摆角，摇杆的行程速度变化系数 ，且要求摇杆的一个极限位置与机架间的夹角，试用图解法确定其余三杆的长度。 图2.21 题2-10 设计一铰链四杆机构作为加热炉门的启闭机构。已知炉门上的两活动铰链中心距为，炉门打开后成水平位置时，要求炉门温度较低的一面朝上（如虚线所示），设固定铰链 安装在轴线上，其相关尺寸如图所示，求此铰链四杆机构其余三杆的长度。 图2.22 题2-11 设计一铰链四杆机构。已知其两连架杆的四组对应位置间的夹角为，
第二章平面连杆机构
第二章 平面连杆机构 案例导入：通过雷达天线、汽车雨刮器、搅拌机等实际应用的机构分析引入四杆机构的概念，介绍四杆机构的组成、基本形式和工作特性。 第一节铰链四杆机构 一、铰链四杆机构的组成和基本形式 1.铰链四杆机构的组成 如图1-14所示，铰链四杆机构是由转动副将各构件的头尾联接起的封闭四杆系统，并使其中一个构件固定而组成。被固定件4称为机架，与机架直接铰接的两个构件1和3称为连架杆，不直接与机架铰接的构件2称为连杆。连架杆如果能作整圈运动就称为曲柄，否则就称为摇杆。 2.铰链四杆机构的类型 铰链四杆机构根据其两个连架杆的运动形式的不同，可以分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本形式。 (1)曲柄摇杆 机构。在铰链四杆 机构中，如果有一 个连架杆做循环的 整周运动而另一连 架杆作摇动，则该 机构称为曲柄摇杆 机构。如图2-1所 示曲柄摇杆机构， 是雷达天线调整机 构的原理图，机构由构件AB、BC、固连有天线的CD及机架DA组成，构件AB可作整圈的转动，成曲柄；天线3作为机构的另一连架杆可作一定范围的摆动，成摇杆；随着曲柄的缓缓转动，天线仰角得到改变。如图2-2所示汽车刮雨器，随着电动机带着曲柄AB转动，刮雨胶与摇杆CD一起摆动，完成刮雨功能。如图2-3所示搅拌器，随电动机带曲柄AB转动，搅拌爪与连杆一起作往复的摆动，爪端点E作轨迹为椭圆的运动，实现搅拌功能。 图2-1 雷达天线调整机构图2-2 汽车雨刮器图2-3 搅拌机 图2-4 惯性筛工作机构
(2)双曲柄机构。在铰链四杆机构中，两个连架杆均能做整周的运动，则该机构称为双曲柄机构。如图2-4 所示惯性筛的工作机构原理，是双曲柄机构的应用实例。由于从动曲柄3与主动曲柄1的长度不同，故当主动曲柄1匀速回转一周时，从动曲柄3作变速回转一周，机构利用这一特点使筛子6作加速往复运动，提高了工作性能。当两曲柄的长度相等且平行布置时，成了平行 双曲柄机构，如图 2-5a ）所示为正平行双曲柄机构，其特点是两曲柄转向相同和转速相等及连杆作平动，因而应用广泛。火车驱动轮联动机构利用了同向等速的特点；路灯检修车的载人升斗利用了平动的特点，如图2-6a 、b)所示。如图2-5b)为逆平行双曲柄机构， 具有两曲柄反向不等速的特点，车门的启闭机构利用了两曲柄反向转动的特点，如图2-6c)所示。 (3)双摇杆机构。两根连架杆均只能在不足一周的范围内运动的铰链四杆机构称为双摇杆机构。如图2-7所示为港口用起重机吊臂结构原理。其中，ABCD 构成双摇杆机构，AD 为机架，在主动摇杆AB 的驱动下，随着机构的运动连杆BC 的外伸端点M 获得近似直线的水平运动，使吊重Q 能作水平移动而大大节省了移动吊重所需要的功率。图2-8所示为电风扇摇头机构原理，电动机外壳作为其中的一根摇杆AB ，蜗轮作为连杆BC ，构成双摇杆机构ABCD 。蜗杆随扇叶同轴转动，带动BC 作为主动件绕C 点摆动，使摇杆AB 带电动机及扇叶一起摆动，实现一台电动机同时驱动扇叶和摇头机构。图2-9所示的汽车偏转车轮转向机构采用了等腰梯形双摇杆机构。该机构的两根摇杆AB 、CD 是等长的，适当选择两摇杆的长度，可以使汽车在转弯时两转向轮轴线近似相交 于其它两轮轴线延长线某点P ，汽车整车绕瞬时中心P 点转动，获得各轮 子相对于地面作近似的纯滚动，以减少转弯时轮胎的磨损。 二、铰链四杆机构中曲柄存在的条件 1.铰链四杆机构中曲柄存在的条件 铰链四杆机构的三种基本类型的区别在于机构中是否存在曲柄，存在几个曲柄。机构中是否存在曲柄与各构件相对尺寸的大小以及哪个构件作机架有关。可以证明，铰链四杆机构中存在曲柄的条件为： 条件一：最短杆与最长杆长度之和不大于其余两杆长度之和。 条件二：连架杆或机架中最少有一根是最短杆。 图2-7 起重机吊臂结构原理 图2-5 平行双曲柄机构 图2-6 平行双曲柄机构的应用 图2-9 汽车转向机构 图2-8 电风扇摇头机构
平面连杆机构
第二章 平面连杆机构 1.平面连杆机构是各构件都是用平面低副（回转副和移动副）联接起来的机构。又称平面低副机构。 2.铰链四杆机构是全部用转动副相连的平面四杆机构。 3.铰链四杆机构可分为三种基本形式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。 4.曲柄滑块机构是改变曲柄摇杆机构中 摇杆尺寸为无穷大时 形成的。 5.连杆机构中，传动角和压力角之和为__90°_。 6.连杆机构中，传动角 越大 ，机构传动能力越好。 7.所有构件都在相互平行的平面内运动的机构称为 平面机构 。 8.设计连杆机构时,为了具有良好的传动性能,应使 压力角小、传动角大 。 9.取最短杆的邻边为机架时，机架上只有一个整转副，得到 曲柄摇杆机构 。 10.取最短杆为机架时，机架上有两个整转副，得到 双曲柄机构 。 11.取最短杆的对边为机架时，机架上没有整转副，得到 双摇杆机构 。 12.平面四杆机构中，如存在急回运动特性，则其行程速比系数 Ａ 。 A 、K ＞1 B 、K ＝1 C 、K ＜1 D 、K ＝0 13.在曲柄摇杆机构中，当摇杆为主动件，且 Ｂ 处于共线位置时，机构处于死点位置。 A 、曲柄与机架 B 、曲柄与连杆 C 、连杆与摇杆 D 、连杆与机架 14.曲柄摇杆机构的急回运动特性系数K=1.5，则极位夹角是 C 。 A 、o 15=θ B 、o 36=θ C 、o 24=θ 15.某机构中，需要将原动机的回转运动转化为直线往复运动，应选 D 机构。 A 、双曲柄机构 B 、摆动导杆机构 C 、双摇杆机构 D 、曲柄滑块机构 16.平面四杆机构工作时，其传动角 Ｃ 。 A 、始终为９０ B 、始终为０ C 、是变化值 D 、为４５ 17.说明什么是曲柄摇杆机构的死点位置？它对机构有何影响？ 答：在曲柄摇杆机构中，如以摇杆为原动件，当摇杆摆到极限位置时，曲柄与连杆共线，如不计各杆的质量及运动副的摩擦，连杆为二力杆，此时连杆施加在曲柄上的力通过曲柄的转动中心，而造成曲柄不能转动。机构的这种位置称为死点位置。 死点位置会使机构的从动件出现卡死或运动不确定现象。 18.铰链四杆机构有整转副存在的条件是什么？有整转副存在一定有曲柄存在否？ 答：铰链四杆机构有整转副的条件是：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。整转副是由最短杆与其邻边组成的。 有整转副不一定有曲柄存在，只有它处于机架上才能形成曲柄。
(完整word版)平面连杆机构练习测试题
第五章平面连杆机构 1．平面连杆机构是由一些刚性构件用和相互连接而成的 在或内运动的机构。平面连杆机构中的运动 副都是副，因此，平面连杆机构是机构。2．构件间用四个转动副相连的平面四 杆机构，称为。它有、和三种基本类型。3．铰链四杆机构中曲柄存在的条件是和，两条件必须同时满足。4．连杆与机架的、两个曲柄的且相同 的，称为平行四边行机构。其运动特点是两曲柄的， 5．在曲柄摇杆机构中，摇杆位于两极限位置时，曲柄所夹的锐角称为θ，θ与急回特性系数K的关系为θ= 。当θ时，机构无急回特性；当θ时，机构具有急回特性。 6．当平面连杆机构具有死点位置时，其死点有个。在死点位置时，该机构的和处于共线状态。 7．曲柄滑块机构是由演化而来的，其滑块的移动距离（行程）H 等于的两倍。 8．若导杆机构机架长度l1与曲柄长度l2 的关系为则构成转动导杆机构。 9．铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和大于时，则不论取哪一杆作为机架，均只能构成机构。 10．家用缝纫机的踏板机构属于机构，主动件是。 11．单缸内燃机属于机构，它以为主动件。该机 构存在个死点位置。 12．在图5-1 所示铰链四杆机构中若 a 最短， 杆 b 最长，则构成曲柄摇杆机构的条件是： （1）；（2）以杆 为机架，则杆为曲柄。 构成双曲柄机构的条件是：（1）；（2）以杆为机架，则杆为曲柄。
13．在图 5-1 中,若a =250mm ， b =600mm ， c =400 mm ， d =550 mm 。取杆 a 为机架 可得 机构；取杆 b 为机架可得 机构；取杆 c 为机架 可得 机构。 、判断 1．平面连杆机构各构件的运动轨迹一定在同一平面或相互平行的平面内。 （ ） 2．在曲柄长度不相等的双曲柄机构中，主动曲柄作等速回转时，从动曲柄作变 速 回转。（ ） 3. 在曲柄摇杆机构中，摇杆两极限位置的夹角称为极位夹角。 （ ） 4. 铰链四杆机构中的最短杆就是曲柄。 （ ） 5. 偏心轮机构的工作原理与曲柄滑块机构的工作原理相同。 （ ） 6．急回特性系数 K 值愈大，机构的急回特性愈显著；当 K=1时，机构无急回特 性。（ ） 7．极位夹角愈大，机构的急回特性愈不明显。 （ ） 8．偏心轮机构不存在死点 位置。 （ ） 9．在导杆机构中构成转动导杆机构的条件是机架的长度 l 1小于主动件的长度 l 2 。 （） 10. 铰链四杆机构各杆的长度分别为 a=175mm ，b=150mm, c=135mm, d=190mm, 分别以不同杆件作为机架， 该机构一定能构成三种基本类型的铰链四杆机构。 （ ） 三、选择 1. 平面连杆机构的急回特性系数 K （ ）。 A 、＞ 1 B 、＜ 1 C 、 =1 2. 铰链四杆机构中，不与机架相连的构件称为（ 连架杆 D 、摇杆 B 、连杆作整周回转，摇杆作往复摆动 D 、 =0 ）。 A 、曲柄 B 、连杆 C 3. 曲柄摇杆机构（ ）。 A 、不能用于连续工作的摆动装置 C 、只能将连续转动变成往复摆动
平面连杆机构及其设计(参考答案)
一、填空题： 1．平面连杆机构是由一些刚性构件用低副连接组成的。 2．由四个构件通过低副联接而成的机构成为四杆机构。 3．在铰链四杆机构中，运动副全部是转动副。 4．在铰链四杆机构中，能作整周连续回转的连架杆称为曲柄。 5．在铰链四杆机构中，只能摆动的连架杆称为摇杆。 6．在铰链四杆机构中，与连架杆相连的构件称为连杆。 7．某些平面连杆机构具有急回特性。从动件的急回性质一般用行程速度变化系数表示。 8．对心曲柄滑快机构无急回特性。9．偏置曲柄滑快机构有急回特性。 10．对于原动件作匀速定轴转动，从动件相对机架作往复运动的连杆机构，是否有急回特性，取决于机构的极位夹角是否大于零。 11．机构处于死点时，其传动角等于０。12．机构的压力角越小对传动越有利。 13．曲柄滑快机构，当取滑块为原动件时，可能有死点。 14．机构处在死点时，其压力角等于９０o。 15．平面连杆机构，至少需要４个构件。 二、判断题： 1．平面连杆机构中，至少有一个连杆。（√） 2．平面连杆机构中，最少需要三个构件。（×） 3．平面连杆机构可利用急回特性，缩短非生产时间，提高生产率。（√） 4．平面连杆机构中，极位夹角θ越大，K值越大，急回运动的性质也越显著。（√） 5．有死点的机构不能产生运动。（×） 6．机构的压力角越大，传力越费劲，传动效率越低。（√） 7．曲柄摇杆机构中，曲柄为最短杆。（√） 8．双曲柄机构中，曲柄一定是最短杆。（×） 9．平面连杆机构中，可利用飞轮的惯性，使机构通过死点位置。（√） 10．平面连杆机构中，压力角的余角称为传动角。（√） 11．机构运转时，压力角是变化的。（√） 三、选择题： 1．铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和 A 其他两杆之和。 A <=； B >=； C > 。 2．铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆之和，而充分条件是取 A 为机架。 A 最短杆或最短杆相邻边； B 最长杆； C 最短杆的对边。3．铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，当以 B 为机架时，有两
第二章平面连杆机构和设计与分析报告
第二章平面连杆机构及其设计与分析 §2-1 概述 平面连杆机构（全低副机构）:若干刚性构件由平面低副联结而成的机构。 优点： （1）低副，面接触，压强小，磨损少。 （2）结构简单，易加工制造。 （3）运动多样性，应用广泛。 曲柄滑块机构：转动－移动 曲柄摇杆机构：转动－摆动 双曲柄机构：转动－转动 双摇杆机构：摆动－摆动 （4）杆状构件可延伸到较远的地方工作（机械手） （5）能起增力作用（压力机） 缺点： （1）主动件匀速，从动件速度变化大，加速度大，惯性力大，运动副动反力增加，机械振动，宜于低速。 （2）在某些条件下，设计困难。 §2-2平面连杆机构的基本结构与分类 一、平面连杆机构的基本运动学结构 铰链四杆机构的基本结构 1．铰链四杆机构 所有运动副全为回转副的四杆机构。Array AD－机架 BC－连杆 AB、CD－连架杆 连架杆：整周回转－曲柄 往复摆动－摇杆
2．三种基本型式 （1）曲柄摇杆机构 定义：两连架杆一为曲柄，另一为摇杆的铰链四杆机构。 特点：?、β0～360°, δ、ψ＜360° 应用：鳄式破碎机缝纫机踏板机构揉面机（2）双曲柄机构 定义：两连架杆均作整周转动的铰链四杆机构。 由来：将曲柄摇杆机构中曲柄固定为机架而得。 应用特例：双平行四边形机构（P35），天平 反平行四边形机构（P45） 绘图机构 （3）双摇杆机构 定义：两连架杆均作往复摆动的铰链四杆机构。 由来：将曲柄摇杆机构中摇杆固定为机架而得。 应用：翻台机构，夹具，手动冲床 飞机起落架，鹤式起重机 二．铰链四杆机构具有整转副和曲柄存在的条件 上述机构中，有些机构有曲柄，有些没有曲柄。机构有无曲柄，不是唯一地由取哪个构件为机架决定，机构有曲柄的首要条件是：机构中各构件长度间应满足一定的尺寸关系，该条件是首要条件。 然后，再看以哪个构件作为机架。 下面讨论机构中各构件长度间应满足的尺寸关系。铰链四杆机构曲柄存在的条件
第二章 平面连杆机构
第二章 平面连杆机构 案例导入：通过雷达天线、汽车雨刮器、搅拌机等实际应用的机构分析引入四杆机构的概念，介绍四杆机构的组成、基本形式和工作特性。 第一节 铰链四杆机构 一、铰链四杆机构的组成和基本形式 1.铰链四杆机构的组成 如图1-14所示，铰链四杆机构是由转动副将各构件的头尾联接起的封闭四杆系统，并使其中一个构件固定而组成。被固定件4称为机架，与机架直接铰接的两个构件1和3称为连架杆，不直接与机架铰接的构件2称为连杆。连架杆如果能作整圈运动就称为曲柄，否则就称为摇杆。 2.铰链四杆机构的类型 铰链四杆机构根据其两个连架杆的运动形式的不同，可以分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本形式。 (1)曲柄摇杆机构。在铰链四杆机构中，如果有一个连架杆做循环的整周运动而另一连架杆作摇动，则该机构称为曲柄 摇杆机构。如图2-1所示曲 柄摇杆机构，是雷达天线调整机构的原理图，机构由构件AB 、BC 、固连有天线的CD 及机架DA 组成，构件AB 可作整圈的转动，成曲柄；天线3作为机构的另一连架杆可作一定围的摆动，成摇杆；随着曲柄的缓缓转动，天线仰角得到改变。如图2-2所示汽车刮雨器，随着电动机带着曲柄AB 转动，刮雨胶与摇杆CD 一起摆动，完成刮雨功能。如图2-3所示搅拌器，随电动机带曲柄AB 转动，搅拌爪与连杆一起作往复的摆动，爪端点E 作轨迹为椭圆的运动，实现搅拌功能。 (2)双曲柄机构。在铰链四杆机构中，两个连架杆均能做整周的运动，则该机构称为双曲柄机构。如图2-4所示惯性筛的工作机构原理，是双曲柄机构的应用实例。由于从动曲柄3与主动曲柄1的长度不同，故当主动曲柄1匀速回转一周时，从动曲柄3作变速回转一周，机构利用这一特点使筛子6作加速往复运动，提高了工作性能。当两曲柄的长度相等且平行布置时，成了 平行双曲柄机构，如图2-5a ）所示为正平行双曲柄机 构，其特点是两曲柄转向相同和转速相等及连杆作平 动，因而应用广泛。火车驱动轮联动机构利用了同向等速的特点；路灯检修车的载人升斗利用了平动的特点，如图2-6a 、b)所示。如图2-5b)为逆平行双曲柄机构， 图2-1 雷达天线调整机构 图2-2 汽车雨刮器 图2-3 搅拌机 图2-4 惯性筛工作机构
平面连杆机构练习测试题
第五章 平面连杆机构 1．平面连杆机构是由一些刚性构件用 和 相互连接而成的在 或 内运动的机构。平面连杆机构中的运动副都是 副，因此，平面连杆机构是 机构。 2．构件间用四个转动副相连的平面四杆机构，称为 。它有 、 和 三种基本类型。 3．铰链四杆机构中曲柄存在的条件是 和 ，两条件必须同时满足。 4．连杆与机架的 、两个曲柄的 且 相同的 ，称为平行四边行机构。其运动特点是两曲柄的 ， 。 5．在曲柄摇杆机构中，摇杆位于两极限位置时，曲柄所夹的锐角称为 θ， θ与急回特性系数K 的关系为θ= 。当θ 时，机构无急回特性；当θ 时，机构具有急回特性。 6．当平面连杆机构具有死点位置时，其死点有 个。在死点位置时，该机构的 和 处于共线状态。 7．曲柄滑块机构是由 演化而来的，其滑块的移动距离（行程）H 等于 的两倍。 8．若导杆机构机架长度1l 与曲柄长度2l 的关系为 则构成转动导杆机构。 9．铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和大于 时，则不论取哪一杆作为机架，均只能构成 机构。 10．家用缝纫机的踏板机构属于 机构，主动件是 。 11．单缸内燃机属于 机构，它以 为主动件。该机构存在 个死点位置。 12．在图5-1所示铰链四杆机构中若a 最短， 杆b 最长，则构成曲柄摇杆机构的条件是： （1） ；（2）以杆 为机架，则杆 为曲柄。 构成双曲柄机构的条件是：（1） ；（2）以杆为 机架，则杆 为曲柄。
13．在图5-1中,若a =250mm ，b =600mm ，c =400 mm ，d =550 mm 。取杆a 为机架可得 机构；取杆b 为机架可得 机构；取杆c 为机架可得 机构。 二、判断 1．平面连杆机构各构件的运动轨迹一定在同一平面或相互平行的平面内。（ ） 2．在曲柄长度不相等的双曲柄机构中，主动曲柄作等速回转时，从动曲柄作变速回转。（ ） 3.在曲柄摇杆机构中，摇杆两极限位置的夹角称为极位夹角。（ ） 4.铰链四杆机构中的最短杆就是曲柄。（ ） 5.偏心轮机构的工作原理与曲柄滑块机构的工作原理相同。（ ） 6．急回特性系数K 值愈大，机构的急回特性愈显著；当K=1时，机构无急回特性。（ ） 7．极位夹角愈大，机构的急回特性愈不明显。（ ） 8．偏心轮机构不存在死点位置。（ ） 9．在导杆机构中构成转动导杆机构的条件是机架的长度1l 小于主动件的长度2l 。（ ） 10. 铰链四杆机构各杆的长度分别为a=175mm ，b=150mm, c=135mm, d=190mm, 分别以不同杆件作为机架，该机构一定能构成三种基本类型的铰链四杆机构。（ ） 三、选择 1.平面连杆机构的急回特性系数K （ ）。 A 、＞1 B 、＜1 C 、=1 D 、=0 2. 铰链四杆机构中，不与机架相连的构件称为（ ）。 A 、曲柄 B 、连杆 C 、连架杆 D 、摇杆 3.曲柄摇杆机构（ ）。 A 、不能用于连续工作的摆动装置 B 、连杆作整周回转，摇杆作往复摆动 C 、只能将连续转动变成往复摆动 D 、可将往复摆动变成连续转动 4.图5-2所示的筛子应用的是（ ）。 A 、曲柄摇杆机构 B 、双曲柄机构
第三章 平面连杆机构及其设计习题
1 图11所示铰链四杆机构中，已知各杆长度AB l =42mm ，BC l =78mm ，CD l =75mm ，AD l =108mm 。要求 (1) 试确定该机构为何种机构； (2) 若以构件AB 为原动件，试用作图法求出摇杆CD 的最大摆角?， 此机构的极位夹角θ，并确定行程速比系数K (3) 若以构件AB 为原动件，试用作图法求出该机构的最小传动角 min γ； (4) 试分析此机构有无死点位置。 图11 2 如图12所示，连杆BC 的长度BC l 及其两个位置11C B 、22C B 为已知，试设计一铰链四杆机构ABCD ，使得AB 杆为原动件时，机构在此位置时的传动角相等，并满足机架AD 的长度为AD l 。
图12 3 图13示为一铰链四杆机构ABCD 的固定铰链A 、D ，已知主动件AB 的三个位置和连杆上K 点所对应的三个点。试求： (1) 确定连杆上铰链C 的位置和连架杆CD 的长度； (2) 验算其主动件是否为曲柄； (3) 指出最小传动角min 的位置并确定其数值。 图13 4 图15示为一曲柄滑块机构AC O A ，当滑块从1C 移到2C 时，连架杆B O B 上的一条标线1E O B 转至2E O B ；当C 从2C 移到3C 时，E O B 从2E O B 转至3E O B 。现欲将曲柄A O A 与连架杆B O B 用一连杆AB 连接起来，试求铰链点1B 的位置，并画出机构第一位置的机构简图。（写出简要作图步骤，保留作图线）
图8.15 5设计曲柄摇杆机构ABCD 。已知摇杆CD 的长度l CD =290mm ，摇杆两极限位置间的夹角ψ=32o，行程速比系数K=1.25，连杆BC 的长度l BC =260mm 。试求曲柄AB 的长度l AB 和机架AD 的长度l AD 。(解法不限) 6 在曲柄摇杆机构，曲柄为主动件，转速min 601r n =，且已知曲柄长mm l AB 50=，连杆长mm l BC 70=，摇杆长mm l CD 80=，机架长 mm l AD 90=， （工作行程平均速度<空回行程速度），试问： (1) 行程速度系数K=？ (2) 摇杆一个工作行程需要多少时间？ (3) 最小传动角min γ=？
第五章平面连杆机构动力分析
第五章平面连杆机构动力分析 §5.1概述 一、机构力分析的目的 在机构运动过程中，其各个构件是受到各种力的作用的，故机构的运动过程也是机构传力和作功的过程，作用在机械上的力，不仅是影响机械的运动和动力性能的重要参数，而且也是决定相应构件尺寸及结构形状等的重要依据。所以不论是设计新的机械，还是为了合理地使用现有机械，都应当对机构进行力分析。 机构力分析的目的有两个： 1)确定运动副中的反力，亦即运动副两元素接触处的相互作用力。这些力的大小和变化规律，对于计算机构各零件的强度，决定运动副中的摩擦、磨损，确定机构的效率及其运转时所需的功率，都是极为重要而且必需的资料。 2)确定机构原动件按给定规律运动时需加于机械上的平衡力(或平衡力矩)。所谓平衡力(或平衡力矩)是指与作用在机械上的已知外力及按给定规律运动时与各构件的惯性力(惯性力矩)相平衡的未知外力(外力矩)。求得机械的平衡力(或平衡力矩)，对于确定原动机的功率，或根据原动机的功率确定机械所能克服的最大工作或荷等是必不可少的。 二、机构力分析的方法 机构力分析有两类，一类适用于低速轻载机械，称之为机构的静力分析，即在不计惯性力所产生的动载荷而仅考虑静载荷的条件下，对机构进行的力分析；另一类适用于高速重载机构称之为机构的动力分析，即同时计及静载荷和惯性力(惯性力矩)所引起的动载荷，对机构进行的力分析。 在对机构进行动力分析时，常采用动态静力法，即根据达朗贝尔原理，假想地将惯性力加在产生该力的构件上，则在惯性力和该构件上所有其他外力作用下，该机构及其单个构件都可认为是处于平衡状态，因此可以用静力学的方法进行计算。这种分析计算方法称为机构的动态静力分析。 机构的力分析方法可分为图解法和解析法两种。图解法用于静力分析是清晰简便的，也有足够的精度。考虑到图解法只是应用理论力学中的力多边形和二力共线及三力汇交等一些平衡关系求解，读者自己可以解决此类问题，本书不予讨论。由于解析法求解精度高，容易求得约束反力与平衡力的变化规律，随着电子计算机的广泛应用而愈来愈受到重视。 三、作用在机械上的力 如前所述，机器能实现预期的机械运动并用来完成有用的机械功或转换机械能，所以在组成机器的各种机构的运动过程中，它们的各个构件上都受到力的作用。作用在构件上的力
第三章平面连杆机构
1、通常利用机构中构件运动时的惯性，或依靠增设在曲柄上的惯性来渡过“死点”位置。 2、曲柄滑块机构是由曲柄摇杆机构的长度趋向而演变来的。 3、导杆机构可看做是由改变曲柄滑块机构中的而演变来的。 4、将曲柄滑块机构的改作固定机架时，可以得到导杆机构。 5、曲柄摇杆机构产生“死点”位置的条件是：摇杆为件，曲柄为件或者是把运动转换成运动。 6、曲柄摇杆机构出现急回运动特性的条件是：摇杆为件，曲柄为件或者是把` 运动转换成。 7、曲柄摇杆机构的不等于00，则急回特性系数就，机构就具有急回特性。 8、实际中的各种形式的四杆机构，都可看成是由改变某些构件的，或选择不同构件作为等方法所得到的铰链四杆机构的演化形式。 9、若以曲柄滑块机构的曲柄为主动件时，可以把曲柄的运动转换成滑块的运动。 10、若以曲柄滑块机构的滑块为主动件时，在运动过程中有“死点”位置。 1 自身飞轮 2摇杆无穷大 3 固定件 4 曲柄 5 主动从动往复摆动旋转 6 从动主动等速旋转往复摆动 7 极位夹角大于1 8 形状相对长度机架 9 等速旋转直线往复 10 曲柄 大题 1. 图示的四杆机构中，各杆长度为a=25mm，b=90mm，c=75mm，d=100mm，试求： 的机构？ 2）若杆BC是机构的主动件，AB为机架，机构是什么类型
3）若杆BC 是机构的主动件，CD 为机架，机构是什么类型的机构？ 解： 1）若杆AB 是机构的主动件，AD 为机架，因为 l AB +l AD =(25+100)mm =125mm ` 第三章平面连杆机构 机构中的运动副全为低副，称机构为连杆机构。根据机构中构件的相对运动情况，连杆机构可分为平面连杆机构、空间连杆机构和球面连杆机构。本章讨论平面连杆机构。根据平面连杆机构自由度的不同，又可将其分为单自由度、两自由度和三自由度平面连杆机构。根据运动链的结构型式，可分为开式链和闭式链机构，本章讨论闭式链机构，开式链机构将在第8章中介绍。对于闭式链机构，一般将机构中含有五个以上构件的平面连杆机构统称为平面多杆机构。本章主要讨论单自由度平面四连杆机构，简要介绍平面多杆机构。 第一节平面四连杆机构的类型 一、平面四连杆运动链 表3-1 平面四连杆运动链类型 平面四连杆机构是由四个构件通过四个低副构成的闭式链机构。四个构件和四个低副只有一种基本闭式运动链型式。四个低副可以是转动副也可以是移动副，组合后有表3-1所示的六种型式。为叙述方便，用R表示转动副，P表示移动副，每种运动链可用运动链中运动副的类型和排列顺序来表示，如RRRR型等。 在RRRR、RRRP、RRPP和RPRP四种运动链中，只要指定某一构件为机架，就可得到自由度为1的平面四连杆机构。将RRRR型机构称为平面铰链四杆机构，RRRP型机构称为含有一个移动副的平面四连杆机构，RRPP和RPRP型机构称为含有两个移动副的平面四连杆机构。在RPPP和PPPP运动链中，运动链的公共约束为4，即4族机构，此时构成的机构的自由度为2，本书中不讨论。 在表3-1的第二列中，已列出了每种运动链可以取作为机架的特征构件的类型，第三列中列出了取不同运动副特征构件为机架得到的相应机构的名称。如RRRR型运动链，取作为机架的构件运动副特征只有一种，即含有两个转动副的构件；对RRRP型运动链，取作机架的构件的运动副特征有两种可能性，即含有两个转动副的构件和含有一个转动副一个移动副的构件。 大作业（一） 平面连杆机构的运动分析 班级： 姓名：姓名：姓名： 指导教师： 完成日期： 一、题目及原始数据 、平面连杆机构的运动分析题目： 如图所示，为一平面六杆机构。设已知各构件的尺寸如表 所示，又知原动 件1以等角速度1ω= 1rad/s 沿逆时针方向回转，试求各从动件的角位移、角速 度及角加速度以及位移E 点的位移、速度及加速度的变化情况。 表 平面六杆机构的尺寸参数 2'l =65mm,G x =,G y = 题 号 1l 2l 3l 4l 5l 6l α A B C 1-A 25 60° 1l = 1l =24 1l = 要求每组（每三人为一组，每人一题）至少打印一份源程序，每个同学计 算出原动件从 0o到 360o时（计算点数 N=36）所要求各运动变量的大小，并绘出各组应的运动线图以及 E 点的轨迹曲线。 图 v1.0 可编辑可修改 二、平面连杆机构运动分析方程 、位移方程： 4312l4cos cos l1cos 0h θθθ--= 43311l4sin s sin l1sin 0h θθθ+--= 43l4cos l3cos s c 0θθ+-?= 43l4sin l3 sin h 0θθ+-= []3 43c v v ωω 、速度方程： 34333 4331434 3 cos l4sin s sin 0sin l4cos s cos 0V 0l4sin l3sin 10 l4cos l3cos 0θθθθ θθθθθθ--????? ?=??---???? []211V l1sin l1cos 00θθ=- []3343V c v v ωω= 3V V1\V2= 、加速度方程： 3344333333 4433333 111443344 33 sin 14cos v sin s cos 014sin ?v cos s sin 0014cos 13cos 00 14sin 13sin 0A ωθωθθωθω ωθθωθωθωθωθωθ+????--+? ?=?????? []112343c A =v v ωω 11111112A A A =? []1211A l1cos l1sin 00θθ=-- 11112A A A =+ 第二章平面连杆机构 案例导入：通过雷达天线、汽车雨刮器、搅拌机等实际应用的机构分析引入四杆机构的概念，介绍四杆机构的组成、基本形式和工作特性。 第一节铰链四杆机构 一、铰链四杆机构的组成和基本形式 1. 铰链四杆机构的组成 如图1-14所示，铰链四杆机构是由转动副将各构件的头尾联接起的封闭四杆系统， 并使其中一个构件固定而组成。被固定件4称为机架，与机架直接铰接的两个构件1和3称为连架杆，不直接与机架铰接的构件2称为连杆。连架杆如果能作整圈运动就称为 曲柄，否则就称为摇杆。 2. 铰链四杆机构的类型 铰链四杆机构根据其两个连架杆的运动形式的不同，可以分为曲柄摇杆机构、双曲 柄机构和双摇杆机构三种基本形式。 (1) 曲柄摇杆机构。在铰链四杆机构中，如果有一个 连架杆做循环的整周运动而另一连架杆作摇动，则该机构称为曲柄摇杆机构。如图2-1所示曲柄摇杆机构，是雷达天线调整机构的原理图，机构由构件AB、BC、固连有天线 的CD及机架DA组成，构件AB可作整圈的转动，成曲柄；天线3作为机构的另一连架杆可作一定范围的摆动，成摇杆；随着曲柄的缓缓转动，天线仰角得到改变。如图2-2 所示汽车刮雨器，随着电动机带着曲柄AB转动，刮雨胶与摇杆CD 一起摆动，完成刮雨功能。如图2-3所示搅拌器，随电动机带曲柄AB转动，搅拌爪与连杆一起作往复的摆动，爪端点E作轨迹为椭圆的运动，实现搅拌功能。 (2) 双曲柄机构。在铰链四杆机构中， 两个连架杆均能做整周的运动，则该机构称为双曲柄机 构。如图2-4所示惯性筛的 图2-4惯性筛工作机构 工作机构原理，是双曲柄机构的应用实例。由于从动曲柄3与主动曲柄1的长度不同， 故当主动曲柄1匀速回转一周时，从动曲柄3作变速回转一周，机构利用这一特点使筛 子6作加速往复运动，提高了工作性能。当两曲柄的长度相等且平行布置时，成了平行双曲柄机构，如图2-5a)所示为正平行双曲柄机构，其特点是两曲柄转向相同和转速相等及连杆作平动，因而应用广泛。火车驱动轮联动机构利用了同向等速的特点；路灯检修车的载人升斗利用了平动的特点，如图2-6a、b)所示。如图2-5b)为逆平行双曲柄机构， 具有两曲柄反向不等速的特点，车门的启闭机构利用了两曲柄反向转动的特点，如图2-6c) 所示。 (3) 双摇杆机构。两根连架杆均只能在不足一周的范围内运动的铰链四杆机构称为双摇杆机构。如图2-7 所示为港口用起重机吊臂结构原理。其中，ABCD构 成双摇杆机构，AD为机架，在主动摇杆AB的驱动下，随着机构的运动连杆BC的外伸端点M获得近似直线的水平运动，使吊重Q能作水平移动而大大节省了移动吊重所需要的功率。图2-8所示为电风扇摇头 机构原理，电动机外壳作为其中的一根摇杆AB，蜗 轮作为连杆BC,构成双摇杆机构ABCD。蜗杆随扇叶同轴转b) 图2-5平行双曲柄机构 图2-6 平行双曲柄机构的应用 n g h g r g o o 第五章 平面连杆机构 1．平面连杆机构是由一些刚性构件用 和 相互连接而成 的在 或 内运动的机构。平面连杆机构中的运动副都是 副，因此，平面连杆机构是 机构。 2．构件间用四个转动副相连的平面四杆机构，称为 。 它有 、 和 三种基本类型。 3．铰链四杆机构中曲柄存在的条件是 和 ，两条件必须同时满足。 4．连杆与机架的 、两个曲柄的 且 相同的 ，称为平行四边行机构。其运动特点是两曲柄的 ， 。 5．在曲柄摇杆机构中，摇杆位于两极限位置时，曲柄所夹的锐角称为 θ， θ与急回特性系数K 的关系为θ= 。当θ 时，机构无急回特性；当θ 时，机构具有急回特性。 6．当平面连杆机构具有死点位置时，其死点有 个。在死点位置时，该机构的 和 处于共线状态。 7．曲柄滑块机构是由 演化而来的，其滑块的移动距离（行程）H 等于 的两倍。8．若导杆机构机架长度与曲柄长度的关系为 则构成转动导杆1l 2l 机构。 9．铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和大于 时，则不论取哪一杆作为机架，均只能构成 机构。10．家用缝纫机的踏板机构属于 机构，主动件是 。 11．单缸内燃机属于 机构，它以 为主动件。该机构存在 个死点位置。 12．在图5-1所示铰链四杆机构中若最短，a 杆b 最长，则构成曲柄摇杆机构的条件是： （1） ；（2）以杆 为机架，则杆 为曲柄。 构成双曲柄机构的条件是：（1） ；（2）以杆为 机架，则杆 为曲柄。 13．在图5-1中,若=250mm ，=600mm ，=400 mm ，=550 mm 。取杆为机架a b c d a 可得 机构；取杆为机架可得 机构；取杆为机架b c 可得 机构。 二、判断1．平面连杆机构各构件的运动轨迹一定在同一平面或相互平行的平面内。（ ） 2．在曲柄长度不相等的双曲柄机构中，主动曲柄作等速回转时，从动曲柄作变 速回转。（ ） 3.在曲柄摇杆机构中，摇杆两极限位置的夹角称为极位夹角。（ ） 4.铰链四杆机构中的最短杆就是曲柄。（ ） 5.偏心轮机构的工作原理与曲柄滑块机构的工作原理相同。（ ） 6．急回特性系数K 值愈大，机构的急回特性愈显著；当K=1时，机构无急回特性。（ ） 7．极位夹角愈大，机构的急回特性愈不明显。（ ）8．偏心轮机构不存在死点位置。（ ）9．在导杆机构中构成转动导杆机构的条件是机架的长度小于主动件的长度。 1l 2l （ ） 10. 铰链四杆机构各杆的长度分别为a=175mm ，b=150mm, c=135mm, d=190mm, 分别以不同杆件作为机架，该机构一定能构成三种基本类型的铰链四杆机构。（ ）三、选择 1.平面连杆机构的急回特性系数K （ ）。 A 、＞1 B 、＜1 C 、=1 D 、=02. 铰链四杆机构中，不与机架相连的构件称为（ ）。A 、曲柄 B 、连杆 C 、连架杆 D 、摇杆 3.曲柄摇杆机构（ ）。 第二章平面连杆机构 第二章平面连杆机构 1.平面连杆机构是各构件都是用平面低副（回转副和移动副）联接起来的机构。又称平面低副机构。 2.铰链四杆机构是全部用转动副相连的平面四杆机构。 3.铰链四杆机构可分为三种基本形式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。 4.曲柄滑块机构是改变曲柄摇杆机构中摇杆尺寸为无穷大时形成的。 5.连杆机构中，传动角和压力角之和为__90 _。 6.连杆机构中，传动角越大，机构传动能力越好。 7.所有构件都在相互平行的平面内运动的机构称为平面机构。 8.设计连杆机构时,为了具有良好的传动性能,应使压力角小、传动角大。 9.取最短杆的邻边为机架时，机架上只有一个整转副，得到曲柄摇杆机构。 10.取最短杆为机架时，机架上有两个整转副，得到双曲柄机构。 11.取最短杆的对边为机架时，机架上没有整转副，得到双摇杆机构。 12.平面四杆机构中，如存在急回运动特性，则其行程速比系数Ａ。 A、K＞1 B、K＝1 C、K＜1 D、K＝0 13.在曲柄摇杆机构中，当摇杆为主动件，且Ｂ处于共线位置时，机构处于死点位置。 A、曲柄与机架 B、曲柄与连杆 C、连杆与摇杆 D、连杆与机架 14.曲柄摇杆机构的急回运动特性系数K=1.5，则极位夹角是 C 。 A、o15=θ B、o36=θ C、o24=θ 15.某机构中，需要将原动机的回转运动转化为直线往复运动，应选 D 机构。 A、双曲柄机构 B、摆动导杆机构 C、双摇杆机构 D、曲柄滑块机构 16.平面四杆机构工作时，其传动角Ｃ。 A、始终为９０? B、始终为０? C、是变化值 D、为４５? 17.说明什么是曲柄摇杆机构的死点位置？它对机构有何影响？ 第三章平面连杆机构 第一节概述 平面连杆机构是由若干个构件通过低副联接而成的机构，又称为平面低副机构。由四个构件通过低副联接而成的平面连杆机构，则称为平面四杆机构。它是平面连杆机构中最常见的形式，也是组成平面多杆机构的基础。本章主要介绍平面机构的力分析，机构的效率和自锁问题。 在平面四杆机构中，如果所有的低副都是转动副，这种四杆机构则称为铰链四杆机构。它是平面四杆机构最基本的形式，其他形式的四杆机构都可看作是在它的基础上演化而成的。 平面连杆机构广泛应用于各种机构和仪表中，其主要优点有：①平面连杆机构中的运动副都是低副，组成运动副的两构件之间为面接触，故在传递同样载荷的条件下，两元素间的压强较小，且便于润滑，因而两元素的磨损较轻；②低副两元素的几何形状简单（圆柱面或平面），便于加工制造；③两构件之间的接触是靠本身的几何约束来保持的，所以构件工作可靠；④在主动件以同样的运动规律运动的条件下，如果改变各构件的相对长度，便可使从动件满足不同运动规律的要求；⑤利用平面连杆机构中的连杆可满足多种运动轨迹的要求。平面连杆机构的主要缺点有：①根据从动件所需要的运动规律或轨迹来设计连杆机构比较复杂，而且精度不高；②机构中作平面复杂运动和往复运动的构件所产生的惯性力难以平衡，所以不适用于高速的场合；③机构中具有较长的运动链（即较多的构件和运动副），则各构件的尺寸误差和运动副的间隙将使机构存在较大的累积误差，造成运动规律的偏差增加，同时也会使机械效率降低。 第二节平面四杆机构的基本型式及其演化 一、四杆机构的基本型式 铰链四杆机构是平面四杆机构的基本型式，见图3-1。其中AD 为机架，与机架相连的AB杆和CD杆称为连架杆，不与机架相连的 BC杆称为连杆。一般情况下连杆作复杂的平面运动。能作整周回 转运动的连架杆称为曲柄，只能在一定角度内摆动的连架杆称为摇 杆。图3-1 铰链四杆机构 根据铰链四杆机构有无曲柄,可将其分为三类。 1．曲柄摇杆机构 两连架杆中一个为曲柄，另一个为摇杆的四杆机构，称为曲柄摇杆机构。搅拌机（图3-2）及缝纫机脚踏驱动机构（图3-3）均为曲柄摇杆机构。 2．双曲柄机构 两连架杆均为曲柄的四杆机构称为双曲柄机构。图3-4所示的惯性筛及图3-5所示的机车车轮联动机构都为双曲柄机构。惯性筛机构中，主动曲柄AB等速回转一周时，从动曲柄CD将以变速回转一周，使筛子EF获得较大的加速度，被筛的材料将因惯性而被筛选。第3章 平面连杆机构(第3.1节)
平面连杆机构运动分析
机械设计第2章平面连杆机构
平面连杆机构练习测试题
第二章 平面连杆机构
第三章 平面连杆机构