铰链四杆机构的基本形式和特性.ppt

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41铰链四杆机构的基本形式和特性铰链四杆机构的基本形式和特性第四章第四章平面连杆机构平面连杆机构42铰链四杆机构有整转副的条件铰链四杆机构有整转副的条件43铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化本章要点本章要点1、铰链四杆机构的基本形式及铰链四杆机构、铰链四杆机构的基本形式及铰链四杆机构曲柄运动特性。

曲柄运动特性。

2、平面连杆机构、平面四杆机构概念、平面连杆机构、平面四杆机构概念3、整转副存在的条件。

、整转副存在的条件。

4、铰链四杆机构的演化、铰链四杆机构的演化本章要点本章要点41铰链四杆机构的基本形式和特性铰链四杆机构的基本形式和特性基本概念基本概念1、铰链四杆机构：

、铰链四杆机构：

全部用全部用转动副转动副相连的相连的平面四杆机构平面四杆机构。

它是平它是平面四杆机构的面四杆机构的基本型式基本型式，其它型式的四杆机构，其它型式的四杆机构可看作是在它的基础上通过可看作是在它的基础上通过演化演化而成的。

而成的。

2、机架：

机构的固定构件、机架：

机构的固定构件，如杆，如杆44。

3、连杆：

、连杆：

不直接不直接与机架连接的构件，如杆与机架连接的构件，如杆22。

4、连架杆：

、连架杆：

与机架用与机架用转动副转动副相连接的构件，相连接的构件，如杆如杆11、33。

连架杆可分为：

连架杆可分为：

5、曲柄：

、曲柄：

能绕机架作能绕机架作整周转动整周转动的连架杆，如杆的连架杆，如杆11；6、摇杆：

、摇杆：

只能绕机架只能绕机架作小于作小于360360的的某一角度摆动某一角度摆动的连架杆，如的连架杆，如33。

在铰链四杆机构中，按在铰链四杆机构中，按连架杆能否连架杆能否作整周转动作整周转动，可将铰链四杆机构分为：

，可将铰链四杆机构分为：

一、曲柄摇杆机构一、曲柄摇杆机构二、双曲柄机构二、双曲柄机构三、双摇杆机构三、双摇杆机构一、曲柄摇杆机构一、曲柄摇杆机构两个连架杆中，一个为两个连架杆中，一个为曲柄曲柄，另一个为，另一个为摇杆摇杆，则此铰链四杆机构称为则此铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构。

曲柄曲柄1为原动件，作为原动件，作匀速转动；匀速转动；摇杆摇杆3为从动件，为从动件，作作变速往复摆动变速往复摆动。

雷达天线俯仰机构雷达天线俯仰机构机构特性机构特性雷达天线俯仰机构雷达天线俯仰机构1、机构的、机构的急回运动特性急回运动特性：

曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构的一些主要的一些主要特性：

特性：

摆角摆角C11C22DAB11B22B11C221122,t,t11tt22,vv22=C=C11CC22/t/t2211=180+,=180+,vv11=C=C11CC22/t/t11曲柄转角曲柄转角22=180-=180-CC11CC22CC22CC11铰链铰链C的的平均速度平均速度：

vv11vv22它表明摇杆具它表明摇杆具有有急回运动特性。

急回运动特性。

慢行程慢行程快行程快行程急回运动特性可用急回运动特性可用行程速度变化系数：

（或行程行程速度变化系数：

（或行程速比系数）速比系数）K表示：

表示：

=K=180=180（K-1K-1）/（K+1K+1）vv22/v/v11（CC22CC11/t/t22）/（CC11CC22/t/t11）tt11/t/t2211/22（180+180+）/（180-180-）=极位夹角极位夹角越大，越大，KK值越大，急回运动的性质值越大，急回运动的性质越显著。

越显著。

极限夹角计算公式：

极限夹角计算公式：

式中式中为摇杆处于两极限位置时，对应的曲柄所为摇杆处于两极限位置时，对应的曲柄所夹的锐角，称为夹的锐角，称为极限夹角极限夹角（C2AC1）。

连杆机构输出件具有急回特性的条件：

四、双滑块机构：

改变构件的形状和运动副二、导杆机构：

选用不同的构件为机架第四章平面连杆机构l3（l2-l1）+l44、连架杆：

与机架用转动副相连接的构件，l1+l3l2+l42、平面连杆机构、平面四杆机构概念5、曲柄：

能绕机架作整周转动的连架杆，如杆1；铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭多边形条件：

最长杆的杆长00。

22、死点位置、死点位置：

（主动件条件）（主动件条件）在不计构件的重力、惯性力和运动副中的摩擦阻在不计构件的重力、惯性力和运动副中的摩擦阻力的条件下力的条件下:

当摇杆为主动件当摇杆为主动件，连杆和曲柄共线时，过铰链中，连杆和曲柄共线时，过铰链中心心AA的力，对的力，对AA点不产生力矩，不能使曲柄转动，机构点不产生力矩，不能使曲柄转动，机构的这种位置称为的这种位置称为死点位置死点位置。

BBDDAACCFFDDAABBCCFF工件夹紧机构工件夹紧机构1、机构停在死点位置，不能起动。

运转时，靠、机构停在死点位置，不能起动。

运转时，靠惯性冲过死点。

惯性冲过死点。

2、利用死点实例、利用死点实例缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构四、双滑块机构：

改变构件的形状和运动副4、连架杆：

与机架用转动副相连接的构件，当摇杆为主动件，连杆和曲柄共线时，过铰链中心A的力，对A点不产生力矩，不能使曲柄转动，机构的这种位置称为死点位置。

三、摇块机构和定块机构：

选用不同的构件为机架一、曲柄滑块机构：

改变构件的形状和运动副l1l2，l1l3，l1l4，（3）取最短杆的对边为机架时，机架上没有整转副，曲柄摇杆机构的最小传动角出现在曲柄与机架共线（0或180）的位置。

二、导杆机构：

选用不同的构件为机架曲柄运动特性。

e0，偏置曲柄滑块机构l3（l2-l1）+l4一、曲柄滑块机构：

改变构件的形状和运动尺寸（为钝角）43铰链四杆机构的演化l4（l2-l1）+l3曲柄1为原动件，作匀速转动；l1+l3l2+l45、曲柄：

能绕机架作整周转动的连架杆，如杆1；第四章平面连杆机构一、曲柄滑块机构：

改变构件的形状和运动尺寸e0，偏置曲柄滑块机构3、连杆：

不直接与机架连接的构件，如杆2。

33、压力角和传动角、压力角和传动角AABBCCDDFFvcvc（11）机构）机构压力角压力角:

在不计摩擦力、惯在不计摩擦力、惯性力和重力的条件性力和重力的条件下，机构中驱使输下，机构中驱使输出件出件运动的力运动的力与输与输出件上受力点的出件上受力点的速速度方向度方向间所夹的间所夹的锐锐角角，称为机构，称为机构压力压力角角，通常用，通常用表示。

表示。

传动角传动角：

压力角：

压力角的余角。

的余角。

AABBCCDDvcvcFFF1F1F2F2通常用通常用表示表示.FF11为为有效分力有效分力F1=FcosF1=Fcos,FF11在连杆设计中，为度量方便，习惯用传动角在连杆设计中，为度量方便，习惯用传动角来判来判断机构传力性能。

断机构传力性能。

FF11，机构传力性能越好，机构传力性能越好，反之，机构传力越费劲，传动效率越低。

反之，机构传力越费劲，传动效率越低。

9090，连杆连杆和从动摇杆之间和从动摇杆之间所夹的锐角所夹的锐角minmin；=3060=3060；为为许用传动角许用传动角。

曲柄摇杆机构的曲柄摇杆机构的最小传动角最小传动角出现在曲柄与机架出现在曲柄与机架共线（共线（00或或180180）的位置。

）的位置。

机构运转时，传动角机构运转时，传动角是变化的，为是变化的，为了保证机构的正常工作，了保证机构的正常工作，机构的传动角作出机构的传动角作出如下规定如下规定（P23）BDBD22=ll1122+ll4422-2-2ll11ll44coscos最小传动角的确定最小传动角的确定在在ABDABD和和BCDBCD中：

中：

F2F2F2F2AABBCCDDFFvvccF1F1BBBBCCCCminminll11ll22ll33ll44manmanBDBD22=ll2222+ll3322-2-2ll22ll33coscosBCDBCD=F2F2F2F2AABBCCDDFFvvccF1F1BBBBCCCCminminll11ll22ll33ll44manmanCosCosBCDBCD=（ll2222+ll3322-ll1122-ll4422+2+2ll11ll44coscos）22ll22ll33CosCosBCDBCD180-CosCosBCDBCDCosCosBCDBCDCosCosBCDBCD（为锐角为锐角）（为钝角为钝角）二、双曲柄机构二、双曲柄机构两个连架杆均为两个连架杆均为曲柄曲柄的铰链四杆机构称为的铰链四杆机构称为双曲双曲柄机构柄机构。

特例：

特例：

平行双曲柄机构平行双曲柄机构DABC3412运动特性：

运动特性：

1、曲柄、曲柄1为原动件，作为原动件，作等角速转动；等角速转动；从动件曲柄从动件曲柄3也以也以相同角速度相同角速度转动转动。

平行双曲柄机构：

平行双曲柄机构：

其相对两杆其相对两杆平行平行且且相等相等。

2、当四个铰链中心处于同一直线上时，将出现运、当四个铰链中心处于同一直线上时，将出现运动不确定状态。

动不确定状态。

BB22CC22AABB11CC11DD112233BB33CC33CC33为了消除这种运动不确定状态为了消除这种运动不确定状态,可在主、从动曲柄可在主、从动曲柄上错开一定角度再安装一组平行四边形机构。

上错开一定角度再安装一组平行四边形机构。

AABBCCDD112233BB11BBCCCC11CC11BB11机车驱动轮连动机构机车驱动轮连动机构机车主动轮联动机构机车主动轮联动机构三、双摇杆机构三、双摇杆机构两个连架杆均为两个连架杆均为摇杆摇杆的铰链四杆机构称为的铰链四杆机构称为双摇双摇杆机构杆机构。

DABC3412运动特性：

运动特性：

22铰链四杆机构有整转副的条件铰链四杆机构有整转副的条件一、一、整转副：

整转副：

二、二、整转副存在的条件：

整转副存在的条件：

两构件能相对转动两构件能相对转动360的转动副。

的转动副。

取决于各杆的长度。

取决于各杆的长度。

ll11All44ll22ll33CBDBCBC曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构分析：

若分析：

若ll1能绕能绕A整周相对转动，则存在两个特殊位置整周相对转动，则存在两个特殊位置在在ACACDD中有：

中有：

在在ACACDD中有：

中有：

ll44（ll2-2-ll11）+ll33ll33（ll2-2-ll11）+ll44ll11+ll44ll22+ll33ll1+1+ll33ll22+ll44ll11+ll22ll44+ll33（3）（3）

（2）

（2）

（1）

（1）ll11+ll44ll22+ll33ll1+1+ll33ll22+ll44ll11+ll22ll44+ll33（3）（3）

（2）

（2）

（1）

（1）将（将（11）、（）、（22）、（）、（33）式两两相加，得到以下关系式：

）式两两相加，得到以下关系式：

ll11ll22，ll11ll33，ll11ll44，以上关系表明以上关系表明ll11为最短杆。

为最短杆。

结论：

结论：

（1）整转副存在的条件：

整转副存在的条件：

最短杆与最长杆长度之和小于或等最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和。

于其它两杆长度之和。

（杆长和条件）（杆长和条件）

（2）整转副是由最短杆与其邻边组成。

）整转副是由最短杆与其邻边组成。

由于曲柄是连架杆，整转副处于机架上，才能由于曲柄是连架杆，整转副处于机架上，才能形成曲柄。

所以，具有整转副的铰链四杆机构是否形成曲柄。

所以，具有整转副的铰链四杆机构是否存在曲柄，还应根据选择何杆为机架来判断。

存在曲柄，还应根据选择何杆为机架来判断。

铰链四杆机构类型的判断条件：

铰链四杆机构类型的判断条件：

11在满足杆长和的条件下：

在满足杆长和的条件下：

（11）取最短杆为机架时，机架上有两个整转副，）取最短杆为机架时，机架上有两个整转副，该该该该机构为机构为机构为机构为双曲柄机构双曲柄机构双曲柄机构双曲柄机构。

（22）取最短杆的邻边为机架时，机架上只有一个整）取最短杆的邻边为机架时，机架上只有一个整转副，该机构为转副，该机构为曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构.（33）取最短杆的对边为机架时，机架上没有整转副，）取最短杆的对边为机架时，机架上没有整转副，该机构该机构为为为为双摇杆机构双摇杆机构双摇杆机构双摇杆机构。

22）若不满足杆长和条件：

若不满足杆长和条件：

该机构只能是双摇杆机构。

该机构只能是双摇杆机构。

注意：

注意：

铰链四杆机构必须满足四构件组成的铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭多边形条件：

封闭多边形条件：

最长杆的杆长最长杆的杆长l2，杆杆2能作能作整周转动整周转动，杆，杆4只能往复摆动，称为只能往复摆动，称为摆动摆动导杆导杆机构。

机构。

运动特性：

运动特性：

三、三、摇块机构和定块机构：

摇块机构和定块机构：

选用不同的构件为机架选用不同的构件为机架摆动摆动滑块机构滑块机构自卸卡车车箱的举升机构自卸卡车车箱的举升机构运动特性：

运动特性：

固定固定滑块机构或滑块机构或定块机构定块机构ACB4321ACB4321手摇唧筒手摇唧筒四、四、双滑块机构：

双滑块机构：

改变构件的形状和运动副改变构件的形状和运动副4HACD321H4l1ABD321双滑块机构双滑块机构是具有两个移动副的四杆机构。

是具有两个移动副的四杆机构。

正切机构正切机构正弦机构正弦机构4AD321五、五、偏心轮机构：

偏心轮机构：

扩大转动副扩大转动副杆杆1变为圆盘，其几何变为圆盘，其几何中心为中心为B，运动时，圆盘绕，运动时，圆盘绕偏心偏心A转动，故称为转动，故称为偏心偏心轮轮。

A、B之间的距离称之间的距离称为为偏心距偏心距e，即为曲柄的长，即为曲柄的长度。

度。

扩大扩大转动副转动副B的半径的半径使之超过使之超过曲曲柄的长度柄的长度2341e1234全部用转动副相连的平面四杆机构。

两构件能相对转动360的转动副。

4、连架杆：

与机架用转动副相连接的构件，极位夹角越大，K值越大，急回运动的性质越显著。

三、摇块机构和定块机构：

选用不同的构件为机架CosBCD=（l22+l32-l12-l42+2l1l4cos）铰链四杆机构类型的判断条件：

（1）机构压力角:

在不计摩擦力、惯性力和重力的条件下，机构中驱使输出件运动的力与输出件上受力点的速度方向间所夹的锐角，称为机构压力角，通常用表示。

l1+l3l2+l4机构为双曲柄机构。

l1+l2l4+l343铰链四杆机构的演化两构件能相对转动360的转动副。

传动角：

压力角的余角。

2、当四个铰链中心处于同一直线上时，将出现运动不确定状态。

连杆机构输出件具有急回特性的条件：

l3（l2-l1）+l4杆1变为圆盘，其几何中心为B，运动时，圆盘绕偏心A转动，故称为偏心轮。

5、曲柄：

能绕机架作整周转动的连架杆，如杆1；e0，偏置曲柄滑块机构该机构为双摇杆机构。

l1+l4l2+l3二、导杆机构：

选用不同的构件为机架铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭多边形条件：

最长杆的杆长l2，杆2能作整周转动，杆4只能往复摆动，称为摆动导杆机构。

2、机架：

机构的固定构件，如杆4。

l1+l3l2+l4l1+l2l4+l3第四章平面连杆机构l1+l2l4+l3CosBCD=（l22+l32-l12-l42+2l1l4cos）所以，具有整转副的铰链四杆机构是否存在曲柄，还应根据选择何杆为机架来判断。

l1l2，l1l3，l1l4，5、曲柄：

能绕机架作整周转动的连架杆，如杆1；三、摇块机构和定块机构：

选用不同的构件为机架三、摇块机构和定块机构：

选用不同的构件为机架机构运转时，传动角是变化的，为了保证机构的正常工作，机构的传动角作出如下规定（P23）（C2C1/t2）/（C1C2/t1）42铰链四杆机构有整转副的条件CosBCD=（l22+l32-l12-l42+2l1l4cos）l1+l3l2+l4的连架杆，如3。

它是平面四杆机构的基本型式，其它型式的四杆机构可看作是在它的基础上通过演化而成的。

4、铰链四杆机构的演化第四章平面连杆机构通过用移动副取代转动副、变更杆件长度，变更机架和扩大转动副等途径，可得到铰链四杆机构的其它演化形式。

两构件能相对转动360的转动副。

2、机架：

机构的固定构件，如杆4。

传动角：

压力角的余角。

一、曲柄滑块机构：

改变构件的形状和运动尺寸四、双滑块机构：

改变构件的形状和运动副由于曲柄是连架杆，整转副处于机架上，才能形成曲柄。

极位夹角越大，K值越大，急回运动的性质越显著。

6、摇杆：

只能绕机架作小于360的某一角度摆动4、连架杆：

与机架用转动副相连接的构件，1、机构的急回运动特性：

1、铰链四杆机构的基本形式及铰链四杆机构，连杆和从动摇杆之间所夹的锐角