机械设计基础11平面连杆机构.ppt

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1、第第11章章 平面连杆机构平面连杆机构 11.1 11.1 铰链四杆机构铰链四杆机构铰链四杆机构铰链四杆机构 11.1.1 11.1.1 铰链四杆机构的类型及应用铰链四杆机构的类型及应用铰链四杆机构的类型及应用铰链四杆机构的类型及应用 11.1.2 11.1.2 铰链四杆机构类型的判别铰链四杆机构类型的判别铰链四杆机构类型的判别铰链四杆机构类型的判别 11.2 11.2 具有一个移动副的平面四杆机构具有一个移动副的平面四杆机构具有一个移动副的平面四杆机构具有一个移动副的平面四杆机构 11.2.1 11.2.1 曲柄滑块机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构 1111.2.2 .2.2 曲柄滑

2、块机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构 11.3 11.3 偏心轮机构和平面多杆机构偏心轮机构和平面多杆机构偏心轮机构和平面多杆机构偏心轮机构和平面多杆机构 11.3.1 11.3.1 偏心轮机构偏心轮机构偏心轮机构偏心轮机构 11.3.2 11.3.2 平面多杆机构平面多杆机构平面多杆机构平面多杆机构 11.4 11.4 平面四杆机构的运动特性平面四杆机构的运动特性平面四杆机构的运动特性平面四杆机构的运动特性 11.4.1 11.4.1 曲柄摇杆机构的运动特性曲柄摇杆机构的运动特性曲柄摇杆机构的运动特性曲柄摇杆机构的运动特性 11.4.2 11.4.2 曲柄滑块机构的运动特性曲柄滑块机构

3、的运动特性曲柄滑块机构的运动特性曲柄滑块机构的运动特性 11.4.3 11.4.3 曲柄摆动导杆机构的运动特性曲柄摆动导杆机构的运动特性曲柄摆动导杆机构的运动特性曲柄摆动导杆机构的运动特性 11.5 11.5 曲柄摆动导杆机构的运动特性曲柄摆动导杆机构的运动特性曲柄摆动导杆机构的运动特性曲柄摆动导杆机构的运动特性 11.5.1 11.5.1 按给定的连杆长度和位置设计平面四杆机构按给定的连杆长度和位置设计平面四杆机构按给定的连杆长度和位置设计平面四杆机构按给定的连杆长度和位置设计平面四杆机构 11.5.2 11.5.2 按给定的行程速度变化系数设计平面四杆机构按给定的行程速度变化系数设计平面四

4、杆机构按给定的行程速度变化系数设计平面四杆机构按给定的行程速度变化系数设计平面四杆机构 本章本章本章本章习题习题 11.1 铰链四杆机构铰链四杆机构 11.1.1 11.1.1 铰链四杆机构的类型及应用铰链四杆机构的类型及应用铰链四杆机构的类型及应用铰链四杆机构的类型及应用 根据连架杆的不同运动形式，铰链四杆机构可分为曲柄摇杆机根据连架杆的不同运动形式，铰链四杆机构可分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本类型。构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本类型。1 1曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 两个连架杆中一个为曲柄另一个为摇杆的四杆机构，称为曲柄两个连架杆中一个为曲柄另一

5、个为摇杆的四杆机构，称为曲柄两个连架杆中一个为曲柄另一个为摇杆的四杆机构，称为曲柄两个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，如图摇杆机构，如图摇杆机构，如图摇杆机构，如图11.111.111.111.1所示。其中构件所示。其中构件所示。其中构件所示。其中构件1 1 1 1是曲柄，构件是曲柄，构件是曲柄，构件是曲柄，构件3 3 3 3是摇杆。是摇杆。是摇杆。是摇杆。图11.1 铰链四杆机构 图11.2 雷达天线俯仰角调整机构图 11.1.1 11.1.1 铰链四杆机构的类型及应用铰链四杆机构的类型及应用铰链四杆机构的类型及应用铰链四杆机构的类型及应用 2 2双曲柄机构双曲柄

6、机构双曲柄机构双曲柄机构 两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。在图两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。在图两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。在图两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。在图11.411.411.411.4所所所所示的惯性筛机构中，由构件示的惯性筛机构中，由构件示的惯性筛机构中，由构件示的惯性筛机构中，由构件1 1 1 1、2 2 2 2、3 3 3 3、6 6 6 6构成的铰链四杆机构为双构成的铰链四杆机构为双构成的铰链四杆机构为双构成的铰链四杆机构为双曲柄机构。主动件曲柄曲柄机构。主动件曲柄曲柄机构。主动件曲柄曲柄机构。主动件曲柄1 1

7、1 1匀速转动，从动曲柄匀速转动，从动曲柄匀速转动，从动曲柄匀速转动，从动曲柄3 3 3 3则作周期性变速回则作周期性变速回则作周期性变速回则作周期性变速回转运动，通过连杆转运动，通过连杆转运动，通过连杆转运动，通过连杆4 4 4 4使筛子在往复运动中具有所需的加速度，从使筛子在往复运动中具有所需的加速度，从使筛子在往复运动中具有所需的加速度，从使筛子在往复运动中具有所需的加速度，从而达到筛分物料的目的而达到筛分物料的目的而达到筛分物料的目的而达到筛分物料的目的。图11.4 惯性筛机构 2 2双曲柄机构双曲柄机构双曲柄机构双曲柄机构在铰链四杆机构中，若对边的长度相等而且平行在铰链四杆机构中，若

8、对边的长度相等而且平行在铰链四杆机构中，若对边的长度相等而且平行在铰链四杆机构中，若对边的长度相等而且平行,该机构称为平行该机构称为平行该机构称为平行该机构称为平行四边形机构。如图四边形机构。如图四边形机构。如图四边形机构。如图11.511.511.511.5所示，不论以哪个构件为机架，平行四边所示，不论以哪个构件为机架，平行四边所示，不论以哪个构件为机架，平行四边所示，不论以哪个构件为机架，平行四边形机构都是双曲柄机构。形机构都是双曲柄机构。形机构都是双曲柄机构。形机构都是双曲柄机构。3 3双摇杆机构双摇杆机构双摇杆机构双摇杆机构 两个连架杆均为摇杆的铰链四杆两个连架杆均为摇杆的铰链四杆两个

9、连架杆均为摇杆的铰链四杆两个连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。图机构称为双摇杆机构。图机构称为双摇杆机构。图机构称为双摇杆机构。图11.911.911.911.9所所所所示的鹤式起重机中的四杆机构即示的鹤式起重机中的四杆机构即示的鹤式起重机中的四杆机构即示的鹤式起重机中的四杆机构即为双摇杆机构。当主动件摆动时，为双摇杆机构。当主动件摆动时，为双摇杆机构。当主动件摆动时，为双摇杆机构。当主动件摆动时，从动摇杆也随之摆动，而且可以从动摇杆也随之摆动，而且可以从动摇杆也随之摆动，而且可以从动摇杆也随之摆动，而且可以通过设计找到连杆上某点的运动通过设计找到连杆上某点的运动通过设计找到连杆上某

10、点的运动通过设计找到连杆上某点的运动轨迹近似为水平直线。轨迹近似为水平直线。轨迹近似为水平直线。轨迹近似为水平直线。图11.5 平行四边形机构 图11.9 鹤式起重机 11.1.2 11.1.2 铰链四杆机构的类型及应用铰链四杆机构的类型及应用铰链四杆机构的类型及应用铰链四杆机构的类型及应用1 1 曲柄存在的条件曲柄存在的条件曲柄存在的条件曲柄存在的条件在图在图在图在图11.1111.1111.1111.11所示的铰链四杆机构中，各杆长度分别为所示的铰链四杆机构中，各杆长度分别为所示的铰链四杆机构中，各杆长度分别为所示的铰链四杆机构中，各杆长度分别为 、，杆杆杆杆1 1 1 1、杆、杆、杆、杆

11、3 3 3 3为连架杆、杆为连架杆、杆为连架杆、杆为连架杆、杆2 2 2 2为连杆、杆为连杆、杆为连杆、杆为连杆、杆4 4 4 4为机架，如果连架杆为机架，如果连架杆为机架，如果连架杆为机架，如果连架杆1 1 1 1能作整能作整能作整能作整周回转，即为曲柄，那么周回转，即为曲柄，那么周回转，即为曲柄，那么周回转，即为曲柄，那么1 1 1 1必须能顺利通过与机架必须能顺利通过与机架必须能顺利通过与机架必须能顺利通过与机架4 4 4 4共线的两个位置共线的两个位置共线的两个位置共线的两个位置和。和。和。和。当曲柄处于当曲柄处于当曲柄处于当曲柄处于 位置时，形成位置时，形成位置时，形成位置时，形成

12、，可，可，可，可得得得得 处于位置时处于位置时处于位置时处于位置时 ，形成，形成，形成，形成 ，可得，可得，可得，可得 ，由由由由分分分分析析析析表表表表明明明明，在在在在铰铰铰铰链链链链四四四四杆杆杆杆机机机机构构构构中中中中，连连连连架架架架杆杆杆杆1 1 1 1成成成成为为为为曲曲曲曲柄柄柄柄的的的的条条条条件件件件如如如如下下下下：(1)(1)(1)(1)连连连连架架架架杆杆杆杆1 1 1 1是是是是最最最最短短短短杆杆杆杆(2)(2)(2)(2)最最最最短短短短杆杆杆杆与与与与最最最最长长长长杆杆杆杆长长长长度度度度之之之之和和和和小小小小于于于于或或或或等等等等于于于于其其其其余余

13、余余两两两两杆长度之和。杆长度之和。杆长度之和。杆长度之和。图11.11 铰链四杆机构曲柄存在条件的分析 11.1.2 11.1.2 铰链四杆机构的类型及应用铰链四杆机构的类型及应用铰链四杆机构的类型及应用铰链四杆机构的类型及应用 2 2铰链四杆机构类型的判断铰链四杆机构类型的判断铰链四杆机构类型的判断铰链四杆机构类型的判断 若最短杆与最长杆长度之和小于或等于另外两杆长度之和，则若最短杆与最长杆长度之和小于或等于另外两杆长度之和，则若最短杆与最长杆长度之和小于或等于另外两杆长度之和，则若最短杆与最长杆长度之和小于或等于另外两杆长度之和，则(1)(1)当最短杆为连架杆时，该机构是曲柄摇杆机构。当

14、最短杆为连架杆时，该机构是曲柄摇杆机构。当最短杆为连架杆时，该机构是曲柄摇杆机构。当最短杆为连架杆时，该机构是曲柄摇杆机构。(2)(2)当最短杆为机架时，该机构是双曲柄机构。当最短杆为机架时，该机构是双曲柄机构。当最短杆为机架时，该机构是双曲柄机构。当最短杆为机架时，该机构是双曲柄机构。(3)(3)当最短杆为连杆时，该机构是双摇杆机构。当最短杆为连杆时，该机构是双摇杆机构。当最短杆为连杆时，该机构是双摇杆机构。当最短杆为连杆时，该机构是双摇杆机构。若若若若最最最最短短短短杆杆杆杆与与与与最最最最长长长长杆杆杆杆长长长长度度度度之之之之和和和和大大大大于于于于其其其其余余余余两两两两杆杆杆杆长长

15、长长度度度度之之之之和和和和，因因因因机机机机构构构构中中中中不不不不可可可可能能能能有有有有曲曲曲曲柄柄柄柄存存存存在在在在，故故故故不不不不论论论论取取取取任任任任何何何何构构构构件件件件为为为为机机机机架架架架，都都都都是是是是双双双双摇摇摇摇杆杆杆杆机机机机构。构。构。构。若构件的长度具有特殊的关系，如不相邻的杆长两两分别相等，若构件的长度具有特殊的关系，如不相邻的杆长两两分别相等，若构件的长度具有特殊的关系，如不相邻的杆长两两分别相等，若构件的长度具有特殊的关系，如不相邻的杆长两两分别相等，该机构不论以哪个杆件为机架，都是双曲柄机构该机构不论以哪个杆件为机架，都是双曲柄机构该机构不论

16、以哪个杆件为机架，都是双曲柄机构该机构不论以哪个杆件为机架，都是双曲柄机构(平行四杆机构平行四杆机构平行四杆机构平行四杆机构或反向双曲柄机构或反向双曲柄机构或反向双曲柄机构或反向双曲柄机构)。11.2 具有一个移动副的平面四杆机构具有一个移动副的平面四杆机构 11.1.2 11.1.2 铰链四杆机构的类型及应用铰链四杆机构的类型及应用铰链四杆机构的类型及应用铰链四杆机构的类型及应用 在图在图在图在图11.12(a)11.12(a)11.12(a)11.12(a)所示的曲柄摇杆机构中，摇杆所示的曲柄摇杆机构中，摇杆所示的曲柄摇杆机构中，摇杆所示的曲柄摇杆机构中，摇杆3 3 3 3上上上上C C

17、C C点的运动轨迹是以点的运动轨迹是以点的运动轨迹是以点的运动轨迹是以D D D D为圆心、为圆心、为圆心、为圆心、CDCDCDCD长为半径的圆弧长为半径的圆弧长为半径的圆弧长为半径的圆弧 。若杆。若杆。若杆。若杆3 3 3 3长度增至无穷大，则如图长度增至无穷大，则如图长度增至无穷大，则如图长度增至无穷大，则如图11.12(b)11.12(b)11.12(b)11.12(b)所示，所示，所示，所示，C C C C点轨迹变为直线点轨迹变为直线点轨迹变为直线点轨迹变为直线 。于是摇杆。于是摇杆。于是摇杆。于是摇杆3 3 3 3演化为直线运动演化为直线运动演化为直线运动演化为直线运动的滑块，原曲柄

18、摇杆机构中的转动副演化为图的滑块，原曲柄摇杆机构中的转动副演化为图的滑块，原曲柄摇杆机构中的转动副演化为图的滑块，原曲柄摇杆机构中的转动副演化为图11.12c11.12c11.12c11.12c所示的曲柄滑所示的曲柄滑所示的曲柄滑所示的曲柄滑块机构。块机构。块机构。块机构。若点若点若点若点C C C C运动轨迹运动轨迹运动轨迹运动轨迹A A A A正对曲正对曲正对曲正对曲柄转动中心，则称为对柄转动中心，则称为对柄转动中心，则称为对柄转动中心，则称为对心曲柄滑块机构如图心曲柄滑块机构如图心曲柄滑块机构如图心曲柄滑块机构如图11.12(c)11.12(c)11.12(c)11.12(c)所示；若所

19、示；若所示；若所示；若C C C C点运点运点运点运动轨迹动轨迹动轨迹动轨迹 的延长线与曲的延长线与曲的延长线与曲的延长线与曲柄转动中心柄转动中心柄转动中心柄转动中心A A A A之间存在偏之间存在偏之间存在偏之间存在偏距距距距eeee如图如图如图如图11.12(d)11.12(d)11.12(d)11.12(d)所示所示所示所示 ，则称为偏置曲柄滑块，则称为偏置曲柄滑块，则称为偏置曲柄滑块，则称为偏置曲柄滑块机构机构机构机构 。11.1.2 11.1.2 铰链四杆机构的类型及应用铰链四杆机构的类型及应用铰链四杆机构的类型及应用铰链四杆机构的类型及应用导杆机构可以看成是通过改变曲柄滑块机构中的

20、固定构件演化而来导杆机构可以看成是通过改变曲柄滑块机构中的固定构件演化而来导杆机构可以看成是通过改变曲柄滑块机构中的固定构件演化而来导杆机构可以看成是通过改变曲柄滑块机构中的固定构件演化而来的。演化后能在滑块中作相对移动的构件的。演化后能在滑块中作相对移动的构件的。演化后能在滑块中作相对移动的构件的。演化后能在滑块中作相对移动的构件 图图图图11.14(b)11.14(b)11.14(b)11.14(b)、(c)(c)(c)(c)、(d)(d)(d)(d)中中中中的构件的构件的构件的构件4444称为导杆。根据导杆的运动特征，导杆又分为四种类型。称为导杆。根据导杆的运动特征，导杆又分为四种类型。

21、称为导杆。根据导杆的运动特征，导杆又分为四种类型。称为导杆。根据导杆的运动特征，导杆又分为四种类型。1 1曲柄转动导杆机构曲柄转动导杆机构曲柄转动导杆机构曲柄转动导杆机构 在图在图在图在图11.14(b)11.14(b)11.14(b)11.14(b)中，以杆中，以杆中，以杆中，以杆1 1 1 1为机架，为机架，为机架，为机架，由于杆的长度由于杆的长度由于杆的长度由于杆的长度 ，因此杆，因此杆，因此杆，因此杆2 2 2 2和杆和杆和杆和杆4 4 4 4都可以作整周转动。这种都可以作整周转动。这种都可以作整周转动。这种都可以作整周转动。这种具有一个曲柄和一个能作整周转具有一个曲柄和一个能作整周转

22、具有一个曲柄和一个能作整周转具有一个曲柄和一个能作整周转动导杆的四杆机构称为曲柄转动动导杆的四杆机构称为曲柄转动动导杆的四杆机构称为曲柄转动动导杆的四杆机构称为曲柄转动导杆机构。导杆机构。导杆机构。导杆机构。图图图图11.1511.1511.1511.15所示的小所示的小所示的小所示的小型刨床机构简图中，采用的就是型刨床机构简图中，采用的就是型刨床机构简图中，采用的就是型刨床机构简图中，采用的就是由杆由杆由杆由杆1 1 1 1、2 2 2 2、3 3 3 3、4 4 4 4组成的曲柄转动组成的曲柄转动组成的曲柄转动组成的曲柄转动导杆机构。导杆机构。导杆机构。导杆机构。(a)曲柄滑块机构 (b)

23、曲柄转动导杆机构图11.15 曲柄转动导杆机构在小型刨床机构中的应用2 2 曲柄摆动导杆机构曲柄摆动导杆机构曲柄摆动导杆机构曲柄摆动导杆机构 在图在图在图在图11.14(b)11.14(b)11.14(b)11.14(b)中，如果杆的长度中，如果杆的长度中，如果杆的长度中，如果杆的长度 ，那么机构演化成图，那么机构演化成图，那么机构演化成图，那么机构演化成图11.16(a)11.16(a)11.16(a)11.16(a)所示的曲柄摆动导杆机构。图所示的曲柄摆动导杆机构。图所示的曲柄摆动导杆机构。图所示的曲柄摆动导杆机构。图11.16(b)11.16(b)11.16(b)11.16(b)所示为曲

24、柄所示为曲柄所示为曲柄所示为曲柄BCBCBCBC摆动摆动摆动摆动导杆机构在电器开关中的应用。当曲柄处于图示位置时，动触点导杆机构在电器开关中的应用。当曲柄处于图示位置时，动触点导杆机构在电器开关中的应用。当曲柄处于图示位置时，动触点导杆机构在电器开关中的应用。当曲柄处于图示位置时，动触点4 4 4 4和静触点和静触点和静触点和静触点1 1 1 1接触，当接触，当接触，当接触，当BCBCBCBC偏离图示位置时，两触点分开。偏离图示位置时，两触点分开。偏离图示位置时，两触点分开。偏离图示位置时，两触点分开。(a)曲柄摆动导杆机构 (b)曲柄摆动导杆机构在电器开关中的应用 图图11.16 11.16

25、 曲柄摆动导杆机构曲柄摆动导杆机构3 3移动导杆机构移动导杆机构移动导杆机构移动导杆机构 在图在图在图在图11.14(c)11.14(c)11.14(c)11.14(c)中，以构件中，以构件中，以构件中，以构件3 3 3 3为机架，便得到移动导杆机构。图为机架，便得到移动导杆机构。图为机架，便得到移动导杆机构。图为机架，便得到移动导杆机构。图11.17(b)11.17(b)11.17(b)11.17(b)所示的抽水唧筒就是移动导杆机构的应用实例。所示的抽水唧筒就是移动导杆机构的应用实例。所示的抽水唧筒就是移动导杆机构的应用实例。所示的抽水唧筒就是移动导杆机构的应用实例。(c)移动导杆机构 d)

26、摆动导杆滑块机构 图11.14 曲柄滑块机构向导杆机构的演化 a)移动导杆机构 (b)抽水唧筒图11.17 移动导杆机构的应用实例 4 4摆动导杆滑块机构摆动导杆滑块机构摆动导杆滑块机构摆动导杆滑块机构 在图在图在图在图11.14(d)11.14(d)11.14(d)11.14(d)中，以杆中，以杆中，以杆中，以杆2 2 2 2为机架，便得到摆动导杆滑块机构。图为机架，便得到摆动导杆滑块机构。图为机架，便得到摆动导杆滑块机构。图为机架，便得到摆动导杆滑块机构。图11.1811.1811.1811.18所示的汽车自动卸料机构用的就是摆动导杆滑块机构。所示的汽车自动卸料机构用的就是摆动导杆滑块机构

27、。所示的汽车自动卸料机构用的就是摆动导杆滑块机构。所示的汽车自动卸料机构用的就是摆动导杆滑块机构。(a)(a)摆动导杆滑块机构摆动导杆滑块机构 (b)(b)汽车自动卸料机构汽车自动卸料机构图11.18 汽车自动卸料机构 11.3 偏心轮机构和平面多杆机构偏心轮机构和平面多杆机构 11.3.1 11.3.1 铰链四杆机构的类型及应用铰链四杆机构的类型及应用铰链四杆机构的类型及应用铰链四杆机构的类型及应用 偏心轮机构实际上也是由铰链四杆机构演化而来的。偏心轮机构实际上也是由铰链四杆机构演化而来的。偏心轮机构实际上也是由铰链四杆机构演化而来的。偏心轮机构实际上也是由铰链四杆机构演化而来的。在图在图在

28、图在图11.19(a)11.19(a)11.19(a)11.19(a)所示的曲柄摇杆机构中，回转副所示的曲柄摇杆机构中，回转副所示的曲柄摇杆机构中，回转副所示的曲柄摇杆机构中，回转副B B B B是由曲柄上的销轴与连杆上的是由曲柄上的销轴与连杆上的是由曲柄上的销轴与连杆上的是由曲柄上的销轴与连杆上的轴孔所组成的，当曲柄轴孔所组成的，当曲柄轴孔所组成的，当曲柄轴孔所组成的，当曲柄ABABABAB的长度较小，而销轴上又要承受较大载荷时，将销的长度较小，而销轴上又要承受较大载荷时，将销的长度较小，而销轴上又要承受较大载荷时，将销的长度较小，而销轴上又要承受较大载荷时，将销轴直径加大，则连杆的轴孔也必

29、须相应地加大。当曲柄的销轴直径加大到大轴直径加大，则连杆的轴孔也必须相应地加大。当曲柄的销轴直径加大到大轴直径加大，则连杆的轴孔也必须相应地加大。当曲柄的销轴直径加大到大轴直径加大，则连杆的轴孔也必须相应地加大。当曲柄的销轴直径加大到大于曲柄于曲柄于曲柄于曲柄ABABABAB的长度时，则连杆的轴孔的长度时，则连杆的轴孔的长度时，则连杆的轴孔的长度时，则连杆的轴孔B B B B就形成了环状，曲柄就形成了环状，曲柄就形成了环状，曲柄就形成了环状，曲柄ABABABAB变成为一个仍然绕变成为一个仍然绕变成为一个仍然绕变成为一个仍然绕点转动而几何中心为点转动而几何中心为点转动而几何中心为点转动而几何中心

30、为B B B B的圆盘的圆盘的圆盘的圆盘(也就是偏心轮也就是偏心轮也就是偏心轮也就是偏心轮)，如图，如图，如图，如图11.19(b)11.19(b)11.19(b)11.19(b)所示。虽然结构所示。虽然结构所示。虽然结构所示。虽然结构形状改变了，但由于杆件形状改变了，但由于杆件形状改变了，但由于杆件形状改变了，但由于杆件ABABABAB、BCBCBCBC、CDCDCDCD、ADADADAD的长度均未改变，因此各构件间的的长度均未改变，因此各构件间的的长度均未改变，因此各构件间的的长度均未改变，因此各构件间的相对运动关系均未改变。点相对运动关系均未改变。点相对运动关系均未改变。点相对运动关系均

31、未改变。点B B B B到到到到A A A A点的距离称为偏心距，它等于曲柄的长度。点的距离称为偏心距，它等于曲柄的长度。点的距离称为偏心距，它等于曲柄的长度。点的距离称为偏心距，它等于曲柄的长度。这种偏心轮机构适用于曲柄短、受力大的场合。这种偏心轮机构适用于曲柄短、受力大的场合。这种偏心轮机构适用于曲柄短、受力大的场合。这种偏心轮机构适用于曲柄短、受力大的场合。(a)曲柄摇杆机构 (b)偏心轮机构 11.3.2 11.3.2 平面多杆机构平面多杆机构平面多杆机构平面多杆机构 平面四杆机构是平面连杆机构的基本形式。在实际应用中，常平面四杆机构是平面连杆机构的基本形式。在实际应用中，常平面四杆机

32、构是平面连杆机构的基本形式。在实际应用中，常平面四杆机构是平面连杆机构的基本形式。在实际应用中，常将多个平面四杆机构组合在一起，构成平面多杆机构，以满足将多个平面四杆机构组合在一起，构成平面多杆机构，以满足将多个平面四杆机构组合在一起，构成平面多杆机构，以满足将多个平面四杆机构组合在一起，构成平面多杆机构，以满足各种不同的工作要求。图各种不同的工作要求。图各种不同的工作要求。图各种不同的工作要求。图11.411.411.411.4所示的惯性筛机构便是由构件所示的惯性筛机构便是由构件所示的惯性筛机构便是由构件所示的惯性筛机构便是由构件1 1 1 1、2 2 2 2、3 3 3 3、6 6 6 6

33、组成的双曲柄机构和由构件组成的双曲柄机构和由构件组成的双曲柄机构和由构件组成的双曲柄机构和由构件3 3 3 3、4 4 4 4、5 5 5 5、6 6 6 6组成的曲柄滑块组成的曲柄滑块组成的曲柄滑块组成的曲柄滑块机构组合而成的六杆机构，图机构组合而成的六杆机构，图机构组合而成的六杆机构，图机构组合而成的六杆机构，图11.1511.1511.1511.15也是平面多杆机构的应用实也是平面多杆机构的应用实也是平面多杆机构的应用实也是平面多杆机构的应用实例。例。例。例。11.4 平面四杆机构的运动特性平面四杆机构的运动特性 11.4.1 11.4.1 曲柄摇杆机构的运动特性曲柄摇杆机构的运动特性曲

34、柄摇杆机构的运动特性曲柄摇杆机构的运动特性 1 1急回特性急回特性急回特性急回特性在图在图在图在图11.2011.2011.2011.20所示的曲柄摇杆机构中，当曲柄所示的曲柄摇杆机构中，当曲柄所示的曲柄摇杆机构中，当曲柄所示的曲柄摇杆机构中，当曲柄ABABABAB为主动件并作整周为主动件并作整周为主动件并作整周为主动件并作整周转动时，摇杆转动时，摇杆转动时，摇杆转动时，摇杆CDCDCDCD作往复摆动。当曲柄作往复摆动。当曲柄作往复摆动。当曲柄作往复摆动。当曲柄ABABABAB转到转到转到转到 的位置时，摇杆的位置时，摇杆的位置时，摇杆的位置时，摇杆CDCDCDCD达到右极限达到右极限达到右极

35、限达到右极限 位置，曲柄与连杆拉直共线；当曲柄转到位置位置，曲柄与连杆拉直共线；当曲柄转到位置位置，曲柄与连杆拉直共线；当曲柄转到位置位置，曲柄与连杆拉直共线；当曲柄转到位置时，摇杆达到左极限位置，曲柄与连杆重叠共线。从动件摇杆时，摇杆达到左极限位置，曲柄与连杆重叠共线。从动件摇杆时，摇杆达到左极限位置，曲柄与连杆重叠共线。从动件摇杆时，摇杆达到左极限位置，曲柄与连杆重叠共线。从动件摇杆处于两极限位置时，曲柄对应两个位置所夹的锐角处于两极限位置时，曲柄对应两个位置所夹的锐角处于两极限位置时，曲柄对应两个位置所夹的锐角处于两极限位置时，曲柄对应两个位置所夹的锐角称为极位称为极位称为极位称为极位夹

36、角夹角夹角夹角。当曲柄沿顺时针方向以等角速度当曲柄沿顺时针方向以等角速度当曲柄沿顺时针方向以等角速度当曲柄沿顺时针方向以等角速度 由位置由位置由位置由位置 转到转到转到转到 时，其转角时，其转角时，其转角时，其转角 ，所用时间为，所用时间为，所用时间为，所用时间为 ，与此同，与此同，与此同，与此同时，摇杆由位置时，摇杆由位置时，摇杆由位置时，摇杆由位置 摆到摆到摆到摆到 ，其摆角为，其摆角为，其摆角为，其摆角为 ，C C C C点点点点的平均速度的平均速度的平均速度的平均速度 ；当曲柄继续由位置；当曲柄继续由位置；当曲柄继续由位置；当曲柄继续由位置 转到时转到时转到时转到时 ，其转角为，其转角

37、为，其转角为，其转角为 ，所用时间为，所用时间为，所用时间为，所用时间为 ，这时摇杆由位置，这时摇杆由位置，这时摇杆由位置，这时摇杆由位置 摆到摆到摆到摆到 ，摆角仍为，摆角仍为，摆角仍为，摆角仍为 ，C C C C点的平均速度点的平均速度点的平均速度点的平均速度 ；显然；显然；显然；显然 。图11.20 曲柄摇杆机构的急回特性 图11.20 曲柄摇杆机构的急回特性 摇摇摇摇杆杆杆杆由由由由位位位位置置置置 摆摆摆摆到到到到 这这这这一一一一过过过过程程程程称称称称为为为为工工工工作作作作行行行行程程程程，摇摇摇摇杆杆杆杆由由由由位位位位置置置置摆摆摆摆到到到到这这这这一一一一过过过过程程程程

38、称称称称为为为为返返返返回回回回空空空空行行行行程程程程。通通通通常常常常把把把把摇摇摇摇杆杆杆杆返返返返回回回回空空空空行行行行程程程程速速速速度度度度大大大大于于于于工工工工作作作作行行行行程程程程速速速速度度度度这这这这一一一一运运运运动动动动特特特特性性性性，称称称称为为为为急急急急回回回回特特特特性性性性。为为为为了了了了表表表表示示示示急急急急回回回回特特特特性性性性的的的的相相相相对对对对程度，引入行程速度变化系数程度，引入行程速度变化系数程度，引入行程速度变化系数程度，引入行程速度变化系数K K K K，即，即，即，即 (11.4)(11.4)(11.4)(11.4)显然，显然

39、，显然，显然，值越大，机构急回特性越显著。值越大，机构急回特性越显著。值越大，机构急回特性越显著。值越大，机构急回特性越显著。值与极位夹角值与极位夹角值与极位夹角值与极位夹角 有关。有关。有关。有关。越大，越大，越大，越大，值越大；当值越大；当值越大；当值越大；当 时，时，时，时，机构无急回特性。由以上分析，机构无急回特性。由以上分析，机构无急回特性。由以上分析，机构无急回特性。由以上分析可以看出，曲柄摇杆机构有急回特性的条件是：极位夹角可以看出，曲柄摇杆机构有急回特性的条件是：极位夹角可以看出，曲柄摇杆机构有急回特性的条件是：极位夹角可以看出，曲柄摇杆机构有急回特性的条件是：极位夹角 不等不

40、等不等不等于于于于0 0 0 0。由式。由式。由式。由式(11.4)(11.4)(11.4)(11.4)可得极位夹角可得极位夹角可得极位夹角可得极位夹角 K K K KK K K KK K K K2 2压力角和传动角压力角和传动角压力角和传动角压力角和传动角 11.4.1 11.4.1 曲柄摇杆机构的运动特性曲柄摇杆机构的运动特性曲柄摇杆机构的运动特性曲柄摇杆机构的运动特性在图在图在图在图11.2111.2111.2111.21所示的曲柄摇杆机构中，所示的曲柄摇杆机构中，所示的曲柄摇杆机构中，所示的曲柄摇杆机构中，曲柄曲柄曲柄曲柄ABABABAB是主动件。忽略各杆的质是主动件。忽略各杆的质是主

41、动件。忽略各杆的质是主动件。忽略各杆的质量、惯性力和运动副中的摩擦力，量、惯性力和运动副中的摩擦力，量、惯性力和运动副中的摩擦力，量、惯性力和运动副中的摩擦力，则连杆则连杆则连杆则连杆BCBCBCBC是二力共线的构件。从是二力共线的构件。从是二力共线的构件。从是二力共线的构件。从动件动件动件动件CDCDCDCD上上上上C C C C点的受力方向和该点的点的受力方向和该点的点的受力方向和该点的点的受力方向和该点的速度方向之间所夹的锐角速度方向之间所夹的锐角速度方向之间所夹的锐角速度方向之间所夹的锐角 ，称，称，称，称为机构在该点处的压力角。为机构在该点处的压力角。为机构在该点处的压力角。为机构在

42、该点处的压力角。将力将力将力将力F F F F分解为相互垂直的两个分力分解为相互垂直的两个分力分解为相互垂直的两个分力分解为相互垂直的两个分力F F F Ft t t t和和和和F F F Fn n n n，F F F Ft t t t的方向与铰链的方向与铰链的方向与铰链的方向与铰链C C C C点的速点的速点的速点的速度方向度方向度方向度方向v v v vc c c c一致，一致，一致，一致，F F F Fn n n n的方向沿着的方向沿着的方向沿着的方向沿着CDCDCDCD杆的方向并与杆的方向并与杆的方向并与杆的方向并与F F F Ft t t t的方向垂直，则有的方向垂直，则有的方向垂直

43、，则有的方向垂直，则有 图11.21 曲柄摇杆机构的压力角和传动角 式中：式中：式中：式中：F F F Ft t t t推动从动件推动从动件推动从动件推动从动件CDCDCDCD运动的有效力，对从动件产生有效转矩；运动的有效力，对从动件产生有效转矩；运动的有效力，对从动件产生有效转矩；运动的有效力，对从动件产生有效转矩；F F F Fn n n n铰链附加压力，加速铰链的摩擦磨损，是有害力。铰链附加压力，加速铰链的摩擦磨损，是有害力。铰链附加压力，加速铰链的摩擦磨损，是有害力。铰链附加压力，加速铰链的摩擦磨损，是有害力。11.4.1 11.4.1 曲柄摇杆机构的运动特性曲柄摇杆机构的运动特性曲柄

44、摇杆机构的运动特性曲柄摇杆机构的运动特性 2 2压力角和传动角压力角和传动角压力角和传动角压力角和传动角为了便于度量和分析，工程上常用压力角的余角为了便于度量和分析，工程上常用压力角的余角为了便于度量和分析，工程上常用压力角的余角为了便于度量和分析，工程上常用压力角的余角 来分来分来分来分析机构的传力性能，称为传动角。显然，析机构的传力性能，称为传动角。显然，析机构的传力性能，称为传动角。显然，析机构的传力性能，称为传动角。显然，越大，机构的传力性越大，机构的传力性越大，机构的传力性越大，机构的传力性能越好。在机构的运动过程中，传动角能越好。在机构的运动过程中，传动角能越好。在机构的运动过程中

45、，传动角能越好。在机构的运动过程中，传动角 的大小是变化的。为了的大小是变化的。为了的大小是变化的。为了的大小是变化的。为了保证机构具有良好的传力性能，需要限制最小传动角保证机构具有良好的传力性能，需要限制最小传动角保证机构具有良好的传力性能，需要限制最小传动角保证机构具有良好的传力性能，需要限制最小传动角 ，以免，以免，以免，以免传动效率过低或机构出现自锁。对于一般机械，通常应使传动效率过低或机构出现自锁。对于一般机械，通常应使传动效率过低或机构出现自锁。对于一般机械，通常应使传动效率过低或机构出现自锁。对于一般机械，通常应使 ；对于高速和大功率传动机械，应使；对于高速和大功率传动机械，应使

46、；对于高速和大功率传动机械，应使；对于高速和大功率传动机械，应使 。对于曲柄摇杆机构，可以证明，在曲柄与机架拉直共线或重叠对于曲柄摇杆机构，可以证明，在曲柄与机架拉直共线或重叠对于曲柄摇杆机构，可以证明，在曲柄与机架拉直共线或重叠对于曲柄摇杆机构，可以证明，在曲柄与机架拉直共线或重叠共线的两个位置之一，是机构的最小传动角共线的两个位置之一，是机构的最小传动角共线的两个位置之一，是机构的最小传动角共线的两个位置之一，是机构的最小传动角 。11.4.1 11.4.1 曲柄摇杆机构的运动特性曲柄摇杆机构的运动特性曲柄摇杆机构的运动特性曲柄摇杆机构的运动特性3 3死点死点死点死点 在在在在图图图图11

47、.2011.2011.2011.20所示的曲柄摇杆机构中，以摇杆所示的曲柄摇杆机构中，以摇杆所示的曲柄摇杆机构中，以摇杆所示的曲柄摇杆机构中，以摇杆3 3 3 3为主动件，曲柄为主动件，曲柄为主动件，曲柄为主动件，曲柄1 1 1 1为从为从为从为从动件，机构将摇杆的往复运动转变为曲柄的整周转动。当摇杆动件，机构将摇杆的往复运动转变为曲柄的整周转动。当摇杆动件，机构将摇杆的往复运动转变为曲柄的整周转动。当摇杆动件，机构将摇杆的往复运动转变为曲柄的整周转动。当摇杆3 3 3 3依依依依次摆到两个极限位置次摆到两个极限位置次摆到两个极限位置次摆到两个极限位置C C C C1 1 1 1D D D D

48、和和和和C C C C2 2 2 2D D D D时，曲柄时，曲柄时，曲柄时，曲柄1 1 1 1与连杆与连杆与连杆与连杆2 2 2 2共线，摇杆共线，摇杆共线，摇杆共线，摇杆3 3 3 3通过通过通过通过连杆连杆连杆连杆2 2 2 2施加在曲柄施加在曲柄施加在曲柄施加在曲柄1 1 1 1上的力正好通过曲柄的转动中心上的力正好通过曲柄的转动中心上的力正好通过曲柄的转动中心上的力正好通过曲柄的转动中心A A A A，该力对，该力对，该力对，该力对A A A A点点点点不产生转矩，因此不能使曲柄转动。机构的这种位置称为死点。不产生转矩，因此不能使曲柄转动。机构的这种位置称为死点。不产生转矩，因此不能

49、使曲柄转动。机构的这种位置称为死点。不产生转矩，因此不能使曲柄转动。机构的这种位置称为死点。由此可见，机构有无死点决定于从动件与连杆能否共线。由此可见，机构有无死点决定于从动件与连杆能否共线。由此可见，机构有无死点决定于从动件与连杆能否共线。由此可见，机构有无死点决定于从动件与连杆能否共线。图图11.22 11.22 零件夹紧机构零件夹紧机构1夹头 2零件 3手柄 11.4.2 11.4.2 曲柄摇杆机构的运动特性曲柄摇杆机构的运动特性曲柄摇杆机构的运动特性曲柄摇杆机构的运动特性1 1急回特性急回特性急回特性急回特性 图图图图11.23(a)11.23(a)所示的对心曲柄滑块机构，由于极位夹角

50、所示的对心曲柄滑块机构，由于极位夹角所示的对心曲柄滑块机构，由于极位夹角所示的对心曲柄滑块机构，由于极位夹角 ，即，即，即，即 ，滑块，滑块，滑块，滑块3 3 3 3的工作行程和返回行程平均速度相等，所以机构无急回的工作行程和返回行程平均速度相等，所以机构无急回的工作行程和返回行程平均速度相等，所以机构无急回的工作行程和返回行程平均速度相等，所以机构无急回特性。而图特性。而图特性。而图特性。而图11.23(b)11.23(b)所示的偏置曲柄滑块机构，因其极位夹角所示的偏置曲柄滑块机构，因其极位夹角所示的偏置曲柄滑块机构，因其极位夹角所示的偏置曲柄滑块机构，因其极位夹角 时，时，时，时，K K