第八章 连杆机构

第八章 连杆机构

一、学习指导与提示

连杆机构是由若干构件用低副（回转副、移动副）组成的机构，用来实现预期的运动规律或轨迹。本章重点讨论工程中应用最广泛的平面四杆机构。建议读者熟练掌握平面四杆机构的工作特性，这些是设计、改进和创新机构的基础。注意以下概念：

1．铰链四杆机构的基本型式及尺寸关系

铰链四杆机构有三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。这三种基本类型的差异在于是否存在曲柄和存在几个曲柄，其实质是铰链四杆机构各杆的相对长度，以及选取哪一根构件作为机架。

2．平面连杆机构的工作特性

平面连杆机构的工作特性包括运动特性和传力特性两个方面。运动特性包括各构件的位移、速度、加速度分析，从动件的急回运动特性等；传力特性包括压力角与传动角、机构的死点位置等概念。

（1）对于位移、速度、加速度分析，常用的分析方法是相对运动图解法和解析法。由于相对运动图解法直观、方便，已可满足一般工程问题的需要，因此应重点掌握它。请参阅第三章机构的运动分析。

（2）对于急回运动特性的分析，确定机构的极位夹角是关键。极位夹角θ是指机构从动件处于两个极限位置时，曲柄的两个相应位置之间所夹的锐角。机构从动件的急回运动特性用行程速比系数K 来表示，即()()

θθ-+= 180/180K 。极位夹角θ>0，则K >1，机构具有急回特性，因此看一个机构有无急回作用，只需考察该机构有无极位夹角即可，只要θ>0，就存在急回运动，且θ角愈大，机构的急回运动愈显著。

（3）对于传力特性，应注意压力角α的定义。在不计摩擦的情况下，机构从动件所受驱动力的方向线与受力点速度方向线之间所夹的锐角，称为压力角α。压力角的余角，称为传动角γ。传动角没有独立的定义，它与压力角互为余角，故总存在 90=+γα。对于连杆机构，因为传动角表现为连杆与从动件之间所夹的锐角，比较直观，所以有时用传动角γ来反映机构的传力性能较为方便。

压力角α是衡量机构传力性能好坏的重要指标。α小(γ大)，使从动件运动的有效分力就大，则机构的效率较高；反之，机构效率较低。因此，对于传动机构，应使α尽可能小(γ尽可能大)。

当机构出现传动角γ= 0°时，驱动力与从动件受力点的运动方向垂直，其有效分力(力矩)为零，这时的机构位置称为死点位置。

3．平面连杆机构的设计

连杆机构设计的基本问题是根据所给定的运动要求和其他附加要求（如传动角的限制等）确定机构型式和各构件的尺寸参数。一般可归纳为实现从动件预期的位置、运动规律和轨迹三类基本问题。

连杆机构运动设计的方法有图解法、解析法和实验法。平面连杆机构的设计包括的内容很多，设计方法因题而异，不胜枚举。读者应掌握教材中 “按给定从动件的位置”、“按给定的行程速比系数K ”、“按给定两连架杆间对应位置”、“按给定点的运动轨迹”等四种基本问题的设计原理、步骤和方法，重点放在前面三种情况，并由此进一步在设计思想和方法上得到启迪，分析和解决其他设计问题。

二、复习思考题

8-1．平面铰链四杆机构存在曲柄的条件是什么？选不同的杆为机架时，能得到何种机

构？

8-2．曲柄摇杆机构中，只有当哪一构件为原动件时，才有可能出现死点位置；处于死点位置时，机构的传动角γ为多少？

8-3．何为行程速比系数？对心曲柄滑块机构的行程速比系数K 等于多少？

8-4．在曲柄摇杆机构中，当以曲柄为原动件时，机构是否一定存在急回运动，为什么？ 8-5．什么是连杆机构的压力角、传动角？有什么作用？四杆机构的最大压力角发生在什么位置？

8-6．什么叫“死点”？它在什么情况下发生？与“自锁”有何本质区别？

8-7．在曲柄等速转动的曲柄摇杆机构中，若曲柄的极位夹角

30=θ，摇杆工作时间为7s ，试问摇杆空行程所需时间为多少？曲柄每分钟的转速应为多少？

8-8．在摆动导杆机构中，若以曲柄为原动件时，该机构的压力角为 度，其传动角为 度。

8-9．一对心曲滑机构中，若改以曲柄为机架，则将演化为 机构。 8-10．试写出两种能将原动件单向连续转动转换成输出构件连续直线往复运动，且具有急回特性的连杆机构： ， 。

8-11．平行四边形机构的极位夹角=θ ，它的行程速比系数K = 。

8-12．铰链四杆机构演化成其它形式的四杆机构有 种方法？它们是 、 、 、 。

8-13．在曲柄滑块机构中，若增大曲柄长度，则滑块的行程将 。

A ．增大

B ．不变

C ．减小

D ．减小或不变

8-14．平面四杆机构中，若存在急回运动特性，则其行程速比系数 。

A ．K>l

B ．K=1

C ．K<1

D ．K=0

8-15．为什么平面铰链四杆机构一般只能近似地实现给定的运动规律?

三．例题精选与解答

例8.1图示四杆机构，各构件的长度为a =240mm ，b =600mm ，c =400mm ，d =500mm ，试问：

（1）当取杆4为机架时，是否有曲柄存在?

（2）若各杆长度不变，能否以选不同杆为机架的办法获得双曲柄机构和双摇杆机构?如何获得?

（3）若a 、b 、c 三杆的长度不变，取杆4为机架，要获得曲柄摇杆机构，d 的取值范围应为何值?

解：（1）240+600≤400+500，杆长条件a +b ≤c +d

成立；又因为a 为最短杆，且为连架杆，所以该机构为

曲柄摇杆机构。

（2）若各杆长度不变，可以选不同杆为机架的办法

获得双曲柄机构和双摇杆机构。

若选AB 为机架，可得双曲柄机构；若选CD 为机

架，可得双摇机构。

（3）若a 、b 、c 三杆的长度不变，4为机架时，要获得曲柄摇杆机构，d 的取值范围仍需用杆长条件来判别：

① 若d 不是最长杆，则b 应是最长杆，所以满足杆长条件需a +b ≤c +d ，

即：240+600≤400+d , 故 d ≥440 mm

② 若d 是最长杆，则需满足 a +d ≤b +c ，

即：240+d ≤600+400 , d ≤760 mm

所以，综合考虑以上两种情况，可知，440≤d ≤760 mm

例8.2 某一偏置曲柄滑块机构，如例8.2图（a ）所示，试求AB 杆为曲柄的条件。又当偏距e =0时, AB 杆为曲柄的条件应如何？

解： 当e ≠0时，AB 杆要能绕A 点整圈转动，须使B 点能通过B '点和B ''点（B 'B ''与导路垂直），参见例8.2图（b ）。

在B '点时要满足 AB +e ≤BC ；

在B ''点时要满足 AB -e ≤BC ；

因为前式满足，后式必然满足，所以曲柄存在条件为AB +e ≤BC

显然，当e =0时，机构成为对心曲柄滑块机构，由上式知，AB 杆为曲柄的条件应为AB ≤BC 。

必须注意：对于偏置曲柄滑块机构，极限情况AB +e =BC ，此时A 、B 、C 三点可运行在一条直线上，机构具有运动不确定性，也就是说滑块可能反向运动。这种情况应尽量避免，所以工程中多取AB +e ＜BC 。

(a ) (b )

例 8.2 图 例8.3 试证明例8.3图所示的曲柄滑块机构，当其在位置Ⅱ时传动角γ为最小，并求min γ。

解：取机构运行在任意位置Ⅰ来考虑，由图得

α?sin sin ?=+?AB e OA 其中α为机构在任意位置时的压力角。 所以，AB

e OA +?=?αsin sin 当 90=?时（即机构在位置Ⅱ时），1sin =?，压力角α有极值

AB e OA +=max sin α，AB

e OA +=arcsin max α 因为 αγ-= 90， 故机构在位置Ⅱ时传动角γ为最小， AB

e OA +-=-=arcsin 9090max min αγ

例 8.3图

例8.4 试设计一铰链四杆机构，已知其摇杆CD 的长75=CD L mm ，行程速比系数K =1.5，机架AD 的长度为mm L AD 100=，又知摇杆的一个极限位置与机架的夹角 45=ψ，如例 8.4 图（a ）所示。试求其曲柄的长度AB L 和连杆的长度BC L 。

解：本题属于按给定行程速比系数设计四杆机构，但由于只给出了摇杆的一个极限位置，因此必须按照极位夹角的定义，找出摇杆的另一个极限位置，再按铰链四杆机构处于两个极限位置时的以下关系式确定其曲柄长度AB L 和连杆长度BC L 。

BC AB C A l l l +=2

BC AB C A l l l -=1

()

1221AC AC AB l l l -= 为此，可用作图法求解，步骤如下：

（1）计算极位夹角 361

5115118011180=+-=+-=..K K θ （2）选取作图比例尺m m /m m 53.L =μ，即图中尺寸每mm 代表实际长度3.5mm 。

（3）根据已知条件可作出摇杆DC 的一个极限位置DC 1，如例 8.4 图（b ）所示。

（4）以D 点为圆心，DC 1为半径画弧s 。

（5）连接AC 1，作 3621=∠AC C ，AC 2线与弧s 可交于两点2C 和2

C '，则2DC 或2C

D '均可为摇杆DC 的另一个极限位置。应该综合比较（例如验算机构的最小传动角），选其较好的一个，本例选2DC 为摇杆另一个极限位置。

（6）连接AC 2，由图中量得AC 1、AC 2长度，分别为20mm 、48.5mm ，乘比例尺，得 m m 701=AC l ，m m 1702=AC l

（7）计算 mm 50270170212

=-=

-=AC AC AB l l l m m 120501702=-=-=AB AC BC l l l

（a ） （b ）

例 8.4 图

例8.5 试以解析法设计一铰链四杆机构，实现例8.5图（a ）所示两连架杆的三组对应位置，分别为 451=?、01521'= ψ； 902=?、01822'= ψ； 1353=?、011123'= ψ。

解：本题用解析法求解。以a 、b 、c 、d 分别表示机构中各构件的长度，并以d 为机架。此机构各杆长度按同一比例增减时，各杆转角间的关系将不变，故只需确定各杆的相对长度，因此可令a =1，则该机构的待求参数就只有b 、c 、d 三个了。

建立如例8.5图（b ）所示的坐标系，在任意位置取各杆长建立矢量方程+=+，并向坐标轴x 、y 投影，经数学运算即得两连架杆对应位置参数?和ψ的一般关系式，()210cos cos cos λ?ψλψλ?+-+=，其中令系数c =0λ，d c /1-=λ，

()()d b c d 2/12222-++=λ。 将三组对应角（?、ψ）的数值代入，可得

())

()()??

???+-'+'=+-'+'=+-'+'=21021021013501112cos 01112cos 135cos 900182cos 0182cos 90cos 450152cos 0152cos 45cos λλλλλλλλλ

即：

??

??

?++-=-++=++=21021029216.03772.07071.09906.01363.0010.9920.61330.7071λλλλλλλλλ10 解以上方程组，求得三λ待定参数：48110.=λ；801201.-=λ；591802.=λ。

所以各杆的相对长度为：1=a ；48110.c ==λ；8484.1/1=-=λc d ；

=b

四、思考题答案

8-1．平面铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是：最短杆长+最长杆长≤其余两杆长之和，此即为杆长条件。杆长条件不满足时，机构只能是双摇杆机构，无曲柄存在；当杆长条件满足时：

选连架杆的邻边为机架，可得曲摇机构，有一个曲柄；

选最短杆为机架，可得双曲柄机构，有二个曲柄；

选最短杆的对边为机架，无曲柄存在，亦为双摇杆机构。

8-2．曲柄摇杆机构中，只有当摇杆为原动件时，才有可能出现死点位置；处于死点位置时，机构的传动角γ=0。

8-3．当主动曲柄等速回转时，从动件摇杆空回行程的时间t 2小于工作行程时间t 1，这种性质称为急回运动。行程速比系数用来度量从动件急回运动的程度，其定义为

()()

θθ-+== 180/180/21t t K 。对心曲柄滑块机构的极位夹角0=θ，所以K =1。

8-4．在曲柄摇杆机构中，当以曲柄为原动件时，机构不一定存在急回运动。因为当摇杆的C 1、C 2两点与曲柄的回转中心A 点在一条直线上时，机构的极位夹角0=θ。

8-5．在不计摩擦的情况下，机构从动件所受驱动力的方向线与受力点速度方向线之间所夹的锐角，称为压力角α，压力角的余角，称为传动角γ。压力角α是衡量机构传力性能好坏的重要指标，四杆机构的最大压力角一般发生在曲柄与机架共线位置。

8-6．驱动力与从动件受力点的运动方向垂直，其有效分力(力矩)为零，这时的机构位置称为死点，它在机构出现传动角γ= 0°的情况下发生。死点是指在不考虑摩擦的情况下机构的压力角等于90°，即γ= 0°的情况，因而不能驱动输出构件运动；机构的自锁是指机械的效率η≤o ，即不管驱动力多大，输出的生产阻力总小于等于零。

8-7．极位夹角 30=θ，则k =1.4，当摇杆工作时间为7s ，因21/t t K =，所以摇杆空行程所需时间为s k t t 54.1/7/12===；曲柄转一转的时间s t t t 1221=+=，所以曲柄的转速应为5转/分？

8-8．在摆动导杆机构中，若以曲柄为原动件时，该机构的压力角为 0 度，其传动角为 90 度。

8-9．一对心曲滑机构中，若改以曲柄为机架，则将演化为 导杆机构 机构。

8-10．两种能将原动件单向连续转动转换成输出构件连续直线往复运动，且具有急回特性的连杆机构： 偏置曲滑机构 ， 摆动导杆机构+滑块导轨（牛头刨床机构）。

8-11．平行四边形机构的极位夹角=θ 0 ，它的行程速比系数K = 1 。

8-12．铰链四杆机构演化成其它形式的四杆机构有 4 种方法？它们是 改变构件的形状和运动尺寸 、 改变运动副尺寸 、 选不同构件为机架 、 运动副元素转换。

8-13．在曲柄滑块机构中，若增大曲柄长度，则滑块的行程将 增大 。

8-14．平面四杆机构中，若存在急回运动特性，则其行程速比系数 K>l 。

8-15．因为平面铰链四杆机构最多只能实现五个精确位置，如给定的运动规律超过五个精确位置，则平面铰链四杆机构将无法满足所有的要求，只能精确地满足某些位置要求，而另一些只能近似地予以满足。

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

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，

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。

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

第二章曲柄连杆机构

第二章曲柄连杆机构 学习目标: 通过本章得学习,您应该能够解答如下几个问题: 1、曲柄连杆机构有哪些零件组成？其功用就是什么？ 2、汽油机得燃烧室有那几种？有何特点？ 3、试述气缸体得三种形式及特点。 4、铝合金活塞预先做成椭圆形、锥形或阶梯形,为什么？ 5、什么就是矩形环得泵油作用？有什么危害？ 6、什么就是发动机得点火顺序？什么就是发动机得作功间隔角？ 7、曲轴扭转减振器起什么作用？ 学习内容: 一、概述 二、机体组 三、活塞连杆组——活塞 四、活塞连杆组——活塞环 五、活塞连杆组——活塞销 六、活塞连杆组——连杆 七、曲轴飞轮组 第一节概述 功用:曲柄连杆机构就是内燃机实现工作循环,完成能量转换得传动机构,用来传递力与改变运动方式。工作中,曲柄连杆机构在作功行程中把活塞得往复运动转变成曲轴得旋转运动,对外输出动力,而在其她三个行程中,即进气、压缩、排气行程中又把曲轴得旋转运动转变成活塞得往复直线运动。总得来说曲柄连杆机构就是发动机借以产生并传递动力得机构。通过它把燃料燃烧后发出得热能转变为机械能。 工作条件:发动机工作时,曲柄连杆机构直接与高温高压气体接触,曲轴得旋转速度又很高,活塞往复运动得线速度相当大,同时与可燃混合气与燃烧废气接触,曲柄连杆机构还受到化学腐蚀作

用,并且润滑困难。可见,曲柄连杆机构得工作条件相当恶劣,它要承受高温、高压、高速与化学腐蚀作用。 组成:曲柄连杆机构得主要零件可以分为三组,机体组、活塞连杆组与曲轴飞轮组。 机体就是构成发动机得骨架,就是发动机各机构与各系统得安装基础,其内、外安装着发动机得所有主要零件与附件,承受各种载荷。因此,机体必须要有足够得强度与刚度。机体组主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖与气缸垫等零件组成。 1、气缸体 水冷发动机得气缸体与上曲轴箱常铸成一体,称为气缸体—— 曲轴箱,也可称为气缸体。气缸体一般用灰铸铁铸成,气缸体上部得 圆柱形空腔称为气缸,下半部为支承曲轴得曲轴箱,其内腔为曲轴 运动得空间。在气缸体内部铸有许多加强筋,冷却水套与润滑油道 等。 气缸体应具有足够得强度与刚度,根据气缸体与油底壳安装平 面得位置不同,通常把气缸体分为以下三种形式。 (1) 一般式气缸体其特点就是油底壳安装平面与曲轴旋转中心在 同一高度。这种气缸体得优点就是机体高度小,重量轻,结构紧凑,便于加工,曲轴拆装方便;但其缺点就是刚度与强度较差 (2) 龙门式气缸体其特点就是油底壳安装平面低于曲轴得旋转中心。它得优点就是强度与刚度都好,能承受较大得机械负荷;但其缺点就是工艺性较差,结构笨重,加工较困难。 (3) 隧道式气缸体这种形式得气缸体曲轴得主轴承孔为整体式,采用滚动轴承,主轴承孔较大,曲轴从气缸体后部装入。其优点就是结构紧凑、刚度与强度好,但其缺点就是加工精度要求高,工艺性较差,曲轴拆装不方便。 为了能够使气缸内表面在高温下正常工作,必须对气缸与气缸盖进行适当地冷却。冷却方法有两种,一种就是水冷,另一种就是风冷。水冷发动机得气缸周围与气缸盖中都加工有冷却水套,并且气缸体与气缸盖冷却水套相通,冷却水在水套内不断循环,带走部分热量,对气缸与气缸盖起冷却作用。 现代汽车上基本都采用水冷多缸发动机,对于多缸发动机,气缸得排列形式决定了发动机外型尺寸与结构特点,对发动机机体得刚度与强度也有影响,并关系到汽车得总体布置。按照气缸得排列方式不同,气缸体还可以分成单列式,V型与对置式三种。

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

第二章机体零件与曲柄连杆机构

第二章机体零件与曲柄连杆机构 一、概述 功用：曲柄连杆机构是内燃机实现工作循环，完成能量转换的传动机构，用来传递力和 改变运动方式。工作中，曲柄连杆机构在作功行程中把活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，对外输出动力，而在其他三个行程中，即进气、压缩、排气行程中又把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动。总的来说曲柄连杆机构是发动机借以产生并传递动力的机构。 通过它把燃料燃烧后发出的热能转变为机械能。 工作条件：发动机工作时，曲柄连杆机构直接与高温高压气体接触，曲轴的旋转速度又 很高，活塞往复运动的线速度相当大，同时与可燃混合气和燃烧废气接触，曲柄连杆机构还 受到化学腐蚀作用，并且润滑困难。可见，曲柄连杆机构的工作条件相当恶劣，它要承受高 温、高压、高速和化学腐蚀作用。 组成：曲柄连杆机构的主要零件可以分为三组，机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组。 二、机体组 机体是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础，其内、外安装着发动 机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。因此，机体必须要有足够的强度和刚度。机体组 主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖和气缸垫等零件组成。 1. 气缸体（图2-1） 水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为气缸体 曲轴箱，也可称为气缸 体。气缸体一般用灰铸铁铸成，气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲 轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。在气缸体内部铸有许多加强筋，冷却水套和润滑油道等。 气缸体应具有足够的强度和刚度，根据气缸体与油底壳安装平面的位置不同，通常把气 缸体分为以下三种形式。（图2-2） (1) 一般式气缸体 其特点是油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。这种气缸体的优点是机体高度小，重量轻，结构紧凑，便于加工，曲轴拆装方便；但其缺点是刚度和强度较差 (2) 龙门式气缸体 其特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。它的优点是强度和刚度都好，能承受较 大的机械负荷；但其缺点是工艺性较差，结构笨重，加工较困难。 (3) 隧道式气缸体 这种形式的气缸体曲轴的主轴承孔为整体式，采用滚动轴承，主轴承孔较大，曲轴从气 缸体后部装入。其优点是结构紧凑、刚度和强度好，但其缺点是加工精度要求高，工艺性较差，曲轴拆装不方便。 为了能够使气缸内表面在高温下正常工作，必须对气缸和气缸盖进行适当地冷却。冷却方法有两种，一种是水冷，另一种是风冷（图2-3）。水冷发动机的气缸周围和气缸盖中都加工有冷却水套，并且气缸体和气缸盖冷却水套相通，冷却水在水套内不断循环，带走部分热量，对气缸和气缸盖起冷却作用。 现代汽车上基本都采用水冷多缸发动机，对于多缸发动机，气缸的排列形式决定了发动 机外型尺寸和结构特点，对发动机机体的刚度和强度也有影响，并关系到汽车的总体布置。按照气缸的排列方式不同，气缸体还可以分成单列式，V型和对置式三种（图2-4）。 (1) 直列式 发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置的。单列式气缸体结构简单，加工容易，但发动机长度和高度较大。一般六缸以下发动机多采用单列式。例如捷达轿车、富康轿车、

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=？

第二章 连杆机构

第二章 连杆机构 2.1 平面连杆机构的类型 1、连杆机构的应用 内燃机、鹤式吊、火车轮、急回冲床、牛头刨床、翻箱机、机械手爪、椭圆仪、开窗、车门、折叠伞、床、牙膏筒拔管机、自行车等。 特征：至少有一作平面运动的构件，称为连杆。 2、连杆机构的分类 ? ??空间连杆机构平面连杆机构分类 常以构件数命名：如四杆机构、多杆机构。 2.1.1 平面连杆机构的基本型式 1、平面四杆机构的基本型式 基本型式：如图2—1所示铰链四杆机构为 平面四杆机构的基本型式，其它四杆机构都 是由它演变得到的。 常用名词： 曲柄—作整周定轴回转的构件； 连杆—作平面运动的构件； 摇杆—作定轴摆动的构件； 连架杆—与机架相联的构件； 周转副—能作360°相对回转的运动副； 摆转副—只能作有限角度摆动的运动副。 三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、 双摇杆机构。 1）曲柄摇杆机构 特征：曲柄＋摇杆。 作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。如图2—2所示雷达天线。 2）双曲柄机构 特征：两个曲柄。 作用：将等速回转转变为等速或变速回转。如图 2—3所示惯性筛等。 图2—2 图2—4 图2—3 特例：平行四边形机构，如图2— 4所示。 特征：两连架杆等长且平行，连杆作平动 图2—1

实例：火车轮、摄影平台（图2—5）、播种机料斗机构（图2—6）、天平（图2—7）、香皂成型机等。 图2—5 图2—6 图2—7 为避免在共线位置出现运动不确定，采用如图2—8所示两组机构错开排列。或采用反平行四边形机构如图2—9所示车门开闭机构 图2—8 图2—9 3）双摇杆机构 特征：两个摇杆。 应用举例：如图2—10所示铸造翻箱机构、图2—11所示风扇摇头机构等。 特例：如图2—12所示等腰梯形机构－汽车转向机构

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

第二章 平面连杆机构

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？

第二章曲柄连杆机构.

第二章曲柄连杆机构 学习目标： 通过本章的学习，你应该能够解答如下几个问题： 1、曲柄连杆机构有哪些零件组成？其功用是什么？ 2、汽油机的燃烧室有那几种？有何特点？ 3、试述气缸体的三种形式及特点。 4、铝合金活塞预先做成椭圆形、锥形或阶梯形，为什么？ 5、什么是矩形环的泵油作用？有什么危害？ 6、什么是发动机的点火顺序？什么是发动机的作功间隔角？ 7、曲轴扭转减振器起什么作用？ 学习内容： 一、概述 二、机体组 三、活塞连杆组——活塞 四、活塞连杆组——活塞环 五、活塞连杆组——活塞销 六、活塞连杆组——连杆 七、曲轴飞轮组

第一节概述 功用：曲柄连杆机构是内燃机实现工作循环，完成能量转换的传动机构，用来传递力和改变运动方式。工作中，曲柄连杆机构在作功行程中把活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，对外输出动力，而在其他三个行程中，即进气、压缩、排气行程中又把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动。总的来说曲柄连杆机构是发动机借以产生并传递动力的机构。通过它把燃料燃烧后发出的热能转变为机械能。 工作条件：发动机工作时，曲柄连杆机构直接与高温高压气体接触，曲轴的旋转速度又很高，活塞往复运动的线速度相当大，同时与可燃混合气和燃烧废气接触，曲柄连杆机构还受到化学腐蚀作用，并且润滑困难。可见，曲柄连杆机构的工作条件相当恶劣，它要承受高温、高压、高速和化学腐蚀作用。 组成：曲柄连杆机构的主要零件可以分为三组，机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组。 机体是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。因此，机体必须要有足够的强度和刚度。机体组主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖和气缸垫等零件组成。 1. 气缸体 水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为气缸体—— 曲轴箱，也可称为气缸体。气缸体一般用灰铸铁铸成，气缸体上部 的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲 轴运动的空间。在气缸体内部铸有许多加强筋，冷却水套和润滑油 道等。 气缸体应具有足够的强度和刚 度，根据气缸体与油底壳安装平面 的位置不同，通常把气缸体分为以 下三种形式。 (1) 一般式气缸体其特点是油底壳安装平面和曲轴旋转中心在 同一高度。这种气缸体的优点是机体高度小，重量轻，结构紧凑，便于加工，曲轴拆装方便；但其缺点是刚度和强度较差 (2) 龙门式气缸体其特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。它的优点是强度和刚度都好，能承受较大的机械负荷；但其缺点是工艺性较差，结构笨重，加工较困难。

第3章 平面连杆机构(第3.1节)

` 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。

平面连杆机构习题及答案

平面连杆机构 、填空: 1 .由一些刚性构件用转动副和移动副相互连接而组成的在同一平面或相互平行平面内运动的机构称为平面连杆机构。 2. 铰链四杆机构按两连架杆的运动形式，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。 3. 在铰链四杆机构中，与机架用转动副相连，且能绕该转动副轴线整圈旋转的构件称为曲柄；与机架用转动副相连，但只能绕该转动副轴线摆动的构件摇杆；直接与连架杆相联接，传递运动和动力的构件称为连杆。_ 4. 铰链四杆机构有曲柄的条件 _ (1)连架杆和机架中必有一杆是最短杆；_ (2)最短 杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和。—(用文字说明) 5. 图1-1为铰链四杆机构，设杆a最短，杆b最长。试用式子表明它构成曲柄摇杆机构的条件： (1)a+b w c+d 。 (2)以_bM_d_为机架，则—a__为曲柄。 图1-1 6. 在铰链四杆机构中，当最短构件和最长构件的长度之和大于其他两构件长度之和时，只能获得双摇杆机构。 7. 如果将曲柄摇杆机构中的最短杆改作机架时，得到双曲柄机构；最短杆对面的杆作为机架时，得到双摇杆机构。 8. 当机构有极位夹角时，则机构有急回特性。 9. 机构中传动角丫和压力角a之和等于—90° _。 10. 通常压力角a是指—力F与C点的绝对速度_V c之间—间所夹锐角。

、选择题: 1 ?在曲柄摇杆机构中，只有当_______ C.摇杆____ 为主动件时，才会出现“死点” 位置。 A.连杆 B.机架 C.摇杆 D ?曲柄 2. 绞链四杆机构的最短杆与最长杆的长度之和，大于其余两杆的长度之和时，机 构_____ B.不存在曲柄_______ 。 A.有曲柄存在 B.不存在曲柄 C.有时有曲柄，有时没曲柄 D.以上答案均不对 3. _____________________ 当急回特性系数为 C._K > 1 时，曲柄摇杆机构才有急回运动。 A. K V1 B. K = 1 C. K > 1 D. K = 0 4. _______________________ 当曲柄的极位夹角为D._ 9> 0_时，曲柄摇杆机构才有急回运动。 A. 9V 0 B. 9 =0 C. B 三 0 D. 9> 0 5. 当曲柄摇杆机构的摇杆带动曲柄运动对，曲柄在“死点”位置的瞬时运动方向是 C.不确定的_____ 。 A.按原运动方向 B.反方向 C. 不确定的 D. 以上答案均不对 6. ____________________ 曲柄滑决机构是由 A._曲柄摇杆机构演化而来的。 A.曲柄摇杆机构 B.双曲柄机构 C.双摇杆机构 D.以上 答案均不对 7. 平面四杆机构中，如果最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆的长度之 和，最短杆为机架，这个机构叫做_________ B.双曲柄机构 _____ 。 A.曲柄摇杆机构 B.双曲柄机构 C. 双摇杆机构 D.以上 答案均不对 8. 平面四杆机构中，如果最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆 的长度之和，最短杆为连杆，这个机构叫做_______ C.双摇杆机构______ 。 A.曲柄摇杆机构 B.双曲柄机构 C.双摇杆机构 D.以上答案均不 对

机械设计第2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。 (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

第三章 平面连杆机构

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。