《机械原理》课程教学资源（授课教案）5.1-5.2平面连杆机构的应用及演化

第8讲次课程名称：《机械原理》第五章平面连杆机构及其设计5-1平面连杆机构的定义、特点授课题目5-2平面四杆机构的类型和应用本讲目的要求及重点难点：[目的要求】本讲课要讲平面连杆机构的定义、特点，铰链四杆机构的三种基本形式及应用，四杆机构的演化途径，其它常见四杆机构的类型和应用[重点]铰链四杆机构的三种基本形式及应用[难点]四杆机构的演化内容

课程名称：《机械原理》 第 8 讲次 授课题目 第五章 平面连杆机构及其设计 5-1 平面连杆机构的定义、特点 5-2 平面四杆机构的类型和应用 本讲目的要求及重点难点： 目的要求] 本讲课要讲平面连杆机构的定义、特点，铰链四杆机构的三种基本形式及应 用，四杆机构的演化途径，其它常见四杆机构的类型和应用 [重点] 铰链四杆机构的三种基本形式及应用 [难点] 四杆机构的演化 内 容

[本讲课程的引入]平面连杆机构是实际中应用相当广泛的一种常用机构，四杆机构的结构简单，应用广泛，同时它还是组成多杆机构的基础，所以这一章着重介绍四杆机构的形式，演化，设计等问题。四杆机构中最基本的是铰链四杆机构。[本讲课程的内容]第五章平面连杆机构及其设计5-1连杆机构及其传动特点平面连杆机构是所有构件全部由低副联接而成的平面机构，故又称为低副机构。下图所示均为平面连杆机构。连杆机构的特点优点：1）连杆机构型式多样，可实现转动、移动、摆动、平面复合运动等多种运动形式的转换也可实现特殊运动规律和轨迹。2）低副机构是面接触，压强小，耐磨损；3）加工制造方便容易（柱面或平面接触，形状简单）：4）连杆上点的轨迹多种多样，能满足多种生产工艺的要求。5）可以方便的用于增力、扩大行程和实现较远距离的目的。缺点：运动副中有间隙，造成较大的累积误差，影响运动的精度，只能近似的满足运动要求。构件多时，设计复杂。连杆机构的应用应用：各种仪器仪表中的电器开关：窗户上的启闭机构；内燃机中的曲柄滑块机构：自行车的手闸；牛头刨床

[本讲课程的引入] 平面连杆机构是实际中应用相当广泛的一种常用机构，四杆机构的结构简单，应用 广泛，同时它还是组成多杆机构的基础，所以这一章着重介绍四杆机构的形式，演化， 设计等问题。四杆机构中最基本的是铰链四杆机构。 [本讲课程的内容] 第五章 平面连杆机构及其设计 5-1 连杆机构及其传动特点 平面连杆机构是所有构件全部由低副联接而成的平面机构，故又称为低副机构。 下图所示均为平面连杆机构。 一、 连杆机构的特点 优点：1）连杆机构型式多样，可实现转动、移动、摆动、平面复合运动等多种运动形式的转换， 也可实现特殊运动规律和轨迹。 2） 低副机构是面接触，压强小，耐磨损； 3） 加工制造方便容易（柱面或平面接触，形状简单）； 4） 连杆上点的轨迹多种多样，能满足多种生产工艺的要求。 5） 可以方便的用于增力、扩大行程和实现较远距离的目的。 缺点：运动副中有间隙，造成较大的累积误差，影响运动的精度，只能近似的满足运动要求。 构件多时，设计复杂。 二、 连杆机构的应用 应用：各种仪器仪表中的电器开关；窗户上的启闭机构；内燃机中的曲柄滑块机构；自行车的手闸； 牛头刨床

边5-2平面四杆机构的类型和应用讲平面连杆机构中，四杆机构应用广泛、结构简单，且是组成多杆机构的基础，所以这一章类着重介绍四杆机构的形式、演化、设计等问题。四杆机构中最基本的是铰链四杆机构型铰链四杆机构的基本型式边铰链四杆机构是全部运动副均为转动副（铰链）的平面四杆机构讲组成：连架杆、连杆、机架。如右图应连架杆一一与机架直接相连的杆（AB和CD)，其中整周用转动的杆叫曲柄，只在某一角度内摆动的杆叫摇杆。连杆一一不与机架相连的杆（BC)，连杆通常都作平面复合运动。铰链四杆机构有三种基本型式：1.曲柄摇杆机构图示的雷达天线俯仰机构，将转动一一摆动：图示的缝纫机踏板机构，将摆动一一转动2.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。典型例子：正（反）平行四边形机构，如：机车连动机构两个曲柄以相同角速度运动。图5-8惯性筛中，ABCD为不等长双曲柄机构。3.双摇杆机构汽车转向机构，转弯时，保证四轮绕后轴延长线上的点作纯滚动。图5-11所示铸造用大型造型机的翻转机构，ABCD为双摇杆机构四杆机构的演化铰链四杆机构是最基本的型式，通过一定的演化途径，可以演化为其他型式的四杆机构。1.改变构件的形状和运动尺寸如左图示四杆机构，C点的轨迹为弧ββ，若将摇杆3做成滑块，使其沿圆弧导轨ββ往复滑动，则演化为图b所示具有曲线导轨的曲柄滑块机构。当CD杆为无限6)长时，C点的轨迹变为直线，就演化为对心的或偏置的曲柄滑块机构，如图5-13所示。继续演化可以得到图5-14所示的双滑块机构

5-2 平面四杆机构的类型和应用 平面连杆机构中，四杆机构应用广泛、结构简单，且是组成多杆机构的基础，所以这一章 着重介绍四杆机构的形式、演化、设计等问题。四杆机构中最基本的是铰链四杆机构。 一、 铰链四杆机构的基本型式 铰链四杆机构是全部运动副均为转动副（铰链）的平面四杆机构。 组成：连架杆、连杆、机架。如右图 连架杆——与机架直接相连的杆（AB 和 CD），其中整周 转动的杆叫曲柄，只在某一角度内摆动的杆叫摇杆。 连杆——不与机架相连的杆（BC），连杆通常都作平面复 合运动。 铰链四杆机构有三种基本型式： 1. 曲柄摇杆机构 图示的雷达天线俯仰机构，将转动——摆动；图示的缝纫机踏板 机构，将摆动——转动 2．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。 典型例子：正（反）平行四边形机构，如：机车连动机构， 两个曲柄以相同角速度运动。图 5-8 惯性筛中，ABCD 为不等 长双曲柄机构。 3. 双摇杆机构 汽车转向机构，转弯时，保证四轮绕后轴延长线上的点作纯滚动。图 5-11 所示铸造用大 型造型机的翻转机构，ABCD 为双摇杆机构。 二、 四杆机构的演化 铰链四杆机构是最基本的型式，通过一定的演化途径，可以演化为其他型式的四杆机构。 1. 改变构件的形状和运动尺寸 如左图示四杆机构，Ｃ点的轨迹 为弧，若将摇杆 3 做成滑块， 使其沿圆弧导轨往复滑动，则 演化为图 b 所示具有曲线导轨的 曲柄滑块机构。当ＣＤ杆为无限 长时，Ｃ点的轨迹变为直线，就 演化为对心的或偏置的曲柄滑块机构，如图 5-13 所示。继续演化可以得到图 5-14 所示的双滑 块机构。 边 讲 类 型 边 讲 应 用

内容图5-132.改变运动副的尺寸如图示，曲柄AB很短并传递较大动力时，常将曲柄做成几何中心与转动中心距离等于曲柄长度的偏心轮，演化为图b所示的偏心轮机构。3.取不同构件做机架（机构的倒置）低副运动的可逆性一一低副所连接的两个构件之间的相对运动关系不因哪个构件作机架而改变。但高副运动不可逆。1）曲柄摇杆机构的演化：取不同构件为机架，可得到双曲柄机构、双摇杆机构等。b)2）曲柄滑块机构的演化曲柄滑块机构取不同构件为机架，可得转动（摆动）导杆机构、曲柄摇块机构、移动导杆机构，如下表。3曲柄滑块机构曲柄转动导杆机构若IAB>IBc，则导杆4不能整周转动，演化为曲柄摆动导杆机构77曲柄摇块机构移动导杆机构另外，由四杆机构可以组合为多杆机构，如手动冲床，是由两个四杆机构组合成的六杆机构。三、四杆机构的现场应用（见动画素材）

内 容 图 5-13 2. 改变运动副的尺寸 如图示，曲柄 AB 很短并传递较大动力时，常将曲柄 做成几何中心与转动中心距离等于曲柄长度的偏心 轮，演化为图 b 所示的偏心轮机构。 3. 取不同构件做机架（机构的倒置） 低副运动的可逆性——低副所连接的两个构件 之间的相对运动关系不因哪个构件作机架而改变。 但高副运动不可逆。 1）曲柄摇杆机构的演化：取不同构件为机架， 可得到双曲柄机构、双摇杆机构等。 2）曲柄滑块机构的演化 曲柄滑块机构取不同构件为机架，可得转动（摆动）导杆机构、曲柄摇块机构、移 动导杆机构，如下表。 曲柄滑块机构 曲柄转动导杆机构 若 AB BC l l  ，则导杆 4 不能整周转动，演 化为曲柄摆动导杆机构 曲柄摇块机构 移动导杆机构 另外，由四杆机构可以组合为多杆机构，如手动冲床，是由两个四杆机构组合成的 六杆机构。 三、四杆机构的现场应用（见动画素材）

[本讲小结本讲课主要讲了：（1）平面连杆机构的定义、特点；（2）铰链四杆机构的三种基本形式及应用；（3）四杆机构的演化途径，其它常见四杆机构的类型和应用。[本讲课程的作业结合日常生活，举例说明四杆机构的应用，并绘制机构运动简图

[本讲小结] 本讲课主要讲了：（1）平面连杆机构的定义、特点；（2）铰链四杆机构的三 种基本形式及应用；（3）四杆机构的演化途径，其它常见四杆机构的类型和应用。 [本讲课程的作业]结合日常生活，举例说明四杆机构的应用，并绘制机构运动简图