第一节 铰链四杆机构及其演化机构 《机械基础》河北省 机械类 知识点讲解

河北省机械类对口高考机械基础复习讲义 第三章 常用机构 第一节 铰链四杆机构及其演化机构 【考纲要求】 （1）掌握平面运动副的定义及分类。 （2）掌握铰链四杆机构的组成、基本形式、特点及应用。 （3) 掌握铰链四杆机构的急回特性和死点位置等运动特性。 （4）了解铰链四杆机构的演化形式及应用。 【知识网络】 铰链四杆机构及其演化机构 【知识和技能要点】 一、平面运动副 1.运动副的概念 使两构件直接接触且能产生一定形式的相对运动的可动连接称为运动副。 2.运动副的分类 根据两构件之间的接触情况，运动副可分为低副和高副两大类。 1)低副：两构件之间为面接触的运动副。常见的有转动副、移动副和螺旋副。 2)高副：两构件之间为点或线接触的运动副。常见的有滚动轮接触、凸轮接触和齿轮接触。 二、平面连杆机构 平面连杆机构：由若干刚性构件用转动副或移动副相互连接而成，各构件间的相对运动均在同一平面或相互平行的平面内。 平面四杆机构：由四个杆件组成的平面连杆机构。 铰链四杆机构：由四个杆件通过转动铰链连接而成的机构。 1.铰链四杆机构的组成 铰链四杆机构由机架、连架杆、连杆组成。 1)机架：固定不动的构件。 2)连架杆：与机架相连的构件，有曲柄、摇杆两种。 ① 曲柄：相对于机架能做整周转动的连架杆。 ② 摇杆：相对于机架不能做整周转动的连架杆。 3)连杆：不与机架直接相连的构件。 2.铰链四杆机构的基本形式、特点、应用 根据两连架杆中曲柄的数目，铰链四杆机构分为三种基本形式。 (1)曲柄摇杆机构 两连架杆分别为曲柄和摇杆的铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。它可将主动曲柄的连续转动转换为从动摇杆的往复摆动，如剪板机、破碎机、搅拌机；也可将主动摇杆的往复摆动转换为从动曲柄的连续转动，如缝纫机的踏板机构。 (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。 1)不等长双曲柄机构：两曲柄的长度不相等，主动曲柄等速转动，从动曲柄变速转动，如惯性筛。 2)平行四边形机构：连杆与机架的长度相等、两曲柄的长度相等且平行。两曲柄的转向相同，角速度也相等，如机车车轮联动装置。 3)逆平行四边形机构：连杆与机架的长度相等、两个曲柄长度相等但转向相反，角速度也不相同，如汽车车门启闭机构。 (3)双摇杆机构 两连架杆都为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。它可将主动摇杆的往复摆动转换为从动摇杆的往复摆动，如港口用起重吊车、自卸翻斗装置、飞机起落架收放机构等。 3.铰链四杆机构基本类型的判定 连架杆成为曲柄必须满足的条件： 1)最长杆与最短杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和(简称杆长和条件)； 2)连架杆与机架两者之一为最短杆(简称最短杆条件)。 如果满足杆长和条件，铰链四杆机构的形式取决于最短杆的位置：以最短杆为连架杆，为曲柄摇杆机构；以最短杆为机架，为双曲柄机构；以最短杆为连杆，为双摇杆机构。 如果不满足杆长和条件，无论以哪一杆为机架，铰链四杆机构均为双摇杆机构。 4.铰链四杆机构的运动特性 (1)急回特性 在曲柄摇杆机构中，曲柄等速转动，摇杆往复摆动时，摇杆空回行程的平均速度大于工作行程的平均速度，这种性质称为急回特性。急回特性的程度可用行程速比系数K表示，即 式中：θ——极位夹角(主动曲柄与连杆在两共线位置时所夹的锐角)。 由公式知：θ>0，则K>1，机构有急回特性；θ=0，则K=1，机构无急回特性。 存在急回特性的机构有曲柄摇杆机构、偏置曲柄滑块机构、摆动导杆机构等。 (2)死点位置 在曲柄摇杆机构中，若摇杆为主动件，曲柄为从动件，则当摇杆摆动到极限位置时，连杆与从动曲柄共线，使得机构转不动或出现运动不确定现象，机构的这种位置称为死点位置。存在死点位置的机构有曲柄摇杆机构(两个)、双摇杆机构(两个)和曲柄滑块机构(两个)等。 克服死点位置的措施：一是采用机构错位排列；二是加大惯性，使机构闯过死点。 死点位置有害时应该克服，但在某些场合却是有利的，可以用来实现工作要求，如钻床的夹紧机构、飞机起落架机构等。 5.铰链四杆机构的演化形式及应用 (1)曲柄滑块机构 1)当曲柄摇杆机构中摇杆的长度变为无穷大时，由滑块代替摇杆而演化成曲柄滑块机构。该机构由曲柄、连杆、滑块、机架组成，分为偏置曲柄滑块机构和对心曲柄滑块机构。 2)运动特性；以曲柄为主动件时，对心曲柄滑块机构没有急回特性，且滑块的行程等于曲柄的两倍；偏置曲柄滑块机构有急回特性。以滑块为主动件时，都会出现死点位置，且有两个死点位置。 3)应用：以曲柄为主动件时，可将主动曲柄的连续转动转换为从动滑块的往复直线移动，应用于冲压机、搓丝机、滚轮送料机、往复式气体压缩机、往复式液体泵等。以滑块为主动件时，可将主动滑块的往复直线移动转换为从动曲柄的连续转动，应用于内燃机等。 (2)导杆机构 1)若将曲柄滑块机构中的曲柄改为机架固定，即可得到导杆机构。当曲柄的长度小于或等于连杆的长度时，导杆能做整周回转，称为转动导杆机构。当曲柄的长度大于连杆的长度时，导杆只能摆动，称为摆动导杆机构。 2)运动特性：摆动导杆机构，以曲柄为主动件时，具有急回特性；以导杆为主动件时，会出现死点位置(滑块的两个极限位置)。 3)应用：牛头刨床、插床等。 (3)移动导杆机构 若将曲柄滑块机构中的滑块改为机架固定，即可得到移动导杆机构。这种机构常用于手动抽水机、双作用式水泵等。 (4)曲柄摇块机构 若将曲柄滑块机构中的连杆改为机架固定，即可得到曲柄摇块机构。这种机构常应用于自卸汽车卸料机构等。 【练习题】 1、 选择题 1.铰链四杆机构是由四根杆件通过（ ）连接而成的。………………………………… （ ） A.高副 B.转动副 C.移动副 D.螺旋副 2.曲柄摇杆机构中,以曲柄为主动件时,死点位置为 …………………………………………（ ） A.曲柄与连杆共线时 B.摇杆与连杆共线时 C.摇杆与机架共线时 D.不存在 3.为了使曲柄摇杆机构能够顺利通过死点位置继续正常运转。可以采用的办法有…………（ ） A.机构错位排列 B.加大惯性 C.增大极位夹角 D.限制摇杆摆动的角度 4.能产生急回运动的平面连杆机构有……………………………………………………………（ ） A.双曲柄机构 B.双摇杆机构 C.曲柄摇杆机构 D.以上三种机构都有急回运动 5.主、从动件都能做匀速转动的是………………………………………………………………（ ） A.平行双曲柄机构 B.反向双曲柄机构 C.不等长双曲柄机构 D.曲柄摇杆机构 6.某对心曲柄滑块机构的曲柄长为10cm，则滑块的行程为（ ）cm。 ……………………（ ） A.10 B.20 C.30 D.0 7.在铰链四杆机构中,若不满足杆长和条件，则该机构为……………………………………（ ） A.双摇杆机构 B.双曲柄机构 C.曲柄摇杆机构 D.不确定 8.已知铰链四杆机构ABCD如图所示，各杆长分别为lAB=50mm，lBC=100mm，lCD =70mm，lAD=90mm。 以（ ）杆件为机架可以得到双摇杆机构。…………………………………………………（ ） A.AD 杆 B.CD 杆 C.AB 杆 D.BC 杆 9.已知四杆机构如图所示，lBC=100mm ,lCD=70mm,lAD=60mm,AD为机架,若为曲柄摇杆机构，则AB杆长为( )mm。………………………………………………………………………………………（ ） A. ≤30 B. ≥30 C. ≤45 D. ≥60 10.以下机构中，不可能具有急回特性的是 ………………………………………………… （ ） A.曲柄摇杆机构 B.偏置曲柄滑块机构 C.摆动导杆机构 D.双曲柄机构 2、 判断题 1.对于铰链四杆机构，当最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和时， 若取最短杆为机架，则该机构为双摇杆机构。 ………………………………………………（ ） 2.在实际生产中，机构的死点位置对工作都是不利的，处处都要考虑克服。 ……………（ ） 3.曲柄的极位夹角θ越大，机构的急回特性也越明显。 ……………………………………（ ） 4.曲柄滑块机构都具有急回特性和死点位置。……………………………………………… （ ） 5.导杆机构是由对心曲柄滑块机构改变不同的构件为机架得到的。……………………… （ ） 6.曲柄摇杆机构以曲柄为主动件时，一定有急回特性。 ……………………………………（ ） 7.摆动导杆机构,以曲柄为主动件时,具有急回特性;以滑块为主动件时，会出现死点位置（ ） 8.若将对心曲柄滑块机构中的连杆改为机架固定，即可得到曲柄摇块机构。这种机构常应用于自卸汽车卸料机构等机械中。… …………………………………………………………………………（ ） 3、 简答题 铰链四杆机构的判断原则是什么？ 【答案】 1、 选择题 1—5 BDBCA 6—10 BABAD 2、 判断题 1-5 ××√×√ 6—8 ×√√ 三、（1）当最长杆与最短杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和时,铰链四杆机构的形式取决于最短杆: ①以最短杆为连架杆,为曲柄摇杆机构，此时最短杆是曲柄; ②以最短杆为机架,为双曲柄机构; ③以最短杆的对面杆为机架,为双摇杆机构。 （2）当最长杆与最短杆长度之和大于其余两杆长度之和时,无论以哪个杆为机架，铰链四杆机构均为双摇杆机构。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $