平面连杆机构_08_002
机械零件 第二章 平面连杆机构.
曲柄滑块机构型式: 对心曲柄滑块机构 偏置曲柄滑块机构
§1.2 铰链四杆机构的演化
应用 内 燃 机
§2 铰链四杆机构的演化
偏心轮机构 由偏心轮、连杆、滑块和机架组 成的机构称为偏心轮机构。
§1.2 铰链四杆机构的演化
导杆机构
1 4 2 3
当取1杆作为机架时，即可得到导杆机构。 曲柄转动时，4杆对滑块的运动起导向作用， 故4杆称为导杆。 当取滑块为机架时，此机构为定块机构。 当取2杆为机架时，此机构为摇块机构。
最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的平 面四杆机构。
§2.1 平面连杆机构的基本形式
铰链四杆机构： 所有运动副均为转动副的平面四杆机构
连杆
连架杆 (曲柄)
连架杆 （摇杆）
机架——固定不动构件
转动副 （周转副)
机架
连架杆——与机架以运 动副相连的杆 连杆——不直接与机架 相连的杆
§2.1 平面连杆机构的基本形式
⑴ AD杆为最短杆(0AD 20)
机构有整转副的条件：AD50 2040
AD10mm
C B b c d D 整转副 C B a A d b c D 整转副
a
A
双曲柄机构
⑵ AD杆长介于最短杆与最长杆之间(20AD50)
机构有整转副的条件：2050 AD40
AD30mm
B a
铰链四杆机构的特性 １．急回特性 在曲柄摇杆机构中， θ 当主动曲柄ＡＢ等速 顺时针转动时，曲柄 在一周内有两次与连 杆共线 此两处曲柄之间的夹角θ 称为极位夹角。 在曲柄摇杆机构中，当曲柄与连杆两次共线时， 摇杆位于两个极限位置，简称极位。 急回特性的作用：可以缩短非生产时间， 提高生产率。
§2.1 平面连杆机构的基本形式
第2章 平面连杆机构解读
定义：全部用转动副相连的平面四杆机构。
机架
组成: 连架杆
连杆
分类:
整转副 机架 曲柄
摆动副
摇杆
三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、 双摇杆机构
3
2020/11/17
第2章 平面连杆机构
§2-1 平面四杆机构的基本类型及其应用 1. 曲柄摇杆机构
定义：在两连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆。
运动特点：
2020/11/17
两个特性 ：
①两曲柄同速同向转动；
②连杆作平动。
12
第2章 平面连杆机构
§2-1 平面四杆机构的基本类型及其应用
反平行四边形机构—两个曲柄 反向回转。
应用实例：车门启闭机构
反平行四边形机构
平行四边形机构在四杆
(或铰链)共线位置出现运
动不确定。
13
2020/11/17
第2章 平面连杆机构
风扇摇头机构
汽车转向机构
B’ C’
B
C
A
D
2020/11/17
C 电机
蜗轮 BBA
D D
A
D 蜗杆
C C
风扇座
第2章 平面连杆机构
A A E E B B
17
§2-1 平面四杆机构的基本类型及其应用 铰链四杆机构的演化
演化常用的方式: ①改变运动副类型； ②选不同构件作机架； ③改变相对杆长。
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2020/11/17
第2章 平面连杆机构
24
§2-1 平面四杆机构的基本类型及其应用
② 双滑块机构：椭圆仪机构(延长点的运动轨迹为椭圆)
2 1 4
3
椭圆仪机构
机械设计基础平面连杆机构
机械设计基础平面连杆机构1. 介绍平面连杆机构是机械设计中常见的一种机械结构，由若干杆件组成并通过铰链连接。
这种机构广泛应用于各种机械装置和系统中，如发动机、机械手等。
平面连杆机构的设计目标是通过合理配置连杆的长度和铰链位置来实现特定的运动，使它能够完成所需的工作。
在设计过程中，需要考虑机构的稳定性、刚度、运动路径等因素，以确保机构能够正常运行并满足设计要求。
本文将介绍平面连杆机构的基本原理、设计要点和常见应用实例。
2. 基本原理平面连杆机构的基本原理是利用杆件的长度和铰链的位置，通过特定的连杆结构来实现机构的运动。
2.1 连杆连杆是平面连杆机构中的主要组成部分，通常由刚性材料制成。
连杆通过铰链连接在一起，形成一个闭合的结构。
连杆的长度和形状对机构的运动特性有重要影响。
常见的连杆形状有直杆、曲杆和弧杆等。
在设计时，需要根据具体的运动要求和空间限制选择适当的连杆形状和长度。
2.2 铰链铰链是连杆机构中的连接件，用于连接连杆并允许相对运动。
铰链通常由轴和轴承组成，能够实现转动或滑动运动。
铰链的位置对机构的运动轨迹和运动范围有决定性影响。
在设计时，需要合理选择铰链的位置和类型，以满足设计要求。
3. 设计要点3.1 运动要求在设计平面连杆机构时，首先需要明确机构的运动要求。
例如，需要确定机构的运动类型（旋转、直线、滑动等）、运动范围、速度和加速度等。
这些要求将指导后续的连杆和铰链的设计。
3.2 连杆长度连杆的长度直接决定机构的运动幅度和工作空间。
在设计时，需要根据运动要求和空间限制选择合适的连杆长度。
较短的连杆长度可提高机构的刚度和稳定性，但限制了运动范围；较长的连杆长度可以实现更大的运动幅度，但可能会导致机构不稳定。
3.3 铰链位置铰链的位置是机构设计中的关键因素之一，它直接影响机构的运动轨迹和运动范围。
在选择铰链位置时，需要考虑到机构的运动要求、连杆长度以及其他约束条件，以实现所需的运动轨迹。
3.4 负载和刚度在设计平面连杆机构时，需要考虑机构受到的负载和所需的刚度。
平面连杆机构
2、双曲柄机构
3、双摇杆机构
第二节 平面四杆机构的基本特性
一、铰链四杆机构有曲柄的条件 二、压力角与传动角 三、急回运动和行程速比系数
四、死点
一、铰链四杆机构有曲柄的条件
1、最短杆长度＋最长杆长度≤其余两杆长度之和； 2、连架杆与机架杆中必有一杆为最短杆。
其中第一个条件称为杆长条件。
四、死点
1、死点
曲柄摇杆机构 以摇杆CD为主动件，则当连杆与从动件曲柄共 线时， 主动件CD通过连杆作用于从动件AB上的力恰好通过其回转中心， 出现了不能使构件AB转动的“顶死”现 象，机构的这种位置称为“死点”
2、克服死点的方法
1）利用安装飞轮加大惯性的方法，借惯性作用使机构闯过死 点。
2）采用将两组以上的同样机构组合使用，而使各组机构的死 点位置相互错开排列的方法。
平面四杆机构：最简单的平
面连杆机构是由四个杆件组成的， 简称平面四杆机构。
铰链四杆机构：由四个构件通
过转动铰链联结而成的机构，称为 铰链四杆机构。
机械设计基础
6.1.1 运动副
湖北三峡学院
所谓运动副是使两构件Байду номын сангаас接接触而又能产生一定相对运动的联接。 根据运动副中两构件的接触形式不同，运动副又可分为低副和高副。 1．低副 低副是指两构件之间作面接触的运动副。按两构件的相对运动情况，可分为：
2．高副 高副是指两构件之间作点或线接触的运动副。
高
低
副
副
机械制造系《机械设计基础》课题组
应用：
平面连杆机构广泛应用于各种机械和仪表中
颚式碎矿机
二．铰链四杆机构的组成
机架杆
连杆
连架杆： 曲柄：相对机架可360转 连架杆曲柄 动的连架杆；
机械基础-平面连杆机构
化工机械
如搅拌机、反应器等， 利用平面连杆机构实现
物料的混合和反应。
02
平面连杆机构的基本类型
曲柄摇杆机构
总结词
曲柄摇杆机构是平面连杆机构中最基本的一种形式，它由一个曲柄和一个摇杆 组成，曲柄通过转动将动力传递给摇杆，使摇杆进行摆动或转动。
详细描述
曲柄摇杆机构广泛应用于各种机械装置中，如缝纫机、搅拌机、车窗升降器等。 曲柄通常作为主动件，通过转动将动力传递给摇杆，使摇杆进行摆动或转动， 从而实现特定的运动形式。
机械基础-平面连杆机构
• 引言 • 平面连杆机构的基本类型 • 平面连杆机构的运动特性 • 平面连杆机构的传力特性 • 平面连杆机构的设计 • 平面连杆机构的实例分析
01
引言
平面连杆机构简介
01
平面连杆机构是由若干个刚性构 件通过低副（铰链或滑块）连接 而成的机构，构件在互相平行的 平面内运动。
机构的承载能力分析
总结词
机构的承载能力分析是评估 平面连杆机构在承受载荷时
的承载能力和稳定性。
详细描述
通过承载能力分析，可以确 定机构在各种工况下的最大 承载能力，为机构的安全使
用和优化设计提供保障。
总结词
在进行承载能力分析时，需要综合考虑机 构中各个构件的强度、刚度和稳定性等因 素。
详细描述
通过对这些因素的评估和分析，可以确定 机构在各种工况下的承载能力和稳定性， 为机构的安全使用和优化设计提供依据。
压力角和传动角
总结词
压力角是指在平面连杆机构中，主动件与从动件之间所形成的夹角。传动角是指连杆与曲柄之间所形成的夹角。
详细描述
压力角的大小直接影响到机构的传动能力和效率。较小的压力角可以减小作用在从动件上的力，提高传动效率。 而传动角的大小则与机构的传动性能和曲柄的形状有关。在设计平面连杆机构时，需要综合考虑压力角和传动角 的影响，以获得最佳的传动效果。
机械基础08平面连杆机构
第八讲 平面连杆机构一、平面连杆机构概述1.概述由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。
最常用的平面连杆机构是四杆机构。
用四个转动副相连的平面四杆机构，称铰链四杆机构。
2.组成固定不动的构件称为机架(又称静件、固定件)。
机构中不与机架相连的构件称为连杆。
与机架用低副相连的构件称为连架杆。
分成曲柄和摇杆两种。
曲柄——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。
摇杆——与机架用转动副相连但只能绕该转动副轴线摆动的构件。
二、铰链四杆机构的基本类型三种基本类型：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。
1.曲柄摇杆机构2.双曲柄机构具有两个曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。
3.双摇杆机构具有两个摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。
三、铰链四杆机构曲柄存在的条件1.分析由△AC1D可得：b-a+c≥d；b-a+d≥c。
由△AC2D可得：b＋a≤c+d。
a+d≤b+ca+c≤b+da+b≤c+da≤b；a≤c；a≤d2.曲柄存在的条件最短杆与最长杆长度之和必小于或等于其余两杆长度之和。
3.铰链四杆机构三种基本类型的判别方法（1）若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和，则：1）取最短杆为连架杆时，构成曲柄摇杆机构；2）取最短杆为机架时，构成双曲柄机构；3）取最短杆为连杆时，构成双摇杆机构。
（2）若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则无曲柄存在，只能构成双摇杆机构。
四、急回特性摇杆摆动时空回行程的平均速度却大于工作行程的平均速度（即v2＞v1），这种性质称为机构的急回特性。
机构的急回特性用急回特性系数K（又称行程速度变化系数）表示。
θ极位夹角，摇杆位于两极限位置时，曲柄所夹的锐角。
关系：K值愈大，急回特性愈显著，K=1时，机构无急回特性。
K、θ关系：θ=0°，K=1，机构无急回特性；θ＞0°，机构有急回特性，且θ愈大，急回特性愈显著。
【精品】机械讲座之平面连杆机构
构中不存在曲柄，所以该机构为双摇杆机构。
c
d
a
b
无锡商院机电系 2010年5月
机械基础
练一练
第五章 平面连杆机构
请判断下列机构属于何类型？
1、
120 100
90
2、
30
120
150 70
60
答：曲柄摇杆机构
答：双摇杆机构
无锡商院机电系 2010年5月
机械基础
想一想
第五章 平面连杆机构
问题讨论：下列机构的曲柄存在条件
90
180
B
a
b
Fn α F
C
α
δ
γ
γ
Ft c
Vc
δ max
δmin
A
d
D
对一般机械αmax≤ 50o或γ min≥ 40o 对大功率机械αmax≤ 40o或γ min≥ 50o
无锡商院机电系 2010年5月
机械基础
想一想
第五章 平面连杆机构
问题讨论：标出下列机构在图示位置的压 力角．传动及最小传动角min.
3
t1
t1
1 1
180 1
3
t2
t2
2 1
180 - 1
K
180 180
180 K1
K1
无锡商院机电系 2010年5月
机械基础
分析：
第五章 平面连杆机构
观察
K=
180º+θ 180º-θ
？θ=0º，k=?，表示？
k=1，无急回特性
？θ≠0º，k=?，表示？
K>1，有急回特性
？θ↗，k如何变化，表示？
① 若取最短构件为连架杆ad或bc(最短杆为
平面连杆机构.
平面连杆机构.平面连杆机构是机械设计中最基本的机构之一，考虑到它在将液体压力转化为旋转运动以及将旋转动作转化为平动力或其他形式的运动中扮演着重要作用，所以平面连杆机构在工业机械设计中有着甚广的应用场景，形式也有很多变体。
首先，平面连杆机构一般由连杆、滑块和支点组成。
连杆是由若干机械零件（如圆筒、把手和滑杆）连接而成的，它把支点的运动传递到滑块上，使滑块应用某种刚性扭转力或者移动力。
滑块是活动部件，它受到连杆产生的作用力，并做相应的运动，将支点的动作传递到被驱动的部件上，实现将原来的动作转化为另一种定义形式的动作。
最后，支点是连杆和滑块连接的支点，它可以做回转运动或轨道运动，用来定义机构的移动轨迹，确定滑块在连杆上任何时刻的位置。
平面连杆机构一般可以分为杆条型、分截线型和沾点型三种形式。
其中杆条型机构是最常见的，它包括蜗杆蜗轮机构、摆杆机构、齿轮与齿条机构以及柔性联轴器，主要用于实现齿轮传动的机构。
分截线型机构主要由连杆和可移动支点构成，动作简单，可靠性高，因此它一般被用于非常重要的场合，比如飞行器操纵系统等。
沾点型机构是一种特殊的连杆机构，它可以实现精密的操作，对滑块的位置控制要求较高，因此在先进的工业机械中它往往被广泛用于精密的位置控制和定位服务。
由此可见，平面连杆机构在工业机械设计中拥有广泛的应用前景和发展潜力。
它的结构简单，动作可靠，故障率低，维护方便，所以它是工业机械设计中经常采用的机构之一。
如果把它用于高精度航空航天以及自动化机器人设备中，那么必须结合各种能够满足要求的新材料，实施多种传动、控制以及定位设计技术，以此提升平面连杆机构的能力与性能，做到“更多功能、更少结构”，以实现机器的更高精度、更大能量和更高的可靠性。
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B a A b C A a
B
b C1
C
C2
a)
＝0
b)
B a A C1
a b
C
C
B
b C2
C2
d)
C2
c)
A
只要机构中曲柄的极位夹角θ>0，就有急回系数K>1,说明机构就有急回特性。
e
e
3. 运动的连续性
C1 B A 摇杆运动 可行域
C
C2
D
摇杆运动 非可行域 C 2
摇杆运动 可行域
选不同构件作机架——机构倒置
曲柄摇杆机构
2
3
低副可逆性
1作机架
1 A
2
3
4
D
双曲柄机构
1 A 4
D
2 3
２作机架
A
2 3
曲柄摇杆机构
4
D
３作机架
1 A 4 D
双摇杆机构
曲柄滑块机构
B
1
A 4
2
C 3
１作机架
曲柄滑块机构
B
转动导杆机构
2
2作机架
A
1
4
C 3
曲柄摇块机构
3作机架
移动导杆机构
变换构件的形态
应用实例：
摄影平台升降机构
▴特例二
反平行四杆机构 ▴特点：二曲柄转向相反
应用实例：
反平行车门
3. 双摇杆机构
▴结构特点：二连架杆均为摇杆 ▴运动变换：摆动摆动
应用实例：
鹤式起重机
小结：
平面连杆机构 四杆机构
曲柄摇杆机构 铰链四杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构
* 平面四杆机构的演化
在工程实际中，还常常采用多种不同外形、构造和特性 的四杆机构。这些四杆机构都可以看作是由铰链四杆机构通 过各种方法演化而来。掌握这些演化方法，有利于对连杆机 构进行创新设计。
近似再现函数 y lg x的平面四杆机构 通过两连架杆的角位移关系再现给定函数
反平行四杆机构 ▴二曲柄转向相反
E1 C A B B1 E F
F1 C1 D
反平行车门
问题三：轨迹生成机构设计
机构中某点可以实现预期的运动轨迹
鹤式起重机
搅拌机
要求连杆上某点能 生成近似直线轨迹
要求连杆上某点按搅 拌材料生成某种轨迹
二位置设计，无穷解，可添加其它条件，
如机构尺寸．传动角大小．有无曲柄等。
四个位置设计，BC不能任意选定。但总可以
在连杆上找到一些点，其四个位置在同一圆
上，涉及布尔梅斯特理论。
五个位置设计，可能有解，可能无解。
2.给定固定铰链A、D位置和连杆的位置
设计待求运动铰链的位置B、C位置
刚化反转法
刚化反转法
B2 B1 B3 E1 C1 1 E
2
1 ψ12 ψ 2 3
E3 2 3 D
A
低副可逆性；
机构在某一瞬时，各构件相对位置固定不变，相当于一个刚体， 其形状不会随着参考坐标系不同而改变。
A2’
刚化反转法
方法： 通常，把未知铰链点连架杆相对固定，做相 对机架。已知铰链点连架杆作相对连杆，求 该连杆上铰链点。 问题实质： 求连架杆（相对连杆）上圆点。
极限位置1 连杆与曲柄拉伸共线 极限位置2 连杆与曲柄重叠共线
B2
180º
A
B
C2
CC 1
B1
D
180º
极位夹角 —机构从动件处于两极限位置时，主动件在对应位置 所夹的锐角。 工作行程(慢行程) 曲柄转过180º ，摇杆摆角， 耗时t1，平均角速度m1 t1 曲柄转过180º ，摇杆摆角， 耗时t2，平均角速度m2 t2
1. 曲柄摇杆机构
▴结构特点：一个连架杆为曲柄 一个连架杆为摇杆。
▴运动变换：转动摇动
应用实例：
雷达天线机构
搅拌机
2. 双曲柄机构
▴结构特点：二连架杆均为曲柄
▴运动变换：转动转动 通常二转速不相等
应用实例：
振动筛机构
▴特例一
平行四杆机构 ▴结构特点：两连架杆等长
▴运动特点：连杆作平动
机车车轮联动机构
三、函数生成机构的设计
已知固定铰链点A、D，设计四杆机构，使得两个连 架杆可以实现三组对应关系
给定两连架杆上三对对应位置的设计问题 B2 B1 1 2 3 B3 E1 C1 1 E
2
E3 2 3 D
A
A2’
设计步骤：
⑴ 任意选定构件AB的长度
摇杆运动 非可行域
C 1
C ’
设计曲柄摇杆机构时，不能要求从动摇杆在两个不连通 的可行域内运动。 摇杆在哪个可行域内运动，取决于机构的初始位置。
二、传力特性
1. 压力角和传动角 压力角 —作用在从动件上的 力的方向与着力点速度方向所 夹锐角。 传动角 —压力角的余角。 有效分力 F F cos F sin 径向压力 F F sin=F cos
B1
ω
A
θ
e
B2 C1 H C2
toggle positions
B1 A B2 C1 C2
e
dead pointsLeabharlann 如何使机构顺利通过死点位置？
利用飞轮惯性
机构错位排列
利用死点位置：
P
C D
A
0
F
C B B 2
B
2 C
工件
P
C 0
3
B F
工件 工件
A
11 A
3
D D
4
T
飞机起落架
连杆式快速钻孔夹具
连 杆
连杆机构 若干刚
机 构
性构件通过低副联
接而成的机构，称
为连杆机构。
平面连杆机构 各运动 构件均在相互平行的平 面内运动，则称为平面 连杆机构。
基本概念:
平面四杆机构的基本型式
机 架
连杆
——铰链四杆机构
连架杆—用低副与机架相联接的构件。
摇杆
连
曲 摇
杆—不与机架联接的构件。
曲柄 柄—能相对于机架作整周转动的 连架杆。 连架杆
例 1 已 知 铰 链 四 杆 机 构 ABCD ， 其 中 AB20mm ， BC50mm，CD40mm,AD为机架。改变AD杆长，分析机构 的类型变化。
⑴ AD杆为最短杆(0AD 20)
杆长条件：AD50 2040
最短杆 b C
AD10mm
最长杆
C b B a A d c D 整转副
2 b 1
D d
c
A
a
B1
b 2 c 2 (d a) 2 1 arccos 2bc
b 2 c 2 (d a) 2 2 180 arccos 2bc
min为1和2中的较小值者。
为了保证机构具有良好的传力性能，设计时通常要求 min 40º ；对于高速和大功率传动机械，min 50º 。
小 结：
1. 运动特性
曲柄存在条件 杆长条件 最短杆条件 急回特性 极位夹角 行程速比系数 运动的可行域
要求：
正确理解和掌握平面机构 工作特性的有关概念； 用有关工作特性检验机构 的运动和传力性能； 运用有关概念设计性能优 良的机构。
2. 传力特性
压力角和传动角 死点
b 2 c 2 (d a) 2 2 180 arccos 2bc
min为1和2中的较小值者。
为了保证机构具有良好的传力性能，设计时通常要求 min 40º ；对于高速和大功率传动机械，min 50º 。
传动角 出现极值的位置及计算
传动角总取锐角 C2 B2 C1
返回行程(快行程)
行程速度变化系数——K来衡量急回运动的相对程度。
C2 180º + A B2 180º C1
B1
D
m 2 / t 2 t1 180 K m 1 / t1 t 2
K 1 180 K 1
180 180 180
第三节 平面连杆机构的设计
分析（Analysis）
设计（Design）
综合（synthesis）
一、平面连杆机构设计的基本问题
问题一：刚体导引机构设计 引导一个刚体实现一系列给定位置
铸造翻砂机构 飞机起落架机构
要求实现两个翻转位置
要求实现机轮放下和收起两个位置
问题二：函数生成机构设计
主、从动连架杆运动规律具有给定的函数关系
平面连杆机构设计方法：
图解法
解析法 实验法
二、刚体导引机构的设计
要求：所设计机构的连杆能引导一个刚体按给定的位姿， 顺序通过一系列位置。 _____设计四杆机构，使得连杆通过 I、II、III三个位置
1.给定连杆三位置的运动铰链点
待求固定铰链A、D位置
B1
C1 II
I
B2
C2
III B
设计具有急回要求的机构时，应先确定K值，再计算。
应用实例:
摆动导杆机构的极位夹角
180º
牛头刨床的主机构
180º
慢行程
快行程
摆动导杆机构
曲柄滑块机构
曲柄滑块机构的极位夹角
180º
慢行程
180º
快行程
问题讨论：下列机构有无急回特性，若有，标出极位夹角。
B a
A
c
d
D
整转副
双曲柄机构
⑵ AD杆长介于最短杆与最长杆之间(20AD50)