机械设计 平面连杆机构
合集下载
《机械原理》第四章 平面连杆机构及其设计
2. 急回特性和行程速比系数
判断下列机构是否具有急回特性：
双曲柄机构和对心曲柄滑块机构适 当组合后，也可能产生急回特性。
机械原理
小结：
第四章 平面连杆机构及其设计
2. 急回特性和行程速比系数
1）急回特性的作用：节省空回行程的时间，提高劳动生产 率。 2）急回特性具有方向性，当原动件的回转方向改变时，急 回的行程也跟着改变。 3）对于有急回运动要求的机械，先确定K，再求θ。
∆DB1C1 中 : a + d ≤ b + c ∆DB2C 2 中 : b ≤ (d-a ) + c
(a ) 即 a+b≤c+d 即 a+c ≤ b+d
c ≤ (d-a ) + b (a ) + (b )，得 a ≤ c (a ) + (c )，得 a ≤ b
(b ) + (c )，得 a ≤ d
手摇唧筒
固定滑块3成为唧筒外壳，导杆4的下端固结着汲水活塞，在 唧筒3的内部上下移动，实现汲水的目的。
机械原理
2 . 平面四杆机构的演化形式 ( ) 运动副元素的逆换 4
第四章 平面连杆机构及其设计
将移动副两元素的包容关系进行逆换，并不影响两构件 之间的相对运动，但却能演化成不同的机构。
构件2 包容 构件3 导杆机构
4-2
平面四杆机构的类型和应用
1. 平面四杆机构的基本形式 2. 平面四杆机构的演化形式
机械原理
第四章 平面连杆机构及其设计
铰链四杆机构 1. 平面四杆机构的基本形式：
机架：固定不动的构件，如AD 杆 连杆：不直接与机架相连的构件，如BC杆 连架杆：直接与机架相连的构件，如AB、CD 杆 曲柄：能作整周转动的连架杆，如AB 杆 摇杆：不能作整周转动的连架杆，如CD 杆
机械原理课件8平面连杆机构与设计说明
切向分力:
法向分力:
FFco sFsin FFcos
n
▲切向分力F ′越大,机构的传力
性能越好,法向分力 F″越大,机
构的传力性能越差
B
结论：
A
为保证机构的传力
F″
t
C γα F
F′ t
F ″ T′
D
F′
性能，压力角α不能
过大，传动角γ不能过小。
设计时要求:γmin≥50°
γmin出现的位置：
当 最小或最大时，都有可能出现
§8－2平面四杆机构的类型和应用
一. 平面四杆机构的基本形式 铰链四杆机构
双曲柄机构
曲柄摇杆机构
双摇杆机构
各铰部链名四称杆及机运构动形式 机是构架平的面基固四本定杆形的机式构件 连架杆 直接与机架相连接的杆件
连杆
B
铰曲链柄曲四柄能杆摇整机杆周构机转的构动三的种构基件本形式连为架：杆
A
摇杆 只双能曲做柄非机整构周摆动的连架杆
A
4
B
A1
2 3 C 导杆机构,动画
4
转动导杆机构 摆动导杆机构
曲柄滑块机构演化实例
B 1
A
2 3
4
C
曲柄摇块机构〔连杆作机架
B 1 A
4
2
C 3
DC
B A
自卸卡车举升机构
移动导杆机构
B BBB 11 1
222
A AA A
3333 CCC 444
B 1
A
2 3
4
C
曲柄滑块机构
B 1
A
手摇唧筒
2 3
F’ E’
C’
D’
G’
机械原理第五章 连杆机构设计
4. 曲柄滑块机构存在曲柄的条件
根据曲柄摇杆机构的演化过程及曲柄摇杆机构曲柄存在的 条件，机架为无穷大+偏距e，则有： 偏置曲柄滑块机构有曲柄的条件：
a
b
① a＋e≤b； ② a为最短杆。
若偏距=0，则得对心曲柄滑块机构有曲柄的条件：
① a≤b； ② a为最短杆。
例5-1 图示铰链四杆机构，lBC=50mm，lCD=35mm， lAD=30mm，AD为机架，若为曲柄摇杆机构， 试讨论lAB的取值范围。
机械原理 第五章 平面连杆机构及其设计
§5-1 平面连杆机构的应用及传动特点
§5-2 平面四杆机构的类型和应用
§5-3 平面四杆机构的一些共性问题 §5-4 平面四杆机构的设计
§5-1 平面连杆机构的应用及传动特点
应用举例 如：四足机器人（图片、动画）、内燃机中的曲柄滑块机构、 汽车刮水器、缝纫机踏板机构、仪表指示机构等。
锻压机肘杆机构
可变行程滑块机构
汽车空气泵
单侧曲线槽导杆机构
3）可用于远距离操纵、重载机构，如：自行车手闸机构，挖掘 机等。 4）连杆曲线丰富，可实现特定的轨迹要求，如：搅拌机构， 鹤式起重机等。
挖掘机
搅拌机构
鹤式起重机
二、平面连杆机构的缺点 1）运动副中的间隙会造成较大累积误差，运动精度较低。 2）多杆机构设计复杂，效率低。 3）多数构件作变速运动，其惯性力难以平衡，不适用于高速。 多杆机构大都是四杆机构组合或扩展的结果。 六杆机构及六杆机构的实际应用 本章介绍四杆机构的分析和设计。
1）最短杆长度＋最长杆长度≤其余两杆长度之和；（杆长条件） 2）组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆。 2. 铰链四杆机构存在曲柄的条件
1）各杆长度应满足杆长条件； 2）最短杆为连架杆或机架。
机械设计基础第二章
第2章平面连杆机构2.1平面连杆机构的特点和应用连杆机构是由若干刚性构件用低副连接组成的机构，又称为低副机构。
在连杆机构中，若各运动构件均在相互平行的平面内运动，称为平面连杆机构；若各运动构件不都在相互平行的平面内运动，则称为空间连杆机构。
平面连杆机构被广泛应用在各类机械中，之所以广泛应用，是因为它有较显著的优点：（1）平面连杆机构中的运动副都是低副，其构件间为面接触，传动时压强较小，便于润滑，因而磨损较轻，可承受较大载荷。
（2）平面连杆机构中的运动副中的构件几何形状简单（圆柱面或平面），易于加工。
且构件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。
（3）平面连杆机构中的连杆曲线丰富，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。
另外可实现远距离传动。
平面连杆机构也存在一定的局限性，其主要缺点如下：（1）根据从动件所需要的运动规律或轨迹设计连杆机构比较复杂，精度不高。
（2）运动时产生的惯性力难以平衡，不适用于高速的场合。
（3）机构中具有较多的构件和运动副，则运动副的间隙和各构件的尺寸误差使机构存在累积误差，影响机构的运动精度，机械效率降低。
所以不能用于高速精密的场合。
平面连杆机构具有上述特点，所以广泛应用于机床、动力机械、工程机械等各种机械和仪表中。
如鹤式起重机传动机构（图2-1），摇头风扇传动机构（图2-2）以及缝纫机、颚式破碎机、拖拉机等机器设备中的传动、操纵机构等都采用连杆机构。
图2-1鹤式起重机图2-2 摇头风扇传动机构2.2平面连杆机构的类型及其演化2.2.1 平面四杆机构的基本形式全部用转动副组成的平面四杆机构称为铰链四杆机构，如图2-3所示。
机构的固定件4称为机架；与机架相联接的杆1和杆3称为连架杆；不与机架直接联接的杆2称为连杆。
能作整周转动的连架杆，称为曲柄。
仅能在某一角度摆动的连架杆，称为摇杆。
按照连架杆的运动形式，将铰链四杆机构分为三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。
机械设计基础(专科)第2章平面连杆机构
缝纫机踏板机构动画
缝纫机动画(3D)
缝纫机跳线机构动画
缝纫机刺布机构动画（3D)
搅拌机动画
雷达天线俯仰机构动画
双曲柄机构动画
惯性筛动画
升降台动画（3D)
正平行四边形动画
机车车轮动画(3D)
机车车轮联动机构动画
反平行四边形动画
车门启闭机构动画
车门启闭动画(3D)
3、双摇杆机构：两个连架杆都是摇杆。
右图中的局部自由度 经上述处理后，则机构 自由度：
F 3n 2P P 3 2 2 2 1 1 L H
局部自由度动画
（3） 虚约束:
对机构运动实际上不起约束作用的约束 称为虚约束。 1）转动副轴线重合的虚约束
转动副轴线重合的虚约束动画
2）移动副导路平行的虚约束 当两构件在多处形成移动副，并且各 移动副的导路互相平行，则其中只有一个 移动副起实际的约束作用，而其余移动副 均为虚约束。
解：1）分析运动，确定构 件的类型和数量
进气阀3
2）确定运动副的类型和 数目
3）选择视图平面
活塞2
排气阀4
顶杆8
气缸体1
4）选取比例尺，根据机 连杆5 构运动尺寸，定出各运动副 间的相对位置 曲轴6
5）画出各运动副和机构 符号，并表示出各构件
齿轮10
凸轮7
内燃机的机构运动简图
内燃机凸轮动画
2.2.4
机构运动简图绘制 1.分析机械的结构和动作原理，确定构件 的数目。 2.分析构件间的相对运动，确定运动副的 数目和类型。 3.选定视图投影面及比例尺μL=实际尺寸/ 图上尺寸(m/mm)，顺序确定转动副和移动 副导路的位置，根据原动件的位置及各杆 长等绘出各构件，得到机构运动简图。
《机械设计基础》第2章_平面连杆机构解析
0 0
由上式可知，机构的急回程度取决于极位夹
角θ的大小。θ角越大，K值越大，机构的急回程
度也越高，但机构运动的平稳性就越差。反之反 然。 一般机械中1≤K≤2。
5.连杆机构具有急回特性的条件
⑴ 输入件等速整周转动；
⑵ 输出件往复运动；
⑶ 极位夹角
。 0
6.常见具有急回特性的四杆机构
二、平面连杆机构的特点及应用
1.平面连杆机构的特点
⑴寿命长 低副联接，接触表面为平面或圆柱面，
压力小；便于润滑，磨损较小。
⑵易于制造 连杆机构以杆件为主，结构简单。 ⑶可实现远距离操纵控制 因连杆易于作成较长
的构件。
⑷可实现比较复杂的运动规律 ⑸设计计算较繁复，当机构复杂时累计误差较大，
2、双曲柄机构
具有两个曲柄的铰链四杆机构。
⑴平行四边形机构：连杆与机架的长度相等，且曲
柄的转向相同长度也相等的双曲柄机构。 这种机构两曲柄的角速度始终保持相等，且连杆 始终做平动，故应用较广。
运动的不确定性
有辅助构件的重复机构
有辅助构件的错列机构
⑵逆平行四边形机构：连杆与机架的长度相等，两
含有两个移动副的四杆机构应用实例
2.3 平面四杆机构的基本特性
一、铰链四杆机构存在曲柄的条件
设 AB 为曲柄,
由 △BCD :
且 a <d .
b+c>f 、 b+f >c 、 c+f >b
以 fmax = a + d ， fmin = d - a b+c >a+d 、 b+d >a+c 、 c+d >a+b 化简后得: a<b 、 a<c 、 a< d 若 d <a d<a、d<b、d<c 代入并整理得：
由上式可知，机构的急回程度取决于极位夹
角θ的大小。θ角越大，K值越大，机构的急回程
度也越高，但机构运动的平稳性就越差。反之反 然。 一般机械中1≤K≤2。
5.连杆机构具有急回特性的条件
⑴ 输入件等速整周转动；
⑵ 输出件往复运动；
⑶ 极位夹角
。 0
6.常见具有急回特性的四杆机构
二、平面连杆机构的特点及应用
1.平面连杆机构的特点
⑴寿命长 低副联接，接触表面为平面或圆柱面，
压力小；便于润滑，磨损较小。
⑵易于制造 连杆机构以杆件为主，结构简单。 ⑶可实现远距离操纵控制 因连杆易于作成较长
的构件。
⑷可实现比较复杂的运动规律 ⑸设计计算较繁复，当机构复杂时累计误差较大，
2、双曲柄机构
具有两个曲柄的铰链四杆机构。
⑴平行四边形机构：连杆与机架的长度相等，且曲
柄的转向相同长度也相等的双曲柄机构。 这种机构两曲柄的角速度始终保持相等，且连杆 始终做平动，故应用较广。
运动的不确定性
有辅助构件的重复机构
有辅助构件的错列机构
⑵逆平行四边形机构：连杆与机架的长度相等，两
含有两个移动副的四杆机构应用实例
2.3 平面四杆机构的基本特性
一、铰链四杆机构存在曲柄的条件
设 AB 为曲柄,
由 △BCD :
且 a <d .
b+c>f 、 b+f >c 、 c+f >b
以 fmax = a + d ， fmin = d - a b+c >a+d 、 b+d >a+c 、 c+d >a+b 化简后得: a<b 、 a<c 、 a< d 若 d <a d<a、d<b、d<c 代入并整理得：
机械设计基础第四版第2章
动画演示
例题:
例题 1）如果该机构能成为曲柄摇杆机构，且AB是曲柄，求AB的取值 范围；
2）如果该机构能成为双曲柄机构，求AB的最小值；
3）如果该机构能成为双摇杆机构，求AB的取值范围。
50
C
(1) AB为最短
B
35
l AB
l AB 50
30 35 30
l AB
15
(2) AAD为30最短 D
(lAB )max 15mm
503030lABl
AB
50 35
45
l AB
50
或
lAB
l AB 30
50 50
35
50
l AB
55
lAB 50 30 35 115mm
(lAB )min 45mm
(3)只能考虑不满足杆长和条件下的机构
AB为最短
lAB
l AB 50
30 35
50
C
35
A 30
D
§2-2 铰链四杆机构的演化
一、曲柄滑块机构 广泛用与内燃机、冲床等，将回转 运动转变为直线运动或反之。
e=0 时，对心；e≠0时，偏置。
对心没急回特性, 滑块为原动件时有死点，
铰链四杆机构的演化
二、曲柄滑块机构的演化（取不同构件为机架或改变杆长）
1.导杆机构
小型刨床应用实例
t1 / t2
180 180
2）压力角与传动角 压力角——从动件受力方向与受力 点绝对速度方向的夹角
铰链四杆机构
Psin----有害分力
P
Pcos-----有效分力
希望小好，不便度量，用其余角来度量， 称为传动角， 所以大，传力性能好. 是变化的， min≧ 40°
例题:
例题 1）如果该机构能成为曲柄摇杆机构，且AB是曲柄，求AB的取值 范围；
2）如果该机构能成为双曲柄机构，求AB的最小值；
3）如果该机构能成为双摇杆机构，求AB的取值范围。
50
C
(1) AB为最短
B
35
l AB
l AB 50
30 35 30
l AB
15
(2) AAD为30最短 D
(lAB )max 15mm
503030lABl
AB
50 35
45
l AB
50
或
lAB
l AB 30
50 50
35
50
l AB
55
lAB 50 30 35 115mm
(lAB )min 45mm
(3)只能考虑不满足杆长和条件下的机构
AB为最短
lAB
l AB 50
30 35
50
C
35
A 30
D
§2-2 铰链四杆机构的演化
一、曲柄滑块机构 广泛用与内燃机、冲床等，将回转 运动转变为直线运动或反之。
e=0 时，对心；e≠0时，偏置。
对心没急回特性, 滑块为原动件时有死点，
铰链四杆机构的演化
二、曲柄滑块机构的演化（取不同构件为机架或改变杆长）
1.导杆机构
小型刨床应用实例
t1 / t2
180 180
2）压力角与传动角 压力角——从动件受力方向与受力 点绝对速度方向的夹角
铰链四杆机构
Psin----有害分力
P
Pcos-----有效分力
希望小好，不便度量，用其余角来度量， 称为传动角， 所以大，传力性能好. 是变化的， min≧ 40°
平面连杆机构
图2-1 铰链四杆机构
一、铰链四杆机构的基本型式
3、铰链四杆机构的分类 根据连架杆运动形式的不同，可分为三种基 本形式：曲柄摇杆机构、双摇杆机构、双曲柄机 构 （1）曲柄摇杆机构：两连架杆，一为曲柄，另一 为曲柄摇杆。 （2）双曲柄机构：两连架杆均为曲柄。 （3）双摇杆机构：两连架杆均为摇杆。
一、曲柄摇杆机构
4Байду номын сангаас
2 B 1 A
自卸卡车举升机构
B 1 A
2
A 3 4
1
2 3
B
4 C 曲柄滑块机构 C A
A 4 4
1
2
B
定块机构
设计：潘存云
3 C
手摇唧筒
例：选择双滑块机构中的不同构件 作为机架可得不同的机构
2
2 1
1
3 4
3
4
椭圆仪机构 正弦机构 正切机构
三、曲柄滑快机构演化——偏心轮机构
曲柄长度较小时，一杆上不宜制两个转动副联接（两轴 直径较大而杆较短），此时可制成偏心轮机构，运动特 性不变，而增强刚度，改善受力。
摇杆为主动件时，且连杆与曲柄两次共线时有： 死点 极位夹角θ >0
3、压力角和传动角
（二）双曲柄机构 特征：两个曲柄 特点：将等速回转转变为等速或变速回转。 应用实例：如叶片泵、 惯性筛、 平行四边形 机构——火车车轮连动 机构等。
A B 1 D 2 设计：潘存云 C 3
6 C 设计：潘存云 2 3 B 4 D 1 A
也可以利用死点进行工作：飞机起落架、钻夹具等。
C D A A C
设计：潘存云
P
γ B =0
B
B 2 2 C
C γ=0 33
机械原理第三章平面连杆机构及其设计
b12
C1
B
B2
B1
b. 设计 b12
c12
A
B2
C1
C2
B1
A点所在线
A
D点所在线
D
C C2
D
★ 已知连杆两位置
c23
——无穷解。要唯一解需另加条件 ★ 已知连杆三位置
b23 B3
c23
——唯一解 ★ 已知连杆四位置
——无解 B3
b12 B2 B1
C1 C2
C3
AD
B2 B1
分析图3-20
C2 C1 B4
反平行四边形
车门开闭机构
3)、双摇杆机构
若铰链四杆机构的两连架杆均为摇杆， 则此四杆机构称为双摇杆机构。
双摇杆机构
双摇杆机构的应用 鹤式起重机机构
鹤式起重机
倒置机构：通过更换机架而得到的机构称为原机构的倒置机构。
变化铰链四杆机构的机架
C
B
整转副
2
(<360°)
(0~360°)
3
1
(0~360°)
（1）、取最短构件为机架时，得双曲柄机构。 （2） 、取最短构件的任一相邻构件为机架时，均得曲柄
摇杆机构。 （3）、取最短构件的对面构件为机架时，得双摇杆机构。
判断：所有铰链四杆机构取不同构件为机架时，都能演化成带 曲柄的机构。
例：图示机构尺寸满足杆长条件，当取不同构件为机架时 各得什么机构？
取最短杆相 邻的构件为 机架得曲柄 摇杆机构
最短杆为 机架得双 曲柄机构
取最短杆对 边为机架得 双摇杆机构
特殊情况：
如果铰链四杆机构中两个构件长度相等且均为最短杆 1、若另两个构件长度不相等，则不存在整转副。 2、若另两个构件长度也相等， （1）当两最短构件相邻时，有三个整转副。 （2）当两最短构件相对时，有四个整转副。
机械设计基础——平面连杆机构
B
A
C
B
曲柄滑块机构
A B
导杆机构
C
AB > AC
A
转动导杆机构
C A
AB < AC C B
摆动导杆机构
A
C
曲柄摇块机构
B
A
定块机构 (移动导杆机构) C
B
（1）导杆机构
演化过程：曲柄滑块机构
曲柄改为机架
导杆机构。
转动导杆机构的应用
简易刨床
摆动导杆机构的应用
牛头刨床机构
（2）曲柄摇块机构
M 相距 h F
。
（3）不含力偶的三力杆件：三个力汇交于一点。
（4）确定摩擦总反力 FRik 方位： 判断 F 指向 Rik
确定
ki转向
使 F 与摩擦圆相切， Rik
并
ki与转向相反
例. 已知：驱动力F，f, φ=arctanf, 各销钉半径r,
当量摩擦系数f0, ρ=r f0, 求：Mq
Fr
Fr
Fr 作用在契块上的力
Fr f 驱动力：F 2 Ff f Fr fV Fr sin sin
f fV 楔形槽面当量摩擦系数 sin
fV f
2 . 转动副中的摩擦力
已知：M、ω21 、Fr . 摩擦力矩：
21
M f FR 21 Fr
（2）当螺母沿轴向与Fa方向相同移动时
支持力（阻力）
' M tan( ) ' d ' M do tan
' Md 支持阻力力矩 ' M do 理想支持阻力矩
Fd'
机械设计基础第二章平面连杆机构
(3)过C1、C2、 P 作圆
(4)AC1=L2－L1, AC2=L2+L1→ L1=1/2(AC2－AC1)
→无数解
以L1为半径作圆,交B1,B2点 →曲柄两位置
M
N
在圆上任选一点A
C1M与C2N交于P点
作∠C1C2N=90－θ,
P
2.导杆机构: P.33
→取决于机构各杆的相对长度
A
D
B
B’
B”
C
C’
C”
三式相加 → ┌ l1≤l2 │ l1≤l3 └ l1≤l4
当杆1处于AB ”位置→ △AC ”D
→ l1＋l2≤l3＋l4 (2-3)
→┌(l2－l1) ＋l3 ≥l4 →┌l1＋l4≤l2＋l3 (2-1) └(l2－l1) ＋l4 ≥l3 └l1＋l3≤l2＋l4 (2-2)
图2-4
曲柄摇杆机构
φ1
φ2
ψ
(2-4)
（二）压力角和传动角 P.30
1.压力角α－
2.传动角γ
：BC是二力杆,驱动 力F 沿BC方向
作用在从动件上的驱动力F与该力作用点绝对速度VC之间所夹的锐角。
工作行程: 空回行程:
B2→B1 (φ 2) →摇杆C2→C1 (ψ) ∵ φ 1＞ φ 2 , 而ψ不变
B1→B2 (φ1) → 摇杆C1→C2 (ψ)
→ 工作行程时间＞空回行程时间
曲柄(主)匀速转动(顺) 摇杆(从)变速往复摆动
图2-4
曲柄摇杆机构
φ1
φ2
ψ
极位:
缺点:
2.应用:
优点
1.手动冲床： ← 两个四杆机构组成 （双摇杆～+摇杆滑 块机构）
2.筛料机构： 六杆机构←两个四杆 机构组成（双曲柄～ +曲柄滑块～）
(4)AC1=L2－L1, AC2=L2+L1→ L1=1/2(AC2－AC1)
→无数解
以L1为半径作圆,交B1,B2点 →曲柄两位置
M
N
在圆上任选一点A
C1M与C2N交于P点
作∠C1C2N=90－θ,
P
2.导杆机构: P.33
→取决于机构各杆的相对长度
A
D
B
B’
B”
C
C’
C”
三式相加 → ┌ l1≤l2 │ l1≤l3 └ l1≤l4
当杆1处于AB ”位置→ △AC ”D
→ l1＋l2≤l3＋l4 (2-3)
→┌(l2－l1) ＋l3 ≥l4 →┌l1＋l4≤l2＋l3 (2-1) └(l2－l1) ＋l4 ≥l3 └l1＋l3≤l2＋l4 (2-2)
图2-4
曲柄摇杆机构
φ1
φ2
ψ
(2-4)
（二）压力角和传动角 P.30
1.压力角α－
2.传动角γ
：BC是二力杆,驱动 力F 沿BC方向
作用在从动件上的驱动力F与该力作用点绝对速度VC之间所夹的锐角。
工作行程: 空回行程:
B2→B1 (φ 2) →摇杆C2→C1 (ψ) ∵ φ 1＞ φ 2 , 而ψ不变
B1→B2 (φ1) → 摇杆C1→C2 (ψ)
→ 工作行程时间＞空回行程时间
曲柄(主)匀速转动(顺) 摇杆(从)变速往复摆动
图2-4
曲柄摇杆机构
φ1
φ2
ψ
极位:
缺点:
2.应用:
优点
1.手动冲床： ← 两个四杆机构组成 （双摇杆～+摇杆滑 块机构）
2.筛料机构： 六杆机构←两个四杆 机构组成（双曲柄～ +曲柄滑块～）
机械设计基础 第七版 第3章 平面连杆机构
第3章 平面连杆机构
连杆机构是由若干构件通过低副连接而形成的机构，又 称为低副机构。活动构件均在同一平面或在相互平行的平面 内运动的连杆机构称为平面连杆机构。
平面连杆机构的特点是：低副中的两运动副元素为面接 触，压强小，易于润滑，磨损小，寿命长；能获得较高的运 动精度；可以实现预期的运动规律和轨迹等要求。但当要求 从动件精确实现特定的运动规律时，设计计算较繁杂，而且 运动副中的间隙会引起运动积累误差，故往往难以实现。有 些构件所产生的惯性力难以平衡，高速时会引起较大的振动 和动载荷。因此，平面连杆机构常与机器的工作部分相连， 起执行和控制作用。
定块机构
手摇唧筒
动画
3.2 平面四杆机构存在曲柄的条件及基本特性
学习要点
•能够运用平面四杆机构存在曲柄的条件判断机构的类型。 •掌握机构的急回特性、压力角、传动角及死点的概念，并 能够在运动简图上进行标注。
3.1.2 铰链四杆机构的演化
3
导杆机构
牛头刨床的导杆机构
动画
3.1.2 铰链四杆机构的演化
4
摇块机构
若将对心曲柄滑块机构中的连杆BC作为机架，滑块只能绕C点 摆动，就得到曲柄摇块机构，简称摇块机构。
摇块机构
吊车
3.1.2 铰链四杆机构的演化
5
定块机构
若将偏置曲柄滑块中的滑块3作为机架，BC杆成为绕转动副C摆 动的摇杆，AC杆成为滑块做往复移动，就得到摇杆滑块机构，又称 为定块机构。
偏心轮机构
动画
3.1.2 铰链四杆机构的演化
3
导杆机构
由曲柄、导杆、滑块和机架组成的机构，称为导杆机构。
由于导杆能做整周转动，因此称为转动导杆机构，此时机架长
度小于曲柄长度。
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。
机械设计基础 第五章机构的组成及平面连杆机构
封闭链
运动链 开式链
3、机构
定义：
将运动链中的一个构件固定作为参考坐 标系，则这种运动链称为机构。
机构中的构件分三类：
机架、主动件、从动件。
5.1.2 平面机构运动简图
机构运动简图：
当研究机构的运动时，为了使问题简化， 常用一些简单的线条和符号来表示构件和 运动副，并按比例定出各运动副的位置。 这种说明机构各构件间相对运动关系的简 化图形，称为机构运动简图。 机构运动简图，具有和原机构相同的运 动特性，故可根据该图对机构进行运动和 动力分析。
几种运动副
回转副和移动副约 束了两个自由度
高副约束了 一个自由度
平面机构自由度的计算公式
对于具有n个活动构件的平面机构， 若各构件之间共构成了PL个低副和PH 个高副，则它们共引入(2PL+PH)个约 束。机构的自由度F显然应为: F=3n－(2PL+PH)=3n－2PL－PH
平面机构自由度计算（1）
（3)虚约束
定义:
在运动副的约束中，有些约束所起 的限制作用可能是重复的，这种不起独 立限制作用的约束称为虚约束。
特点:
先将产生虚约束的构件和运动副去 掉，然后再进行计算。
虚约束发生的场合
⑴ 两构件间构成多导路平行的移动副
两构件构成多个 导路平行的移动副
⑵两构件间构成多轴线重合的转动副
两构件构成多个 轴线重合的转动副
平面机构实例1
平面机构实例2
平面机构实例3
5.1 平面机构的运动简图及自由度
5.1.1 机构的组成 1、运动副及其分类
运动副： 当构件构成机构时，构件与构件 之间通过一定的相互接触与制约，构 成保持相对运动的可动连接，这种可 动连接称为运动副。 分类：低副和高副。
运动链 开式链
3、机构
定义：
将运动链中的一个构件固定作为参考坐 标系，则这种运动链称为机构。
机构中的构件分三类：
机架、主动件、从动件。
5.1.2 平面机构运动简图
机构运动简图：
当研究机构的运动时，为了使问题简化， 常用一些简单的线条和符号来表示构件和 运动副，并按比例定出各运动副的位置。 这种说明机构各构件间相对运动关系的简 化图形，称为机构运动简图。 机构运动简图，具有和原机构相同的运 动特性，故可根据该图对机构进行运动和 动力分析。
几种运动副
回转副和移动副约 束了两个自由度
高副约束了 一个自由度
平面机构自由度的计算公式
对于具有n个活动构件的平面机构， 若各构件之间共构成了PL个低副和PH 个高副，则它们共引入(2PL+PH)个约 束。机构的自由度F显然应为: F=3n－(2PL+PH)=3n－2PL－PH
平面机构自由度计算（1）
（3)虚约束
定义:
在运动副的约束中，有些约束所起 的限制作用可能是重复的，这种不起独 立限制作用的约束称为虚约束。
特点:
先将产生虚约束的构件和运动副去 掉，然后再进行计算。
虚约束发生的场合
⑴ 两构件间构成多导路平行的移动副
两构件构成多个 导路平行的移动副
⑵两构件间构成多轴线重合的转动副
两构件构成多个 轴线重合的转动副
平面机构实例1
平面机构实例2
平面机构实例3
5.1 平面机构的运动简图及自由度
5.1.1 机构的组成 1、运动副及其分类
运动副： 当构件构成机构时，构件与构件 之间通过一定的相互接触与制约，构 成保持相对运动的可动连接，这种可 动连接称为运动副。 分类：低副和高副。
机械设计原理-平面连杆机构
∴此机构属于双曲柄机构 其中AD、BC都为曲柄
B 20
13
A
24
B 15
11
A
26
C
∵13+24<20+19
又∵杆AD是最短杆相邻的杆件
19
∴此机构属于曲柄摇杆机构
D
其中AB为曲柄、CD为摇杆
C
∵11+26<15+25
25 又∵杆CD是最短杆相对的杆件 ∴此机构属于双摇杆机构
D
其中AD、BC均为摇杆
1）改变构件的形状和运动尺寸。如通过将摇杆改变为 滑块，摇杆长度增至无穷大，可得到曲柄滑块机构
2）改变运动副的尺寸。如通过扩大曲柄滑块机构中转 动副尺寸，可得到偏心轮机构
3）选用不同的构件为机架。如曲柄滑块机构通过选取 不同构件为机架可演化出转动导杆机构、曲柄摇块机 构、直动滑杆机构等。
1）改变构件的形状和运动尺寸
二、平面四杆机构
各构件间的相对运动均在同一平面内或互相平 行的平面内
最简单的有确定运动的平面连杆机构是由四个 杆件组成的，简称平面四杆机构。
三、铰链四杆机构
所有运动副均为转动副的平面四杆机构称为铰链四 杆机构
是平面四杆机构的最基本形式
连杆
连架杆
连架杆
机架
AD----机架（固定不动） AB、CD----连架杆（与机架相连的杆件） BC----连杆（机架相对的杆件）
选择不同的构件作为机架可以得到铰链四杆 机构的三种基本形式。
铰链四杆机构的三种基本形式
1.曲柄摇杆机构
两连架杆一为曲柄，一为摇杆的铰链四杆机构。
最短杆的邻边为机架, 其中曲柄1作360°周转运动，摇杆 3作往复摆动，主动件可以为曲柄，也可以为摇杆。
B 20
13
A
24
B 15
11
A
26
C
∵13+24<20+19
又∵杆AD是最短杆相邻的杆件
19
∴此机构属于曲柄摇杆机构
D
其中AB为曲柄、CD为摇杆
C
∵11+26<15+25
25 又∵杆CD是最短杆相对的杆件 ∴此机构属于双摇杆机构
D
其中AD、BC均为摇杆
1）改变构件的形状和运动尺寸。如通过将摇杆改变为 滑块，摇杆长度增至无穷大，可得到曲柄滑块机构
2）改变运动副的尺寸。如通过扩大曲柄滑块机构中转 动副尺寸，可得到偏心轮机构
3）选用不同的构件为机架。如曲柄滑块机构通过选取 不同构件为机架可演化出转动导杆机构、曲柄摇块机 构、直动滑杆机构等。
1）改变构件的形状和运动尺寸
二、平面四杆机构
各构件间的相对运动均在同一平面内或互相平 行的平面内
最简单的有确定运动的平面连杆机构是由四个 杆件组成的，简称平面四杆机构。
三、铰链四杆机构
所有运动副均为转动副的平面四杆机构称为铰链四 杆机构
是平面四杆机构的最基本形式
连杆
连架杆
连架杆
机架
AD----机架（固定不动） AB、CD----连架杆（与机架相连的杆件） BC----连杆（机架相对的杆件）
选择不同的构件作为机架可以得到铰链四杆 机构的三种基本形式。
铰链四杆机构的三种基本形式
1.曲柄摇杆机构
两连架杆一为曲柄，一为摇杆的铰链四杆机构。
最短杆的邻边为机架, 其中曲柄1作360°周转运动，摇杆 3作往复摆动，主动件可以为曲柄，也可以为摇杆。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 应用： 机床、动力机械、包装机械四杆机构的基本类型
• 铰链四杆机构：所有运动副均为转动副的平面 四杆机构
• 机 架：机构的固定件4 • 连架杆：与机架用转动副相连接的杆1和3 • 曲 柄：连架杆1或连架杆3能绕机架上转 动副作整周转动 • 摇 杆：不能绕机架作整周转动 • 连 杆：不与机架相连接的杆2。
给定连架杆两对位置:无穷个解 若给定连架杆的位置超过三对，则不可能有精确解
2.5.5 按照给定点的运动轨迹设计四杆机构
• 1．连杆曲线
• 四杆机构运动时，其连杆 作平面复杂运动，连杆上 每一点都描出一条封闭曲 线的连杆曲线。 • 杆曲线形状的多样性使它 有可能用于实现复杂的轨 迹。
• 2 . 运用连杆曲线图谱设计四杆机构
Lmin + Lmax <= L’ + L”
机架的选择
机架与最短杆 关系
机构类型
相邻 最短杆
对边
曲柄摇杆 双曲柄
双摇杆
2.3.2 急回运动
• 摇杆的极限位置 • 摇杆的摆角ψ • 当曲柄匀速转动时，摇杆 往复摆动的快慢不同 • 急回运动特性可用行程速 比系数表示：
v2 C1C2 / t2 t1 1 180 K v1 C1C2 / t1 t2 2 180
• 四杆机构的设计方法：
方 法 解析法 几何作图法 实验法 特 点 精确 直观 简便
2.5.2 按照给定的行程速比系数 K 设计四杆机构
• 在设计具有急回运动特性的四杆机构时，通常 按实际需要先给定行程速比系数 K 值，然后根 据机构在极限位置的几何关系，综合有关辅助 条件来确定机构运动简图的尺寸参数。
• 已知连架杆AB和CD的 三对对应位置φ1、ψ1； φ2、ψ2和φ3、ψ3； • 确定各杆的长度L1、L2、 L3和L4。 • 解析法求解 • cosφ1＝P0cosψ1＋P1cos(ψ1-φ1)+P2 • cosφ2＝P0cosψ2＋P1cos(ψ2-φ2)+P2 • cosφ3＝P0cosψ3＋P1cos(ψ3-φ3)+P2
摇块机构 定块机构
导杆机构
摇块机构
定块机构
2.4.3 变更杆长的演化
• 铰链四杆机构，各杆的相对长度不同，机构 类型不同。
• 当满足曲柄存在条件时，该机构可能有曲柄。
• 杆长趋于无穷大，转动副就演化为移动副。
2.4.4 扩大回转副的演化
偏心距e即是曲柄的长度
2.5 平面四杆机构的设计
• 2.5.1 平面四杆机构设计的基本问题
• 任选固定铰链中心C，以夹角φ作出导 杆两极限位置Cm和Cn。 • 作摆角φ的平分线AC，并在线上取AC ＝L4，得固定铰链中心A的位置。 • 过A点作导杆极限位置的垂线AB1（或 AB2），即得曲柄长度L1＝AB1。
2.5.3
按给定连杆位置设计四杆机构
2.5.4 按照给定两连架杆对应位置设计四杆机构
• 极位夹角θ : θ 越大，K值越大，急回 运动的性质也越显著。
K 1 180 K 1
2.3.3 压力角和传动角
• 压力角： 锐角 α (P,V) • 传动角 γ= 90°-α γmin ≥40° γmin≥50°(P大)
2.3.4 死点位置
• γ= 0 会怎么样? • 推不动:死点位置
2.3.1 铰链四杆机构曲柄存在条件
• 曲柄是否存在？机构各杆的相对长度和机架的选择 • 曲柄1必须能通过与机架4共线的两个位置AB’和AB”。
• 三角形B’C’D： • L2≤(L4－L1)+L3
及 L3≤(L4－L1)+L2
• L1＋L2≤L3＋L4 • L1＋L3≤L2＋L4 三角形B”C”D：L1＋L4≤L2+L3 • L1≤L2 • L1≤L3 • L1≤L4 • 曲柄存在的必要条件： 在曲柄摇杆机构中，曲柄是最短杆；
回转翼板水泵
平行双曲柄机构
平行双曲柄机构，又称平行四边形机构
平行四边形机构
2.2.3 双摇杆机构
• 双摇杆机构：两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构
鹤式起重机
2.3 铰链四杆机构的特性
• 2.3.1 铰链四杆机构曲柄存在条件 • 2.3.2 急回运动 • 2.3.3 压力角和传动角
• 2.3.4 死点位置
铰链四杆机构分为三种基本型式：
曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。
2.2.1 曲柄摇杆机构
• 在铰链四杆机构中，若两个连架杆，一个为曲柄，另 一个为摇杆，则此铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。 通常曲柄1为原动件，并作匀速转动；而摇杆3为从动 件，作变速往复摆动。
2.2.2 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。
• 2.5.2 按照给定的行程速比系数 K 设计四杆机构
• 2.5.3
• 2.5.4
按给定连杆位置设计四杆机构
按照给定两连架杆对应位置设计四杆机构
• 2.5.5
按照给定点的运动轨迹设计四杆机构
2.5.1 平面四杆机构设计的基本问题
• • • • 设计的基本问题 （1）实现构件给定位置 （2）实现已知运动规律 （3）实现已知运动轨迹
2 平面连杆机构
• 2.1 概述
• 2.2 铰链四杆机构的基本类型
• 2.3 铰链四杆机构的特性
• 2.4 铰链四杆机构的演化
• 2.5 平面四杆机构的设计
• 2.6 平面多杆机构简介
2.1 概
述
• 平面连杆机构是由若干刚性构件用低副联接而成的平面机构， 故又称为平面低副机构。 • 特点：
１．构件运动形式多样； ２．低副面接触的结构使其具有磨损减小，制造方便，几 何封闭的优点； ３．只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹，且设计较 为复杂； ４．运动中惯性力难以平衡，常用于速度较低的场合。
钢材输送机构
2.6 平面多杆机构简介
利用惯性冲过死点位置
死点位置对传动虽 然不利，但是可用 于夹紧装置的防松 飞机起落架
起落架机构
2.4 铰链四杆机构的演化
• 铰链四杆机构通过用移动副取代转动副、变更 杆件长度、变更机架和扩大回转副等途径，还 可以得到铰链四杆机构的其他演化型式。 • 2.4.1 移动副取代转动副的演化 • 2.4.2 变更机架的演化 • 2.4.3 变更杆长的演化 • 2.4.4 扩大回转副的演化
• • 1 曲柄摇杆机构 2 导杆机构
按K值设计曲柄摇杆机构
• 已知条件：摇杆长度L3，摆角ψ和行程速比系数 K • 设计的实质：确定铰链中心A点的位置，定出其他三 杆的尺寸L1、L2和L4。 设计步骤
1）
2. 导杆机构设计
• 已知条件：机架长度L4、行程 速比系数K。 • 设计步骤如下： • Θ=Ψ
2.4.1 移动副取代转动副的演化
• 曲柄滑块机构 • 偏置曲柄滑块机构 • 偏心距e
演化 曲柄滑块机构
双滑块机构
• 双滑块机构是具有两个移动副的四杆机构。
正切机构
正弦机构
椭圆仪
十字滑块联轴器
2.4.2 变更机架的演化
• 曲柄摇杆机构变更机架：双曲柄机构、双摇杆机构
曲柄滑块机构 导杆机构