第七章平面连杆机构
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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
第7章 平面连杆机构及其设计
本章教学目标 ◆了解平面连杆机构的组成及其主要优缺点; 了解平面连杆机构的组成及其主要优缺点 ◆了解平面连杆机构的基本形式及其演化和应用； 了解平面连杆机构的基本形式及其演化和应用； ◆明确四杆机构曲柄存在条件和机构急回运动及行 程速比系数等概念； 程速比系数等概念； 对传动角、死点、运动连续性等有明确的概念； ◆ 对传动角、死点、运动连续性等有明确的概念； ◆了解平面四杆机构设计的基本问题，掌握根据具 了解平面四杆机构设计的基本问题， 体设计条件和实际需要设计平面四杆机构的方法。 体设计条件和实际需要设计平面四杆机构的方法。
二、急回运动和行程速比系数(续) 急回运动和行程速比系数 续
4. 行程速比系数 行程速比系数K 为表明急回运动程度，用反正行程速比系数K来衡量 来衡量： 为表明急回运动程度，用反正行程速比系数 来衡量：
v2 C1C2 / t2 t1 α1 1800 +θ K= = = = = v1 C1C2 / t1 t2 α2 1800 −θ
例：图示机构尺寸满足杆长条件，当取不同构件为机架时 图示机构尺寸满足杆长条件， 各得什么机构？ 各得什么机构？ 最短杆为 机架得双 曲柄机构 取最短杆相 邻的构件为 机架得曲柄 摇杆机构
取最短杆对 边为机架得 双摇杆机构
一、平面四杆机构有曲柄的条件(续) 平面四杆机构有曲柄的条件 续
满足满足杆长条件的双 摇杆机构的应用实例： 摇杆机构的应用实例：
值愈大， θ角愈大，K值愈大，急 角愈大， 值愈大 回运动性质愈显著。 回运动性质愈显著。 对心曲柄滑块机构=0， 对心曲柄滑块机构=0， 没有急回运动 偏置曲柄滑块机构 0， 0，有急回运动
二、急回运动和行程速比系数(续) 急回运动和行程速比系数 续
本章教学目标 ◆了解平面连杆机构的组成及其主要优缺点; 了解平面连杆机构的组成及其主要优缺点 ◆了解平面连杆机构的基本形式及其演化和应用； 了解平面连杆机构的基本形式及其演化和应用； ◆明确四杆机构曲柄存在条件和机构急回运动及行 程速比系数等概念； 程速比系数等概念； 对传动角、死点、运动连续性等有明确的概念； ◆ 对传动角、死点、运动连续性等有明确的概念； ◆了解平面四杆机构设计的基本问题，掌握根据具 了解平面四杆机构设计的基本问题， 体设计条件和实际需要设计平面四杆机构的方法。 体设计条件和实际需要设计平面四杆机构的方法。
二、急回运动和行程速比系数(续) 急回运动和行程速比系数 续
4. 行程速比系数 行程速比系数K 为表明急回运动程度，用反正行程速比系数K来衡量 来衡量： 为表明急回运动程度，用反正行程速比系数 来衡量：
v2 C1C2 / t2 t1 α1 1800 +θ K= = = = = v1 C1C2 / t1 t2 α2 1800 −θ
例：图示机构尺寸满足杆长条件，当取不同构件为机架时 图示机构尺寸满足杆长条件， 各得什么机构？ 各得什么机构？ 最短杆为 机架得双 曲柄机构 取最短杆相 邻的构件为 机架得曲柄 摇杆机构
取最短杆对 边为机架得 双摇杆机构
一、平面四杆机构有曲柄的条件(续) 平面四杆机构有曲柄的条件 续
满足满足杆长条件的双 摇杆机构的应用实例： 摇杆机构的应用实例：
值愈大， θ角愈大，K值愈大，急 角愈大， 值愈大 回运动性质愈显著。 回运动性质愈显著。 对心曲柄滑块机构=0， 对心曲柄滑块机构=0， 没有急回运动 偏置曲柄滑块机构 0， 0，有急回运动
二、急回运动和行程速比系数(续) 急回运动和行程速比系数 续
机械基础 第七章 平面连杆机构
B F A B F A C C D D
① 机构停在死点位置，不能起动。运转时，靠惯性 冲过死点。
缝纫机踏板机构
② 利用死点实例
工件夹紧机构
思考题：
曲柄摇杆机构是否一定具有急回特性？ 是否肯定有死点位置？
1.曲柄为原动件，当机构有极位夹角时，就有急回特 性； =0、K=1时，无急回特性。
特例：平行双曲柄机构，其相对两杆平行且相等。
1、曲柄1为原动件，作等角速转动；从动件曲柄3也以相 同角速度转动。 2、当四个铰链中心处于同一直线上时，将出现运动不确 定状态。 B C
2
B1
1
2 3
C1
C3''
1
3
A B'1
B'
D
C' C1
A
B2 D B3
C2
C3'
B1 C' 1
为了消除这种运动不确定状态,可在主、从动曲 柄上错开一定角度再安装一组平行四边形机构。
在铰链四杆机构中，按连架杆的运动形式不 同，可将铰链四杆机构分为： 一、曲柄摇杆机构 二、双曲柄机构 三、双摇杆机构
B
曲柄
连杆
C
摇杆 摇杆
B
连杆
连杆
B
曲柄
C
摇 杆
C
曲柄
A
机架
D
A
机架
D
A
机架
D
曲柄摇杆机构
双摇杆机构
双曲柄机构
一、曲柄摇杆机构
两个连架杆中，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。 曲柄1为原动件，作匀速转动；摇杆3为从动件， 作变速往复摆动。
以最短杆相邻杆为机架 以与最短杆相对的杆为机架 以最短杆为机架
① 机构停在死点位置，不能起动。运转时，靠惯性 冲过死点。
缝纫机踏板机构
② 利用死点实例
工件夹紧机构
思考题：
曲柄摇杆机构是否一定具有急回特性？ 是否肯定有死点位置？
1.曲柄为原动件，当机构有极位夹角时，就有急回特 性； =0、K=1时，无急回特性。
特例：平行双曲柄机构，其相对两杆平行且相等。
1、曲柄1为原动件，作等角速转动；从动件曲柄3也以相 同角速度转动。 2、当四个铰链中心处于同一直线上时，将出现运动不确 定状态。 B C
2
B1
1
2 3
C1
C3''
1
3
A B'1
B'
D
C' C1
A
B2 D B3
C2
C3'
B1 C' 1
为了消除这种运动不确定状态,可在主、从动曲 柄上错开一定角度再安装一组平行四边形机构。
在铰链四杆机构中，按连架杆的运动形式不 同，可将铰链四杆机构分为： 一、曲柄摇杆机构 二、双曲柄机构 三、双摇杆机构
B
曲柄
连杆
C
摇杆 摇杆
B
连杆
连杆
B
曲柄
C
摇 杆
C
曲柄
A
机架
D
A
机架
D
A
机架
D
曲柄摇杆机构
双摇杆机构
双曲柄机构
一、曲柄摇杆机构
两个连架杆中，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。 曲柄1为原动件，作匀速转动；摇杆3为从动件， 作变速往复摆动。
以最短杆相邻杆为机架 以与最短杆相对的杆为机架 以最短杆为机架
机械原理-平面连杆机构及设计
平面连杆机构的运动分析
1
位置分析
通过几何和三角学的方法，确定各个连
速度分析
2
杆和转轴的位置。
计算各个部件的速度，了解机构的运动
特性。
3
加速度分析
研究连杆的加速度，对机械系统的稳定 性和性能影响重大。
平面连杆机构的设计原则
力学平衡Biblioteka 确保各个连杆和转轴保持力学平衡，避免不必 要的应力。
优化尺寸
选择合适的尺寸和比例，以提高系统的性能和 耐久性。
机械原理-平面连杆机构及设计
探索机械原理中的平面连杆机构，深入了解其组成部分、运动分析、设计原 则、类型和应用领域。
什么是平面连杆机构
平面连杆机构是由连杆和旋转副组成的机械装置，用于转换直线运动和旋转运动。它被广泛应用在各种机械设 备和工具中。
平面连杆机构的组成部分
• 连接杆：用于连接各个部件并传递力和运动。 • 转轴：提供连杆的旋转运动。 • 摩擦面或球面：减小连杆关节的摩擦。 • 约束物：限制连杆的自由运动。
减小摩擦
使用适当的润滑和设计摩擦减小装置，提高效 率。
动态平衡
通过合理设计和调整质量分布，减少系统的振 动。
常见的平面连杆机构类型
滑块曲柄机构
由连接杆、连杆、中心轴和滑块 组成，广泛应用在汽车和机床。
钟摆式机构
采用钟摆原理，具有稳定的运动 轨迹，用于摆锤和钟表。
平行连杆机构
通过平行排列的连杆传递运动和 力，在工程和自动化领域有广泛 应用。
平面连杆机构的应用领域
1 工业生产设备
机械加工、装配线和工厂自动化。
3 家庭用具
打印机、洗衣机和电动工具。
2 交通运输工具
汽车、火车和航空器。
第7章 平面连杆机构
7.2.1 铰链四杆机构的演化
在实际机械中，机 构的基础上发展和演化而成。
（a）
（b）
7-9 平行四边形机构
图7-10 机车驱动轮联动机构
7.1.3 双摇杆机构
两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双 摇杆机构。图7-11所示为鹤式起重机机构，当 摇杆CD摇动时，连杆BC上悬挂重物的E点作 近似的水平直线移动，从而避免了重物平移时 因不必要的升降而发生事故和损耗能量。
图7-11 鹤式起重机构
（a） (b) 图7-2 雷达天线俯仰角调整机构
图7-3（b）所示为缝纫机的踏板机构，图（a） 为其机构运动简图。摇杆1（原动件）往复摆动， 通过连杆2驱动曲柄3（从动件）作整周转动，再 经过带传动使机头主轴转动。
（a）
（b）
图7-3 缝纫机的踏板机构
曲柄摇杆机构的主要特性： 1．急回运动
如图7-4所示为一曲柄摇杆机构，其曲柄 AB在转动一周的过程中，有两次与连杆BC 共线。在这两个位置，铰链中心A与C之间的 距离AC1和AC2分别为最短和最长，因而摇 杆CD的位置C1D和C2D分别为其两个极限位 置。摇杆在两极限位置间的夹角称为摇杆 的摆角。
图7-13 曲柄存在的条件分析
当曲柄处于AB’的位置时，形成△B’C’D。根 据三角形两边之和必大于（极限情况下等于）第 三边的定律，可得 （7-4） ad bc
当曲柄处于AB”位置时，形成△B”C”D。可写 出以下关系式 （7-5） b (d a) c 即 a b d c （7-6） c (d a) b 即 a c d b 将式(7-4)、(7-5)、(7-6)分别两两相加，可得
3．死点位置 对于图7-4所示的曲柄摇杆机构，如以摇杆3为 原动件，而曲柄1为从动件，则当摇杆摆到极限位 置C1D和C2D时，连杆2与曲柄1共线，若不计各杆 的质量，则这时连杆加给曲柄的力将通过铰链中心 A，即机构处于压力角=90（传力角=0），此时 驱动力的有效力为0。此力对 A点不产生力矩，因 此不能使曲柄转动。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 的现象。出现死点对传动机构来说是一种缺陷，这 种缺陷可以利用回转机构的惯性或添加辅助机构来 克服。如图7-3所示的家用缝纫机的脚踏机构，就 是利用皮带轮的惯性作用使机构能通过死点位置。
机械设计基础-平面连杆机构
平面连杆机构的运动分析
运动分析是设计平面连杆机构中的重要步骤，通过分析各部件的运动规律和 约束关系，可以确定机构的性能和工作范围。
实例与案例分析
案例一
设计一个机械手臂，使其能够在不同位置和角度进 行精确定位。
案例二
设计一个车门开闭机构，使其能够平稳地打开和关 闭。
机械设计基础-平面连杆机构
这个幻灯片将介绍平面连杆机构的基本知识，包括组成、作用、种类、设计 要点、运动分析以及实例与案例分析。
平面连杆机构简介
平面连杆机构是一种常见而重要的机械传动机构，它由连杆、铰链和机构连接件组成，用于将旋转运动转化为 直线运动或相反。
平面连杆机构的组成
连杆
起支撑作用，将旋转运动转化为直线运动。
由滑块和曲杆组成，常用于发动 机的活塞连杆传动。
四连杆机构
由四个连杆组成，常见于机械手 臂和门的开闭机构。
平面伸缩杆机构
通过类似电车接触网的结构实现 伸缩变形。
平面连杆机构的设计要点
1
连杆比例设计
确定连杆的比例关系以实现所需的运动。
铰链选型
2
选择合适的铰链类型和尺寸以满足设计
要求。
3
机构连接方式
选择适当的机构连接件和连接方式以保 证机构的稳定性。
铰链
连接连杆和机构连接件，使其能够相对运动。
机构连接件
固定在机构上，用于连接铰链和机构化为直线运动或相反。
2 传递力量
通过连杆将动力从一个地方传递到另一个地方。
3 控制位置
通过调整连杆的长度和角度来控制机构的位置。
平面连杆机构的种类
滑块曲杆机构
第七章 平面连杆机构
图7－1
、根据其两个连架杆的运动形式不同，可以分为
图7－3
图7－4
ABCD中，当主动曲柄AB与从动曲柄
图7－5 图7－6
对于两个曲柄转向相反的情况，即连杆与机架的长度相等，两个曲柄长
图7－7 图7－8
可将铰链四杆机构曲柄存在的条件概括为：
以摇杆作为主动件的曲柄摇杆机构。
在从动曲柄与连
它能把回转运动转换为往复直线运动，或作相反的转变。
当导路过曲柄转动轴心时，称为对心式曲柄滑块机构；
当导路不过转动轴心时，称为偏置式曲柄滑块机构。
a 曲柄摇杆机构
b 导杆机构
c 摆动滑块机构
d 固定滑块机构。
机械基础第七章平面连杆机构课件
15 mm＜a＜45mm 55 mm＜a＜115mm
机械基础
2. 曲柄滑块机构具有整转副的条件
图7-19(a)所示为一偏置曲柄滑块机构（e≠0）。如果构件1为曲柄，则 B点应能通过曲柄与连杆两次共线的位置：即当曲柄位于AB1时，它与连杆 重叠共线。此时在直角三角形AC1E中， 得AC1＞AE，即
b-a＞e b＞a+e
机械基础
【例7-1】在图3-18所示四铰链机构中，已知：b＝50mm，c＝35 mm，d＝ 30mm，AD为固定件。
(1) 如果能成为曲柄摇杆机构，且AB是曲柄，求a的极限值。 (2) 如果能成为双曲柄机构，求a的取值范围。 (3) 如果能成为双摇杆机构，求a的取值范围。 解： (1) 若能成为曲柄摇杆机构，则机构必须满足“杆长之和的条件”，且AB应为 最短杆。
机械基础
图7-12 刨床中的摆动导杆机构
机械基础
7.2.4 如果把曲柄滑块机构中的滑块作为机架，如图7-13(a)所
示， 则得到移动导杆4在固定滑块3中往复移动的定块机构。在 图7-13(b)中，固定滑块3成为唧筒外壳，移动导杆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。
机械基础
机械基础
机械基础
1 曲柄摇杆机构
图3-2 曲柄摇杆机构的应用
机械基础
2 曲柄摇杆机构
图7-3 双曲柄机构及其应用
机械基础
图7-4 天平中的平行四边形机构
机械基础
图7-5 反平行四边形机构及其应用
机械基础
3 双摇杆机构
图7-6 双摇杆机构及其在鹤式起重机中的应用
机械基础
7.2 铰链四杆机构的演化
机械基础
② a＞50mm时，AB为最长杆，
机械基础
2. 曲柄滑块机构具有整转副的条件
图7-19(a)所示为一偏置曲柄滑块机构（e≠0）。如果构件1为曲柄，则 B点应能通过曲柄与连杆两次共线的位置：即当曲柄位于AB1时，它与连杆 重叠共线。此时在直角三角形AC1E中， 得AC1＞AE，即
b-a＞e b＞a+e
机械基础
【例7-1】在图3-18所示四铰链机构中，已知：b＝50mm，c＝35 mm，d＝ 30mm，AD为固定件。
(1) 如果能成为曲柄摇杆机构，且AB是曲柄，求a的极限值。 (2) 如果能成为双曲柄机构，求a的取值范围。 (3) 如果能成为双摇杆机构，求a的取值范围。 解： (1) 若能成为曲柄摇杆机构，则机构必须满足“杆长之和的条件”，且AB应为 最短杆。
机械基础
图7-12 刨床中的摆动导杆机构
机械基础
7.2.4 如果把曲柄滑块机构中的滑块作为机架，如图7-13(a)所
示， 则得到移动导杆4在固定滑块3中往复移动的定块机构。在 图7-13(b)中，固定滑块3成为唧筒外壳，移动导杆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。
机械基础
机械基础
机械基础
1 曲柄摇杆机构
图3-2 曲柄摇杆机构的应用
机械基础
2 曲柄摇杆机构
图7-3 双曲柄机构及其应用
机械基础
图7-4 天平中的平行四边形机构
机械基础
图7-5 反平行四边形机构及其应用
机械基础
3 双摇杆机构
图7-6 双摇杆机构及其在鹤式起重机中的应用
机械基础
7.2 铰链四杆机构的演化
机械基础
② a＞50mm时，AB为最长杆，
第七章 平面连杆机构2
1、曲柄摇杆机构 特点：两连架杆一个是作整周运动的（红色）称为 曲柄；另一个是作摇摆运动的（蓝色）称为摆杆
如图所示:曲柄 AB为主动件,并作等 速转动,从动摇杆CD 将在C1C2范围内作 变速往复摆动,C1、 C2两个位置能将主 动件的整周回转运 动转换成摇杆的往 复摆动。
曲柄AB为主动件时，从AB2匀速转至AB1,转过1800， 此时从动曲柄C2D转到C1D,其转过的角度为φ 1主动曲柄 AB继续再由B1B2匀速转过1800时从动曲柄CD转过的角度为 φ 2很明显φ 1< φ 2可见双曲柄机构是当主动曲柄作等速 转动时,从动曲柄随之作变速转动
长清区职业中专
第七章:平面连杆机构
1、什么叫机构?
机构是具有确定相对运动的构件的组合，它是用来传递 运动和力的构件系统。
1、概念：使两构件直接接触并能产生一定相对运动的可动联接 2、类型：运动副分为空间运动副和平面运动副 3、平面运动副: 高副 低副 （1）低副 两构件通过面接触而构成的运动副称为低副。 根据两构件间的相对运动形式，低副又可分为转动副和移动副。
曲柄摇杆机构的应用
C 2 3 4 D
B 1
A
雷达天线俯仰机构
曲柄摇杆机构的应用
汽 车 刮 雨
器
双曲柄机构的应用
6 E C 2 3 B 4 D 1 A
惯性筛机构
双曲柄机构特例1：平行四边形机构
天平
B
C
火车轮
A
D
升降平台
公共汽车车门启闭机构
当主动曲柄AB转动时，通过连杆BC使从动曲柄CD朝 反向转动，从而保证两扇车门能同时开启和关闭到预定位置
机动车主动轮联动装置（中间增设一个曲柄）以防止平行双 曲柄变为反向双曲柄机构。
第七章 平面连杆机构
教 材 分 析
地位和作用 教学目标
教学重点
四杆机构的分类及应用 四杆机构类型的判断方法
教学难点
重点、难点
四杆机构类型的判断方法
教法学法
• 教法： 分小组进行项目教学法 利用多媒体课件进行演
•
学法：
小组学习法
教学过程
1、课前准备
制订项目； 准备制作四杆机构的材料； 准备课件（见光盘）
教学过程
教材分析
教法学法
教学过程 板书设计 教学反思
• 在教学中，我从生产实践出发，认真设计项 目、规划学法，充分发挥学生自主学习的动 能，从而实现以项目带动教学。学生学习新 知识新技能的过程就是职业能力提升的过程。 这一过程是艰辛的，但也是富有成效的。我 将继续努力，不断探索
谢谢
汽车雨刷 (曲柄摇杆机构)
车门开启机构 ( 双曲柄机构 )
机架固定，曲柄作＿＿＿＿运动， 摇杆作＿＿＿＿运动。 长度：机架＿＿＿＿，曲柄＿＿＿ ＿，摇杆＿＿＿＿，连杆＿＿＿＿。 Lmax+Lmin＿＿＿＿L，+L，， ＿＿＿＿最短
机架固定，曲柄作＿＿＿＿运动， 摇杆作＿＿＿＿运动。 长度：机架＿＿＿＿，曲柄＿＿＿ ＿，摇杆＿＿＿＿，连杆＿＿＿＿。 Lmax+Lmin＿＿＿＿L，+L，， ＿＿＿＿最短
课本习题：已知铰链四杆机构的各杆的尺寸，机架的位置，判断各四杆机构的类 型
。
教学过程
4、项目实施
（7）作业 A、练习册
B、思考： a、当主动件为曲柄，而从动件为往复运动的构件时 （摇摆、移动），来回的平均速度是否相同呢？ b、在曲柄连杆共线，通过连杆加于曲柄上的力的有效回转力 矩为0，能不能推动曲柄转动？
(七)平面连杆机构
杆长条件 ：
（1）连架杆最短——曲柄摇杆机构； 最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两 杆长度之和； 连架杆或机架中必有一是最短杆。 （2）机架最短 ——双曲柄机构； 在双曲柄机构中，若两对边构件长度相等且平 行，则称为正平行四边形机构。（火车同步轮） （3）连杆最短 ——双摇杆机构。 最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆长度 之和。此条件不满足曲柄存在的条件，所以无论何 杆最短均只能得到双摇杆机构。 *由上面分析可知： 铰链四杆机构中，四根杆子的长度和哪根杆作为 固定件都影响到铰链四杆机构可以形成哪种基本类 型。而不同的形式有着不同的工作特点。
综上分析可得出曲柄存在的条件：
1.最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆长度 之和； 2.连架杆或机架中必有一是最短杆。 （通常称此为杆长和条件）。
*注意（三句话）
1.上述两条件同时满足必有曲柄存在； 2.满足其中一条件可能有曲柄存在； 3.如有一条件不满足，肯定没有曲柄存在。 我们可以通过第2句再来推断在可能有曲柄存在时候， 是有一个曲柄存在、还是两个曲柄存在、或者是没有曲 柄存在。 由此得到铰链四杆机构三种基本类型的组成条件：
第七章 平面连杆机构
一、定义：
所有构件间的相对运动均在平行平面内运动的连杆 机构。 平面连杆机构是许多构件用低副（转动副和移动副） 连接组成的平面机构。低副是面接触，耐磨损；加上 转动副和移动副的接触表面是圆柱面和平面，制造简 便，易于获得较高的制造精度。因此，平面连杆机构 在各种机械和仪器中获得广泛应用。连杆机构的缺点 是：低副中存在间隙，数目较多的低副会引起运动累 积误差；而且它的设计比较复杂，不易精确地实现复 杂地运动规律。 最简单地平面连杆机构是由四个构件组成，称为平 面四杆机构。它的应用非常广泛，而且是组成多杆机 构的基础。
第七章 平面连杆机构复习题
第七章平面连杆机构复习题 (开学上交的作业）一、填空题：1、平面连杆机构是由一些刚性构件用副和副相互联接而成的机构。
2、当平面四杆机构中的运动副都是副时，就称之为铰链四杆机构，它是其它多杆机构的。
3、在铰链四杆机构中，能绕机架上的铰链作整周的叫曲柄。
4、平面四杆机构的两个连架杆，可以有一个是，另一个是，也可以两个都是或都是。
5、组成曲柄摇杆机构的条件是：最短杆与最长杆的长度之和或其余两杆的长度之和，最短杆的相邻构件为机架，则最短杆为曲柄。
6、在曲柄摇杆机构中，如果将杆作为机架，则与机架相连的两杆都可以作运动，即得双曲柄机构。
7、在机构中，最短杆与最长杆的长度之和其余两杆的长度之和时，则不论取哪个杆作为，都可以组成双摇杆机构。
8、曲柄滑块机构是由曲柄摇杆机构的长度趋向无穷大时演变成的。
9、导杆机构可看作是由改变曲柄滑块机构中的而演化来的。
10、将曲柄滑块机构的改作固定机架时，可以得到导杆机构。
11、曲柄摇杆机构产生“死点”位置的条件是：摇杆为件，曲柄为件或者把运动转换成。
12、曲柄摇杆机构出现急回运动特性的条件是：摇杆为件，曲柄为件或者把运动转换成。
13、曲柄摇杆的不等于0º，则急回特性系数就，机构就有急回特性。
14、若以曲柄滑块机构的曲柄为主动件，可以把曲柄的运动转换成滑块的运动。
15、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。
16、通常利用机构中构件运动时的惯性，或依靠增设的在曲柄上的的惯性来通过“死点”位置。
17、连杆机构的“死点”位置将使机构在传动中出现或发生运动方向等现象。
18、在实际生产中，常常利用急回运动这个特性，来缩短时间，从而提高了。
二、判断题： 1、平面连杆机构的基本形式，是铰链四杆机构。
( )2、曲柄、连杆都是连架杆。
( )3、平面四杆机构都有曲柄。
( )4、在曲柄摇杆机构中，曲柄和连杆共线就是“死点”位置。
( )5、铰链四杆机构的曲柄存在条件是：连架杆或机架中必有一个是最短杆，最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两面杆的长度之和。
07平面连杆机构
180
K 1 K 1
10
机械设计基础(I)讲义
李良军
设计步骤2
2) 任选转动副D的位置，并按CD之长和摆角作摇杆的两 个极限位置DC1和DC2。 C1 C2
设计步骤3
3-1) 作∠C1C2O=∠C2C1O=900-，得C1O和C2O的交点O。 C1
C2
D D
O
移动副可看作是由转动副演化而来 的。
含两个移动副的四杆机构 偏心轮机构
含两个移动副的四杆机构
偏心轮机构
在曲柄滑块机构中，将其中一个转动副演化为移动 副，则得含两个移动副的四杆机构。
曲柄很短时，工程中常将曲柄设计成偏心距为曲柄长 的偏心圆盘，此偏心圆盘称为偏心轮。曲柄为偏心轮 结构的连杆机构称为偏心轮机构。
1
机械设计基础(I)讲义
李良军
连杆机构的特点
连杆机构的类型
连杆机构构件运动形式多样，如可实现转动、 摆动、移动和平面或空间复杂运动，从而可用 于实现已知运动规律和已知轨迹。 缺点：
平面连杆机构和空间连杆机构 四杆机构、多杆机构（五杆机构、六杆 机构、……） 单自由度、多自由度连杆机构 开链、闭链连杆机构 最简单的平面闭链连杆机构是平面四杆 机构
双偏心轮机构
3
机械设计基础(I)讲义
李良军
3 平面四杆机构的工作特性
3.1 转动副为整转副存在的条件
平面连杆机构传递和变换运动与力的性能可以 通过其运动特性和传力特性加以表征。 主要工作特性：
转动副为整转副的充分必要条件 行程速度变化系数 运动分析（瞬心法） 压力角和传动角 死点位置
《平面连杆机构 》课件
工程应用前景
分析优化后机构在工程应用中的前景，为实 际应用提供指导。
05
平面连杆机构的未来发展
新材料的应用
轻质材料
01
采用轻质材料如碳纤维、玻璃纤维等，降低机构重量，提高运
动性能。
高强度材料
02
选用高强度材料如钛合金、超高强度钢等，提高机构承载能力
。
复合材料
03
利用复合材料的各向异性特点，优化机构性能，实现多功能化
遗传算法
利用遗传算法对平面连杆机构进行优化，通 过不断迭代和选择，寻找最优解。
约束处理
在优化过程中，需要特别注意处理各种约束 条件，如几何约束、运动约束等。
优化实例
曲柄摇杆机构优化
以曲柄摇杆机构为例，通过优化算法找到最优 的设计参数，使得机构的运动性能达到最佳。
双曲柄机构优化
对双曲柄机构进行优化，改善机构的运动平稳 性和精度。
平面连杆机构系列优化
对一系列平面连杆机构进行优化，比较不同机构的性能特点，为实际应用提供 参考。
优化效果评估
性能指标
通过性能指标来评估优化效果，如运动精度 、运动范围、刚度等。
经济性评估
评估优化后机构的经济效益，包括制造成本 、运行成本等。
实验验证
通过实验验证优化的有效性，对比优化前后 的性能差异。
。
新工艺的探索
精密铸造
通过精密铸造技术，提高 零件的精度和表面质量， 减少加工余量。
激光切割
利用激光切割技术，实现 零件的高精度、高效率加 工。
3D打印
利用3D打印技术，快速制 造复杂结构零件，缩短产 品研发周期。
新技术的应用
智能控制
有限元分析
引入智能控制技术，实现机构的高精 度、高效率运动控制。
分析优化后机构在工程应用中的前景，为实 际应用提供指导。
05
平面连杆机构的未来发展
新材料的应用
轻质材料
01
采用轻质材料如碳纤维、玻璃纤维等，降低机构重量，提高运
动性能。
高强度材料
02
选用高强度材料如钛合金、超高强度钢等，提高机构承载能力
。
复合材料
03
利用复合材料的各向异性特点，优化机构性能，实现多功能化
遗传算法
利用遗传算法对平面连杆机构进行优化，通 过不断迭代和选择，寻找最优解。
约束处理
在优化过程中，需要特别注意处理各种约束 条件，如几何约束、运动约束等。
优化实例
曲柄摇杆机构优化
以曲柄摇杆机构为例，通过优化算法找到最优 的设计参数，使得机构的运动性能达到最佳。
双曲柄机构优化
对双曲柄机构进行优化，改善机构的运动平稳 性和精度。
平面连杆机构系列优化
对一系列平面连杆机构进行优化，比较不同机构的性能特点，为实际应用提供 参考。
优化效果评估
性能指标
通过性能指标来评估优化效果，如运动精度 、运动范围、刚度等。
经济性评估
评估优化后机构的经济效益，包括制造成本 、运行成本等。
实验验证
通过实验验证优化的有效性，对比优化前后 的性能差异。
。
新工艺的探索
精密铸造
通过精密铸造技术，提高 零件的精度和表面质量， 减少加工余量。
激光切割
利用激光切割技术，实现 零件的高精度、高效率加 工。
3D打印
利用3D打印技术，快速制 造复杂结构零件，缩短产 品研发周期。
新技术的应用
智能控制
有限元分析
引入智能控制技术，实现机构的高精 度、高效率运动控制。
《机械基础》课件——第七章 平面连杆机构
2．连架杆和机架中必有一杆是最短杆。
铰链四杆机构三种基本类型的判别方法 l 曲柄摇杆机构的条件：连架杆之一为最短杆
l 双曲柄机构的条件：机架为最短杆
l 双摇杆机构的条件：连杆为最短杆
当最长杆与最短杆长度之和大于其 余两杆长度之和时，无论取哪一杆件为 机架，机构均为双摇杆机构。
二、急回特性
极位夹角——摇杆在C1D和C2D两极限位置时，曲柄 与连杆共线，对应两位置所夹的锐角，用θ表示。
滑块四杆机构：杆件间 的连接，除了转动副以外， 构件3与4使用移动副连接。
§7－2 铰链四杆机构的组成与分类
机架：固定不动的构件4。 连杆：不与机架直接相连的构件2。 连架杆：与机架相连的构件1、3。
l 曲柄 l 摇杆
一、曲柄摇杆机构 二、双曲柄机构 三、双摇杆机构
曲柄机构
曲柄——与机架用转动副相连，且能绕该转动副 轴线作整周旋转的构件。
汽车车门启闭
三、双摇杆机构
铰链四杆机构中两连架杆均为摇杆。 机构两极限位置：
l B1C1D l C2B2A
双摇杆机构
双摇杆机构的应用
电风扇摇头机构
起重机机构
§7－3 铰链四杆机构的基本性质
一、曲柄存在条件 二、急回特性 三、死点位置
一、曲柄存在条件
1．最短杆与最长杆的长度之和小于或等于 其他两杆长度之和。
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。
一、曲柄摇杆机构
曲柄摇杆机构——铰链四杆机构的两个连 架杆中，其中一个是曲柄，另一个是摇杆。
曲柄摇杆机构曲Leabharlann 摇杆机构的应用剪板机 汽车雨刷
雷达 缝纫机踏板
二、双曲柄机构
双曲柄机构——铰链四杆机构中两连架杆 均为曲柄。
铰链四杆机构三种基本类型的判别方法 l 曲柄摇杆机构的条件：连架杆之一为最短杆
l 双曲柄机构的条件：机架为最短杆
l 双摇杆机构的条件：连杆为最短杆
当最长杆与最短杆长度之和大于其 余两杆长度之和时，无论取哪一杆件为 机架，机构均为双摇杆机构。
二、急回特性
极位夹角——摇杆在C1D和C2D两极限位置时，曲柄 与连杆共线，对应两位置所夹的锐角，用θ表示。
滑块四杆机构：杆件间 的连接，除了转动副以外， 构件3与4使用移动副连接。
§7－2 铰链四杆机构的组成与分类
机架：固定不动的构件4。 连杆：不与机架直接相连的构件2。 连架杆：与机架相连的构件1、3。
l 曲柄 l 摇杆
一、曲柄摇杆机构 二、双曲柄机构 三、双摇杆机构
曲柄机构
曲柄——与机架用转动副相连，且能绕该转动副 轴线作整周旋转的构件。
汽车车门启闭
三、双摇杆机构
铰链四杆机构中两连架杆均为摇杆。 机构两极限位置：
l B1C1D l C2B2A
双摇杆机构
双摇杆机构的应用
电风扇摇头机构
起重机机构
§7－3 铰链四杆机构的基本性质
一、曲柄存在条件 二、急回特性 三、死点位置
一、曲柄存在条件
1．最短杆与最长杆的长度之和小于或等于 其他两杆长度之和。
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。
一、曲柄摇杆机构
曲柄摇杆机构——铰链四杆机构的两个连 架杆中，其中一个是曲柄，另一个是摇杆。
曲柄摇杆机构曲Leabharlann 摇杆机构的应用剪板机 汽车雨刷
雷达 缝纫机踏板
二、双曲柄机构
双曲柄机构——铰链四杆机构中两连架杆 均为曲柄。
第7章-平面连杆机构的运动分析
（7-26）
(l sin e cos ) 2 (l cos e sin ) p p 3x 1x 3 3 (l cos e sin ) 2 (l sin e cos ) p p 3 y 1 y 3 3
（7-11）
3 。 其中之一带回（7-10）即可确定 p
7.1.1、三转动副（RRR）二级组
3．加速度分析
P3点的加速度矢量方程为
(θ (p p )) p3 p1 θ1 (p3 p1 ) θ 1 1 3 1 (θ (p p )) p3 p2 θ 2 (p3 p2 ) θ 2 2 3 2
图7-1 RRR二级组
首先写出P3点的速度矢量方程，为：
1 ( p3 p1 ) 3 p 1 θ p 2 ( p3 p 2 ) 3 p 2 θ p
将以上两方程分别写为向x、y轴的投影形式，可解得
（7-10）
7.1.1、三转动副（RRR）二级组
7.1.1、三转动副（RRR）二级组 故可确定P3点的位置为
p3 x p1x l1 cos 1 p3 y p1 y l1 sin 1
继而确定出构件2的角位置为
（7-2）
2 arctan
p3 y p2 y p p 2x 3x
（7-3）
（7-20）
2y p 1 y )( p2 y p1 y ) ( p 2x p 1x )( p2 x p1x ) (p l2 ( p2 x p1x ) cos ( p2 y p1 y )sin
（7-21）
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