机械原理第八章平面连杆机构及其设计

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机械原理8连杆机构设计

1
A
牛头刨床
牛头刨床2
(3)选不同的构件为机架
B
1
2 3
A
4C
曲柄滑块机构
B
1
2 3
A
4C
摇块机构
B
1
2 3
A
4C
导杆机构
C3
4
2
B
A 1
应用实例
44
4AAAAAφ
111 11
作者：潘存云教授
CC 3334
22
B
自卸卡车举升机构
(3)选不同的构件为机架
B
1
2 3
A
4C
曲柄滑块机构
B
1
2 3
B
1
2 3
C1C2 /(180 )
ห้องสมุดไป่ตู้
A
B1
D
因曲柄转角不同，故摇杆来回摆动的时间不一样，平均速度也不等。
180°-θ
显然：t1 >t2 V2 > V1
摇杆的这种特性称为急回运动。用以下比值表示急回程度
K V2 C1C2 t2 t1 180 V1 C1C2 t1 t2 180
要求连杆在两个位置垂直地面且相差180˚
给定的设计条件： 1)几何条件（给定连架杆或连杆的位置） 2)运动条件（给定K） 3)动力条件（给定γmin）设计方法：图解法、解析法、实验法

机械原理课件8平面连杆机构与设计说明

第八章平面连杆机构及其设计
§8－1 连杆机构及其传动特点 §8－2 平面四杆机构的类型和应用 §8－3 平面四杆机构的基本知识 §8－4 平面四杆机构的设计
§8－1 连杆机构及其传动特点
几种常见的连杆机构
C
B
导
杆
机
A
D
曲柄摇杆机构
曲柄滑块机构
构
连杆机构的传动特点
连杆机构从动件的运动规律取决于各杆相对长度
F’ E’
C’
D’
G’
A
E
D
G
B
F C
死点的利用：飞机起落架机构
工件夹具
BB2 C 2C
工件 11
33
AA
4
P DD
4. 铰链四杆机构运动的连续性
四杆机构的运动连续性,是指连杆机构在运动过程中.能否连续实现给定的各个位置的问题.
▲ 连杆机构的可行域
四杆机构正装
2
B
B
B2
1
1
A
B1 1
CC
C1 可行域
C B
A
D
等腰梯形机构应用举例－汽车前轮转向机构
B 1 A
2
C
3
D
二.铰链四杆机构的演化
1.改变构件的形状和运动尺寸
BBBB
1111 AAAA
2222 CCCC

机械原理课件第8章平面连杆机构及其设计

双摇杆机构
双摇杆机构由两个摇杆组成，常用于切割机、绞盘等需要定向力的设备。
滑块曲柄机构
滑块曲柄机构包括一个滑块和一个曲柄，常见于发动机的曲轴机构。
平面连杆机构的运动分析方法
1 刚体分析法
通过考虑机构中各元件的几何特性和运动学关系，推导出机构的运动学方程。
2 虚位移法
通过假设机构中某些部件有微小的位移，并建立虚功方程来分析机构的运动和力学特性。
以汽车发动来自百度文库中的连杆机构设计为例，通过优化连杆长度和转动角度，提高功率输出和燃油效率。
机械原理课件第8章平面连杆机构及其设计
本章介绍了平面连杆机构的基本概念、分类、运动分析方法和设计原则，以及通过设计实例来展示平面连杆机构的应用。让我们一起探索这个有趣而重要的机械原理领域吧！
平面连杆机构简介
平面连杆机构是机械工程中常见的一类机构，由连杆和铰链连接而成。它们的运动以及如何将动力传递至其他部件都是设计时需要考虑的重要因素。
平面连杆机构的基本组成
连杆
连杆是平面连杆机构中最基本的元件，常见的包括曲柄、摇杆和滑块。
铰链
铰链是连接连杆的关节，它们允许连杆相对运动，并使机构能够完成所需的动作。
驱动力
驱动力（如电机或手动操作）通过连杆传递运动，实现机构的工作。
平面连杆机构的分类
曲柄摇杆机构

机械原理-平面连杆机构及设计

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。
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。
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。
4 医疗设备
手术机器人、扫描仪和假肢。
结论
平面连杆机构是机械原理中的基础概念，对于设计和实现各种机械装置至关重要。通过深入了解其原理和应用，可以提升机械系统的效率和性能。

机械设计基础第八章平面连杆机构及其设计

牛头刨床
应用实例
早期的飞机发动机
回转柱塞泵
第二十三页，编辑于星期日：十五点八分。
3. 曲柄摇块机构(Rock-Slider Mechanism)
B
2 1
A
4
摇块
C
3
功能：连续转动
往复摆动
第二十四页，编辑于星期日：十五点八分。
应用实例
自卸车
第二十五页，编辑于星期日：十五点八分。
4. 直动导杆机构 (Fixed-Slider Mechanism)
应用实例播种机料斗机构
升降机构
升降车
台灯伸展机构
第十一页，编辑于星期日：十五点八分。
应用实例
车门开闭机构
——逆平行（反平行）四边形机构（两相对杆长相等但不平行的双曲柄机构）
第十二页，编辑于星期日：十五点八分。
3. 双摇杆机构 (Double-Rocker Mechanism)
——两个连架杆都是摇杆的铰链四杆机构
s lAB sin
移动副可认为是回转中心在无穷远处的转动副演化而来
双滑块机构
连杆尺寸为无穷大
正弦机构
第二十八页，编辑于星期日：十五点八分。
1. 正弦机构
应用实例
B2
1
A
3
从动件3的位移与原动件1的转角成正比

机械原理(PDF)孙桓复习笔记chapter8

第8章平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计

平面连杆机构及其设计 §8—1 1 连杆机构及其传动特点连杆机构及其传动特点

连杆机构及其传动特点 1．定义：连杆机构：构件用低副联接而成的机构。

平面连杆机构：组成机构的构件都在相互平行的平面中运动的连杆机构。

空间连杆机构：组成机构的构件不在相互平行的平面中运动的连杆机构。 2．特点：优：1）低副联接，面接触，磨损小，承载能力大。

2）杆状件，圆柱形或平面形接触面，易制造，传递运动远。 3）运动多样性（转、摆、移、平面运动等） 4）轨迹多样性。缺：1）设计较困难。

2）运动副的制造误差会累积，从而降低机构的传动精度。 3）惯性力难平衡，不适用于高速。

3．应用：很广泛（e.g：自行车，缝纫机，纺机等中都有应用）

§8—2 2 平面四杆机构的类型平面四杆机构的类型平面四杆机构的类型和应用和应用和应用一．四杆机构的基本型式四杆机构的基本型式：：

四杆机构的基本型式为铰链四杆机构，其他四杆机构都可由其演化得到 1）铰链四杆机构：四个构件通过转动副联接而成机构。机机架架：固定不动的构件——4. 连杆架连杆架连杆架：：与机架相连的杆——1、3。

曲曲柄柄：能整周转动的连架杆。

摇摇杆杆：不能整周转动的连架杆。连连杆杆：不与机架相连的杆——2。

2）周转副和摆转副：

周转副：组成转动副的两构件能相对整周转动的转动副摆转副：组成转动副的两构件不能相对整周转动的转动副

1．曲柄摇杆机构：两个连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆的铰链四杆机构 2．双曲柄机构：两个连架杆均为曲柄的铰链四杆机构

第8章平面连杆机构

v1 v2
v2 c1c2 / t2
64
行程速比系数K
急回特性—— 当曲柄等速转动时，摇杆往复摆动的平均速度不同的运动特性。急回特性的相对程度，通常用v1与v2的比值K来衡量，K 称为行程速比系数。
C2C1
v2 t2 t1 1 180 K v1 C C t2 2 180 1 2 t1
曲柄摇杆机构
83
曲柄滑块机构
84
导杆机构
85
按给定运动轨迹设计
要求：设计一铰链四杆机构来实现一封闭曲线轨迹
6
D 3 C 2
E A 4
B 5 1
步进式输送机构
B
C D
A
E
搅拌机构
按给定运动轨迹设计
要求：ห้องสมุดไป่ตู้计一铰链四杆机构来实现一封闭曲线轨迹
THE END!
K 1 180 K 1
65
三、压力角和传动角
压力角 α—— 从动件受力点（ C 点）的受力方向与受力点的速度方向之间所夹的锐角。传动角γ——压力角的余角。设计条件
min
如何确定γmin？
γ 、α是衡量机构传力特性优劣的重要参数。
66
四、死点位置
56
一、曲柄存在条件
57
一、曲柄存在条件
BC杆和CD杆出现共线位置，也即BC杆和CD杆的夹角为180º 和0º 的位置。

机械原理第八章平面四杆机构设计

第八章平面连杆机构及其设计
§8-1 连杆机构及其传动特点 §8-2 平面四杆机构的类型和应用 §8-3 平面四杆机构的基本知识 §8-4 平面四杆机构的设计
第八章平面连杆机构及其设计
§8-1 连杆机构及其传动特点
• 1. 应用实例四足机器人 • 2. 例8-1 飞机起落架炉门机构牛头刨床
2. 平面四杆机构的运动特性（1）急回运动和行程速度变化系数 K （2）压力角和传动角（3）死点（4）运动连续性
压力角和传动角
压力角：受力方向与速度方向所夹锐角。压力角：受力方向与速度方向所夹锐角。
压力角—— 主动件曲柄通过连杆作用于从动件摇杆上的力F的作用压力角线与其作用点的速度方向之间所夹锐角，称为机构的压力角α。传动角—— 机构在某位置时，其连杆与从动杆之间所夹的锐角γ，传动角称为机构在该位置时的传动角。传动角：连杆与从动杆所夹锐角。传动角：连杆与从动杆所夹锐角。
A
D
i =1、2、···、N
反转法（机构的倒置原理）反转法（机构的倒置原理）
为了求活动铰链的位置，可将待求活动铰链所在的杆视作新机架，而将其相对的杆视为新连杆。接下来，将原机构的各位置的构型均视为刚体，并向某一选定位置相对移动，使新机架的各杆位置重合，便可得新连杆相对于新机架的各个位置，即实现了机构的倒置。这样，就将求活动铰链的位置问题转化为求固定铰链的位置问题了。这种方法又称为反转法。

机械原理课件第八章

极位、极位夹角、急回运动、行程速比系数
C B C1 θ A A B2 D D φ
C2
B1
1）急回运动当主动件曲柄等速转动时，从动件摇杆摆回的平均速度大于摆出的平均速度，摇杆的这种运动特性称为急回运动。
α1= t1× ω1
曲柄转过 α1
曲柄转过 α2
t1，摇杆C点转过的弧长为 C1C2
t2，摇杆C点转过的弧长为 C1C2
不满足杆长条件？机构。
？机构；最短杆为机架
？机构。
课堂练习已知铰链四杆机构lBC=50 mm，lDC =35 mm，
lAD= 30 mm，AD为机架。试问：
（1）若此机构为曲柄摇杆机构，且AB杆为曲柄， lAB 最大值为多少？
（2）若此机构为双曲柄机构，且BC杆为最长杆， lAB 最小值为多少？
γmin出现的位置：
3
4 曲柄滑块机构
C
4.死点
对于曲柄摇杆机构，以摇杆CD为主动件，则当连杆与从动件曲柄共线时，机构的传动角γ＝0°，这时主动件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”。
曲柄摇杆机构
C1 θ A B2 D φ C2
（2）满足预定的连杆位置要求即要求连杆能占据一系列预定位置（3）满足预定的轨迹要求

第8章_平面连杆机构及其设计

图b
二、分类
它可以分为：
图a
1、平面连杆机构：所有构件均在相互平行的平面内最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的，称平面四杆机构的型式最常见的有：平面四杆机构运动的连杆机构（如图 a）。 four-bar mechanism ) 为平面四杆机构，它是组成多杆机构的基础。 1）铰链四杆机构(pin-connected
连杆2做成滑块
αα 做成导轨
图8－14 b）
曲柄滑块机构演化
图8－15 a）双滑块机构
来自百度文库连杆长→∞，
αα →直线
图8－15 b）
正弦机构s=LABsinψ
2）改变运动副的尺寸
扩大转动副B的半径
使之超过曲柄的长度
图8－16 a）图8－16 b）演化偏心轮机构
改变运动副尺寸演化.swf (图8-16)
图8－2a
各杆名称：
机架 (frame) ：机构中的固定构件，如4；曲柄(crank) ：能绕机架作整周转动的连架杆，如杆 1；连架杆 (Side link): 直接与机架用转动副相连接的构件，如杆 1、3；摇杆(rocker) ：只能绕机架作小于 360°的某一角度摆动的连架杆，如3。连杆 (coupler) ：不直接与机架连接的构件，如杆2。
c+(d-a)≥b
a + b≤c + d ③

机械原理课件第八章平面连杆机构及其设计-1o

第八章平面连杆机构及其设计
连架杆：与机架以低副直接相连的构件。 •Side link
§8-1 连杆机构及其传动特点
连杆机构：机构中各构件以低副相连，且机构中至少包含一个连杆。
连杆：不与机架直接相 •Coupler 连的构件。 • Floating Link •Connecting Link
4、连杆曲线
coupler curves
连杆曲线：连杆上各点轨迹。第八章平面连杆机构及其设计
各点连杆曲线形状不同；连杆曲线随各构件相对长度改变而改变。双曲柄机构的连杆曲线较为单调，实际
很少应用。
二、动力特性
1、压力角和传动角
第八章平面连杆机构及其设计
§8-2 平面四杆机构的类型和应用
一、平面四杆机构的基本型式
铰链四杆机构 Revolute Four-bar Linkage
源自文库
：
第八章平面连杆机构及其设计
运动副均为转动副的平面四杆机构；平面四杆机构的基本型式，其他型式的
四杆机构可看作在其基础上演变而成。
§8-2 平面四杆机构的类型和应用
A
B″ d
转动副成为周转副

a应能占据与d共线的两个特殊位置； a相对于d能作整周转运动的条件：

机械原理平面连杆机构及设计ppt

机构选型与结构分析
根据设计任务和目标，选择合适的机构类型和结构形式，并进行结构分析。
机构尺度设计与分析
根据结构形式和设计要求，确定机构的基本尺寸和参数，并进行运动学和动力学分析。
机构优化设计
根据分析结果，对机构进行优化设计，提高机构的性能和运动精度。
机构运动学与动力学分析
机构运动学分析
通过分析机构的运动学特性，确定机构的运动规律和位置关系。
机构动力学分析
通过分析机构的动力学特性，确定机构在运动过程中的受力情况和运动状态。
机构性能评估与优化
根据分析结果，对机构的性能进行评估，并针对不足之处进行优化设计。
机构设计中的优化方法
传统优化方法
如试验设计、梯度下降法等，通过不断调整设计方案，寻找最优解。
智能优化方法
如遗传算法、粒子群优化算法等，利用智能算法的寻优能力，实现机构的优化设计。
构由少量运动副组成，复杂机构由多个简单机构组成，刚性机构则由
多个刚体组成。
常见平面连杆机构类型与特点
曲柄摇杆机构
曲柄为主动件，摇杆为从动件，当曲柄作匀速转动时，摇杆作变速往复摆动。曲柄摇杆机构在机械中应用较广，如内燃机、打字机等。
双曲柄机构
双曲柄机构中两个曲柄长度不等的称为差动曲柄机构，长度相等的称为等长双曲柄机构。差动曲柄机构在机械中应用较广，如机床工作台等。等长双曲柄机构在机械中应用较少。

第八章平面连杆机构及其设计

a
A
f
c
d
D
曲柄存在的条件： (1)最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度和。 (2)最短杆是连架杆或机架。
平面四杆机构有曲柄存在的条件
C b B a d B′ A B" D C′ c C"
a+d ≤ b+c b≤ d-a+c
a ≤b a ≤c
c≤ d-a+b
a ≤d
曲柄存在的条件： (1)最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和 (2)最短杆是连架杆或机架 •推论1：
第八章
平面连杆机构及其设计
内容
连杆机构及其传动特点平面四杆机构的类型和应用
平面四杆机构的基本知识
平面四杆机构的设计多杆机构
重
点
平面四杆机构的基本类型及其演化、平面四杆机构的基本知识、平面四杆机构的设计（图解法）。
§8-1 连杆机构及其传动特点
一、特点 1 面接触——压强小 2 运动形式的多样化将若干个构件用低副连接起来——连杆机构
不论取哪个构件为机架都是双曲柄机构
2.急回运动和行程速比系数
C B
（以曲柄摇杆机构为例）
C
C1 C2
b c
A
D B
q
a
A α2
B2

摇杆处于两个极限位置时, 曲柄两相应位置所夹锐角θ .—— 极位夹角

《机械原理》连杆机构

传动角：压力角的余角称为传动角。
最小传动角位置分析 (曲柄摇杆机构)
图解法的关键在于找到主动件 (曲柄)与机架共线的两个位置。
1)若两个位置的最小传动角均小于 90，0 则最小的为机构的最小传动角。min
2)若两个位置的最小传动角之一为钝角时，
1800 ，再确定机构的最小传动角 min。
以整周转动的条件。
杆 l1 与杆 l 2 两次共
线后，形成两个三角形
( AC'D)、 (AC''D)，可导出三
l1l3l4l2 个不等式以便于分析。
结论：整转副(曲柄)存在(必要)条件
1.最短杆是连架杆或机架。
2.最短杆和最长杆之和小于等于其它两杆长度
之和。
分析：(充分条件)
1)最短杆为机架时，得到双曲柄机构； 2)最短杆的对边为机架时，得到双摇杆机构； 3)最短杆的邻边为机架时，得到曲柄摇杆机构。
注意：若最短杆和最长杆之和大于其它两杆长度之和，
无论取哪个构件作为机架，均为双摇杆机构。
例1： B
A
C
已知 lBC100mm, lCD70mm，lAD50mm，
AD 为固定件。试求：
1)如果该机构欲成为曲
D 柄摇杆机构，且 l AB 为曲柄，
求 AB 的值；
2) 如果该机构欲成为双
曲柄机构，求 AB 的值；

机械原理 第八章 平面连杆机构及其设计