天津大学机械原理与机械设计主编张策第六章连杆机构PPT课件
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【2019年整理】天津大学_机械原理与机械设计_主编张策_第六章_连杆机构
本章重点介绍四杆机构。
平面连杆机构的类型、特点和分类
二. 平面连杆机构的类型和应用
1. 平面四杆机构的基本型式和应用 全部由转动副组成的平面四 杆机构称为铰链四杆机构。
机架——固定不动的构件； 连架杆——与机架相联的构件；
连杆——连接两连架杆且作平面运动的构件； 曲柄——作整周定轴回转的构件； 摇杆——作定轴摆动的构件；
2. 实现已知轨迹 要求描出给定曲线， 或精确地通过给定轨迹上的若干点。 称为轨迹生成机构综合。
平面连杆机构的综合和位移矩阵
二、 平面连杆机构综合的常用方法
设计方法：图解法、解析法、实验法
本章主要介绍位移矩阵法。
三、 刚体旋转矩阵
v2x cos
v2
y
sin
1 0
sin cos
0
0v1x
K V2 C1C2 t2 t1 180 V1 C1C2 t1 t2 180
只要极位夹角θ ≠ 0 ， 就有 K>1。
而且θ越大，K值越大，机构的急回性质越明显。 因此，可通过分析机构中是否存在θ及其大小，来判断机 构是否具有急回运动，以及急回的程度。
设计时往往先给定 K 值，再计算θ，即 180 K 1
第三节 平面连杆机构的综合概述和刚体位移矩阵
一、 平面连杆机构综合的基本问题
* 平面连杆机构综合要完成的任务：
▲运动方案设计 — 根据给定的运动要求选择确定机构的类型 （型综合）。
▲尺度综合 — 确定各构件的运动学尺寸，包括运动副之间 的相对位置尺寸或角度尺寸等，一般还要同 时要满足其他辅助条件，如：
K 1
曲柄滑块机构的急回特性分析
平面连杆机构的运动和动力特性
导杆机构的急回特性分析
《连杆机构》PPT课件
2C
1
3
A
ф
4
D
H
正切机构
H
精选ppt
B
2
ф
1
A
l1
4 3
D
正弦机构
34
2 A1
3
4
D
精选ppt
35
五、偏心轮机构：扩大转动副
扩大转动副 B的半径
使之超过曲 柄的长度
杆1变为圆盘，其几何 中心为B，运动时，圆盘绕 偏心A转动，故称为偏心 轮。 A 、B之间的距离称
为偏心距e，即为曲柄的长
度。
精选ppt
K = v2/v1 =（C2C1/t2）/ （C1C2/t1 ） = t1/t2 = 1/2 =（180°+θ）/（180°-θ）
式中θ为摇杆处于两极限位置时，对应的曲柄所 夹的锐角，称为极限夹角（ C2AC1） 。
极位夹角θ越大，K值越大，急回运动的性质 越显著。
极限夹角计算公式：
θ=180°（K-1）/（K+1）
v1 =C⌒1C2/t1 v2 =C⌒1C2/t2
v1<v2
1
B2
它表明摇杆具
A
D
有急回运动特性。
B1
2
曲柄转角 1=180°+θ, C1C2 慢行程
2=180°-θ C2C1 快行程
∵ 1>2 , ∴ t >t , 1精选ppt 2
8
急回运动特性可用行程速度变化系数：（或行程 速比系数）K表示：
精选ppt
9
连杆机构输出件具有急回特 性的条件：
1）原动件等角速整周转动； 2）输出件具有正、反行程的往复运动； 3）极位夹角θ>0。
6连杆机构剖析PPT课件
称γ为传动角, ＝90°－ 。 γ ↑ → F’↑ →对传动有利。
可用γ的大小来表示机构传动力性能的好坏。 当机构在运动过程中，传动角是变化的。
B
F”
F
Cγ
α
v (F’)
A
D
.
49
压力角和传动角
当机构在运动过程中，传动角是变化的。 为保证机构具有良好的传力性能，设计时：
min40° (一般机械) min50° (大功率机械)
2 B C C D
当 0 、 180 时，δ呈现最大最小值； 当δ 是锐角，δ=γ
当δ 是钝角，γ=180º - δ
C
B
A
φ
δ D
.
51
压力角和传动角
γmin出现的位置：
α
δ
δ
◆当 ∠BCD ≤ 90°时，γ＝∠BCD ◆当 ∠BCD ＞ 90°时，γ＝180°- ∠BCD ◆当主动曲柄与机架共线的位置， 都有可能出现γmin
C1C 2 t2
=
C1C 2 t1
t1 t2
180 180
只要 θ ≠ 0 ， 就有 K>1
且θ越大，K值越大，急回性质越明显。
设计新机械时，往往先给定K值，于是:
180 K1
K1
问：如何判断一个机构是否有急回特性？ 从动件是否有极限位置； 对应主动件位置是否存在极位夹角
.
40
急回运动及行程速比系数
.
24
4、改变运动副元素的包容关系
.
25
小结
四杆机构的演化
1、改变构件的形状和运动尺寸 2、更换不同的构件成为新机架 3、改变运动副的尺寸 4、改变运动副元素的包容关系
.
机械设计基础课件 第6章 平面连杆机构
17
4.运动副元素包容关系的逆换
3 C 2 B B 3 C 2
4 1
3, 4包容 关系互换
1
A A
4
摆动导杆机构
曲柄摇块机构
18
6.3 平面四杆机构的基本特性
1. 铰链四杆机构的曲柄存在条件
平面四杆机构的基本型式是铰链四杆机构 铰链四杆机构根据连架杆能否整周转动又分为: 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 C 2 双摇杆机构
8
6.2 平面四杆机构的演化形式
演化方法：
改变构件的形状和运动尺寸 改变运动副元素的尺寸 选用不同构件为机架 运动副元素包容关系的逆换
9
1. 改变构件的形状和运动尺寸
铰链四杆机构
C 2
曲线导轨曲柄滑块机构
C
对CD杆等效转化
B 1 A 4 D 3 1
B
2
3
转动副变成移动副
A 4
D
lCD
Fn
B a B’ A B” d b C’ ” C c ’ D
C”
F
F正交分解为Ft 和Fn 压力角：
Ft , v
从动件受力点受力方向 与速度方向所夹之锐角
传动角： ＝90º - , 锐角，从动件上 Ft =Fcos =Fsin Fn =Fsin =Fcos 运动中，压力角和传 动角是变化的 传力要求 min 40 º
B' B a A B" d D C b C' C" c
ab, ac, ad(AB为最短杆)
1)最短杆+最长杆其余两杆长度和(杆长条件)；
A为周转副的条件 B也为周转副
2)组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆。
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叫作极位夹角。
设曲柄以ω逆时针匀速旋转。
平面连杆机构的运动和动力特性
从 AB1 转 到 AB2 ， 转 过 180°+θ 时为工作行程，所花时间为t1 ； 此 时 摇 杆 从 C1D 摆 到 C2D ， 平 均速度为V1,则有：
t1 (180 ) /
V1 C1C2 t1 C1C2 /(180 )
其中，P为参考点。通常，P1、Pj和 α1j同时给定。
Qj
1
D1 j
Q1
1
平面连杆机构的综合和位移矩阵
其中：
d11 j d12 j d13 j
[D1 j ]
d 21 j
d 22 j
d
23
j
0 0 1
cos1 j
=
sin
1
j
0
sin1 j cos1 j
0
(Pjx P1x cos1 j P1y sin 1 j ) (Pjy P1x sin1 j P1y cos1 j )
平面刚体导引机构的综合
称γ为传动角。
平面连杆机构的运动和动力特性
由于在机构运动过程中，γ角是变化的， 因此设计时一般要求: γmin≥40°。 γmin出现的位置：
当 ∠BCD ≤ 90°时，γ＝∠BCD 当 ∠BCD ＞ 90°时，γ＝180°- ∠BCD 当∠BCD最小或最大时，即在主动曲柄与机架共线的 位置，都有可能出现γmin
Q j R1 j (Q1 P1 ) Pj
Q jx cos1 j
Q
jy
sin
1
j
1 0
sin1 j cos1 j
0
(Pjx P1x cos1 j P1y sin1 j )Q1x
设曲柄以ω逆时针匀速旋转。
平面连杆机构的运动和动力特性
从 AB1 转 到 AB2 ， 转 过 180°+θ 时为工作行程，所花时间为t1 ； 此 时 摇 杆 从 C1D 摆 到 C2D ， 平 均速度为V1,则有：
t1 (180 ) /
V1 C1C2 t1 C1C2 /(180 )
其中，P为参考点。通常，P1、Pj和 α1j同时给定。
Qj
1
D1 j
Q1
1
平面连杆机构的综合和位移矩阵
其中：
d11 j d12 j d13 j
[D1 j ]
d 21 j
d 22 j
d
23
j
0 0 1
cos1 j
=
sin
1
j
0
sin1 j cos1 j
0
(Pjx P1x cos1 j P1y sin 1 j ) (Pjy P1x sin1 j P1y cos1 j )
平面刚体导引机构的综合
称γ为传动角。
平面连杆机构的运动和动力特性
由于在机构运动过程中，γ角是变化的， 因此设计时一般要求: γmin≥40°。 γmin出现的位置：
当 ∠BCD ≤ 90°时，γ＝∠BCD 当 ∠BCD ＞ 90°时，γ＝180°- ∠BCD 当∠BCD最小或最大时，即在主动曲柄与机架共线的 位置，都有可能出现γmin
Q j R1 j (Q1 P1 ) Pj
Q jx cos1 j
Q
jy
sin
1
j
1 0
sin1 j cos1 j
0
(Pjx P1x cos1 j P1y sin1 j )Q1x
天津大学 机械原理与机械设计 主编张策 共68页PPT资料PPT文档共70页
45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
天津大学 机械原理与机械设 计 主编张策 共68页PPT资
料
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温
42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚
43、法律Байду номын сангаас制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊
44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
机械设计原理连杆机构培训课件.pptx
4.2.2 传力特性
1、压力角α
在不计重力、 摩擦力、惯性力的 条件下，机构中输 出件所受主动力的 方向线与该受力点 的绝对速度方向线 所夹的锐角。
B
2
1 1 A
4
F2
C F
F1
3
V
D
2、传动角γ
压力角的余角，
γ=900-α。
min
α越小， γ越大，则机构传力性能越好。
常用传动角的大小和变化来衡量机构传力 性能的好坏。设计时通常要求γmin≥40°， 对于高速和大功率的传动机械， γmin≥50°。
最大值。
2C
B
1 1
vc F
3
maCx 2
A
4
D B2
A
D
视频1
机构的死点位置
1．死点
图示曲柄摇杆机构，摇杆 CD为主动件，当机构处于连杆 与从动曲柄共线的两个位置时， 出现了传动角γ＝o。的情况。 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，所以不能使构件AB转 动而出现“顶死”现象。机构的 此种位置称为死点。
铰链四杆机构的三种基本型式 曲柄摇杆机构：指两连架杆一为曲柄，一为摇杆的铰链四杆机构。
双曲柄机构：指两个连架杆都是曲柄的铰链四杆机构。若机构中相对两杆平行 且相等，则成为平面四边形机构。
惯性筛
双摇杆机构：指两个连架杆都是摇杆的铰链四杆机构。
4.1.2 平面四杆机构的演化
由四杆机构的基本型式通过演化可以得到其它多种 结构型式。 常用的演化方法有 1、转动副变移动副 曲柄摇杆机构→曲柄滑块机构→双滑块机构
第四章 连杆机构
连杆机构：由若干个构件通过低副连接而组 成，又称为低副机构。
连杆机构设计ppt课件
2、其运动副元素多为平面或圆柱面，制造比 较容易，而靠其本身的几何封闭来保证构件运 动，结构简单,工作可靠。
3、可以实现不同的运动规律和特定轨迹要求。 如实现特定运动规律的惯性筛、实现特定轨迹 要求的搅拌机和用于受力较大的挖掘机和破碎 机等。
8
3-1)用于受力较大
a、c—连架杆。
15
铰链四杆机构可分为以下三种类型
1、曲柄摇杆机构
铰链四杆机构的两连架杆中一个能作整 周转动，另一个只能作往复摆动的机构。
16
2、双曲柄机构
铰链四杆机构的两连架杆均能作整周转 动的机构。
17
在双曲柄机构中，若相对两杆平行相 等，称为平行双曲柄机构（图3－9）。 这种机构的特点是其两曲柄能以相同 的角速度同时转动，而连杆作平行移 动。图3－10a所示机车车轮联动机构 和图3－10b所示的摄影平台升降机构 均为其应用实例。
4
2、空间连杆机构(Spatial Linkage)： 所有构件不全在相互平行的平面内
运动的连杆机构。
5
平面连杆机构广泛地应用于各种（动力、轻工、 重型）机械和仪表中，例如。
缝纫机中的脚踏板曲柄摇杆机构
活塞发动机的曲柄滑块机构
6
飞机起落架
汽车门开闭机构
7
二、连杆机构的特点
1、低副机构，运动副为面接触，压强小，承 载能力大，耐冲击。
1．极位夹角
在图3－27所示的曲柄摇
杆机构中，当曲柄AB逆时
针转过一周时，摇杆最大
摆角ψ 对应其两个极限位
置C1D和C2D，此时正是曲 柄和连杆处于两次共线位
置，通常把曲柄这两个位
置所夹的锐角θ 称为极位
夹角。
图3－27 51
3、可以实现不同的运动规律和特定轨迹要求。 如实现特定运动规律的惯性筛、实现特定轨迹 要求的搅拌机和用于受力较大的挖掘机和破碎 机等。
8
3-1)用于受力较大
a、c—连架杆。
15
铰链四杆机构可分为以下三种类型
1、曲柄摇杆机构
铰链四杆机构的两连架杆中一个能作整 周转动，另一个只能作往复摆动的机构。
16
2、双曲柄机构
铰链四杆机构的两连架杆均能作整周转 动的机构。
17
在双曲柄机构中，若相对两杆平行相 等，称为平行双曲柄机构（图3－9）。 这种机构的特点是其两曲柄能以相同 的角速度同时转动，而连杆作平行移 动。图3－10a所示机车车轮联动机构 和图3－10b所示的摄影平台升降机构 均为其应用实例。
4
2、空间连杆机构(Spatial Linkage)： 所有构件不全在相互平行的平面内
运动的连杆机构。
5
平面连杆机构广泛地应用于各种（动力、轻工、 重型）机械和仪表中，例如。
缝纫机中的脚踏板曲柄摇杆机构
活塞发动机的曲柄滑块机构
6
飞机起落架
汽车门开闭机构
7
二、连杆机构的特点
1、低副机构，运动副为面接触，压强小，承 载能力大，耐冲击。
1．极位夹角
在图3－27所示的曲柄摇
杆机构中，当曲柄AB逆时
针转过一周时，摇杆最大
摆角ψ 对应其两个极限位
置C1D和C2D，此时正是曲 柄和连杆处于两次共线位
置，通常把曲柄这两个位
置所夹的锐角θ 称为极位
夹角。
图3－27 51
天津大学机械原理与机械设计主编张策资料-2022年学习资料
机构的运动简图-§3.2-为什么要画机-构运动简图？-机构运动简图-机构的运动：与原动件运动规律、运动副类 、机构-运动尺寸有关，而与机构的结构尺寸和形状以及运动-副的具体构造无关，因此可以不计或略去那些与机构-运 无关的因素。-机构运动简图：指根据机构的运动尺寸，按一定的比例-尺定出各运动副的位置，并用国标规定的简单线 和符号-代表构件和运动副，绘制出表示机构运动关系的简明图形。-机构示意图-机构的示意图：指为了表明机构结构 况，不要求严-格地按比例而绘制的简图。
机构的组成-一、构件-从制造加工角度：机械由零件组成-零件—制造单元体-从运动和功能实现角度：-构件—独立 动的单元体-轮子-注意：构件可以是单一零件，也可以是几个零件的组合联接
机构的组成-二、运动副-◆运动副：指两构件直接接触并能产生相对运动的联接。-◆运动副元素：指两个构件直接接 而构成运动副的部分。-·一运动副元素-二运动副的自由度与约束度-·三运动副类型
机构的运动简图-表2一3一般构件的表示方法-杆、轴类构件-固定构件-同一构件-两副构件-三副构件-<
画机构运动简图的方法-机构的运动简图-例题一：绘制图示颚式破碎机的机构运动简图-分析：该机构有-6个构件和 个转-动副。-2-子田5-》.-6%660
机构的运动简图-例题二：绘制图示偏心轮传动机构的运动简图-继续-①找出所有构件：-1为机架，偏心轮2为-原 件，沿运动路线。-还有连杆3，连架杆4-,滑块5和运动输出-构件6。
机构的组成-·对于两个空间构件-S+f=6-·对于两个平面阿件-S+f=3
机构的组成-三运动副类型-V级副-1.按运动副相对运动形式分-螺旋副-转动副-移动副-Ⅲ级副-2.按运动副 入的约束数分：-I级副、Ⅱ级副、Ⅲ级、-IV级副、V级副-X级运动副：指引入X个约束的运动副。-球面副
天津大学 机械原理与机械设计 主编张策 共68页PPT资料
机构的组成
力锁合
三、运动链
机构的组成
◆ 运动链:指两个以上的构件通过运动副联接而构成 的系统。
★ 闭链: 运动链 的各构件构成首 尾封闭的系统。
★ 开链: 运动 链的各构件未 构成首尾封闭 的系统。
运动链（续）
机构的组成
★平面运动链:各构件间的相对运动为平面运动的运动链。 ★ 空间运动链:各构件间的相对运动为空间运动的运动链 。
3
2
5
E
6
（三）机构运动简图的识别
机构的运动简图
实际绘制的运动简图会因为运动副绘制或表达方 式的不同而会使同一机构所绘制的机构运动简图 不同；或不同机构的运动简图相同。
• 由于移动副绘制和表达方法的不同而出现的简 图差异
• 由于转动副元素尺寸变化而出现的简图差异
§3.3 机构的自由寸, 按一定的比例
尺定出各运动副的位置, 并用国标规定的简单线条和符号 代表构件和运动副，绘制出表示机构运动关系的简明图形。
◆ 机构示意图
机构的示意图：指为了表明机构结构状况, 不要求严
格地按比例而绘制的简图。
机构的运动简图
• （一）绘制机构运动简图的步骤和方法 • （二）机构运动简图中常用的规定符号 • （三）机构运动简图的识别
机构的运动简图
（一）绘制机构运动简图的步骤与方法
:
1.恰当地选择投影面：一般选择与机械的多数构件的运动平 面相平行的平面作为投影面。 2.分析机构的组成及运动情况，确定机构中的机架、原动部 分、传动部分和执行部分，以确定构件和运动副的数目。 3.循着运动传递的路线，逐一分析每两个构件间相对运动的 性质，确定运动副的类型和数目;还应确定与机构运动特性 相关的 运动要素：运动副间的相对位置；如转动副中心的 位置和移动副导路的方位；高副的廓线形状，包括其曲率中 心和曲率半径等。 4. 选择适当的比例尺, 用规定的简单线条和各种运动副符号, 将机构运动简图画出来。
连杆机构演示PPT优秀课件
转动时, 通常把摇杆往复摆动速 度快慢不同的运动称为急回运动。
分目录 上一张 下一张 退 出
四杆机构从动件空回行程平均速度与工作行程平均速度
的比值称为行程速比系数，用 K 表示：
Kv v1 2c c1 1c c2 2tt1 2tt1 21 21 18 8 0 0 （2—1）
180 K1
为保证机构传动性能良好，
设计时通常应使：
min 40°大功率机械： min 50°
min 的位置如图 2 - 7：
曲柄与机架共线的位置之一。
分目录 上一张 下一张 退 出
死点位置
死点位置：从动件的传动角 等 于零时机构所处的位置。
在左图中，当主动件摇杆CD
位于两个极限位置时，从动件曲
柄AB的传动角为零，机构此时处
有效分力 有害分力
压力角α越小，推动机械运动的 有效分力越大，所以压力角越小越好。
传动角γ ：压力角的余角。
分目录 上一张 下一张 退 出
传动角 越大，推动机械运动的有效分力越大，所以 传动角越大越好。
当连杆BC与摇杆CD的夹角 < 90 时： ；
当连杆BC与摇杆CD的夹角 > 90 时： 180 °- 。
单击……
曲柄：与机架相联并且作整周转动的构件； 连杆：不与机架相联作平面运动的构件； 摇杆：与机架相联并且作往复摆动的构件； 机架：支承传动零件 曲柄、摇杆—连架杆。
分目录 上一张 下一张 退 出
曲 柄 摇 杆 机 构
分目录 上一张 下一张 退 出
曲柄摇杆机构的类型及应用
单击……
颚式破碎机构
分目录 上一张 下一张 退 出
总目录 下一张 退 出
平面连杆机构
将若干个构件用低副联 结起来并作平面运动的机构， 也称低副机构。
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四杆机构从动件空回行程平均速度与工作行程平均速度
的比值称为行程速比系数，用 K 表示：
Kv v1 2c c1 1c c2 2tt1 2tt1 21 21 18 8 0 0 （2—1）
180 K1
为保证机构传动性能良好，
设计时通常应使：
min 40°大功率机械： min 50°
min 的位置如图 2 - 7：
曲柄与机架共线的位置之一。
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死点位置
死点位置：从动件的传动角 等 于零时机构所处的位置。
在左图中，当主动件摇杆CD
位于两个极限位置时，从动件曲
柄AB的传动角为零，机构此时处
有效分力 有害分力
压力角α越小，推动机械运动的 有效分力越大，所以压力角越小越好。
传动角γ ：压力角的余角。
分目录 上一张 下一张 退 出
传动角 越大，推动机械运动的有效分力越大，所以 传动角越大越好。
当连杆BC与摇杆CD的夹角 < 90 时： ；
当连杆BC与摇杆CD的夹角 > 90 时： 180 °- 。
单击……
曲柄：与机架相联并且作整周转动的构件； 连杆：不与机架相联作平面运动的构件； 摇杆：与机架相联并且作往复摆动的构件； 机架：支承传动零件 曲柄、摇杆—连架杆。
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曲 柄 摇 杆 机 构
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曲柄摇杆机构的类型及应用
单击……
颚式破碎机构
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平面连杆机构
将若干个构件用低副联 结起来并作平面运动的机构， 也称低副机构。
天津大学 机械原理与机械设计 主编张策 共68页PPT资料PPT文档共70页
天津大学 机械原理与机械设计 主编张 策 共68页PPT资料
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若Hale Waihona Puke 浮烟。9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
1
0
、
倚
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
谢谢你的阅读
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71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
机械原理06连杆机构
项目设计设计过程1.根据市场需求选题2.调研论证3.确定目标，规格4.技术参数5.构思，创新设计6.分析比较7.确定方案8.详细设计9.制作模型和试验10.投产设计题目•自选创新设计题目•对生活环境中机构的巧妙应用的分析与研究•对机构动分析编制比较通用性的程序•提供一种机构的运动仿真程序选作，三人一组，自愿组合，每人在组中的人物，提交详细的报告，学期末展示，成绩加5分参考题目•窗户开关机构，包括立式窗，前后推式，上下推式，蓬式窗•公共汽车车门控制机构•健身器•自行车变速机构，刹车机构•窗帘控制机构对问题描述，设计问题，实现的功能，解决方案等，性能分析，力作用点，机械增益等优缺点，改进建议等。
平面连杆机构及其设计§1 连杆机构的应用与分类含有不与机架构成运动副的构件的机构该构件称为连杆与机架构成运动副的构件为连架杆什么是连杆机构？曲柄摇杆机构曲柄导杆机构曲柄滑块机构连杆机构的特点1.低副机构，结构简单（低副机构：面接触，便于润滑，易于加工）2.可以实现多种功能（位置、函数、轨迹）3.动力学特性需要改善（平面复合运动）4.设计复杂简单问题设计可试凑复杂问题尚无成熟设计方法本章介绍连杆机构的性质及简单的设计问题1.连杆机构的基本型式曲柄摇杆机构曲柄：能整周回转的连架杆摇杆：不能整周回转的连架杆周转副：两构件能整周回转相对运动的转动副摆转副：两构件不能整周回转的转动副曲柄存在条件？曲柄存在条件：能整周回转的连架杆在△BCD 中(d-a)+b>c a+c<b+d(d-a)+c>b a+b<c+d在下图中a+d<b+c a+d<b+c所以（1）a为最短杆（构件）与机架相邻（2）最短杆加最长杆小于另外两杆之和grashof运动链当满足最短杆加最长杆小于等于另外两杆之和时固定最短杆为机架得到双曲柄机构固定最短杆相邻杆为机架得到曲柄摇杆机构固定最短杆对面杆为机架得到双摇杆机构变机架演示当最短杆加最长杆大于另外两杆之和时只能得到双摇杆机构曲柄滑块机构存在曲柄的几何条件AB 杆到达AB 1位置直角三角形B 1DC 1a ≤b-eAB 杆到达AB 2位置，同理：b ≥a+eb ≥a-e曲柄滑块机构存在曲柄的几何条件为：2 .平面四杆机构的演化（1）改变尺寸的演化过程曲柄滑块机构正弦机构曲柄摇杆机构(Grashof)曲柄摇杆机构(Grashof)双摇杆机构(non-Grashof)曲柄摇杆机构（2）改变机架（全铰链四杆机构）变机架演示雷达天线操纵机构鄂式破碎机变机架演示双曲柄机构刮板泵惯性筛传动机构平行四杆机构机车车轮联动机构铲斗提升机构双摇杆机构鹤式起重机摇头扇（3）改变机架（含移动副的四杆机构）曲柄滑块机构曲柄滑块变机架演示曲柄滑块变机架演示冲床演示小型刨床主体机构摆动导杆机构牛头刨床主体机构曲柄滑块变机架演示曲柄摇块机构移动导杆机构（4）运动副形状与尺寸的变异曲柄与偏心轮动画曲柄与双偏心轮动画§2平面四杆机构的基本特性1 急回运动与行程速比系数曲柄摇杆机构工作行程（正行程）：K= ϕ1/ ϕ2=(π+θ)/(π-θ)θ极位夹角ω1= constant主动件转过ϕ1，从动件转过ψ回程（反行程）：主动件转过ϕ2，从动件转过ψ从动件正行程与反行程ψ相同行程速比系数K例1：对心曲柄滑块机构θ极位夹角：曲柄与连杆共线的两个位置夹的锐角例2：偏置曲柄滑块机构例2：曲柄导杆机构改变原动件运动方向可使机构快进幔回。
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优点：
平面连杆机构的类型、特点和分类
▲采用低副，面接触、承载大、便于润滑、不易磨损
形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。
▲改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。
▲连杆曲线丰富。可满足不同要求。
缺点： ▲构件和运动副多，累积误差大，运动精度和效率
较低。 ▲产生动载荷（惯性力），不适合高速。 ▲设计较复杂，难以实现精确的轨迹。
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(3) 变换构件的形态
平面连杆机构的类型、特点和分类
曲柄摇块机构
摆动导杆机构
将低副两运动副元素的包容关系进行逆换，不影响两 构件之间的相对运动。
第13页/共54页
应用实例:
平面连杆机构的类型、特点和分类
小型刨床
（转动导杆机构）
牛头刨床
（摆动导杆机构）
第14页/共54页
(4) 扩大转动副
平面连杆机构的运动和动力特性
机构的这种位置称为： “死点”（机构的死点位置） 在“死点”位置，机构的传动角 γ＝0
压力角：作用在从动
件上的驱动力F与力
作用点绝对速度之间
所夹锐角α。
切向分力 Ft= Fcosα = Fsinγ
法向分力 Fn= Fcosγ γ↑ Ft↑ 对传动有利。 γ是α的余角。 常用γ的大小来表示机构传力性能的好坏,
称γ为传动角。
第18页/共54页
平面连杆机构的运动和动力特性
由于在机构运动过程中，γ角是变化的， 因此设计时一般要求: γmin≥40°。 γmin出现的位置：
平面连杆机构的运动和动力特性
即： AD为最短杆
曲柄存在的条件:（Grashof 定理）
▲最长杆与最短杆的长度之和 ≤ 其他两杆长度之和 称为杆长条件。
▲连架杆之一或机架为最短杆。
当满足杆长条件时，其 最短杆上的转动副都是 整转副。
此时，铰链A、B均为 整转副。
第17页/共54页
2.压力角和传动角
平面连杆机构的运动和动力特性
第六章 连 杆 机 构
§6－1 平面连杆机构的类型、特点和应用 §6－2 平面连杆机构的运动和动力特性 §6－3 平面连杆机构的综合概述和刚体位移矩阵 §6－4 平面刚体导引机构的综合 §6－5 平面函数生成机构的综合 §6－6 平面轨迹生成机构的综合 §6－7 按行程速比系数综合平面连杆机构
第1页/共54页
第8页/共54页
（3）双摇杆机构 特征：两个摇杆
应用举例：鹤式起重机
平面连杆机构的类型、特点和分类
特例：等腰梯形机构—— 汽车转向机构
第9பைடு நூலகம்/共54页
2. 平面四杆机构的演化型式 (1) 将转动副演化成移动副
平面连杆机构的类型、特点和分类
曲柄摇杆机构
偏心曲柄滑块机构↓ ∞
正弦机构
第10页/共54页
由△B2C2D可得：
由△B1C1D可得：
l3≤(l4 –l1) + l2 l2≤(l4– l1) + l3
l1+l4≤ l2 + l3
l1+ l3 ≤ l2 + l4 l1+l2 ≤ l3 + l4
即：AB 为最短杆
将以上三式两两相加得： l1≤ l2 l1≤l3 l1≤l4
第16页/共54页
同理，若 l1 > l4，可得： l4≤ l1 , l4≤ l2 , l4≤ l3
2 2
l32 (l4 2l2l3
l1 )2
当 ∠B2C2D ＞ 90° （φ= 180°）时，
max
arc
l cos
2 2
l32 (l4 2l2l3
l1 )2
γmin＝[δmin, 180°-δmax ]min
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3.死点 对于曲柄摇杆机构，当 摇杆为主动件时，在连 杆与曲柄两次共线的位 置，机构均不能运动。
第一节 平面连杆机构的类型、特点和应用
一. 连杆机构的特点 定义：由低副连接刚性构件组成的机构。 应用：内燃机、牛头刨床、机械手爪、开窗户支撑、
公共汽车开关门、折叠伞、折叠椅等。 平面连杆机构
分类: 空间连杆机构
平面连杆机构常以构件数命名： 四杆机构、五杆机构、多杆机构等。 特征：有一作平面运动的构件，称为连杆。
本章重点介绍四杆机构。
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平面连杆机构的类型、特点和分类
二. 平面连杆机构的类型和应用 1. 平面四杆机构的基本型式和应用 全部由转动副组成的平面四 杆机构称为铰链四杆机构。 机架——固定不动的构件； 连架杆——与机架相联的构件； 连杆——连接两连架杆且作平面运动的构件； 曲柄——作整周定轴回转的构件； 摇杆——作定轴摆动的构件；
第4页/共54页
（1）曲柄摇杆机构
平面连杆机构的类型、特点和分类
特征：曲柄＋摇杆
作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。
雷达天线俯仰机构
搅拌机构
（ 曲柄主动 ）
第5页/共54页
缝纫机踏板机构 （ 摇杆主动 ）
（2）双曲柄机构 特征：两个曲柄 作用：将等速回转转变为 等速或变速回转。
平面连杆机构的类型、特点和分类
当 ∠BCD ≤ 90°时，γ＝∠BCD 当 ∠BCD ＞ 90°时， γ＝180°- ∠BCD 当∠BCD最小或最大时，即在主动曲柄与机架共线的 位置，都有可能出现γmin
第19页/共54页
根据余弦定律，
平面连杆机构的运动和动力特性
当 ∠B1C1D ≤ 90°（φ= 0）时，
min
arc
c
osl
对心曲柄滑块机构
(2) 选不同的构件为机架
平面连杆机构的类型、特点和分类
整转副——能作360˚相对回转的运动副； 摆转副——只能作有限角度摆动的运动副。
曲柄摇杆机构
双摇杆机构
第11页/共54页
双曲柄机构
(2)选不同的构件为机架
平面连杆机构的类型、特点和分类
曲柄滑块机构
转动导杆机构
移动导杆机构
曲柄摇块机构
平面连杆机构的类型、特点和分类
曲柄滑块机构
偏心轮机构
将转动副B加大，直至把 转动副A包括进去，成为 几何中心是B，转动中心 为A的偏心圆盘。
第15页/共54页
第二节 平面连杆机构的运动和动力特性 1.平面四杆机构存在曲柄的条件
平面四杆机构具有整转副 则可能存在曲柄。
设l1 < l4,连架杆若能整周回 转，必有两次与机架共线。
惯性筛
第6页/共54页
特例：平行四边形机构 特征：两连架杆等长且平行，
连杆作平动。
平面连杆机构的类型、特点和分类
AB = CD BC = AD
摄影平台升降机构
机车车轮联动机构
第7页/共54页
平行四边形机构存在 运动不确定位置。
平面连杆机构的类型、特点和分类
反平行四边形机构
可采用两组机构错开排列 的方法予以克服。
优点：
平面连杆机构的类型、特点和分类
▲采用低副，面接触、承载大、便于润滑、不易磨损
形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。
▲改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。
▲连杆曲线丰富。可满足不同要求。
缺点： ▲构件和运动副多，累积误差大，运动精度和效率
较低。 ▲产生动载荷（惯性力），不适合高速。 ▲设计较复杂，难以实现精确的轨迹。
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(3) 变换构件的形态
平面连杆机构的类型、特点和分类
曲柄摇块机构
摆动导杆机构
将低副两运动副元素的包容关系进行逆换，不影响两 构件之间的相对运动。
第13页/共54页
应用实例:
平面连杆机构的类型、特点和分类
小型刨床
（转动导杆机构）
牛头刨床
（摆动导杆机构）
第14页/共54页
(4) 扩大转动副
平面连杆机构的运动和动力特性
机构的这种位置称为： “死点”（机构的死点位置） 在“死点”位置，机构的传动角 γ＝0
压力角：作用在从动
件上的驱动力F与力
作用点绝对速度之间
所夹锐角α。
切向分力 Ft= Fcosα = Fsinγ
法向分力 Fn= Fcosγ γ↑ Ft↑ 对传动有利。 γ是α的余角。 常用γ的大小来表示机构传力性能的好坏,
称γ为传动角。
第18页/共54页
平面连杆机构的运动和动力特性
由于在机构运动过程中，γ角是变化的， 因此设计时一般要求: γmin≥40°。 γmin出现的位置：
平面连杆机构的运动和动力特性
即： AD为最短杆
曲柄存在的条件:（Grashof 定理）
▲最长杆与最短杆的长度之和 ≤ 其他两杆长度之和 称为杆长条件。
▲连架杆之一或机架为最短杆。
当满足杆长条件时，其 最短杆上的转动副都是 整转副。
此时，铰链A、B均为 整转副。
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2.压力角和传动角
平面连杆机构的运动和动力特性
第六章 连 杆 机 构
§6－1 平面连杆机构的类型、特点和应用 §6－2 平面连杆机构的运动和动力特性 §6－3 平面连杆机构的综合概述和刚体位移矩阵 §6－4 平面刚体导引机构的综合 §6－5 平面函数生成机构的综合 §6－6 平面轨迹生成机构的综合 §6－7 按行程速比系数综合平面连杆机构
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第8页/共54页
（3）双摇杆机构 特征：两个摇杆
应用举例：鹤式起重机
平面连杆机构的类型、特点和分类
特例：等腰梯形机构—— 汽车转向机构
第9பைடு நூலகம்/共54页
2. 平面四杆机构的演化型式 (1) 将转动副演化成移动副
平面连杆机构的类型、特点和分类
曲柄摇杆机构
偏心曲柄滑块机构↓ ∞
正弦机构
第10页/共54页
由△B2C2D可得：
由△B1C1D可得：
l3≤(l4 –l1) + l2 l2≤(l4– l1) + l3
l1+l4≤ l2 + l3
l1+ l3 ≤ l2 + l4 l1+l2 ≤ l3 + l4
即：AB 为最短杆
将以上三式两两相加得： l1≤ l2 l1≤l3 l1≤l4
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同理，若 l1 > l4，可得： l4≤ l1 , l4≤ l2 , l4≤ l3
2 2
l32 (l4 2l2l3
l1 )2
当 ∠B2C2D ＞ 90° （φ= 180°）时，
max
arc
l cos
2 2
l32 (l4 2l2l3
l1 )2
γmin＝[δmin, 180°-δmax ]min
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3.死点 对于曲柄摇杆机构，当 摇杆为主动件时，在连 杆与曲柄两次共线的位 置，机构均不能运动。
第一节 平面连杆机构的类型、特点和应用
一. 连杆机构的特点 定义：由低副连接刚性构件组成的机构。 应用：内燃机、牛头刨床、机械手爪、开窗户支撑、
公共汽车开关门、折叠伞、折叠椅等。 平面连杆机构
分类: 空间连杆机构
平面连杆机构常以构件数命名： 四杆机构、五杆机构、多杆机构等。 特征：有一作平面运动的构件，称为连杆。
本章重点介绍四杆机构。
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平面连杆机构的类型、特点和分类
二. 平面连杆机构的类型和应用 1. 平面四杆机构的基本型式和应用 全部由转动副组成的平面四 杆机构称为铰链四杆机构。 机架——固定不动的构件； 连架杆——与机架相联的构件； 连杆——连接两连架杆且作平面运动的构件； 曲柄——作整周定轴回转的构件； 摇杆——作定轴摆动的构件；
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（1）曲柄摇杆机构
平面连杆机构的类型、特点和分类
特征：曲柄＋摇杆
作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。
雷达天线俯仰机构
搅拌机构
（ 曲柄主动 ）
第5页/共54页
缝纫机踏板机构 （ 摇杆主动 ）
（2）双曲柄机构 特征：两个曲柄 作用：将等速回转转变为 等速或变速回转。
平面连杆机构的类型、特点和分类
当 ∠BCD ≤ 90°时，γ＝∠BCD 当 ∠BCD ＞ 90°时， γ＝180°- ∠BCD 当∠BCD最小或最大时，即在主动曲柄与机架共线的 位置，都有可能出现γmin
第19页/共54页
根据余弦定律，
平面连杆机构的运动和动力特性
当 ∠B1C1D ≤ 90°（φ= 0）时，
min
arc
c
osl
对心曲柄滑块机构
(2) 选不同的构件为机架
平面连杆机构的类型、特点和分类
整转副——能作360˚相对回转的运动副； 摆转副——只能作有限角度摆动的运动副。
曲柄摇杆机构
双摇杆机构
第11页/共54页
双曲柄机构
(2)选不同的构件为机架
平面连杆机构的类型、特点和分类
曲柄滑块机构
转动导杆机构
移动导杆机构
曲柄摇块机构
平面连杆机构的类型、特点和分类
曲柄滑块机构
偏心轮机构
将转动副B加大，直至把 转动副A包括进去，成为 几何中心是B，转动中心 为A的偏心圆盘。
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第二节 平面连杆机构的运动和动力特性 1.平面四杆机构存在曲柄的条件
平面四杆机构具有整转副 则可能存在曲柄。
设l1 < l4,连架杆若能整周回 转，必有两次与机架共线。
惯性筛
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特例：平行四边形机构 特征：两连架杆等长且平行，
连杆作平动。
平面连杆机构的类型、特点和分类
AB = CD BC = AD
摄影平台升降机构
机车车轮联动机构
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平行四边形机构存在 运动不确定位置。
平面连杆机构的类型、特点和分类
反平行四边形机构
可采用两组机构错开排列 的方法予以克服。