机械基础之平面连杆机构
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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。
机械基础-第4章 平面连杆机构
平面机构的自由度
2．机构具有确定运动的条件 机械的自由度必须大于零才能保证除机架之外的其他构件能够运动。如果机构 的自由度等于零，所有构件就不能运动，因此也就构不成机构。通常用具有一个独 立运动的构件作主动件，因此，机构具有确定运动的充分必要条件为构件系统的自 由度必须大于零，且主动件的数目必须等于自由度数。
4.2 铰链四杆机构及其
演化
概述
机构是由若干构件组成的，所有构件都在相互平行的平面内运动的机构称为平 面机构。平面连杆机构是用销轴、滑道等方式连接起来的，各构件间在同一平面或 相互平行的平面内，如图4-12 所示。
平面连杆机构能够实现一些较为复杂的平面运动，在生产中应用很广泛。最常 见的平面连杆机构是由四个杆件组成的， 简称演化铰链四杆机构。
平面运动副
1．运动副 使两构件组合而相互接触，并沿一定路径产生相对运动时，此两构件称为一个 运动副。根据两构件接触形式的不同，运动副分为低副和高副。 （1）低副 低副是指两构件之间作面接触的运动副，主要包括移动副、转动副和 螺纹副三种。
平面运动副
（2）高副 高副是两机件间以点或线接触的运动副。如点接触的球轴承（图4-3） 和线接触的摩擦轮（图4-4）。
平面四杆机构中，以所有运动副都是转动副的铰链机构和含有一个移动副的滑 块机构应用最为广泛。
铰链四杆机构的基本形式
1． 铰链四杆机构的组成 如图4-13 所示，在铰链四杆机构中，其各构件 的名称如下。 1）机架：固定不动的构件，如图4-13 中所示的 构件4，又称静件。 2）连杆：不与机架直接连接的构件，如图4-13 中所示的构件2。 3）连架杆：与机架直接连接的构件，如图4-13 中所示的构件1、3。 4）曲柄：能绕固定轴作整周旋转运动的连架杆。 5）摇杆：能绕固定轴按照一定角度摆动的连架 杆。
机械基础-平面连杆机构
第3章 平面连杆机构
Planar Linkage Mechanism
案例引入：四杆机构的典型应用
（1）基本型式四杆机构的应用 （2）演化型式四杆机构的应用
问题提出： 1.长度不同(杆长)？ 2.运动不同(类型)？ 3.应用特点(特性)？ 4.如何分析(方法)？
3 2
1 4
3
2 4
1
§3-1 连杆机构案例分析与思考
=00
Folding Furniture
二.压力角与传动角
α 压力角
从动件受力点的受力方向与速度方向所夹的锐角。
pressure angle
传动角γ 压力角的余角(锐角)。
Transmission angle
γ＝90°－α≤90°
注意:原动构件 B
B
传动角越大(压力角越小)，
AA
机构传力性能越好。
设计时应使 min≥
C γ
Fn
Fvn C γFα
F
v
DD
1.最小传动角 min 发生位置
结论：
min 可能发生在主动曲柄与机架两次共线（AB′，AB″） 的位置之一处，即 0（o 或180o） 处。
2.确定滑块机构的最小传动角
min
偏 置 滑 块 机 构 如 何 分 析 ？
3.分析传动角的实际意义
(2)曲柄滑块机构的演化
两个转动副转化成两个移动副
(3)双滑块四杆机构的演化 (4)改变运动副尺寸 曲柄 偏心轮
三.同一机构在不同机器中的应用
五.典型连杆机构特性分析(自主掌握)
1.曲柄摇杆机构
曲柄AB为原动件作匀速转动，当它由AB1转到AB2位置时，转角φ1=180°+θ， 摇杆由右极限位置C1D摆到左极限位置C2D摆角为ψ，当曲柄从AB2转到AB1时，转角 φ2=180°-θ，摇杆由位置C2D返回C1D，其摆角仍为ψ,因为 φ1>φ2 ，对应时间t1>t2, 因此摇杆从C2D转到C1D较快，即具有急回特性，其中θ为摇杆处于两极限位置时曲柄 两个位置之间所夹的锐角，称为极位夹角。
Planar Linkage Mechanism
案例引入：四杆机构的典型应用
（1）基本型式四杆机构的应用 （2）演化型式四杆机构的应用
问题提出： 1.长度不同(杆长)？ 2.运动不同(类型)？ 3.应用特点(特性)？ 4.如何分析(方法)？
3 2
1 4
3
2 4
1
§3-1 连杆机构案例分析与思考
=00
Folding Furniture
二.压力角与传动角
α 压力角
从动件受力点的受力方向与速度方向所夹的锐角。
pressure angle
传动角γ 压力角的余角(锐角)。
Transmission angle
γ＝90°－α≤90°
注意:原动构件 B
B
传动角越大(压力角越小)，
AA
机构传力性能越好。
设计时应使 min≥
C γ
Fn
Fvn C γFα
F
v
DD
1.最小传动角 min 发生位置
结论：
min 可能发生在主动曲柄与机架两次共线（AB′，AB″） 的位置之一处，即 0（o 或180o） 处。
2.确定滑块机构的最小传动角
min
偏 置 滑 块 机 构 如 何 分 析 ？
3.分析传动角的实际意义
(2)曲柄滑块机构的演化
两个转动副转化成两个移动副
(3)双滑块四杆机构的演化 (4)改变运动副尺寸 曲柄 偏心轮
三.同一机构在不同机器中的应用
五.典型连杆机构特性分析(自主掌握)
1.曲柄摇杆机构
曲柄AB为原动件作匀速转动，当它由AB1转到AB2位置时，转角φ1=180°+θ， 摇杆由右极限位置C1D摆到左极限位置C2D摆角为ψ，当曲柄从AB2转到AB1时，转角 φ2=180°-θ，摇杆由位置C2D返回C1D，其摆角仍为ψ,因为 φ1>φ2 ，对应时间t1>t2, 因此摇杆从C2D转到C1D较快，即具有急回特性，其中θ为摇杆处于两极限位置时曲柄 两个位置之间所夹的锐角，称为极位夹角。
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。
《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2章平面连杆机构1
急回运动特性可用行程速度变化系数K表示，即
K V2 C1C2 t2 t1 180 V1 C1C2 t1 t2 180
—为摇杆处于两极限位置对应曲柄所夹锐角，称极位夹角。
整理后，得极位夹角计算公式：
180 K 1
K 1
分析可知：越大，K值越大，急回运动性质越显著，机构运动平稳
2）双曲柄机构
例1：图2-1b铰链四杆机构。A、B为整转副，1为机架，两连架杆2、 4均为曲柄的铰链四杆机构为双曲柄机构。
通常主动曲柄做等速转动，从动曲柄做变速转动。
作用：将等速回转转变为等速或变速回转。
应用实例：旋转式叶片泵
1
A D C 设计：潘存云
B 2
3
由相位依次相差90° 的四个双曲 柄机构组成。曲柄1等角速度顺时 针转动时，连设计：杆潘存云2带动从动曲柄3 作周期性变速转动，因此，相邻 两从动曲柄间夹角也周期性变化。
2）曲柄处于AB2位置时，形成三角形AC2D。存在以下 关系：l 1+ l 2≤l4+ l3
上三式两两相加得： l 1≤l 2 l 1≤l 3 l 1≤l 4
平面四杆机构具有整转副→可能存在曲柄。
杆1为曲柄，作整周回转，必有两次与机架共线
则由△B’C’D可得：三角形任意两边之和大于第三边
l1+ l4 ≤ l2 + l3 则由△B”C”D可得：
2、导杆机构—改变曲柄滑块机构固定构件演化来的（P25图2-10） 转动导杆机构；摆动导杆机构 应用：牛头刨床，插床，回转式油泵。
3、插块机构和定块机构（P25图2-10）
三、含有两个移动副的四杆机构（双滑块机构）P26图14-17 （认识） 分四种形式：1）两个移动副不相邻；2）两个移动副相邻；且其
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
机械工程基础平面连杆机构
第4章 平面连杆机构
图 4 - 7 惯性筛
第4章 平面连杆机构
B
2
1
A
4
C 3
D
图 4 - 8 平行四边形机构
第4章 平面连杆机构
图 4 - 9 机车车轮联动机构
第4章 平面连杆机构
机车车轮平行四边形机构使各车轮与主动轮具有相 同的速度, 其内含有一个虚约束, 以防止在曲柄与机架共 线时运动不确定。 如图4 - 10所示, 当共线时, B点转到B2 点, 而C点位置可能转到C2或C′2位置, 运动不确定。
第4章 平面连杆机构
4.1 概 述
4.1.1 根本概念 构件之间只有低副连接的机构称为平面连杆机构。
最常见的平面连杆机构是平面四杆机构。 由四个构件 通过低副连接而成的平面连杆机构称为平面四杆机构。 所有低副均为转动副的平面四杆机构称为铰链四杆机 构, 它是平面四杆机构中最根本的形式, 其他形式的四 杆机构都是在它的根底上演化而成的。 连杆机构中的 构件称为杆。
第4章 平面连杆机构
1
A
B
2
3 C
2 B1
3
A
C
(a)
(b )
图 4 - 19 摇块机构 (a) 运动简图; (b) 自卸卡车翻斗机构
第4章 平面连杆机构
5. 定块机构 (1) 转化: 当曲柄滑块机构中取滑块为机架时, 即可 转化为定块机构, 如图4 - 20(a)所示。 (2) 应用： 图4 - 20(b)所示的手动压水机是定块机 构的应用实例。
第4章 平面连杆机构
在双曲柄机构中, 假设相对的两杆长度分别相等, 那么称为平行双曲柄机构。 当两曲柄转向相同时, 它们 的角速度时时相等, 连杆也始终与机架平行, 四根杆形 成一平行四边形, 故又称平行四边形机构, 如图4 - 8所 示。 图4 - 9所示的机车车轮联动机构就是平行四边形 机构的应用实例。
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。
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§8－2凸轮机构的类型
一、凸轮机构的分类
（1）1、按凸轮的形状分：盘形凸轮机构。
（2）移动凸轮机构。
（3）和圆柱凸轮机构。
如表8—1所示
1、按从动件端部形状和运动形式分：
（1）尖底式从动件凸轮机构。
（2）滚子式从动件凸轮机构。
（3）平底式从动件凸轮机构。
如表8—1所示
小结：凸轮机构概念、组成、分类、常用结构及应用特点。
翻卸料装置中曲柄摇块机构，车厢为杆1，车架为机架2，活塞杆为导杆4，液压缸为摇块3。
小结：曲柄滑块机构。导杆机构。
作业：练习册。
教学
反思
这门课属于技术类课程，在实践中发现，课堂教学是一方面，主要的学习还是应该放在生产实践中，可能在课堂上难教又难懂的知识，只要让学生见到实物，看到它是怎么工作的就能很快理解。
内
容
本学时
教学
内容
凸轮机构的工作过程、从动件的运动规律。
教
学
目
标
知识目标
掌握链传动的工作原理
会传动比的计算
1.具备良好的道德品质、职业素养、竞争和创新意识。
2.具有良好的人际交往、团队协作能力及健康的心理。
3.具有通过多种途径获取信息、学习新知识的能力。
能力目标
情感目标
教
学
重
点
难
点
பைடு நூலகம்教学重点
凸轮机构的工作过程、从动件的运动规律。
_ 机械基础__学科电子教案48
班级
课题
学时
备注（修改）
§7－2 铰链四杆机构的演化
6/6
教
学
内
容
本学时
教学
内容
熟悉铰链四杆机构的演化形式、特点及应用
教
学
目
标
知识目标
掌握链传动的工作原理
会传动比的计算
1.具备良好的道德品质、职业素养、竞争和创新意识。
2.具有良好的人际交往、团队协作能力及健康的心理。
从动件上升或下降的最大位移量称为为行程。
凸轮继续转动 角，由于向径减小，从动件以逐渐返回，直至凸轮轮廓曲线上第C点处，从动件回到与凸轮基圆接触的状态，对应于从动件返回初始位置时的凸轮转角 称回程运动角。
凸轮继续转动从第C点开始到A点，该段曲线为基圆上一段曲线，从动件停止不动，凸轮上与之相对应的转角 称为休止角。
2、等加速等减速运动规律
从动件在行程中先作等加速运动，后作等减速运动的运动规律称为等加速等减速运动规律。
在一个运动循环中，从动件的运动速度逐步增大又逐步减小，避免了运动速度的突变，改善了从动件在速度转折点处的惯性冲击，但仍有一定程度的冲击存在。
等加速等减速运动规律凸轮机构适用于作中、低速转动，从动件质量不大的场合。
1.具备良好的道德品质、职业素养、竞争和创新意识。
2.具有良好的人际交往、团队协作能力及健康的心理。
3.具有通过多种途径获取信息、学习新知识的能力。
4.具有运用信息技术进行交流和处理信息的能力。
能力目标
情感目标
教
学
重点难点
教学重点
1.凸轮机构的分类及特点。
教学难点
1.凸轮机构的工作过程及从动件运动规律。
用从动件位移s为纵坐标，凸轮转 为横坐标绘制出二者之间的关系曲线，称为位移曲线图。
从动件的位移曲线直观地表示了从动件的位移变化规律，是凸轮轮廓设计的依据。
二、从动件的常用运动规律
凸轮机构从动件的运动规律有很多种，常见的运动规律有等速运动规律和等加速等减速运动规律。
1、等速运动规律
从动件上升（或下降）的速度为一常数的运动规律称为等速运动规律。
3.具有通过多种途径获取信息、学习新知识的能力。
能力目标
情感目标
教
学
重
点
难
点
教学重点
铰链四杆机构的演化形式及应用。
教学难点
铰链四杆机构的特点及应用。
教学
辅助
教具
多媒体
学科资源
课件、模型
教学过程（师生活动、教法、学法）
备注
第一学时：
安全教育：
讲评作业：
复习上讲内容：
课题引入：通过改变铰链四杆机构中构件的形状、长度或不同的构件作为机架等方法可以得到不同的机构，以达到所需的运动形式。
当机架1的长度 小于杆2的长度 时，即 ＜ ，主动杆2与从动件（导杆）4均可作整周回转，即为转动导杆机构。
当 ＞ 时，主动件作整周回转时，从动件只能作往复摆动，即为摆动导杆机构。
应用：使用挂图讲解牛头刨床中摆动导杆机构。具有急回特性。另外杆BC为传动丝杠，通过C点与铰链连接螺母，可调节杆BC的长度，从而达到调节滑枕行程的目的。
2.具有良好的人际交往、团队协作能力及健康的心理。
3.具有通过多种途径获取信息、学习新知识的能力。
能力目标
情感目标
教
学
重
点
难
点
教学重点
凸轮机构的组成、分类、常用结构。
教学难点
凸轮机构的分类。
教学
辅助
教具
多媒体
学科资源
课件、模型
教学过程（师生活动、教法、学法）
备注
第一学时：
安全教育：
讲评作业：
复习上讲内容：
作业：练习册。
教学
反思
这门课属于技术类课程，在实践中发现，课堂教学是一方面，主要的学习还是应该放在生产实践中，可能在课堂上难教又难懂的知识，只要让学生见到实物，看到它是怎么工作的就能很快理解。
_ 机械基础__学科电子教案52
班级
课题
学时
备注（修改）
§8－3凸轮机构的工作过程及从动件运动规律
4/4
教
学
应用：内燃机中的曲柄滑块机构。
第二学时：
二、导杆机构
连架杆中至少有一个构件为导杆的平面四杆机构称为导杆机构。由曲柄滑块机构中固定件的位置演化而成。
导杆为机构中与另一运动构件组成移动副的构件。
在曲柄滑块机构中，如将杆1改为固定件时，其曲柄滑块机构演化为导杆机构。
在导杆机构中，一般取杆2为主动件。
导杆机构分转动导杆机构与摆动导杆机构两种。
推程（升程）—从动件自最低位置升到最高位置的过程。
推程运动角（升程角）（ ）—推动从动件实现推程时的凸轮转角。
远休止角（ ）—当凸轮顺时针转动时，从动件的尖底与向径与向径逐渐增大的凸轮轮廓相接接触，从动件按一定的运动规律被向上推起。
当凸轮轮廓上点B与尖底接触时，从动件上升量达到最大，此时凸轮转过的角度 称为推程角。
讲授新课：§7－2 铰链四杆机构的演化
一、曲柄滑块机构
具有一个曲柄和一个滑块的平面四杆机构，由曲柄摇杆机构演化而来的。
由图分析，CD长度变为无穷大时，C点则变为滑块，则机构就演变为图的曲柄滑块机构。
当曲柄AB为主动件时，滑块移动的距离为曲柄长度r的两倍。如取滑块C为主动件时，会存在从动件曲柄与连杆共线的两个死点位置，需采取措施。
教学难点
从动件的运动规律。
教学
辅助
教具
多媒体
学科资源
课件、模型
教学过程（师生活动、教法、学法）
备注
第一学时：
安全教育：
讲评作业：
复习上讲内容：
新课内容：§8－3凸轮机构的工作过程及从动件运动规律
一、凸轮机构的工作过程
凸轮机构中最常用的运动形式为凸轮作等速回转运动，从动件作往复移动。
基圆（r0）—以以凸轮轮廓上最小半径所画的圆。
教学辅助
教具
多媒体
学科资源
1.教学模型。
2.多媒体课件。
_ 机械基础__学科电子教案50
班级
课题
学时
备注（修改）
§8－1凸轮机构概述§8－2凸轮机构的类型
2/4
教
学
内
容
本学时
教学
内容
掌握凸轮机构的组成、分类、常用结构，了解其应用特点
教
学
目
标
知识目标
掌握链传动的工作原理
会传动比的计算
1.具备良好的道德品质、职业素养、竞争和创新意识。
凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。
凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。通常作等速转动或移动。
凸轮机构是通过高副接触使从动件得到预期的运动规律，应用广泛。
二、凸轮机构的应用特点
1、优点
结构简单紧凑，工作台可靠，设计适当的凸轮轮廓曲线可使从动件获得任意预期的运动规律。
2、缺点
凸轮与从动件之间以点或线接触或线接触，不便于润滑，易磨损，只适用于传力不大的场合。如自动机械、仪表、控制机构和调节机构中。
等速运动中从动件的位移量与凸轮转角成正比关系，其位移曲线为一条斜直线。
由于等速运动规律凸轮的从动件处于推程的开始位置时，凸轮开始回转一瞬间，从动件由静止状态突然以速度 上升运动。当从动件上升到最高位置时速度由骤变为零，两者均使瞬时加速度达到无穷大而引起刚性冲击，对构件产生很大的破坏力，故等速凸轮机构只适用于凸轮作低速回转、从动件质量小和轻载的场合。
机械基础_学科单元教学计划电子教案8
班级
单元主题
总学时
备注（修改）
凸轮机构
4
教
学
内
容
本单元
教学的
主要内容
1.凸轮机构概述。
2.凸轮机构的分类及特点。
3.凸轮机构的工作过程及从动件运动规律。
教
学
目
标
知识目标
1.了解凸轮机构的分类及特点。
2.了解凸轮机构的工作过程及从动件运动规律。
1.会分析凸轮机构的工作过程及从动件运动规律。
课题引入：在机械工业中，凸轮机构是一种常用的机构，特别是在自动化机构中，它的应用更为广泛。当需要从动件按照复杂的运动规律运动或从动件的位移、速度、加速度按照预定的规律变化时，常采用凸轮机构实现。
一、凸轮机构的分类
（1）1、按凸轮的形状分：盘形凸轮机构。
（2）移动凸轮机构。
（3）和圆柱凸轮机构。
如表8—1所示
1、按从动件端部形状和运动形式分：
（1）尖底式从动件凸轮机构。
（2）滚子式从动件凸轮机构。
（3）平底式从动件凸轮机构。
如表8—1所示
小结：凸轮机构概念、组成、分类、常用结构及应用特点。
翻卸料装置中曲柄摇块机构，车厢为杆1，车架为机架2，活塞杆为导杆4，液压缸为摇块3。
小结：曲柄滑块机构。导杆机构。
作业：练习册。
教学
反思
这门课属于技术类课程，在实践中发现，课堂教学是一方面，主要的学习还是应该放在生产实践中，可能在课堂上难教又难懂的知识，只要让学生见到实物，看到它是怎么工作的就能很快理解。
内
容
本学时
教学
内容
凸轮机构的工作过程、从动件的运动规律。
教
学
目
标
知识目标
掌握链传动的工作原理
会传动比的计算
1.具备良好的道德品质、职业素养、竞争和创新意识。
2.具有良好的人际交往、团队协作能力及健康的心理。
3.具有通过多种途径获取信息、学习新知识的能力。
能力目标
情感目标
教
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重
点
难
点
பைடு நூலகம்教学重点
凸轮机构的工作过程、从动件的运动规律。
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课题
学时
备注（修改）
§7－2 铰链四杆机构的演化
6/6
教
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内
容
本学时
教学
内容
熟悉铰链四杆机构的演化形式、特点及应用
教
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目
标
知识目标
掌握链传动的工作原理
会传动比的计算
1.具备良好的道德品质、职业素养、竞争和创新意识。
2.具有良好的人际交往、团队协作能力及健康的心理。
从动件上升或下降的最大位移量称为为行程。
凸轮继续转动 角，由于向径减小，从动件以逐渐返回，直至凸轮轮廓曲线上第C点处，从动件回到与凸轮基圆接触的状态，对应于从动件返回初始位置时的凸轮转角 称回程运动角。
凸轮继续转动从第C点开始到A点，该段曲线为基圆上一段曲线，从动件停止不动，凸轮上与之相对应的转角 称为休止角。
2、等加速等减速运动规律
从动件在行程中先作等加速运动，后作等减速运动的运动规律称为等加速等减速运动规律。
在一个运动循环中，从动件的运动速度逐步增大又逐步减小，避免了运动速度的突变，改善了从动件在速度转折点处的惯性冲击，但仍有一定程度的冲击存在。
等加速等减速运动规律凸轮机构适用于作中、低速转动，从动件质量不大的场合。
1.具备良好的道德品质、职业素养、竞争和创新意识。
2.具有良好的人际交往、团队协作能力及健康的心理。
3.具有通过多种途径获取信息、学习新知识的能力。
4.具有运用信息技术进行交流和处理信息的能力。
能力目标
情感目标
教
学
重点难点
教学重点
1.凸轮机构的分类及特点。
教学难点
1.凸轮机构的工作过程及从动件运动规律。
用从动件位移s为纵坐标，凸轮转 为横坐标绘制出二者之间的关系曲线，称为位移曲线图。
从动件的位移曲线直观地表示了从动件的位移变化规律，是凸轮轮廓设计的依据。
二、从动件的常用运动规律
凸轮机构从动件的运动规律有很多种，常见的运动规律有等速运动规律和等加速等减速运动规律。
1、等速运动规律
从动件上升（或下降）的速度为一常数的运动规律称为等速运动规律。
3.具有通过多种途径获取信息、学习新知识的能力。
能力目标
情感目标
教
学
重
点
难
点
教学重点
铰链四杆机构的演化形式及应用。
教学难点
铰链四杆机构的特点及应用。
教学
辅助
教具
多媒体
学科资源
课件、模型
教学过程（师生活动、教法、学法）
备注
第一学时：
安全教育：
讲评作业：
复习上讲内容：
课题引入：通过改变铰链四杆机构中构件的形状、长度或不同的构件作为机架等方法可以得到不同的机构，以达到所需的运动形式。
当机架1的长度 小于杆2的长度 时，即 ＜ ，主动杆2与从动件（导杆）4均可作整周回转，即为转动导杆机构。
当 ＞ 时，主动件作整周回转时，从动件只能作往复摆动，即为摆动导杆机构。
应用：使用挂图讲解牛头刨床中摆动导杆机构。具有急回特性。另外杆BC为传动丝杠，通过C点与铰链连接螺母，可调节杆BC的长度，从而达到调节滑枕行程的目的。
2.具有良好的人际交往、团队协作能力及健康的心理。
3.具有通过多种途径获取信息、学习新知识的能力。
能力目标
情感目标
教
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重
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难
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教学重点
凸轮机构的组成、分类、常用结构。
教学难点
凸轮机构的分类。
教学
辅助
教具
多媒体
学科资源
课件、模型
教学过程（师生活动、教法、学法）
备注
第一学时：
安全教育：
讲评作业：
复习上讲内容：
作业：练习册。
教学
反思
这门课属于技术类课程，在实践中发现，课堂教学是一方面，主要的学习还是应该放在生产实践中，可能在课堂上难教又难懂的知识，只要让学生见到实物，看到它是怎么工作的就能很快理解。
_ 机械基础__学科电子教案52
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学时
备注（修改）
§8－3凸轮机构的工作过程及从动件运动规律
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应用：内燃机中的曲柄滑块机构。
第二学时：
二、导杆机构
连架杆中至少有一个构件为导杆的平面四杆机构称为导杆机构。由曲柄滑块机构中固定件的位置演化而成。
导杆为机构中与另一运动构件组成移动副的构件。
在曲柄滑块机构中，如将杆1改为固定件时，其曲柄滑块机构演化为导杆机构。
在导杆机构中，一般取杆2为主动件。
导杆机构分转动导杆机构与摆动导杆机构两种。
推程（升程）—从动件自最低位置升到最高位置的过程。
推程运动角（升程角）（ ）—推动从动件实现推程时的凸轮转角。
远休止角（ ）—当凸轮顺时针转动时，从动件的尖底与向径与向径逐渐增大的凸轮轮廓相接接触，从动件按一定的运动规律被向上推起。
当凸轮轮廓上点B与尖底接触时，从动件上升量达到最大，此时凸轮转过的角度 称为推程角。
讲授新课：§7－2 铰链四杆机构的演化
一、曲柄滑块机构
具有一个曲柄和一个滑块的平面四杆机构，由曲柄摇杆机构演化而来的。
由图分析，CD长度变为无穷大时，C点则变为滑块，则机构就演变为图的曲柄滑块机构。
当曲柄AB为主动件时，滑块移动的距离为曲柄长度r的两倍。如取滑块C为主动件时，会存在从动件曲柄与连杆共线的两个死点位置，需采取措施。
教学难点
从动件的运动规律。
教学
辅助
教具
多媒体
学科资源
课件、模型
教学过程（师生活动、教法、学法）
备注
第一学时：
安全教育：
讲评作业：
复习上讲内容：
新课内容：§8－3凸轮机构的工作过程及从动件运动规律
一、凸轮机构的工作过程
凸轮机构中最常用的运动形式为凸轮作等速回转运动，从动件作往复移动。
基圆（r0）—以以凸轮轮廓上最小半径所画的圆。
教学辅助
教具
多媒体
学科资源
1.教学模型。
2.多媒体课件。
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备注（修改）
§8－1凸轮机构概述§8－2凸轮机构的类型
2/4
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内
容
本学时
教学
内容
掌握凸轮机构的组成、分类、常用结构，了解其应用特点
教
学
目
标
知识目标
掌握链传动的工作原理
会传动比的计算
1.具备良好的道德品质、职业素养、竞争和创新意识。
凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。
凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。通常作等速转动或移动。
凸轮机构是通过高副接触使从动件得到预期的运动规律，应用广泛。
二、凸轮机构的应用特点
1、优点
结构简单紧凑，工作台可靠，设计适当的凸轮轮廓曲线可使从动件获得任意预期的运动规律。
2、缺点
凸轮与从动件之间以点或线接触或线接触，不便于润滑，易磨损，只适用于传力不大的场合。如自动机械、仪表、控制机构和调节机构中。
等速运动中从动件的位移量与凸轮转角成正比关系，其位移曲线为一条斜直线。
由于等速运动规律凸轮的从动件处于推程的开始位置时，凸轮开始回转一瞬间，从动件由静止状态突然以速度 上升运动。当从动件上升到最高位置时速度由骤变为零，两者均使瞬时加速度达到无穷大而引起刚性冲击，对构件产生很大的破坏力，故等速凸轮机构只适用于凸轮作低速回转、从动件质量小和轻载的场合。
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凸轮机构
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容
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教学的
主要内容
1.凸轮机构概述。
2.凸轮机构的分类及特点。
3.凸轮机构的工作过程及从动件运动规律。
教
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目
标
知识目标
1.了解凸轮机构的分类及特点。
2.了解凸轮机构的工作过程及从动件运动规律。
1.会分析凸轮机构的工作过程及从动件运动规律。
课题引入：在机械工业中，凸轮机构是一种常用的机构，特别是在自动化机构中，它的应用更为广泛。当需要从动件按照复杂的运动规律运动或从动件的位移、速度、加速度按照预定的规律变化时，常采用凸轮机构实现。