连杆机构的设计.ppt
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《曲柄连杆机构》课件
详细描述
在曲柄连杆机构中，活塞在气缸内进行往复运动，由于连杆的摆动，使得活塞的直线运 动转变为曲轴的旋转运动。在这个过程中，曲轴的旋转运动将能量输出，驱动车辆或其 他机械运动。曲柄连杆机构的特点在于其能够将活塞的往复运动转变为旋转运动，从而
实现能量的高效转换。
分类与应用
总结词
曲柄连杆机构有多种分类方式，如按照曲轴 的形状可分为直列式和V型式，广泛应用于 汽车、摩托车等动力机械中。
缸体的材料选择也很重要，通常采用高强度合金钢或不锈钢制造，以提高其使用寿 命。
03
曲柄连杆机构的工作特性
运动特性
曲柄连杆机构是发动机中的重要 机构，它将活塞的直线运动转化 为曲轴的旋转运动，实现发动机
的做功过程。
曲柄连杆机构的运动特性包括曲 轴的旋转运动、活塞的往复直线
运动以及连杆的摆动运动等。
优化方法
采用数学建模、数值分析和计算机仿 真等方法进行优化设计。
优化流程
建立曲柄连杆机构的数学模型→确定 优化变量和约束条件→选择合适的优 化算法→进行优化计算→分析优化结 果→改进设计。
优化实例与结果分析
优化实例
以某实际应用的曲柄连杆机构为例，进行优化设计。
结果分析
通过对比优化前后的性能指标，分析优化效果。例如，运动性能提升、能耗降 低、振动减小等。同时，对优化后的曲柄连杆机构进行实验验证，确保优化结 果的可靠性和实用性。
05
曲柄连杆机构的常见问题与维护
常见问题与原因分析
01
02
03
04
曲柄连杆机构异响
由于润滑不良、装配间隙不当 或零件疲劳损坏等原因，可能 导致或曲轴轴瓦材料疲劳 极限较低可能导致曲轴轴瓦烧 蚀，影响曲柄连杆机构的正常 运转。
在曲柄连杆机构中，活塞在气缸内进行往复运动，由于连杆的摆动，使得活塞的直线运 动转变为曲轴的旋转运动。在这个过程中，曲轴的旋转运动将能量输出，驱动车辆或其 他机械运动。曲柄连杆机构的特点在于其能够将活塞的往复运动转变为旋转运动，从而
实现能量的高效转换。
分类与应用
总结词
曲柄连杆机构有多种分类方式，如按照曲轴 的形状可分为直列式和V型式，广泛应用于 汽车、摩托车等动力机械中。
缸体的材料选择也很重要，通常采用高强度合金钢或不锈钢制造，以提高其使用寿 命。
03
曲柄连杆机构的工作特性
运动特性
曲柄连杆机构是发动机中的重要 机构，它将活塞的直线运动转化 为曲轴的旋转运动，实现发动机
的做功过程。
曲柄连杆机构的运动特性包括曲 轴的旋转运动、活塞的往复直线
运动以及连杆的摆动运动等。
优化方法
采用数学建模、数值分析和计算机仿 真等方法进行优化设计。
优化流程
建立曲柄连杆机构的数学模型→确定 优化变量和约束条件→选择合适的优 化算法→进行优化计算→分析优化结 果→改进设计。
优化实例与结果分析
优化实例
以某实际应用的曲柄连杆机构为例，进行优化设计。
结果分析
通过对比优化前后的性能指标，分析优化效果。例如，运动性能提升、能耗降 低、振动减小等。同时，对优化后的曲柄连杆机构进行实验验证，确保优化结 果的可靠性和实用性。
05
曲柄连杆机构的常见问题与维护
常见问题与原因分析
01
02
03
04
曲柄连杆机构异响
由于润滑不良、装配间隙不当 或零件疲劳损坏等原因，可能 导致或曲轴轴瓦材料疲劳 极限较低可能导致曲轴轴瓦烧 蚀，影响曲柄连杆机构的正常 运转。
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。
机械原理课件第5章 连杆机构设计
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1）低副便于加工、润滑；构件间压强小、磨损小、承载能力大、寿长；2）连杆机构型式多样，可实现转动、移动、摆动、平面复合运动等运动形式间的转换。
如：锻压机肘杆机构，单侧曲线槽导杆机构，汽车空气泵，可变行程滑块机构，等。
一、平面连杆机构的优点和应用平面连杆机构:各构件全部用低副联接而成的平面机构（低副机构）.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。
曲柄滑块机构摆动导杆机构常见平面连杆机构：铰链四杆机构（雷达天线，飞剪，搅拌机）锻压机肘杆机构可变行程滑块机构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。
本章介绍四杆机构的分析和设计。
六杆机构及六杆机构的实际应用一、 铰链四杆机构的基本型式和应用铰链四杆机构：全部用回转副联接而成的四杆机构。
连架杆——与机架相联的构件；周转副——组成转动副的两个构件作整周相对转动的转动副；曲柄1——作整周定轴回转的构件；摇杆3——作定轴摆动的构件；转动副摆转副（C、D）周转副（A、B）铰链四杆机构分为：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。
1.曲柄摇杆机构铰链四杆机构中，若两连架杆中有一个为曲柄，另一个为摇杆，则称为曲柄摇杆机构。
实现转动和摆动的转换。
雷达天线俯仰机构缝纫机踏板机构应用（动画演示）：雷达天线俯仰角调整机构，飞剪机构，搅拌机构，摄影机抓片机构、缝纫机踏板机构等。
22334模块2曲柄连杆机构PPT课件
Page 36
3．汽缸圆柱度的测量
• 用量缸表在上部A向测量并找出正确的直 径位置，旋转表盘使“0”刻度对准大指针。 • 然后依次测出其他5个数值，取6个数值中 最大差值的1/2作为该汽缸的圆柱度误差。
Page 37
4．汽缸磨损尺寸的测量
• 一般发动机最大磨损尺寸在前后两缸的上部。 • 测量时，用量缸表在上部A向测量并找出正 确的汽缸直径位置，旋转表盘使“0”刻度对 准大指针，并记住小指针所指位置。
操作三 汽缸磨损的检测
1．选择测量位置 2．汽缸圆度的测量
（1）根据汽缸直径的尺寸，选择合 适的接杆，装入量缸表的下端，并使 伸缩杆有1～2mm的压缩量。
Page 35
（2）将量缸表的测杆伸入到汽缸中 的相应部位，微微摆动测杆，使测杆 与汽缸中心线垂直，量缸表指示的最 小读数即为正确的汽缸直径。用量缸 表在上部A向测量，旋转表盘使“0” 刻度对准大指针，然后将测杆在此截 面上旋转90°，此时大指针所指刻度 与“0”位刻度之差的1/2即为该截面 的圆度误差。
Page 14
Page 15
图2.7 汽缸的排列方式
二、汽缸盖
• 汽缸盖的作用是封闭汽缸上部，并与活塞 顶部和汽缸壁一起构成燃烧室。
Page 16
1．汽缸盖的结构形式
• 汽缸盖有整体式、分块式和单体式。
Page 17
2．汽油机燃烧室
• 汽油机的燃烧室是由活塞顶部及缸盖上相 应的凹部空间组成的。
• 曲柄连杆机构是在高温、高压、高速和化 学腐蚀的条件下工作的。
• 同时，曲柄连杆机构在工作时做变速运动， 受力情况相当复杂，气体作用力、往复惯性 力、旋转运动的离心力、相对运动件接触表 面的摩擦力等都作用在曲柄连杆机构上，使 其工作条件十分恶劣。
3．汽缸圆柱度的测量
• 用量缸表在上部A向测量并找出正确的直 径位置，旋转表盘使“0”刻度对准大指针。 • 然后依次测出其他5个数值，取6个数值中 最大差值的1/2作为该汽缸的圆柱度误差。
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4．汽缸磨损尺寸的测量
• 一般发动机最大磨损尺寸在前后两缸的上部。 • 测量时，用量缸表在上部A向测量并找出正 确的汽缸直径位置，旋转表盘使“0”刻度对 准大指针，并记住小指针所指位置。
操作三 汽缸磨损的检测
1．选择测量位置 2．汽缸圆度的测量
（1）根据汽缸直径的尺寸，选择合 适的接杆，装入量缸表的下端，并使 伸缩杆有1～2mm的压缩量。
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（2）将量缸表的测杆伸入到汽缸中 的相应部位，微微摆动测杆，使测杆 与汽缸中心线垂直，量缸表指示的最 小读数即为正确的汽缸直径。用量缸 表在上部A向测量，旋转表盘使“0” 刻度对准大指针，然后将测杆在此截 面上旋转90°，此时大指针所指刻度 与“0”位刻度之差的1/2即为该截面 的圆度误差。
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图2.7 汽缸的排列方式
二、汽缸盖
• 汽缸盖的作用是封闭汽缸上部，并与活塞 顶部和汽缸壁一起构成燃烧室。
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1．汽缸盖的结构形式
• 汽缸盖有整体式、分块式和单体式。
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2．汽油机燃烧室
• 汽油机的燃烧室是由活塞顶部及缸盖上相 应的凹部空间组成的。
• 曲柄连杆机构是在高温、高压、高速和化 学腐蚀的条件下工作的。
• 同时，曲柄连杆机构在工作时做变速运动， 受力情况相当复杂，气体作用力、往复惯性 力、旋转运动的离心力、相对运动件接触表 面的摩擦力等都作用在曲柄连杆机构上，使 其工作条件十分恶劣。
平面连杆机构ppt课件
15
3.1 平面连杆机构的类型
（2）应用案例：雷达天线、脚踏式脱粒机、搅拌 机、水稻插秧机的秧爪运动机构。
脚踏式脱粒机
缝纫机的脚踏粒机
雷达天线
16
3.1 平面连杆机构的类型
水稻插秧机的秧爪运动机构
搅拌机机构
（3）功能：将连续转动转换为摆动，或者将摆动转换为 连续转动。
17
3.1 平面连杆机构的类型
2、双曲柄机构 （1）概念：具有两个曲柄的铰链四杆机构，称 为双曲柄机构。
18
3.1 平面连杆机构的类型
（2）应用案例：惯性筛机构
惯性筛机构
（3）功能：将等速转动转换为不等速同向转动19。
3.1 平面连杆机构的类型
（4）双曲柄机构的其他类型 1）平行四边形机构：两相对构件互相平行，
呈平行四边形的双曲柄机构。
3.2.1 曲柄滑块机构 （ 1）由曲柄摇杆机构，将CD→无穷大，C点轨迹变成直
线； （ 2）演化方法：将转动副→移动副； （ 3）类型： a.偏心曲柄滑块机构 ，e≠0 偏距：曲柄转动
中心距导路的距离。 b.对心曲柄滑块机构，e=0
35
3.2 铰链四杆机构的演化
（4）应用案例：内燃机、空气压缩机、冲床和送料 机构等。
请画出下列机构运动示意图，并判断由几种机构 组合而成?
插齿机
冲床机构
48
3.3 铰链四杆机构的基本特性
3.3.1 急回特性和行程数比系数 1、基本概念：（以曲柄摇杆机构为例，曲柄为原动
件） （1）四杆机构的极限位置：当曲柄与连杆二次共线时，
摇杆位于机构的最左或最右的位置。 （2）极位夹角（θ）：从动件处于二个极限位置时，
1-偏心轮 2-连杆 3-滑块 4-机架
3.1 平面连杆机构的类型
（2）应用案例：雷达天线、脚踏式脱粒机、搅拌 机、水稻插秧机的秧爪运动机构。
脚踏式脱粒机
缝纫机的脚踏粒机
雷达天线
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3.1 平面连杆机构的类型
水稻插秧机的秧爪运动机构
搅拌机机构
（3）功能：将连续转动转换为摆动，或者将摆动转换为 连续转动。
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3.1 平面连杆机构的类型
2、双曲柄机构 （1）概念：具有两个曲柄的铰链四杆机构，称 为双曲柄机构。
18
3.1 平面连杆机构的类型
（2）应用案例：惯性筛机构
惯性筛机构
（3）功能：将等速转动转换为不等速同向转动19。
3.1 平面连杆机构的类型
（4）双曲柄机构的其他类型 1）平行四边形机构：两相对构件互相平行，
呈平行四边形的双曲柄机构。
3.2.1 曲柄滑块机构 （ 1）由曲柄摇杆机构，将CD→无穷大，C点轨迹变成直
线； （ 2）演化方法：将转动副→移动副； （ 3）类型： a.偏心曲柄滑块机构 ，e≠0 偏距：曲柄转动
中心距导路的距离。 b.对心曲柄滑块机构，e=0
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3.2 铰链四杆机构的演化
（4）应用案例：内燃机、空气压缩机、冲床和送料 机构等。
请画出下列机构运动示意图，并判断由几种机构 组合而成?
插齿机
冲床机构
48
3.3 铰链四杆机构的基本特性
3.3.1 急回特性和行程数比系数 1、基本概念：（以曲柄摇杆机构为例，曲柄为原动
件） （1）四杆机构的极限位置：当曲柄与连杆二次共线时，
摇杆位于机构的最左或最右的位置。 （2）极位夹角（θ）：从动件处于二个极限位置时，
1-偏心轮 2-连杆 3-滑块 4-机架
机械原理-连杆机构设计图解法_一_
连杆机构设计(图解法)
连杆机构设计(图解法)
按给定连杆位置设计四杆机构 按给定两连架杆对应的角位移设计四杆机构
按给定的急回要求设计四杆机构
按给定连杆位置设计四杆机构
按给定连杆位置设计四杆机构
给定连杆三个位置，设计四杆机构
B1
A1
E1
A
2
E2
A3
B2
A0
B0
E3
B3
A0 A1 B1 B0就是所求机构的第一个位置。
m12
N1 M2
n12
M1 M0
动平面上任选两个参考点 M、N——动铰链
N2
12 12
P12
N0
m12上任选M0—定铰链
n12上任选N0—定铰链
引导平面由E1到E2的位置的 四杆机构有无数
两连架杆上动铰链和定铰链与极连线的夹角 相等∠M1 P12 M0= ∠N1 P12 N0= θ 12/2
方法：半角转动法
方法：半角转动法
原理
N1 M1 M2 E1 E2 N2
动平面由E1到E2的位置过程中，动 平面上任意一点都可以视为绕某点 P12转θ 12
P12——转动极（极）
θ 12——有向转动角
E1、E2两个位置一经确定，P12、 θ 12就确定与选择的参考点无关
12
P12
转动极P12 的求法
m12
N1 M2
n12
M1
连接P12M1和P12M2，所夹 的角即为转动角θ 12
N2
12 12
P12
连接P12 N1和P12 N2 ，所 夹的角也为转动角θ 12 ∠M1 P12 M2= ∠N1 P12 N2= θ 12
动平面由E1到E2的位置可由四杆机构实现
连杆机构设计(图解法)
按给定连杆位置设计四杆机构 按给定两连架杆对应的角位移设计四杆机构
按给定的急回要求设计四杆机构
按给定连杆位置设计四杆机构
按给定连杆位置设计四杆机构
给定连杆三个位置，设计四杆机构
B1
A1
E1
A
2
E2
A3
B2
A0
B0
E3
B3
A0 A1 B1 B0就是所求机构的第一个位置。
m12
N1 M2
n12
M1 M0
动平面上任选两个参考点 M、N——动铰链
N2
12 12
P12
N0
m12上任选M0—定铰链
n12上任选N0—定铰链
引导平面由E1到E2的位置的 四杆机构有无数
两连架杆上动铰链和定铰链与极连线的夹角 相等∠M1 P12 M0= ∠N1 P12 N0= θ 12/2
方法：半角转动法
方法：半角转动法
原理
N1 M1 M2 E1 E2 N2
动平面由E1到E2的位置过程中，动 平面上任意一点都可以视为绕某点 P12转θ 12
P12——转动极（极）
θ 12——有向转动角
E1、E2两个位置一经确定，P12、 θ 12就确定与选择的参考点无关
12
P12
转动极P12 的求法
m12
N1 M2
n12
M1
连接P12M1和P12M2，所夹 的角即为转动角θ 12
N2
12 12
P12
连接P12 N1和P12 N2 ，所 夹的角也为转动角θ 12 ∠M1 P12 M2= ∠N1 P12 N2= θ 12
动平面由E1到E2的位置可由四杆机构实现
连杆机构设计
图3-15
精选p图pt 3—22
33
若选取构件1为机架（图3－22b）， 则演化成双转块机构，它常应用 作两距离很小的平行轴的联轴器， 图3-22e所示的十字滑块联轴节为 其应用实例；
图3－22b
图3-22e
当选取构件3为机架（图3－22c）时， 演化成双滑块机构，常应用它作椭圆 仪（图3—22f）。
作用到从动件CD上的力F将 沿BC方向，该力的作用线与 力作用点C点绝对速度vc所
夹的锐角α称为压力角。
精选ppt
图3—26
44
由力的分解可以看出，沿着速度方向的有效 分力Ft＝Fcosα，垂直 Ft的分力 Fn＝Fsinα， 力 Fn只能使铰链 C、D产生压轴力，希望它 能越小越好，也就是Ft愈大愈好，这样可使 其传动灵活效率高。总而言之，是希望压力 角α越小越好。
图3－16b
图3－19
图3－20
若选用曲柄滑块机构中滑块3作机架（图316c），即演化成移动导杆机构（或称定块 机构）。
它应用于手摇卿筒（图3—21）和双作用式 水泵等机械中。
图3—21
图3-16c
（3）变化双移动副机构的机架
在图3-15和图3-22a所示的具有两个移动副的四杆机 构中，是选择滑块4作为机架的，称之为正弦机构， 这种机构在印刷机械、纺织机械、机床中均得到广 泛地应用，例如机床变速箱操纵机构、缝纫机中针 杆机构（图3—22d）；
此时，在最短杆AB整周转动过程中，它与 连杆BC的相对转动也是整周（即360０），
图3－25a、b
以最短杆为机架， 则得双曲柄机构
以最短杆的对边 为机架，则得双 摇杆机构
二、基本概念：压力角与传动角
1、压力角从动件的速度方向与力方向所
连杆机构及设计
连杆机构的稳定性分析
01
连杆机构的稳定性是指在一定条件下，机构能够保持其平衡状 态的能力。
02
稳定性分析是连杆机构设计中的重要环节，可以通过静态分析
和动态分析进行评估。
连杆机构的稳定性受到多种因素的影响，如驱动力、阻力和机
03
构参数等。
05 连杆机构的实例分析
实例一：汽车发动机的连杆机构分析
连杆机构组成
连杆机构的传力分析
连杆机构的传力路径
01
分析连杆机构中力的传递路径和方式，了解其传力特性和效率。
连杆机构的传力性能
02
通过计算和分析连杆机构的传力性能，了解其传力效果和优化
方向。
连杆机构的传力损失
03
研究连杆机构在传力过程中的能量损失和效率问题，提出优化
措施。
03 连杆机构的设计
连杆机构的设计原则
工作原理
通过连杆机构的运动，将主轴的旋转运动转化为工作台的往复直线 运动或旋转运动，完成工件的切削、磨削、铣削等加工过程。
特点
传动精度高，刚性好，能够承受较大的切削力和转矩。
06 总结与展望
总结
01
02
03
04
连杆机构在机械工程中具有广 泛应用，如内燃机、压缩机、
印刷机等。
连杆机构设计需要综合考虑运 动学、动力学、强度和刚度等
，力求实现经济效益最大化。
连杆机构的设计流程
1. 明确设计要求
根据实际需求，明确连杆机构的设计任务和目标，包括运 动轨迹、传动效率、可靠性等方面的要求。
2. 选择合适的连杆机构类型
根据设计要求，选择合适的连杆机构类型，如曲柄摇杆机 构、双曲柄机构、双摇杆机构等。
3. 设计连杆机构
《曲柄连杆机构》课件
可靠性原则
确保曲柄连杆机构在各种工况下都能稳定、 可靠地工作。
经济性原则
在满足功能和效率的前提下，尽可能降低曲 柄连杆机构的设计和制造成本。
曲柄连杆机构的优化方法
数学建模
建立曲柄连杆机构的数学模型，以便进行数 值分析和优化设计。
拓扑优化
改变曲柄连杆机构的内部结构，以实现更好 的刚度和强度。
尺寸优化
2023-2026
END
THANKS
感谢观看
KEEP VIEW
REPORTING
按连杆数目分类
三杆曲柄连杆机构
包括一个曲柄、一个连杆和一根轴。 这种机构结构简单，常用于一些简单 的机械装置中。
四杆曲柄连杆机构
由四个构件组成，包括一个曲柄、一 个连杆、一根轴和一根导杆。这种机 构在汽车等复杂机械中应用广泛，可 以实现复杂的运动轨迹。
按曲轴的形式分类
直列式曲柄连杆机构
曲轴的各曲拐按直线排列，这种机构结构紧凑，适用于小缸径发动机。
对易损件如轴承、密封圈等进行定期更换 。
对曲柄连杆机构的参数进行定期检查和调 整，确保机构运行正常。
PART 05
曲柄连杆机构的发展趋势 与展望
曲柄连杆机构的新材料、新工艺、新技术
总结词
介绍曲柄连杆机构在材料、工艺和技术方面的创新和突破，以及这些创新对机构性能和 效率的影响。
详细描述
随着科技的不断发展，曲柄连杆机构在材料、工艺和技术方面也在不断创新和突破。例 如，采用高强度轻质材料可以减小机构的质量和惯性，提高其动态响应性能；采用先进 的表面处理技术可以提高机构的耐磨性和耐腐蚀性，延长其使用寿命；采用智能传感器
观察法
观察曲柄连杆机构的外观和运行状况 ，判断是否存在故障。
机械设计基础第五版平面连杆机构ppt课件
(1)低副中存在间隙，精度低
(2)不容易实现精确复杂的运动规律
2、分类:
平面连杆机构 空间连杆机构
平面连杆机构常以构件数命名：
四杆机构、 多杆机构
本章重点内容是介绍四杆机构。
装配过程
动画
动画
2.1平面连杆机构的基本类型及其应用
一、铰链四杆机构 ❖ 结构特点：四个运动副均为转动副 ❖ 组成：机架、连杆、连架杆
e
2、导杆机构
(1)、演化过程 曲柄滑块机构中，当将曲柄改为机架时，就演化成导
杆机构。
(2)、类型
转动导杆机构 L1<L2 L1 ：机架长度
摆动导杆机构 L1>L2
L2 ：曲柄长度
➢应用实例
简易刨床
牛头刨床机构
3、摇块机构与定块机构
曲柄滑块机构
B
BB 11 11
B B
1112
2B B
2
B 1A 11
l1≤ l2 l1≤ l3 l1≤ l4 AB为最短杆
存在一个曲柄的条件： 1.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。 2.曲柄为最短杆。 此时，铰链A为整转副。 若取BC为机架，则结论相同，可知铰链B也是整转副。
可知：当满足杆长条件时，其最短杆参与构成的转动 副都是整转副。
则由△ＣB１D可得：三角形任意两边之和大于第三边
l1+ l4 ≤ l2 + l3
则由△ＣB２D可得： l2≤(l4 – l1)+ l3 → l1+ l2 ≤ l3 + l4
最长杆与最短杆的 长度之和≤其他两 杆长度之和
l3≤(l4 – l1)+ l2 → l1+ l3 ≤ l2 + l4
(2)不容易实现精确复杂的运动规律
2、分类:
平面连杆机构 空间连杆机构
平面连杆机构常以构件数命名：
四杆机构、 多杆机构
本章重点内容是介绍四杆机构。
装配过程
动画
动画
2.1平面连杆机构的基本类型及其应用
一、铰链四杆机构 ❖ 结构特点：四个运动副均为转动副 ❖ 组成：机架、连杆、连架杆
e
2、导杆机构
(1)、演化过程 曲柄滑块机构中，当将曲柄改为机架时，就演化成导
杆机构。
(2)、类型
转动导杆机构 L1<L2 L1 ：机架长度
摆动导杆机构 L1>L2
L2 ：曲柄长度
➢应用实例
简易刨床
牛头刨床机构
3、摇块机构与定块机构
曲柄滑块机构
B
BB 11 11
B B
1112
2B B
2
B 1A 11
l1≤ l2 l1≤ l3 l1≤ l4 AB为最短杆
存在一个曲柄的条件： 1.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。 2.曲柄为最短杆。 此时，铰链A为整转副。 若取BC为机架，则结论相同，可知铰链B也是整转副。
可知：当满足杆长条件时，其最短杆参与构成的转动 副都是整转副。
则由△ＣB１D可得：三角形任意两边之和大于第三边
l1+ l4 ≤ l2 + l3
则由△ＣB２D可得： l2≤(l4 – l1)+ l3 → l1+ l2 ≤ l3 + l4
最长杆与最短杆的 长度之和≤其他两 杆长度之和
l3≤(l4 – l1)+ l2 → l1+ l3 ≤ l2 + l4
第八章四杆机构 117页
实现预定轨迹的例题
鹤式起重机
搅拌机
连杆
1．平面四杆机构中，是否存在死点取决于
是否与
连杆共线。
A 、主动件 B、 从动件 C、 机架 D、 摇杆
2、在设计铰链四杆机构时，应使最小传动角 。 A、 尽可能小一些 B 、为0 C、 尽可能大一些 D、 为90
3.一对心曲柄滑块机构中，如果将曲柄改为机架，则将演 化为 机构。
4．下面简图所示的铰链四杆机构，图 是双曲柄机构。 A）a； B）b； C）c； D）d。
(a)
(b)
(c)
(d)
二、平面连杆机构设计
图解法 解析法 实验法
（一）图解法
简单、直观、 易理解知识点、误差大。
1.给定连杆的位置要求设计四杆机构
（1）给定连杆的两个位置设计四杆机构
已知连杆长度，连杆的2个（或3，4。。 个）工作位置B1C1与B2C2。设计此四杆机构。
一 、四杆机构设计的基本问题
1）实现给定位置的设计（导引机构设计） 2）实现预定运动规律的设计（函数机构设计） 3）实现预定轨迹的设计（轨迹机构设计）
1.实现给定位置的设计
例如：满足预定的连杆位置要求
要求所设计的机构 能引导连杆顺序通 过一系列给定的位 置。即要求连杆能 依次占据一系列给 定的位置。
（3）极为夹角=0，则K=1，无急回 运动；
（4）角越大，则K值越大，说明急回 运动的性质也越显著。
曲柄滑块机构中，原动件AB以 1 等速转动
B
a1
2
C2
b
C3 C1
1
A B1 H
4
B2
偏置曲柄滑块机构
H (a b )2 e2(b a )2 e2
《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。
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已知：机架长度d，K，设计此机构。 分析：
由于θ与导杆摆角φ相等，设计此机构 时，仅需要确定曲柄 a。
• 计算θ＝180(K-1)/(K+1)；
• 任选D作∠mDn＝φ＝θ
• 取A点，使得AD=d, 则: a = d sin(φ/2)
θ
A B
φ=θ
D
m
n
A B
φ=θ d
D
2. 按连杆预定位置设计四杆机构
（2）满足预定的连杆位置要求 设计时要求连杆能依次点据一系列的 预定位置。(又称为导引机构的设计 )
机构示例——飞机起落架机构
设计时要求机轮在放下和收起时 连杆BC占据图示的两个共线位 置。
近似再现函数 y = log x 的平面四杆机构
（3）满足预定的轨迹要求
设计时要求在机构运动过程中，连杆上某点能实现预定的轨迹。 (又称为轨迹生成机构的设计)
本讲重点： ★四杆机构设计的图解法 本讲难点： 图解法中反转原理的应用
§8-4 平面四杆机构的设计
一、平面连杆设计的基本问题
1. 平面连杆机构设计的基本任务 • 根据给定的设计要求选定机构型式； • 确定各构件尺寸，并要满足结构条件、动力条件 和运动连续条件等。
2. 平面连杆机构设计的三大类基本命题 • 满足预定运动的规律要求 • 满足预定的连杆位置要求 1) 满足预定的轨迹要求
b12
B1
c12
C1
C2
铰链Ａ • 联C1C２ ，作垂直平分线c12
B2
L AB
AB
l
1
铰链D
有无穷多解
A
L CD l C 1 D
L AD
AD l
D
• 已知连杆上在运动过程中的三个位置B1C1、B2C2 、B3C3，
设计四杆机构。
b12
B1
c12
C1
b23
B3
c23
C3
A
D
唯一解
L AB
AB
➢ 已知连杆上两活动铰链的中心B、C位置（即已知LBC）
• 已知连杆在运动过程中的两个位置B1C1、B2C2 ，设计四杆机构 • 已知连杆上在运动过程中的三个位置B1C1、B2C2 、B3C3，设计
四杆机构。
➢ 已知机架上固定铰链的中心A、D位置（即已知LAD）
• 已知连杆在运动过程中的两个位置E1F1 、 E2F2 ，设计四杆机构 • 已知连杆上在运动过程中的三个位置E1F1、E2F2、E3F3 ，设计
l
1
L CD l C 1 D
L AD
AD l
➢ 已知机架上固定铰链的中心A、D位置（即已知LAD）
• 已知连杆在运动过程中的两个位置E1F1 、 E2F2 ，设计四杆机构 设计方法——采用转化机构法(或反转法)
转化机构法或反转法— —根据机构的倒置理论， 通过取不同构件为机架，E1 将活动铰链位置的求解 转化为固定铰链的求解 设计四杆机构的方法。
AC2Oa AEOa
AE AC2
C2
P
Oa
2a 90º-
E D
Ob
II C1
I
(3)给定连杆长度b的解：
作图步骤：
证明：
AC 1 b a 2b
E
AC2Ob AEOb
AE AC2
P
Oa
90º-
C1 III
D I Ob
◆曲柄滑块机构
已知条件：滑块行程H、偏距e和行程速比系数K
置（轨迹）要求
1. 按给定的行程速比系数K设计四杆机构
◆曲柄摇杆机构
设计要求：已知摇杆的长度CD、摆角及行程速比系数K。
设计过程：
•
计算极位夹角： 180K1
K1
• 选定机构比例尺，作出极位图：
• 联 C1C2 ， 过 C2 作
C2
C1M C1C2 ；另过
C1作 C2C1N=90-
射线C1N，交C1M于P
四杆机构
➢ 已知连杆上两活动铰链的中心B、C位置（即已知LBC）
• 已知连杆在运动过程中的两个位置B1C1、B2C2 ，设计四杆机构
设计分析： 铰链Ｂ和Ｃ位置已知，固定铰链Ａ和Ｄ未
知。铰链Ｂ和Ｃ轨迹为圆弧，其圆心分别
为点Ａ和Ｄ。Ａ和Ｄ分别在B1B２和C1C２ 的垂直平分线上。
设计步骤：
• 联B1B２，作垂直平分线b12
（1）满足预定运动的规律要求 ✓要求两连架杆的转角能够满足预定的对应位置关系； ✓要求在原动件运动规律一定的条件下，从动件能够准 确地或近似地满足预定的运动规律要求。
满足两连架杆转角的预定对应位置关系要求的机构示例——车门开闭机构
设计时要求两连架杆的转角应大小相 等，方向相反，以实现车门的起闭
满足预定运动的规律要求机构示 例——对数计算机构
设计过程：
C2
180K1
90º-
K1
有无穷多解
设曲柄长度为a，连杆 长度为b，则:
AC 1 b a AC 2 b a
a AC 1 AC 2 2
b AC 1 AC 2 2
A
B1
B2
P
NM
C1 I
◆摆动导杆机构
对于摆动导杆机构,由于其导杆的摆角φ 刚好等于其 极位夹角θ，因此，只要给定曲柄长度LAB (或给定 机架长度LAD)和行程速比系数K就可以求得机构。
机构示例——鹤式起重机
机构示例——搅拌机机构
3. 设计方法: 1）解析法 2）图解法 3）实验法
二、用图解法设计四杆机构
1. 按给定的行程速比系数K设计四杆机构——实现给定运动要求 2. 按连杆预定位置设计四杆机构——实现给定连杆位置（轨迹）要求 3. 按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构——实现给定连架杆位
点；
• 以C1P 为直径作圆I， A
B1
则该圆上任一点均可
作 为 A 铰 链 ， 有 无 穷 B2 多解。 (除弧FG以外)
P N MF
设曲柄长度为a，连杆长度为b，则:
AC 1 b a AC 2 b a
C1 90º-
D
I G
a AC 1 AC 2 2
b AC 1 AC 2 2
——错位不连续问题
A铰链不能选定在FG弧段
不连通域
C2
C1
C2
D
B2
B1
I
A F
G
B1
B2
欲得确定解，则需附加条件： (1)给定机架长度d； (2)给定曲柄长度a； (3)给定连杆长度b
(1)给定机架长度d的解：
(2)给定曲柄长度a的解：
作图步骤：
A
证明：
AC 1 b a AC 2 b a
A1 C A2 C2a
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
前 述
§8-3 平面四杆机构的基本性质
内
▲曲柄存在条件
容
▲急回特性及行程速比系数
复
▲四杆机构传动角、压力角及死点
习
▲铰链四杆机构的运动连续性
§8-4 平面四杆机构的设计
➢用图解法设计四杆机构★ ➢用解析法设计四杆机构 ➢用实验法设计四杆机构
由于θ与导杆摆角φ相等，设计此机构 时，仅需要确定曲柄 a。
• 计算θ＝180(K-1)/(K+1)；
• 任选D作∠mDn＝φ＝θ
• 取A点，使得AD=d, 则: a = d sin(φ/2)
θ
A B
φ=θ
D
m
n
A B
φ=θ d
D
2. 按连杆预定位置设计四杆机构
（2）满足预定的连杆位置要求 设计时要求连杆能依次点据一系列的 预定位置。(又称为导引机构的设计 )
机构示例——飞机起落架机构
设计时要求机轮在放下和收起时 连杆BC占据图示的两个共线位 置。
近似再现函数 y = log x 的平面四杆机构
（3）满足预定的轨迹要求
设计时要求在机构运动过程中，连杆上某点能实现预定的轨迹。 (又称为轨迹生成机构的设计)
本讲重点： ★四杆机构设计的图解法 本讲难点： 图解法中反转原理的应用
§8-4 平面四杆机构的设计
一、平面连杆设计的基本问题
1. 平面连杆机构设计的基本任务 • 根据给定的设计要求选定机构型式； • 确定各构件尺寸，并要满足结构条件、动力条件 和运动连续条件等。
2. 平面连杆机构设计的三大类基本命题 • 满足预定运动的规律要求 • 满足预定的连杆位置要求 1) 满足预定的轨迹要求
b12
B1
c12
C1
C2
铰链Ａ • 联C1C２ ，作垂直平分线c12
B2
L AB
AB
l
1
铰链D
有无穷多解
A
L CD l C 1 D
L AD
AD l
D
• 已知连杆上在运动过程中的三个位置B1C1、B2C2 、B3C3，
设计四杆机构。
b12
B1
c12
C1
b23
B3
c23
C3
A
D
唯一解
L AB
AB
➢ 已知连杆上两活动铰链的中心B、C位置（即已知LBC）
• 已知连杆在运动过程中的两个位置B1C1、B2C2 ，设计四杆机构 • 已知连杆上在运动过程中的三个位置B1C1、B2C2 、B3C3，设计
四杆机构。
➢ 已知机架上固定铰链的中心A、D位置（即已知LAD）
• 已知连杆在运动过程中的两个位置E1F1 、 E2F2 ，设计四杆机构 • 已知连杆上在运动过程中的三个位置E1F1、E2F2、E3F3 ，设计
l
1
L CD l C 1 D
L AD
AD l
➢ 已知机架上固定铰链的中心A、D位置（即已知LAD）
• 已知连杆在运动过程中的两个位置E1F1 、 E2F2 ，设计四杆机构 设计方法——采用转化机构法(或反转法)
转化机构法或反转法— —根据机构的倒置理论， 通过取不同构件为机架，E1 将活动铰链位置的求解 转化为固定铰链的求解 设计四杆机构的方法。
AC2Oa AEOa
AE AC2
C2
P
Oa
2a 90º-
E D
Ob
II C1
I
(3)给定连杆长度b的解：
作图步骤：
证明：
AC 1 b a 2b
E
AC2Ob AEOb
AE AC2
P
Oa
90º-
C1 III
D I Ob
◆曲柄滑块机构
已知条件：滑块行程H、偏距e和行程速比系数K
置（轨迹）要求
1. 按给定的行程速比系数K设计四杆机构
◆曲柄摇杆机构
设计要求：已知摇杆的长度CD、摆角及行程速比系数K。
设计过程：
•
计算极位夹角： 180K1
K1
• 选定机构比例尺，作出极位图：
• 联 C1C2 ， 过 C2 作
C2
C1M C1C2 ；另过
C1作 C2C1N=90-
射线C1N，交C1M于P
四杆机构
➢ 已知连杆上两活动铰链的中心B、C位置（即已知LBC）
• 已知连杆在运动过程中的两个位置B1C1、B2C2 ，设计四杆机构
设计分析： 铰链Ｂ和Ｃ位置已知，固定铰链Ａ和Ｄ未
知。铰链Ｂ和Ｃ轨迹为圆弧，其圆心分别
为点Ａ和Ｄ。Ａ和Ｄ分别在B1B２和C1C２ 的垂直平分线上。
设计步骤：
• 联B1B２，作垂直平分线b12
（1）满足预定运动的规律要求 ✓要求两连架杆的转角能够满足预定的对应位置关系； ✓要求在原动件运动规律一定的条件下，从动件能够准 确地或近似地满足预定的运动规律要求。
满足两连架杆转角的预定对应位置关系要求的机构示例——车门开闭机构
设计时要求两连架杆的转角应大小相 等，方向相反，以实现车门的起闭
满足预定运动的规律要求机构示 例——对数计算机构
设计过程：
C2
180K1
90º-
K1
有无穷多解
设曲柄长度为a，连杆 长度为b，则:
AC 1 b a AC 2 b a
a AC 1 AC 2 2
b AC 1 AC 2 2
A
B1
B2
P
NM
C1 I
◆摆动导杆机构
对于摆动导杆机构,由于其导杆的摆角φ 刚好等于其 极位夹角θ，因此，只要给定曲柄长度LAB (或给定 机架长度LAD)和行程速比系数K就可以求得机构。
机构示例——鹤式起重机
机构示例——搅拌机机构
3. 设计方法: 1）解析法 2）图解法 3）实验法
二、用图解法设计四杆机构
1. 按给定的行程速比系数K设计四杆机构——实现给定运动要求 2. 按连杆预定位置设计四杆机构——实现给定连杆位置（轨迹）要求 3. 按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构——实现给定连架杆位
点；
• 以C1P 为直径作圆I， A
B1
则该圆上任一点均可
作 为 A 铰 链 ， 有 无 穷 B2 多解。 (除弧FG以外)
P N MF
设曲柄长度为a，连杆长度为b，则:
AC 1 b a AC 2 b a
C1 90º-
D
I G
a AC 1 AC 2 2
b AC 1 AC 2 2
——错位不连续问题
A铰链不能选定在FG弧段
不连通域
C2
C1
C2
D
B2
B1
I
A F
G
B1
B2
欲得确定解，则需附加条件： (1)给定机架长度d； (2)给定曲柄长度a； (3)给定连杆长度b
(1)给定机架长度d的解：
(2)给定曲柄长度a的解：
作图步骤：
A
证明：
AC 1 b a AC 2 b a
A1 C A2 C2a
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
前 述
§8-3 平面四杆机构的基本性质
内
▲曲柄存在条件
容
▲急回特性及行程速比系数
复
▲四杆机构传动角、压力角及死点
习
▲铰链四杆机构的运动连续性
§8-4 平面四杆机构的设计
➢用图解法设计四杆机构★ ➢用解析法设计四杆机构 ➢用实验法设计四杆机构