机械原理第三章第一讲连杆机构分类及应用
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机械原理及机构简介
目前，机械原理作为一门基础学科，仍在不断发 展与完善。它不仅在传统机械制造业中发挥着重 要作用，也在新能源、智能制造等新兴领域中具 有广阔的应用前景。
02
机构的基本组成
构件
定义
分类
构件是组成机构的、具有确定相对运动的 、可单独进行运动的组成部分。
构件可按其运动自由度分为刚体和挠性体 。
刚体
挠性体
案例四：机器人行走的机构模拟与分析
总结词
机器人行走是机器人运动的重要组成部分， 通过对机器人行走的机构模拟与分析，可以 优化机器人的运动性能和稳定性。
详细描述
机器人行走涉及到多种机构的协同运动，如 腿部机构、腰部机构、驱动系统等。通过对 这些机构的模拟和分析，可以深入理解机器 人的运动特性和稳定性，为机器人的设计和 改进提供理论支持。同时，还可以通过机构 优化来提高机器人的运动性能和稳定性，为 机器人在不同环境下的应用提供技术支持。
副机构。
特点
02
凸轮机构具有结构简单、紧凑、刚性好、易于制造等优点，但
其传动精度较低，且在高速运转时易产生振动。
应用
03
凸轮机构广泛应用于各种自动机械和自动控制装置中，如内燃
机的配气机构、自动机床的进给系统等。
齿轮机构
01
02
03
定义
齿轮机构是由两个或多个 齿轮通过啮合传递运动和 动力的机构。
特点
物联网与云计算
机械原理的智能化发展也将与物 联网、云计算等技术紧密结合， 实现机械设备的远程监控、故障 预测与维护，提高设备的可靠性 和降低维护成本。
智能制造
智能制造是机械原理智能化发展 的核心，它将智能机械与信息技 术深度融合，实现生产过程的自 动化、柔性化、智能化和信息化 ，提升生产效率、产品质量和降 低能耗。
02
机构的基本组成
构件
定义
分类
构件是组成机构的、具有确定相对运动的 、可单独进行运动的组成部分。
构件可按其运动自由度分为刚体和挠性体 。
刚体
挠性体
案例四：机器人行走的机构模拟与分析
总结词
机器人行走是机器人运动的重要组成部分， 通过对机器人行走的机构模拟与分析，可以 优化机器人的运动性能和稳定性。
详细描述
机器人行走涉及到多种机构的协同运动，如 腿部机构、腰部机构、驱动系统等。通过对 这些机构的模拟和分析，可以深入理解机器 人的运动特性和稳定性，为机器人的设计和 改进提供理论支持。同时，还可以通过机构 优化来提高机器人的运动性能和稳定性，为 机器人在不同环境下的应用提供技术支持。
副机构。
特点
02
凸轮机构具有结构简单、紧凑、刚性好、易于制造等优点，但
其传动精度较低，且在高速运转时易产生振动。
应用
03
凸轮机构广泛应用于各种自动机械和自动控制装置中，如内燃
机的配气机构、自动机床的进给系统等。
齿轮机构
01
02
03
定义
齿轮机构是由两个或多个 齿轮通过啮合传递运动和 动力的机构。
特点
物联网与云计算
机械原理的智能化发展也将与物 联网、云计算等技术紧密结合， 实现机械设备的远程监控、故障 预测与维护，提高设备的可靠性 和降低维护成本。
智能制造
智能制造是机械原理智能化发展 的核心，它将智能机械与信息技 术深度融合，实现生产过程的自 动化、柔性化、智能化和信息化 ，提升生产效率、产品质量和降 低能耗。
机械原理 第三章 平面连杆机构及其设计
2
二、连杆机构的特点 优点：
• 承受载荷大，便于润滑
• 制造方便，易获得较高的精度 • 两构件之间的接触靠几何封闭实现 • 实现多种运动规律和轨迹要求
y B a A Φ b β c ψ ψ0 C B φ A D M3
3
连杆曲线
M
M1
M2
连杆
φ0
d
D
x
缺点：
• 不易精确实现各种运动规律和轨迹要求；
27
55
20
40
70
80 (b)
例2：若要求该机构为曲 柄摇杆机构，问AB杆尺寸 应为多少？
解：1.设AB为最短杆
即 LAB+110≤60+70 2.设AB为最长杆 即 LAB+60≤110+70 3.设AB为中间杆 即 110+60≤LAB+70 100≤LAB LAB≤120 A
70
C
60
B
110
FB
D
36
2、最小传动角出现的位置
C b
F VC
B
c
A
d
D
当 为锐角时，传动角 = 当为钝角时，传动角 = 180º - 在三角形ABD中：BD² =a² +d² -2adcos 在三角形BCD中：BD² =b² +c² -2bccos (1) (2)
37
由（1）=（2）得：
b2 c 2 a 2 d 2 2ad cos cos 2bc
1）当 = 0º 时，即曲柄与机架重叠共线，cos =+1， 取最小值。
min
b c (d a ) arccos 2bc
机械原理(清华) 3连杆机构
双曲柄机构
以最短杆AB相邻构件AD为机架
曲柄摇杆机构
以最短杆AB相邻构件BC为机架
曲柄摇杆机构
以最短杆AB对面构件CD为机架
双摇杆机构
杆长条件不成立时
双摇杆机构
a+e<b
急回特性：表示回程所用时间小于工作行程所用时间
行程速比系数 K
极位夹角 q（锐角）
t1 1 180 q K t 2 2 180 q
2.1.2 平面四杆机构的演化
转动副转化为移动副
取不同构件作机架
低副可逆性
B A
C D
曲柄摇杆机构
双曲柄机构
曲柄摇杆机构
双摇杆机构
2.1.2 平面四杆机构的演化
转动副转化为移动副
取不同构件作机架
曲柄摇杆机构
曲柄摇块机构
摆动导杆机构
2.1.2 平面四杆机构的演化
转动副转化为移动副
取不同构件作机架
2.5.3 函数生成机构的设计
已知固定铰链点A、D，设计四杆机构，使得两个连 架杆可以实现三组对应关系
函数生成机构
？
刚体导引机构
d
刚化反转法
以CD杆为机架时看到的四杆机构ABCD的位置相当 于把以AD为机架时观察到的ABCD的位置刚化，以D 轴为中心转过 1 2 得到的。
低副可逆性； 机构在某一瞬时，各构 件相对位置固定不变， 相当于一个刚体，其形 状不会随着参考坐标系 不同而改变。
连杆机构中构件并非一条线，而是代表一个面 刚化反转法一定要理解，熟练使用
机械优化设计方法
设计目标： min [ f( x1, x2,…… ) ] 设计变量： x1, x2,……
约束条件： F1 (x1, x2,…… ) ≤ 0 F2 (x1, x2,…… ) ≤ 0
机械原理第三章精选全文完整版
利用死点: ①夹紧机构 图 ②飞机起落架 图
第三节 四杆机构的设计
一、四杆机构的设计的基本问题
平面连杆机构的功能：
（1）传动功能 图
（2）引导功能
图
四杆机构的设计的基本问题：
（1）实现预定的连杆位置问题； （1）实现已知运动规律问题； （2）实现已知轨迹问题。
设计方法：（1）图解法；（2）解析法；
ψ
θ
a AC2 AC1 2
a EC1 / 2
90 -θ
ψ
θ
θ
（2）曲柄滑块机构
已知： H , K,e ，求机构其它构件尺寸.
步骤：
180 (k
1)
k 1
取 l 作图
AB=(AC1-AC2)/2 BC=AC1-AB
H
c2
c1
90
A
lAB l AB
O
Hale Waihona Puke lBC l BCM
（3）导杆机构
已知： lAD , K
根据 3 ，则得
2
arcsin
l3
sin
3 l1 sin
l2
1
第四节 平面连杆机构的运动分析（8）
2.速度分析
将式（l1ei1 l2ei2 l4 l3ei3 对时间求导，得到
l ie 指数函数求导
i1
11
l22iei2
l33iei3
e 将式中的每项乘 i2，并取实部消去 2 ，解得：
3)以平面高副联接的两构件, 若高副元素之间为纯 滚动时, 接触点即为两构件的瞬心；若高副元素 之间既滚动又滑动, 则瞬心在高副接触点处的公 法线上。 图
（2）不直接相联的两构件的瞬心——三心定理
三心定理: 三个彼此作平面运动的构件共有三个瞬 心，且必定位于同一直线上。 图
第三节 四杆机构的设计
一、四杆机构的设计的基本问题
平面连杆机构的功能：
（1）传动功能 图
（2）引导功能
图
四杆机构的设计的基本问题：
（1）实现预定的连杆位置问题； （1）实现已知运动规律问题； （2）实现已知轨迹问题。
设计方法：（1）图解法；（2）解析法；
ψ
θ
a AC2 AC1 2
a EC1 / 2
90 -θ
ψ
θ
θ
（2）曲柄滑块机构
已知： H , K,e ，求机构其它构件尺寸.
步骤：
180 (k
1)
k 1
取 l 作图
AB=(AC1-AC2)/2 BC=AC1-AB
H
c2
c1
90
A
lAB l AB
O
Hale Waihona Puke lBC l BCM
（3）导杆机构
已知： lAD , K
根据 3 ，则得
2
arcsin
l3
sin
3 l1 sin
l2
1
第四节 平面连杆机构的运动分析（8）
2.速度分析
将式（l1ei1 l2ei2 l4 l3ei3 对时间求导，得到
l ie 指数函数求导
i1
11
l22iei2
l33iei3
e 将式中的每项乘 i2，并取实部消去 2 ，解得：
3)以平面高副联接的两构件, 若高副元素之间为纯 滚动时, 接触点即为两构件的瞬心；若高副元素 之间既滚动又滑动, 则瞬心在高副接触点处的公 法线上。 图
（2）不直接相联的两构件的瞬心——三心定理
三心定理: 三个彼此作平面运动的构件共有三个瞬 心，且必定位于同一直线上。 图
机械原理 第03章 连杆机构
平面四杆机构具有急回特性的条件： （1）原动件作等速整周转动；
（2）输出件作往复运动；
（3）
0
B2
2.曲柄滑块机构中，原动件AB以 1等速转动 B 2 b B 1 C2 C3 a b 2 1 1 1 a B1 C2 C 3 C1 B1 H A
A
C1
4
4
H
B2
偏置曲柄滑块机构
对心曲柄滑块机构 H=2a, 0 ,无急回特性。
一.平面四杆机构的功能及应用
1 .刚体导引功能 2.函数生成功能 3.轨迹生成功能 轨迹生成功能 是指连杆上某点通过某一 预先给定轨迹 的功能。 连杆
§2-4 平面四杆机构运动设计的基本问题与方法
一.平面四杆机构的功能及应用
1 .刚体导引功能 3.轨迹生成功能 2.函数生成功能 4.综合功能 O1 D1 上剪刀 D2 下剪刀
(b>c) (2b)
'
B
1
a
A
b
c
d
4
D r 3
C b 3 c
a-d
B2
r2
d c a b （2a ）
d b a c (2b')
由(1)及（2a' ）(2b')可得
d+a
d a , d b, d c
铰链四杆机构的类型与尺寸之间的关系：
在铰链四杆机构中： （1）如果最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其它两杆 长度之和 ——满足杆长和条件 且： 1 以最短杆的相邻构件为机架，则此机构为以最短杆 为曲柄的曲柄摇杆机构； 2 以最短杆为机架，则此机构为双曲柄机构；
2 4
摆动导杆 机构
导杆:
C 3
机械原理第三章平面连杆机构及其设计
b12
C1
B
B2
B1
b. 设计 b12
c12
A
B2
C1
C2
B1
A点所在线
A
D点所在线
D
C C2
D
★ 已知连杆两位置
c23
——无穷解。要唯一解需另加条件 ★ 已知连杆三位置
b23 B3
c23
——唯一解 ★ 已知连杆四位置
——无解 B3
b12 B2 B1
C1 C2
C3
AD
B2 B1
分析图3-20
C2 C1 B4
反平行四边形
车门开闭机构
3)、双摇杆机构
若铰链四杆机构的两连架杆均为摇杆， 则此四杆机构称为双摇杆机构。
双摇杆机构
双摇杆机构的应用 鹤式起重机机构
鹤式起重机
倒置机构：通过更换机架而得到的机构称为原机构的倒置机构。
变化铰链四杆机构的机架
C
B
整转副
2
(<360°)
(0~360°)
3
1
(0~360°)
（1）、取最短构件为机架时，得双曲柄机构。 （2） 、取最短构件的任一相邻构件为机架时，均得曲柄
摇杆机构。 （3）、取最短构件的对面构件为机架时，得双摇杆机构。
判断：所有铰链四杆机构取不同构件为机架时，都能演化成带 曲柄的机构。
例：图示机构尺寸满足杆长条件，当取不同构件为机架时 各得什么机构？
取最短杆相 邻的构件为 机架得曲柄 摇杆机构
最短杆为 机架得双 曲柄机构
取最短杆对 边为机架得 双摇杆机构
特殊情况：
如果铰链四杆机构中两个构件长度相等且均为最短杆 1、若另两个构件长度不相等，则不存在整转副。 2、若另两个构件长度也相等， （1）当两最短构件相邻时，有三个整转副。 （2）当两最短构件相对时，有四个整转副。
机械原理连杆机构
• 应定期检查和更换轴承。
• 减少摩擦和提差。
• 修复偏差可保证机构正常 运行。
结论和展望
连杆机构是机械工程中的重要构件，可应用于各种应用领域。随着技术的发展，我们可以期待连杆机构在未来继续 发挥更加重要的作用。
传动装置
连杆机构常常和其他机械装置如齿 轮组合使用，进一步发挥作用。
2 平衡设计
在设计连杆机构时，必须确保连杆组件的总质量分布均匀、平衡，避免不必要的震动和 噪音。
3 润滑设计
对于长时间操作的机构，应添加水平和垂直滑动表面以及内置的润滑系统（如油泵）。
故障排除技巧
处理连杆机构故障时，您需要全面了解其原因并确定问题解决方案。
磨损和裂纹
轴承失效
• 可更换状况严重的部件。 • 材料选择确保强度和耐久性。
连杆长度影响
修改连杆长度可调节机构运行的速度和步幅。
固定连杆导向
涉及在连杆机构中添加轴承等零部件以控制连杆方向。
摩擦和能量耗散
分析连杆机构在运动中会损耗多少能量，以便更好地为机构添加适当的润滑和润滑系统。
应用领域
连杆机构可应用于各种机械领域，如机床、静态结构、动态系统以及齿轮系统。它在制造行业中扮演着重要角色。
1
机床设计
用于切削、磨削、钻孔和铰孔等操作。
2
内燃机
用于定义汽车发动机中的气缸、连杆、曲轴等部分。
3
飞机制造
用于转化燃油能量为飞机飞行的动能。
设计要点
在设计连杆机构时，请务必考虑到以下注意事项，以便获得最佳性能和高效率。
1 材料选择
选择适当的材料来保证连杆机构在长期使用和高强度运动状态下不会疲劳和变形。
滑块曲柄机构
将旋转运动转换为直线运动，广泛 用于内燃机活塞机构中。
《连杆机构》课件
连杆机构的力传递特性
描述了连杆机构在传递力和运动过程 中力的传递方式和效果，可以通过解 析法或实验方法进行研究和分析。
04 连杆机构的设计与优化
连杆机构的设计原则与方法
总结词
连杆机构设计原则是确保机构的运动学和动力学性能，同时满足强度、刚度和稳定性的 要求。
详细描述
连杆机构的设计原则包括确定机构的运动规律和运动轨迹、选择合适的连杆和运动副、 进行强度和刚度校核、优化机构尺寸和布局等。设计方法包括理论计算、实验研究和数
描述了各构件之间在运动过程中的相 对位置关系，可以通过几何学方法进 行分析和计算。
描述了各构件在运动过程中的加速度 关系，可以通过解析法或图解法进行 分析和计算。
连杆机构的速度特性
描述了各构件在运动过程中的速度关 系，可以通过解析法或图解法进行分 析和计算。
连杆机构的传力特性
连杆构的受力分析
通过对连杆机构中各构件之间的相互 作用力进行分析，可以确定各构件的 受力情况，为机构的优化设计和稳定 性分析提供依据。
新材料在连杆机构中的应用
01
02
03
高强度轻质材料
如碳纤维、钛合金等，能 够提高连杆机构的强度和 刚度，减轻重量。
耐腐蚀材料
用于在恶劣环境下工作的 连杆机构，提高其使用寿 命。
智能材料
如形状记忆合金、压电陶 瓷等，可用于实现连杆机 构的自适应和主动控制。
新工艺在连杆机构中的应用
精密铸造和锻造
提高连杆机构的制造精度 和表面质量。
度和范围，以满足不同工作需求。
双曲柄机构的实例分析
要点一
总结词
双曲柄机构可以实现两个曲柄的同步或反相位运动，常用 于实现复杂的运动轨迹和运动形式。
描述了连杆机构在传递力和运动过程 中力的传递方式和效果，可以通过解 析法或实验方法进行研究和分析。
04 连杆机构的设计与优化
连杆机构的设计原则与方法
总结词
连杆机构设计原则是确保机构的运动学和动力学性能，同时满足强度、刚度和稳定性的 要求。
详细描述
连杆机构的设计原则包括确定机构的运动规律和运动轨迹、选择合适的连杆和运动副、 进行强度和刚度校核、优化机构尺寸和布局等。设计方法包括理论计算、实验研究和数
描述了各构件之间在运动过程中的相 对位置关系，可以通过几何学方法进 行分析和计算。
描述了各构件在运动过程中的加速度 关系，可以通过解析法或图解法进行 分析和计算。
连杆机构的速度特性
描述了各构件在运动过程中的速度关 系，可以通过解析法或图解法进行分 析和计算。
连杆机构的传力特性
连杆构的受力分析
通过对连杆机构中各构件之间的相互 作用力进行分析，可以确定各构件的 受力情况，为机构的优化设计和稳定 性分析提供依据。
新材料在连杆机构中的应用
01
02
03
高强度轻质材料
如碳纤维、钛合金等，能 够提高连杆机构的强度和 刚度，减轻重量。
耐腐蚀材料
用于在恶劣环境下工作的 连杆机构，提高其使用寿 命。
智能材料
如形状记忆合金、压电陶 瓷等，可用于实现连杆机 构的自适应和主动控制。
新工艺在连杆机构中的应用
精密铸造和锻造
提高连杆机构的制造精度 和表面质量。
度和范围，以满足不同工作需求。
双曲柄机构的实例分析
要点一
总结词
双曲柄机构可以实现两个曲柄的同步或反相位运动，常用 于实现复杂的运动轨迹和运动形式。
连杆机构工作原理
连杆机构工作原理
连杆机构是一种常见的机械传动装置，它由连杆和连接轴构成。
连杆机构的工作原理是通过连杆的运动，将输入轴的旋转运动转化为输出轴的线性运动或者输出轴的旋转运动。
连杆机构的工作原理可以分为两种基本类型：摇杆机构和滑块机构。
摇杆机构是由一个固定的连接轴和一个可以围绕连接轴旋转的连杆组成。
当输入轴旋转时，连杆会随之旋转，通过连杆的转动将旋转运动转化为线性运动或者旋转运动。
滑块机构是由一个固定的连接轴和一个可以沿连接轴滑动的连杆组成。
当输入轴旋转时，连杆会沿着连接轴滑动，通过连杆的滑动将旋转运动转化为线性运动或者旋转运动。
连杆机构的工作原理可以应用在各种机械装置中。
例如，在汽车发动机中，连杆机构将活塞的上下线性运动转化为旋转运动，从而驱动曲轴旋转；又如，在四连杆机构中，通过连杆的转动将输入轴的旋转运动转化为输出轴的直线运动。
总的来说，连杆机构通过连杆的旋转或者滑动，实现了不同轴之间的运动转换，从而实现了机械装置的工作。
它是机械传动领域中一种重要的基本装置，应用广泛。
机械原理-平面连杆机构的特点及类型
A
组成：机架和转动主动件+PRP杆组
若l AB 取单位长度 : y tan
4. 正切机构
C φ B y
A
组成：机架和转动主动件+PRP杆组
若l AB 取单位长度 : y tan
传送装置的机构简图
传送装置的机构简图
主动件 + RRR杆组 + RRR杆组 + RRR杆组 使构件上指定点按预期轨迹运动
低副机构可传递较大动力
平面连杆机构的特点
平面连杆机构的特点
优 点
1 实现多种运动变换和多种轨迹、导引刚体 2 低副机构可传递较大动力 Ⅰ、Ⅱ，便于加工,易保证精度 3 低副能够保证构件接触,简单可靠
平行四边形机构
1)两曲柄以相同的角速度转动。 2)具有 运动不确定性
应用：机车车轮的联动机构
平行四边形机构与反平行四边形机构
3) 双摇杆机构
功能：摆动——摆动
应用：起重机、车辆的前轮转向机构
平面四杆机构的演化型式
平面四杆机构的演化型式
演化方法：改变构件的形状 B A C B C
B A
D
C
lCD
曲柄
整转副：两构件能做整周相
连架杆 对转动，连接它们的转动副 机架 摆转副 摆转副：两构件不能做整周 相对转动，连接它们的转动 副
连架杆
整转副
1) 曲柄摇杆机构
功能：连续转动——往复摆动
曲柄摇杆机构的应用
曲柄摇杆机构的应用
2) 双曲柄机构
功能：匀速转动——非匀速转动
应用：惯性筛
双曲柄机构的特例
A
曲柄滑块机构
曲柄摇杆机构 应用：公共汽车车门 自动送料机构
连续转动
机械原理连杆
机械原理连杆
连杆是机械原理中的一个重要组成部分，它通常是由两个或多个杆件组成的。
连杆可以将旋转运动转化为直线运动，或者将直线运动转化为旋转运动。
它在许多机械装置中被广泛应用，如发动机、发电机、汽车零部件等。
连杆的工作原理是基于杆件的运动约束，其运动能够满足特定的几何关系。
一般来说，连杆可以分为滑动连杆和转动连杆两种类型。
滑动连杆是指其中至少有一个杆件进行直线滑动运动的连杆。
在滑动连杆中，一端通常是固定的，而另一端可以在轴承的支持下做直线滑动。
通过改变杆件的长度或角度，可以实现连杆的运动控制。
转动连杆是指其中所有杆件都进行旋转运动的连杆。
在转动连杆中，两个杆件通过一个固定的转轴连接，从而实现转动运动。
通过改变杆件的长度或角度，可以实现连杆的运动控制。
连杆具有很多的应用，其中最常见的是作为曲柄连杆机构。
曲柄连杆机构是一种将旋转运动转化为直线运动的装置，广泛应用于发动机、泵、压缩机等领域。
在曲柄连杆机构中，连杆的长度和角度决定了输入转动运动的幅度和速度。
此外，连杆还可以用于构建机械传动系统，如齿轮传动、皮带传动等。
连杆在这些传动系统中起到了传递运动和力量的作用，实现了机械装置的正常工作。
总而言之，连杆是机械装置中非常重要的一个部件，它可以将旋转运动转化为直线运动，或者将直线运动转化为旋转运动。
通过改变连杆的长度和角度，可以实现连杆的运动控制，从而实现机械装置的正常工作。
机械原理连杆机构的应用
机械原理连杆机构的应用1. 引言机械原理是工程学中的一门基础课程，它研究的是机械工程中各种机械部件运动与力学性能的基本原理和方法。
连杆机构是机械原理中的一个重要内容，它由多个刚体连接而成，用于将旋转运动转化为直线运动或者将直线运动转化为旋转运动。
本文将探讨连杆机构的应用领域及其在一些具体行业中的运用。
2. 连杆机构的基本原理连杆机构由连杆和连杆的连接副构成，常见的连杆有曲柄、摇杆、滑块等。
连杆机构的运动特点主要包括以下几个方面： - 连杆的长度和角度决定了机构的运动轨迹； - 连杆可以传递和转换动力； - 连杆的长度和角度对机构的性能和运动速度有影响； - 通过改变连杆的连接方式和结构，可以实现不同的运动规律和功能。
3. 连杆机构的应用领域连杆机构作为一种基本的运动转换机构，在工程学中有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：3.1 汽车工业连杆机构在汽车工业中起着关键作用，主要应用于发动机和悬挂系统。
在发动机中，连杆机构将活塞的上下运动转化为曲轴的旋转运动，从而驱动汽车前进。
而在悬挂系统中，连杆机构用于连接车轮和车身，通过调节连杆的长度和角度来实现车身的稳定性和操控性。
3.2 机械制造在机械制造领域，连杆机构常常用于实现复杂的运动转换和工艺操作。
例如，在机床加工中，连杆机构能够将旋转运动转化为直线运动，实现工件的切削加工。
此外，连杆机构还被广泛运用于起重机械、输送设备等工程机械的设计和制造过程中。
3.3 机器人领域机器人是现代工业生产中不可或缺的一部分，而连杆机构在机器人的运动机构中占有很重要的地位。
机器人的各种关节和手臂动作都是通过引入连杆机构实现的，使得机器人能够具备多自由度的灵活运动，从而适应不同的工作环境和任务。
3.4 传输系统连杆机构在传输系统中也有广泛的应用。
比如，在工业生产中，连杆机构可以用来传输物料，实现物料的输送、分拣和定位等功能。
此外，连杆机构还可以应用于流水线装配系统、飞行器起落架等领域。
机械原理 平面连杆机构及设计课件
仿真分析
利用计算机仿真软件对机构进行模拟分析， 评估其性能。
实验测试
通过实际测试机构的性能，与理论分析进行 对比验证。
优化算法
采用遗传算法、粒子群算法等智能优化算法 ，对机构参数进行优化。
04
平面连杆机构的运 动分析
机构运动的基本方程
01
平面连杆机构的基本运动方程是 根据机构的运动学和动力学特性 建立的，它描述了机构中各构件 之间的相对运动关系。
刚度对机构性能的影响
刚度不足会导致机构运动失 真、振动等问题，影响其正 常工作。
06
平面连杆机构的实 例分析
曲柄摇杆机构的实例分析
曲柄摇杆机构是一种常见的平面连杆机构，它由曲柄、摇杆、连杆和机架组成。 曲柄旋转，通过连杆传递运动给摇杆，使摇杆在一定范围内摆动。
实例：缝纫机脚踏板机构。缝纫机脚踏板机构就是一个典型的曲柄摇杆机构的应 用。当脚踏板转动时，通过连杆将运动传递给摇杆，使机头上下摆动，完成缝纫 工作。
应力分析
通过计算机构各构件在工作状态下的应力分布，评估其强度是否 满足设计要求。
疲劳强度
考虑机构在循环载荷作用下的疲劳强度，预测其使用寿命。
可靠性分析
基于概率论和统计学方法，评估机构在各种工作条件下的可靠性。
机构的刚度分析
刚度定义
刚度表示机构抵抗变形的能 力。
刚度分析方法
通过有限元分析、实验测试 等方法，评估机构的刚度性 能。
双曲柄机构的实例分析
双曲柄机构由两个曲柄、连杆和机架组成。两个曲柄同时旋 转，通过连杆传递运动，使另一个曲柄产生相对的旋转运动 。
实例：飞机起落架机构。飞机起落架机构中的前轮转向机构 就是一个双曲柄机构的应用。当飞机滑行时，双曲柄机构使 前轮左右摆动，实现飞机的前轮转向。
机械原理连杆
连杆机构中，常用传动角的大小及变化情况来 衡量机构传力性能的优劣。
要求：
a max [a ] g min [g ]
铰链四杆机构中，曲柄与机架拉直共线和重叠 共线时，机构具有极小传动角g。
传动角总取锐角 C2 B2 A a B1 d
g2 b g1
D
C1
c
b 2 c 2 (d a ) 2 b2 c 2 (d a )2 g 1 arccos g 2 180 arccos 2bc 2bc
③ CD为非最长杆也非最短杆时，AB为曲柄
a+b≤c+d
55≥c ≥ 30
∴CD的取值范围为： 0 ＜ c ≤ 20，30 ≤ c ≤ 80
例3：已知铰链四杆机构ABCD，其中AB20mm， BC50mm，CD40mm,AD为机架。改变AD杆长， 分析机构的类型变化。 ⑴ AD杆为最短杆(0 AD 20)
t1 t 2
3 3
当曲柄等速回转的情况下，通常把从动件往复 运动速度快慢不同的运动称为急回运动。
3）行程速比系数K
通常用行程速比系数K来衡量急回运动的相对程度。
K=
回程平均角速度 m回 工作行程平均角速度 m工作
180º ≥1 = 180º -
3 t1 1 180 t K t2 2 180 3 t
gmin为g1和g2中的较小值者。
设计时通常gmin 40º ；高速和大功率机械，gmin 50º 。
曲柄滑块机构的压力角
m a a b
a n
e
b
a max a min
2、死点位置
F
g =0
F
g=0
连杆与曲柄在两个共线位置时，主动件摇杆通 过连杆作用于从动件曲柄上的力F通过其回转中心， g 0，有效分力等于零，曲柄不能转动。
要求：
a max [a ] g min [g ]
铰链四杆机构中，曲柄与机架拉直共线和重叠 共线时，机构具有极小传动角g。
传动角总取锐角 C2 B2 A a B1 d
g2 b g1
D
C1
c
b 2 c 2 (d a ) 2 b2 c 2 (d a )2 g 1 arccos g 2 180 arccos 2bc 2bc
③ CD为非最长杆也非最短杆时，AB为曲柄
a+b≤c+d
55≥c ≥ 30
∴CD的取值范围为： 0 ＜ c ≤ 20，30 ≤ c ≤ 80
例3：已知铰链四杆机构ABCD，其中AB20mm， BC50mm，CD40mm,AD为机架。改变AD杆长， 分析机构的类型变化。 ⑴ AD杆为最短杆(0 AD 20)
t1 t 2
3 3
当曲柄等速回转的情况下，通常把从动件往复 运动速度快慢不同的运动称为急回运动。
3）行程速比系数K
通常用行程速比系数K来衡量急回运动的相对程度。
K=
回程平均角速度 m回 工作行程平均角速度 m工作
180º ≥1 = 180º -
3 t1 1 180 t K t2 2 180 3 t
gmin为g1和g2中的较小值者。
设计时通常gmin 40º ；高速和大功率机械，gmin 50º 。
曲柄滑块机构的压力角
m a a b
a n
e
b
a max a min
2、死点位置
F
g =0
F
g=0
连杆与曲柄在两个共线位置时，主动件摇杆通 过连杆作用于从动件曲柄上的力F通过其回转中心， g 0，有效分力等于零，曲柄不能转动。
机械原理之平面连杆机构
机械原理之平面连杆机构
平面连杆机构是一种常见的机械原理，应用广泛。本 presentation 将介绍平面 连杆机构的构成、运动规律、设计方法、应用案例等内容，帮助您深入了解 这一重要机构。
什么是平面连杆机构
平面连杆机构是由杆件和连接点组成的机械系统，可以实现直线运动、旋转运动和复杂的机构运动。
平面连杆机构的应用范围
4 活动副
平面连杆机构中杆件间的连接关系，包括铰 接、滑动等。
平面连杆机构的种类
单曲柄平面四杆机构
使用一个曲柄连接四个连杆， 常用于某些简单的转换运动。
双曲柄平面四杆机构
使用两个曲柄连接四个连杆， 比单曲柄机构更复杂，能实现 更灵活的变换运动。
六杆机构
由六个连杆组成的机构，具有 更多自由度，可以实现复杂的 机械运动。
打印机
打印机中的平面连杆机构控制打印头的移动， 实现文字和图像的打印。
机器人
机器人的运动分部中使用平面连杆机构来实现 腿部或手臂的运动。
平面连杆机构的未来发展趋势
1
智能化
随着科技的进步，平面连杆机构将更加智能化，实现自动化无人操作。
2
材料创新
新型材料的应用将提升平面连杆机构的强度和耐用性，推动机械工程的发展。
代数法
使用代数方程描述平面连杆机 构的位置、速度和加速度，刻 画机构的运动规律。
图像法
通过绘制机构运动的示意图， 直观展示连杆机构的运动特性。
平面连杆机构的应用案例
发动机
汽车发动机中的连杆机构将活塞运动转化为曲 轴旋转，提供动力。
摇滚机
摇滚机利用平面连杆机构的运动来实现摇摆， 并供儿童嬉戏和休闲。
平面连杆机构广泛应用于机械工程、汽车工业、航空航天、机器人等领域， 用于传输功率、转换运动、控制位置等。
平面连杆机构是一种常见的机械原理，应用广泛。本 presentation 将介绍平面 连杆机构的构成、运动规律、设计方法、应用案例等内容，帮助您深入了解 这一重要机构。
什么是平面连杆机构
平面连杆机构是由杆件和连接点组成的机械系统，可以实现直线运动、旋转运动和复杂的机构运动。
平面连杆机构的应用范围
4 活动副
平面连杆机构中杆件间的连接关系，包括铰 接、滑动等。
平面连杆机构的种类
单曲柄平面四杆机构
使用一个曲柄连接四个连杆， 常用于某些简单的转换运动。
双曲柄平面四杆机构
使用两个曲柄连接四个连杆， 比单曲柄机构更复杂，能实现 更灵活的变换运动。
六杆机构
由六个连杆组成的机构，具有 更多自由度，可以实现复杂的 机械运动。
打印机
打印机中的平面连杆机构控制打印头的移动， 实现文字和图像的打印。
机器人
机器人的运动分部中使用平面连杆机构来实现 腿部或手臂的运动。
平面连杆机构的未来发展趋势
1
智能化
随着科技的进步，平面连杆机构将更加智能化，实现自动化无人操作。
2
材料创新
新型材料的应用将提升平面连杆机构的强度和耐用性，推动机械工程的发展。
代数法
使用代数方程描述平面连杆机 构的位置、速度和加速度，刻 画机构的运动规律。
图像法
通过绘制机构运动的示意图， 直观展示连杆机构的运动特性。
平面连杆机构的应用案例
发动机
汽车发动机中的连杆机构将活塞运动转化为曲 轴旋转，提供动力。
摇滚机
摇滚机利用平面连杆机构的运动来实现摇摆， 并供儿童嬉戏和休闲。
平面连杆机构广泛应用于机械工程、汽车工业、航空航天、机器人等领域， 用于传输功率、转换运动、控制位置等。
机械原理课件-连杆机构综合
1
A
牛头刨床
(3)选不同的构件为机架
B
1
2 3
B
1
2 3
A
4C
曲柄滑块机构
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
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
B
1
2 3
A
4C
曲柄滑块机构
A
4C
摇块机构
B
1
2 3
A
4C
杆均为摇杆，则称为双摇杆机构。
自动翻斗机构
鹤式起重机
等腰梯形机构 在双摇杆机构，如果两摇杆长 度相等，则称为等腰梯形机构。
实例 汽车前轮转向机构中的四杆机构
机械式转向系
2.平面四杆机构的演化型式
(1) 改变构件的形状和运动尺寸
☆ 一连架杆为曲柄，另一连架杆相对机架作往复移动而称为滑块
曲柄摇杆机构 对心曲柄滑块机构
第三章 平面连杆机构运动学分析与设计
§3－1 平面连杆机构的特点和应用 §3－2 平面连杆机构的基本类型及应用 §3－3 平面连杆机构的曲柄存在条件 §3－4 平面连杆机构的一些基本特性 §3－5 平面连杆机构的设计 §3－6 平面五连杆机构
第一节 平面连杆机构的特点和应用
一. 连杆机构的特点 连杆机构 定义：由低副连接刚性构件组成的机构,
导杆机构
A1 B
42
C3
A
44A
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回转导杆机构 小型Biblioteka 床机构偏置导杆 偏置导杆机构
摆动导杆机构
B
2
1
C3
A
4
B
2
1
A
4
C3
自卸汽车卸料机构
手动抽水机
③扩大转动副的尺寸
连架杆 A 周转副
D 连架杆
C 机架 摆转副
铰链四杆机构机构
低副机构
特点：原动件都要经过一个不与机架直接相连 的称之为连杆的中间构件，才能传动从动件。
优点：①承载能力大、润滑好、摩擦小、 加工容易。
②改变构件长度即可获得不同运动规律。
③轨迹是不同曲线，可满足特定工作需 要。
缺点：①传递需要有中间构件、机械效 率低。
搅拌机
缝纫机
生生互评
下图机构中，哪些是曲柄为原动件、哪些是摇杆为原动件？
②双曲柄机构
相对两杆平行且长度相等，称为平行四边形机构。 相对两杆长度相等但不平行，称为逆平行四边形机构。
同速 同向 平动
长边
相反
短边
相同
同速 同向
平动
2 1
3
③双摇杆机构 double-rocker mechanism
应用：
摇杆长度相等且最短
等 腰 梯 形 机 构
鹤式起重机
汽车前轮转向机构
2
B
1
A
4
C
3
D
B
2
C3
1
A
4
C
3 2
B
1
A
4
D
B
2
1
A4
C
3
B
2
C3
1
A
4
偏置曲柄滑块机构
B
1
2 C3
A
4
对心曲柄滑块机构
B2
4
1
A
3
s
双滑块机构(正弦机构）
可以证明，低副运动链中取不同构件为机架,各构件间的相对运动关系不变
其
齿轮机构是现代机械 中应用最广泛的传动
它 常
机构之一，它可以用 用
来传递空间任意两轴 机
之间的运动和动力。 构
等
间歇 蜗轮蜗杆
螺旋
第 3 章 连杆机构及其设计
§3-1 连杆机构的特点、类型及应用 §3-2 铰链四杆机构基本知识 §3-3 铰链四杆机构的设计
3-1 连杆机构的特点、类型及应用
连杆 B
人生------价值
越自律越自由。
机器------价值 自由----自律----价值
自由度----价值
有所为，有所不为。
机构分类
连杆机构又称低副机 构，由若干（两个以 上）有确定相对运动 的构件用低副（转动 副或移动副）联接组
成的机构。
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。
C 摆转副
2
(<360°)
B
整周转动副
(0~360°)
3
1
(<360°)
(0~360°)
A
4
曲柄摇杆机构
D
摆转副
C
C
2
(<360°)
B (0~360°)
3
2
(<360°)
B (0~360°)
3
1
(0~360°)
(<360°)
1
(0~360°)
(<360°)
A
D
A
4
D 4
双曲柄机构
双摇杆机构
②不宜用于高速运动。
曲柄 能绕其轴线转360º的连架杆。
连架杆 摇杆 仅能绕其轴线作往复摆动的连架杆。
3.1.1 铰链四杆机构的分类及应用
按照两连架杆的能否作整周回转，可将铰链四杆机构分为：
①曲柄摇杆机构 crank-rocker mechanism
D
B
应用： A
C
曲柄----原动件
摇杆----原动件