机械设计教程－二、平面连杆机构-工程

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机械设计基础第2版(机械工业出版社)ppt课件

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35
第三节平面四杆机构的设计
图2-30 按K设计曲柄摇杆机构
1)由公式θ=-1/+1×180°计算出极位夹角θ。
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36
第三节平面四杆机构的设计
1)由公式θ=-1/+1×180°计算出极位夹角θ。 2)选定转动副D的位置，选择比例尺μl，按给定的摇杆长度及摆角ψ，绘出摇杆的两个极限位置C1D和C2D。 3)由C1、C2作∠C1C2O=∠C2C1O=90°-θ，得交点O。 4)以O点为圆心、OC1为半径作圆m，则弧所对的圆周角为θ。 5)连接C1A和C2A，则C1A和C2A分别为曲柄与连杆共线的两个位置，故AC1=B1C1-AB1=lBC-lAB，AC2=B2C2+AB2=lBC+lAB。
图2-4 双曲柄机构 a)惯性筛机构 b)平行双曲柄机构 c)反向双曲柄机构
图2-5 平行双曲柄机构
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7
第一节平面连杆机构的类型和演化
(3)双摇杆机构两连架杆均为摇杆的四杆机构称为双摇杆机构，其主要功用是实现摆动与摆动的互相转换。
图2-6 鹤式起重机
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8
第一节平面连杆机构的类型和演化
16
第一节平面连杆机构的类型和演化
5)偏心圆盘机构。
图2-15 偏心圆盘机构
(2)双滑块四杆机构的基本形式 1)正弦机构。 2)正切机构。 3)椭圆仪机构图2-18为双滑块机构。
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17
第一节平面连杆机构的类型和演化
图2-16 正弦机构
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18
第一节平面连杆机构的类型和演化
图2-17 正切机构
精选课件
23
第二节铰链四杆机构的基本特性

机械设计基础第二章--常用机构介绍

4—机架 1，3—连架杆→定轴转动 2—连杆→平面运动整转副：二构件相对运动为
整周转动。
摆动副：二构件相对运动不为整周转动。
曲柄：作整周转动的连架杆
摇杆：非整周转动的连架杆
C
2
B
3
1
A
D
4
二、平面四杆机构的常用形式
1、曲柄摇杆机构
（构件4为机架、构件2为机架）
2、双曲柄机构
}全回转副四杆机构
(二)曲柄为最短杆。 ▲铰链四杆机构存在曲柄的条件是：
(一)最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。
(二)机架或连架杆为最短杆。
4、曲柄滑块机构二、平面四杆机构的内部演化:
第二节凸轮机构
一、凸轮机构的组成与分类：运动方式：将主动凸轮的连续转动或
移动转换成为从动件的移动或摆动。分类：1、形状
①盘形凸轮机构——平面凸轮机构
②移动凸轮机构——平面凸轮机构
③圆柱凸轮机构——空间凸轮机构
2、运动形式
按从动件的运动型式：
①尖底从动件：用于低速；
②滚子从动件：应用最普遍；
③平底从动件：用于高速
O
r0
1 2 3
4
5
6 7 8
二、从动件的常用运动规律
从动件的运动规律——从动件在工作过程中，其位移（角位移）、速度（角速度）和加速度（角加速度）随时间（或凸轮转角）变化的规律。
长几何形状简单——便于加工，成本低。 3、缺点： ①只能近似实现给定的运动规律； ②设计复杂；
③只用于速度较低的场合。
由转动副联接四个构
件而形成的机构，称为铰链四杆机构，如图所示。图中固定不动的构件是机架；与机架相连的构件称为连架杆；不与机架直接相连的构件称为连杆。连架杆中，能作整周回转的称为曲柄，只能作往复摆动的称为摇杆。根据两连架杆中曲柄(或摇杆)的数目，铰链四杆机构可分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。

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。

第2章平面连杆机构

起重机材料学院
受电弓
15
材料加工机械设计
2.3Байду номын сангаас铰链四杆机构的力学特性
2.3.1 铰链四杆机构曲柄存在条件 2.3.2 急回运动 2.3.3 压力角和传动角 2.3.4 死点位置
16
材料学院
材料加工机械设计
2.3.1 铰链四杆机构曲柄存在条件
通过对铰链四杆机构的三种基本形式的分析可以看到，三种基本形式的区别在于有无曲柄和有几个曲柄。观察铰链四杆机构四个杆相对长度对机构类型的影响的动画，可以观察到，铰链四杆机构的三种基本形式与机构中四个杆相对长度有关系。那么，铰链四杆机构在什么情况下有曲柄呢？
个曲柄、两个曲柄或没有曲柄，还需根据取何杆
为机架来判断。
24
材料学院
材料加工机械设计
2.3.1 铰链四杆机构曲柄存在条件
观看动画
进入演示
25
材料学院
材料加工机械设计
2.3.2 急回运动
首先我们看一看曲柄摇杆机构急回特性在曲柄摇杆机构，AB为曲柄是原动件等角速度转
动，BC为连杆，CD为摇杆，当CD杆处于C1D位置为初始位置，C2D终止位置，摇杆在两极限位置之间所夹角度称为, 摇杆的摆角，用表示。当摇杆CD由C1D摆动到C2D位置时，所需时间为t1，平均速度为
23
材料学院
材料加工机械设计
2.3.1 铰链四杆机构曲柄存在条件
如果铰链四杆机构中的最短杆与最长杆长度之
和大于其余两杆长度之和，则该机构中不可
能存在曲柄，无论取哪个构件作为机架，都只
能得到双摇杆机构。
由上述分析可知，最短杆和最长杆长度之和小
于或等于其余两杆长度之和是铰链四杆机构曲柄

第二章平面连杆机构

条件二：连架杆或机架中最少有一根是最短杆。
2.铰链四杆机构基本类型的判别准则
(1)满足条件一但不满足条件二的是双摇杆机构；
(2)满足条件一而且以最短杆作机架的是双曲柄机构；
(3)满足条件一而且最短杆为连架杆的是曲柄摇杆机构;
(4)不满足条件一是双摇杆机构。
【实训例2-1】铰链四杆机构ABCD如图2-10所示。请根据基本类型判别准则，说明机构分别以AB、BC、CD、AD各杆为机架时属于何种机构。
四杆机构是否存在止点，取决于从动件是否与连杆共线。例如上述图2-20a)所示的曲柄摇杆机构，如果改摇杆主动为曲柄主动，则摇杆为从动件，因连杆BC与摇杆CD不存在共线的位置，故不存在止点。又例如前述图2-20b)所示的曲柄滑块机构，如果改曲柄为主动，就不存在止点。
(2)双曲柄机构。在铰链四杆机构中，两个连架杆均能做整周的运动，则该机构称为双曲柄机构。如图2-4所示惯性筛的工作机构原理，是双曲柄机构的应用实例。由于从动曲柄3与主动曲柄1的长度不同，故当主动曲柄1匀速回转一周时，从动曲柄3作变速回转一周，机构利用这一特点使筛子6作加速往复运动，提高了工作性能。当两曲柄的长度相等且平行布置时，成了平行双曲柄机构，如图2-5a）所示为正平行双曲柄机构，其特点是两曲柄转向相同和转速相等及连杆作平动，因而应用广泛。火车驱动轮联动机构利用了同向等速的特点；路灯检修车的载人升斗利用了平动的特点，如图2-6a、b)所示。如图2-5b)为逆平行双曲柄机构，具有两曲柄反向不等速的特点，车门的启闭机构利用了两曲柄反向转动的特点，如图2-6c)所示。
应该指出，滑块的运动轨迹不仅局限于圆弧和直线，还可以是任意曲线，甚至可以是多种曲线的组合，这就远远超出了铰链四杆机构简单演化的范畴，也使曲柄滑块机构的应用更加灵活、广泛。

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-第02章平面连杆机构及其设计 - 平面连杆机构的力分析

件惯性力对机械性能的影响。
G′
2020年4月23日星期四
5
§2-5 平面连杆机构的力分析
WHUT
3、机构力分析的方法
静力分析和动态静力分析。
由于最初设计时，各构件的结构尺寸、形状、材料、质量及转动惯量未知，因而惯性力（矩）无法确定。此时，一般先对机构作静强度计算，初步确定各构件尺寸，然后再对构件进行动态静力分析及强度计算，并以此为依据对各构件作必要的修正。一般不考虑摩擦力的影响。
(2) 绕定轴转动的构件
a. 回转轴线通过构件质心
S
Pi = 0 Mi = -Js ε ( ε = 0 或 ε ≠0 ) b. 回转轴线不通过质心
Pi = -mas Mi = - Jsε
其中：h=Mi/Pi
2020年4月23日星期四
WHUT
Pi＇ Pi
h S
Mεi
8
§2-5 平面连杆机构的力分析
(3) 作平面复合运动的构件
2020年4月23日星期四
21
WHUT
(2) 判定构件间的相对转向
F
R12
R12
ω21
v
1
2
R23ω23
3Q
ω14
4
R41
R32R32
R43
(3) 判定作用力在摩擦圆上切点位置
Q R23
R21
F
R43 R41
(4) 依据力平衡条件求解
对构件3：Q + R23 + R43 = 0 对构件1：R21 + R41+ F = 0
2020年4月23日星期四
3
§2-5 平面连杆机构的力分析
2、机构力分析的任务和目的

《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：

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

第二章平面连杆机构及其设计

搅拌机
抓片机构
输送机
10/49
§2—1 铰链四杆机构的基本型式和特性
2）摇杆为原动件，曲柄为从动件时：摇杆的往复摆动曲柄的连续转动。 3 2
如图所示的缝纫机踏板机构。
3 2 1 4 摇杆主动
4 1
缝纫机踏板机构
11/49
§2—1 铰链四杆机构的基本型式和特性
二、双曲柄机构
双曲柄机构：两个连架杆都是曲柄。传动特点：主动曲柄连续等速转动时，从动曲柄一般作变速转动。
冲床机构
如图所示的旋转式水泵和如上图所示的冲床机构。
A
1 D C 3 A B 2 4 D
1 B
2 C 3
旋转式叶片泵
振动筛机构
12/49
§2—1 铰链四杆机构的基本型式和特性
三、双摇杆机构
两个连架杆都是摇杆，则称为双摇杆机构。其运动特性是：两摇杆都作摆动，但两摇杆的摆角大小不同。应用实例：图2-6所示的工件夹紧机构、图2-11的飞机起落架机构；
优点：
图c
图d
3/49
2、缺点：
1）低副中存在间隙，会引起运动误差，使效率降低；
2）动平衡较困难，所以一般不宜用于高速传动；
3）设计比较复杂，不易精确地实现复杂的运动规律。
应用:
连杆机构广泛地应用在各种机械和仪器中。如雷达调整机构（图2-3）、缝纫机踏板机构（图2-5）、鹤式起重机、机车驱动轮联动机构（图2-10）、牛头刨床、椭圆仪（图2-22）、机器人等。
1、在满足杆长条件下，即Lmin+Lmax≤Li+Lj ： 1)取Lmin为机架时，机架上有两个整转副，该机构为双曲柄机构（2个曲柄）。 2)取Lmin为连架杆（即最短杆的邻边为机架）时，机架上只有一个整转副，该机构为曲柄摇杆机构(1 个曲柄)。 3)取Lmin为连杆（即最短杆的对边为机架）时，机架上没有整转副，该机构为双摇杆机构（无曲柄)。

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2章平面机构的运动简

动状态。
从动件运动规律分析
02
根据凸轮轮廓曲线和从动件的运动学关系，分析从动件的运动
规律。
机构受力分析
03
分析凸轮机构在工作过程中的受力情况，为机构的强度和刚度
设计提供依据。
凸轮机构动力学性能研究
动力学模型建立
建立凸轮机构的动力学模型，包括构件的质量、转动惯量等参数。
运动微分方程求解
根据动力学模型建立运动微分方程，并求解得到各构件的动态响应。
绘制方法
绘制机构运动简图时，应首先确定机构的原动件和从动件，然后根据构件之间的相对运动关系选择合适的符号来代表构件和运动副，最后按比例尺定出各运动副的相对位置。在绘制过程中，还应注意保持图形的清晰和整洁。
02 平面连杆机构分析
连杆机构组成及工作原理
组成
连杆机构由连杆、曲柄、摇杆和机架等基本构件组成，通过构件间的相对运动实现机构的运动传递和变换。
集中质量法
将齿轮传动系统等效为多个集中质量的振动系统，建立动力学方程进行分析。
分布质量法
考虑齿轮的连续分布质量，建立更精确的动力学模型进行分析。
有限元法
利用有限元软件对齿轮传动系统进行建模和分析，可得到更详细的动力学特性。
齿轮传动效率提升途径
01
选择合适的齿轮材料和热处理工艺，提高齿轮的强度和耐磨性。
组成要素
平面机构由构件和运动副组成，其中构件是机构中的运动单元体，而运动副则是构件之间的可动连接部分。
平面机构类型与特点
类型
平面机构类型包括平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇运动机构等。
特点
各类平面机构具有不同的运动特点和适用范围，例如平面连杆机构运动平稳、凸轮机构可实现复杂运动规律、齿轮机构传动比准确等。

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～）

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。

机械设计基础第2章平面连杆机构1全

如图a：1曲柄，2连杆，3 摇杆，4机架，各杆长度l1、l2、
l3、l4。图中最短杆1为曲柄，、、和分别为相邻两
杆间夹角。
曲柄1整周转动时，曲柄与相邻两杆夹角、变化范围0~360；摇杆与相邻两杆夹角、变化范围＜360。
据相对运动原理，连杆2和机
架4相对曲柄1也是整周转动；
而相对摇杆3作＜ 360摆动。 a) 当杆长度不变而取不同杆
2、平面四杆机构：若干低副（转动、移动）连接组成的平面机构。特征：有一作平面运动的构件，称为连杆。
特点： ①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。
②改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。
③连杆曲线丰富。可满足不同要求。
缺点：①构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低。
l l - l 4 4 1
C”
l3
D
曲柄存在的条件：
1. 最长杆与最短杆的长度之和应≤其他两杆长度之和称为杆长条件。
2.连架杆或机架之一为最短杆。
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。
l2
C
B
A l1
l3
F’ E’
C’
D’
G’
设计：潘存云
A
E D 设计：潘存云
G
B
F
C
平行四边形设计：潘存云机构当四个铰链中心处于同一直设计：潘存云线上时，出现运动不确定。采用两组机构错开排列。
3）双摇杆机构特征：两个摇杆
例1： P24 图2-1d，C、D为摆动副，因3位机架，

机械原理与设计平面连杆机构

机械原理与设计平面连杆机构引言连杆机构是机械工程中非常重要的一类机构，广泛应用于各种机械装置中。

平面连杆机构是其中最简单、常见的一种连杆机构。

本文将介绍机械原理与设计平面连杆机构的基本概念、工作原理及设计要点。

一、连杆机构的基本概念连杆机构是指由刚性杆件连接而成的机械系统，它具有一定的自由度和特定的运动特性。

平面连杆机构是指所有杆件均在同一平面内运动的连杆机构。

平面连杆机构由连杆、铰链和主动副组成。

连杆：连杆是连接其他杆件的刚性杆件，具有一定的长度和形状。

铰链：铰链是连接连杆的关节，它允许连杆相对旋转，保持一定的约束。

主动副：主动副是指能够驱动整个机构运动的关节，通常由电机或气动装置驱动。

二、平面连杆机构的工作原理平面连杆机构的工作原理是利用连杆的长度、角度和铰链的位置来实现特定的运动。

在平面连杆机构中，主要有以下几种常见的运动形式：1.顺序运动：当主动副驱动时，各个连杆按照一定的顺序依次运动。

这种运动形式常见于内燃机的活塞连杆机构。

2.并联运动：当多个连杆同时受到主动副驱动时，它们以同步的方式进行运动。

这种运动形式可以用来实现机械手臂等装置的运动。

3.逆运动：当主动副驱动时，连杆和铰链的位置发生变化，使机构实现逆向运动。

这种运动形式常见于一些特殊装置的设计。

平面连杆机构的工作原理和运动形式可以通过机械原理的分析和运动学的计算来实现。

其中，机械原理用来推导连杆运动的基本方程，而运动学则用来分析连杆机构的运动特性和运动关系。

三、平面连杆机构的设计要点在设计平面连杆机构时，需要考虑以下几个要点：1.运动要求：根据具体的工作要求，确定机构需要实现的运动形式和工作速度等指标。

2.运动范围：根据工作空间和杆件的长度等约束条件，确定连杆机构的运动范围。

3.结构强度：根据承载力和杆件的材料等因素，设计连杆机构的结构强度和刚度，以确保机构的正常工作。

4.运动平稳性：通过运动学计算和动力学分析，确定机构的运动是否平稳，以及如何减小振动和冲击力。

机械设计基础第2章平面连杆机构习题解答

2.6设计一偏置曲柄滑块机构。

已知滑块的行程H =50mm ，行程速比系数K =1.5，导路的偏距e =20mm 。

试求曲柄的长度l AB 和连杆的长度l BC ，并求作最大压力角αmax 。

解：行程速比系数K=1.5，则机构的极位夹角为︒=+-︒=+-︒=3615.115.118011180K K θ选定作图比例，先画出滑块的两个极限位置C 1和C 2，再分别过点C 1、C 2作与直线成︒=-︒5490θ的射线，两射线将于点O 。

以点O 为圆心，OC 2为半径作圆，最后再作一条与直线C 1C 2相距为mm e 20=的直线，该直线与先前所作的圆的交点就是固定铰链点Ａ。

作图过程如题2.6图所示。

直接由图中量取mm AC 251=，mm AC 682=，所以曲柄AB 的长度为mm AC AC l AB 5.2122568212=-=-=连杆BC 的长度为mm AC AC l BC 5.4622568221=+=+=2.7试设计一曲柄摇杆机构，已知行程速比系数K =1.2，摇杆长L CD =300mm ，其最大摆2B 1B 2C 1C Aeθ21C C θ-︒90题2.6图O角ψmax =35°，曲柄长L AB =80mm 。

求连杆长L BC ，并验算最小传动角γmin 是否在允许的范围内。

解：简要作图步骤：作圆η。

以O 为圆心，OC 1为半径作圆，再以C 2为圆心，2l AB 为半径作圆，两圆交于S 点；●连接C 2S 延长交圆η于A 点；❍⏹机构在AB ′C′D 位置时有γmin =430<[γ]2.8图所示为脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构。

铰链中心A 、B 在铅垂线上，要求踏板DC 在水平位置上下各摆动10°，且l DC =500mm ，l AD =1000mm 。

试求曲柄AB 和连杆BC 的长度l AB 和l BC ，并画出机构的止点位置。

mmml 005.0=μ20125.1125.118011180=+-=+-=θK K η212AC AC AB l l l -=212AC AC BC l l l +=D1C 2C ψA1B 2B Pθθ- 90SminγB 'C 'O解：1取长度比例尺做机构图mmmml20=μ()()mmAC AC l l AB752205.5260212=-=-=μ()()mmAC AC l l BC11252202.5260212=+=+=μ2.9图所示为一实验用小电炉的炉门装置，在关闭时为位置E 1，开启时为位置E 2，试设计一四杆机构来操作炉门的启闭(各有关尺寸见图)。