《机械原理》第八章第2讲平面连杆机构及其设计PPT课件
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机械原理课件第8章平面连杆机构及其设计
机械原理课件第8章平面 连杆机构及其设计
本章介绍了平面连杆机构的基本概念、分类、运动分析方法和设计原则，以 及通过设计实例来展示平面连杆机构的应用。让我们一起探索这个有趣而重 要的机械原理领域吧！
平面连杆机构简介
平面连杆机构是机械工程中常见的一类机构，由连杆和铰链连接而成。它们的运动以及如何将动力传递 至其他部件都是设计时需要考虑的重要因素。
以汽车发动机中的连杆机构设计为例，通过优化连杆长度和转动角度，提高 功率输出和燃油效率。
平面连杆机构的设计步骤
1
需求分析
明确机构的工作要求，包括运动形式、
构想设计
2
速度要求等。
根据需求，初步构想机构的组成和结
构形式，并进行快速仿真验证。
3
细化设计
对构想设计进行细化，确定材料、尺
制造和调试
4
寸和制造工艺等。
按照设计图纸制造机构，并进行装配 和调试，确保运动性能符合要求。
平面连杆机构设计实例
平面连杆机构的基本组成
连杆
连杆是平面连杆机构中最基本的元件，常见的包括曲柄、摇杆和滑块。
铰链
铰链是连接连杆的关节，它们允许连杆相对运动，并使机构能够完成所需的动作。
驱动力
驱动力（如电机或手动操作）通过连杆传递运动，实现机构的工作。
平面连杆机构的分类
曲柄摇杆机构
曲柄摇杆机构由一个曲柄和一 个摇杆组成，广泛用于活塞式 发动机和机械手臂等应用中。
双摇杆机构
双摇杆机构由两个摇杆组成， 常用于切割机、绞盘等需要定 向力的设备。
滑块曲柄机构
滑块曲柄机构包括一个滑块和 一个曲柄，常见于发动机的曲 轴机构。
平面连杆机构的运动分析方法
1 刚体分析法
本章介绍了平面连杆机构的基本概念、分类、运动分析方法和设计原则，以 及通过设计实例来展示平面连杆机构的应用。让我们一起探索这个有趣而重 要的机械原理领域吧！
平面连杆机构简介
平面连杆机构是机械工程中常见的一类机构，由连杆和铰链连接而成。它们的运动以及如何将动力传递 至其他部件都是设计时需要考虑的重要因素。
以汽车发动机中的连杆机构设计为例，通过优化连杆长度和转动角度，提高 功率输出和燃油效率。
平面连杆机构的设计步骤
1
需求分析
明确机构的工作要求，包括运动形式、
构想设计
2
速度要求等。
根据需求，初步构想机构的组成和结
构形式，并进行快速仿真验证。
3
细化设计
对构想设计进行细化，确定材料、尺
制造和调试
4
寸和制造工艺等。
按照设计图纸制造机构，并进行装配 和调试，确保运动性能符合要求。
平面连杆机构设计实例
平面连杆机构的基本组成
连杆
连杆是平面连杆机构中最基本的元件，常见的包括曲柄、摇杆和滑块。
铰链
铰链是连接连杆的关节，它们允许连杆相对运动，并使机构能够完成所需的动作。
驱动力
驱动力（如电机或手动操作）通过连杆传递运动，实现机构的工作。
平面连杆机构的分类
曲柄摇杆机构
曲柄摇杆机构由一个曲柄和一 个摇杆组成，广泛用于活塞式 发动机和机械手臂等应用中。
双摇杆机构
双摇杆机构由两个摇杆组成， 常用于切割机、绞盘等需要定 向力的设备。
滑块曲柄机构
滑块曲柄机构包括一个滑块和 一个曲柄，常见于发动机的曲 轴机构。
平面连杆机构的运动分析方法
1 刚体分析法
机械原理 平面连杆机构及设计ppt课件
D
C’1
C围为’内机往构复的C摆可’动行2 ，域称。此两个范围
错位不连续：在左图中，当曲柄转动时，摇杆不可能从CD位置转到C‘D位
置，把连杆机构的这种运动不连续称为错位不连续。即：不可能要求从动
件在两个不连通的可行域内（C1DC2，C’1DC‘2）连续运动。
错序不连续：在右图中，要求连杆依次占据B1C1、B2C2、B3C3，当AB沿逆时 针转动可以满足要求，但沿顺时可针编转辑动课件，PP则T 不能满足连杆预期的次序要53求，
B C1
C C2
e
θ
900- 900-
B1
A B2
1. 确定比例尺ml 2. 画出C1、C2及偏心距e;
o
3. 已知K，求θ
4. 以90o-为底边角，C1-C2为底边作等腰三角形C1oC2
5. 以三角形顶点o为圆心作辅助圆
6. 圆与偏心距交点即为A点
7. 以公式：AB=(AC2-AC1)/2；得杆长lAB
注意：铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭多边形条件：
最长杆的杆长 < 其余三杆长度之和。
可编辑课件PPT
33
曲柄滑块机构有曲柄的条件
B
a
b
C’
C
e
A
b a
B’
显然，需满足:
a+e ≤ b
可编辑课件PPT
34
B a
b C”
e
B’
B”
A
C C’
可编辑课件PPT
35
导杆机构有曲柄的条件
摆动导杆机构有曲柄的条件
可编辑课件PPT
32
铰链四杆机构类型的判断条件
1、若满足杆长和条件：
以最短杆的相邻构件为机架，则最短杆为曲柄，另一连 架杆为摇杆，即该机构为曲柄摇杆机构；
《机械原理》连杆机构(课堂PPT)
的构件只能作一定
范围内的摆动。
图示与连杆形
成的转动副为摆转
副。
因此，机构命名显然与活动构件的运动形式有
关。
形成的运动方式与可运动构件的转动范围、运
动形式有关(如：正、反平行四边形机构)。
5
平面四杆机构的演化 1. 扩大转动副
6
2. 转动副—移动副
图(a) ：对心曲柄滑块机构。
偏距 e 等于零。滑块 C 的行程等于2 lAB ；往
(2)几何条件 (设计后的校核条件)； (3)动力条件 (设计后的校核条件)。 设计结果： 给出可以绘制机构运动简图的数据。 1)固定铰链点的相对坐标位置； 2)各杆的长度； 3)相邻构件间的运动副形式。 设计方法： <1>图解法。学习的重点 <2>解析法、实验法。自学
26
1) 按行程 速比系数K 设计
1.1 曲柄 摇杆机构
参见教材P132。
27
1.2 偏置曲柄滑块机构
B
min
A
C
C1
e
C2
28
2) 按给定的连杆位置设计
2.1 给定活动铰链(B,C)
C1 C12
b12
B1
B2 b23
B3
C2 C23
C3
AD
29
2.2 给定固定铰链(A,D)
B1
F1
E1
E2
E3
F2 C1 F3
A
D
30
给定固定铰链:
构
8
(2)曲柄摇杆机构
a)以杆BC或AD
为机架，得到曲柄摇
杆机构；图(a) (b)杆
AB可以作整周转动，
杆CD作一定范围内
《平面连杆机构设计》课件
1
位置分析
计算并预测连杆机构的位置和轨迹。
2
速度分析
确定连杆机构各部件的速度和方向。
3
加速度分析
计算连杆机构各部件的加速度，以了解系统的运动长度、铰链位置和角度等因素，以确保机构的正常运行。
平面连杆机构设计的步骤和流程
1 需求分析
明确设计目标和机构所需功能。
《平面连杆机构设计》 PPT课件
通过这份PPT课件，我们将一起探索平面连杆机构设计。了解什么是平面连杆 机构，它的组成部分以及基本原理，并探索动力学分析方法、尺寸设计和实 际案例等内容。
什么是平面连杆机构
平面连杆机构是一种基本的机械系统，由连杆、铰链和驱动器构成。它们在 许多机械装置和工程应用中起着关键的作用。
2 概念设计
生成不同设计方案，并评估其优劣。
3 详细设计
确定最佳设计方案，并进行尺寸和材料选择。
平面连杆机构设计案例分析
汽车引擎机构
探索汽车引擎中的平面连杆机构 设计和优化。
印刷机机构
了解印刷机中平面连杆机构的设 计原理和应用。
钢琴机构
探索钢琴中平面连杆机构的美妙 设计。
平面连杆机构的 CAD 绘图方法
不同类型的平面连杆机构
四杆机构
四个连杆相连，形成一个平 面连杆机构。
曲柄滑块机构
通过曲柄和滑块连接的机构， 常用于内燃机和泵。
双杆机构
由两个连杆组成的简单平面 连杆机构。
平面连杆机构的基本原理
平面连杆机构的基本原理是通过连杆和铰链的组合，将转动运动转化为直线运动或相反。
平面连杆机构的动力学分析方法
CAD绘图是平面连杆机构设计不可或缺的一部分，它可以帮助工程师准确绘制和分析机构的尺寸和布局。
机械原理 平面连杆机构及设计课件
能。
连杆机构的力设计
力学模型建立Leabharlann 强度与刚度校核传动效率优化
连杆机构的优化设计
目标函数确定
约束条件设置
优化算法应用
设计结果验证
04
平面连杆机构的案例分析与实践
典型连杆机构的设计案例解析
案例一：曲柄摇杆机构设计
• 该案例详细解析了曲柄摇杆机构的工作原理和设计方法，通过改变曲柄长度和摇杆角度实 现不同的运动轨迹。
机械原理 平面连杆机构 及设计课 件
• 引言 • 平面连杆机构基础知识 • 平面连杆机构的设计原理与方法 • 平面连杆机构的案例分析与实践 • 先进设计方法与工具介绍 • 课程总结与前景展望
01
引言
机构设计的重要性
功能性
安全性 经济性
平面连杆机构的应用领域
01
交通运输
02
农业机械
03
工程机械
04
轻工机械
课程目标与学习内容概述
01
02
03
04
05
06
02
平面连杆机构基础知识
平面连杆机构的定义和分类
定义
分类
根据连杆和铰链的连接方式及运动特 征，平面连杆机构可分为四类，即曲 柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机 构和移动导杆机构。
机构运动的基本原理
01
02
传动原理
运动学原理
03 动力学原理
• 曲柄摇杆机构是一种常见的连杆机构，广泛应用于往复运动和旋转运动之间的转换。通过 调整曲柄长度和摇杆角度，可以精确控制输出运动的轨迹和特性。设计时需要考虑到机构 的传动性能、刚度和耐磨性等因素。
典型连杆机构的设计案例解析
01 02 03
机构设计实践：简单连杆机构设计
连杆机构的力设计
力学模型建立Leabharlann 强度与刚度校核传动效率优化
连杆机构的优化设计
目标函数确定
约束条件设置
优化算法应用
设计结果验证
04
平面连杆机构的案例分析与实践
典型连杆机构的设计案例解析
案例一：曲柄摇杆机构设计
• 该案例详细解析了曲柄摇杆机构的工作原理和设计方法，通过改变曲柄长度和摇杆角度实 现不同的运动轨迹。
机械原理 平面连杆机构 及设计课 件
• 引言 • 平面连杆机构基础知识 • 平面连杆机构的设计原理与方法 • 平面连杆机构的案例分析与实践 • 先进设计方法与工具介绍 • 课程总结与前景展望
01
引言
机构设计的重要性
功能性
安全性 经济性
平面连杆机构的应用领域
01
交通运输
02
农业机械
03
工程机械
04
轻工机械
课程目标与学习内容概述
01
02
03
04
05
06
02
平面连杆机构基础知识
平面连杆机构的定义和分类
定义
分类
根据连杆和铰链的连接方式及运动特 征，平面连杆机构可分为四类，即曲 柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机 构和移动导杆机构。
机构运动的基本原理
01
02
传动原理
运动学原理
03 动力学原理
• 曲柄摇杆机构是一种常见的连杆机构，广泛应用于往复运动和旋转运动之间的转换。通过 调整曲柄长度和摇杆角度，可以精确控制输出运动的轨迹和特性。设计时需要考虑到机构 的传动性能、刚度和耐磨性等因素。
典型连杆机构的设计案例解析
01 02 03
机构设计实践：简单连杆机构设计
《平面连杆机构设计》PPT课件
D
精选ppt
C y=logx 函数机构
要求两连架杆的转角
满足函数 y=logx
38
三类设计要求：
1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如: 飞机起落架、函数机构。前者要求两连架杆转角对应，后者要求急回运动
2)满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构。
C’ B’
B
设计：潘存云
C
A
D
要求连杆在两个位置 垂直地面且相差180˚
精选ppt
31
死点的应用
• 飞机起落架机构
D A
C
B
在机轮放下时，杆BC 与CD成一直线，此时 机轮虽受到很大的力，
但由于机构处于死点
位置，起落架不会反 转(折回)，这可使飞 机起落和停放更加可 靠。
精选ppt
32
机构的死点与极位的关系
• 机构的极位和死点实际上是机构的同一位置，所 不同的仅是机构的原动件不同。
要求，但其设计却是十分繁难的，且一般只能近似地得以满足。
精选ppt
3
§8－2 平面四杆机构的类型和应用
1、平面四杆机构的基本型式
(1)铰链四杆机构：构件之间都是用转动副联接它是平面四杆机构
的基本型式，其他型式的四杆机构可认为是它的演化型式。
机架——固定不动的构件。 连架杆——与机架相联接的构件。 分为：曲柄——能整周转动
• 急回作用有方向性，当原动件的回转方向 改变，急回的行程也跟着改变。故在牛头
刨床等设备上都用明显的标志标出了原动 件的正确回转方向。
精选ppt
24
3、压力角和传动角
精选ppt
25
精选ppt
26
4、死点位置
B1
机械原理--平面连杆机构及其设计 ppt课件
9
平行四边形机构应用举例
天平
B C
A
D
平行四边形机构运动不确定问题 第一种可能 第二种可能 改进措施 加虚约束构件 或加焊接构件
注意：在长边做机架的平行四边形机构中，当各构件位于一
条直线时（两曲柄与机架共线时）从动曲柄有可能反转，即
在曲柄通过机架位置时，存在pp运t课件动不确定。
10
3）逆（反）平行四边形机构
通过机构的倒置，曲柄摇杆机构可演变成如下机构：
C
C
B
B
A
D
曲柄摇杆机构
C
A
D
双曲柄机构 C
B
B
A
D
A
D
曲柄摇杆机构
ppt课件 双摇杆机构
26
•讨论1 （1）当已判明四杆机构有曲柄存在时,取不同构件为 机架会得到不同的机构： ■取与最短杆相邻的构件为机架则为曲柄摇杆机构 ■取与最短杆相对的构件为机架则为双摇杆机构 ■取最短杆为机架则为双曲柄机构
θ称为极位夹角。
摇杆的最大摆角：
注意：急位夹角为曲柄 两特殊位置间所夹锐角
BB
1 AA
B1
C1C
B2 B B
CC
CCC2
DD
BB
ppt课件
28
急回特性 摇杆的第一个极位
进程：摇杆从第一个极位DC1摆向第二个极位DC2的运动过程
对应进程曲柄转过的角度：α1 =180°+θ
对应摇杆从 C1D 位置摆到 C2D 转过的角度：φ
（4） 机构急回特性用于非工作行程可以节省时间
本节课后作业：8-1~8-3，8-5~8-9
ppt课件
32
曲柄滑块机构急回特征的判断
机械原理教学课件平面连杆机构及其设计
优化构件材料
选择轻质、高强度的材料 ，减少构件的重量，降低 能耗，提高机构效率。
优化运动轨迹
通过优化连杆机构的运动 轨迹，使机构在运动过程 中尽可能减少无效的能量 损失，提高机构效率。
减小机构尺寸
紧凑化设计
通过优化构件尺寸、减小运动副 间隙等方式，使机构在满足功能 需求的前提下尽可能减小尺寸。
轻量化设计
优化机构尺寸参数
根据运动分析结果，对机构尺寸参数进行优化，以提高机构的运动 性能。
校核机构强度和刚度
对机构进行强度和刚度校核，以确保机构在承受载荷时能够保持稳 定性和可靠性。
PART 04
平面连杆机构的优化与改 进
REPORTING
提高机构效率
优化运动副
通过减小摩擦、选择合适 的润滑剂等方式，降低运 动副的摩擦阻力，从而提 高机构效率。
PART 03
平面连杆机构的设计
REPORTING
确定机构尺寸
确定连杆长度
确定连杆位置
根据机构运动要求，计算出连杆的长 度，确保机构能够实现预期的运动轨 迹。
根据机构运动要求，确定连杆在平面 内的位置，以实现预期的运动轨迹。
选择合适的转动副半径
转动副半径的大小会影响机构的运动 性能，应根据实际需求选择合适的半 径值。
发展
随着科技的进步和工程实际需求的变化，平面连杆机构的设 计和制造技术也在不断发展和完善。现代的平面连杆机构已 经广泛应用在自动化生产线、机器人、航空航天等领域，其 设计和制造精度也得到了极大的提高。
PART 02
平面连杆机构的工作原理
REPORTING
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，由曲柄、连 杆和摇杆组成。
机械原理--平面连杆机构及其设计 ppt课件
变更机架
曲柄滑块机构
移动导杆机构（定块机构） 曲柄摇块机构 导杆机构
B2 1
3
移动导杆机构1
B
1
2 3
A
4
C
曲柄滑块机构
A
4
C 移动导杆机构2
B
1
2 3 C 曲柄摇块机构
A
4
B
1 A
2 4
3 C 导杆机构,动画
转动导杆机构
ppt课件
摆动导杆机19构
曲柄滑块机构演化实例
B 1
A
2 3
4
C
曲柄摇块机构（连杆作机架）
3. 连杆机构的设计比较复杂繁琐，且一般多为近似解。
连杆机构设计近年来的新方法、新的发展趋势
1. 根据机械设计理论，利用数学上的最优化方法，借助计算机
对机构进行设计，即计算机优化设计近年来已成为一个重要发 展方面；
2. 已不再仅局限在单自由度的四杆机构设计，更多地注意 多自由度的多杆机构的研究；
3. 同时兼顾运动学和动力学的特性的研究；
9
平行四边形机构应用举例
天平
B C
A
D
平行四边形机构运动不确定问题 第一种可能 第二种可能 改进措施 加虚约束构件 或加焊接构件
注意：在长边做机架的平行四边形机构中，当各构件位于一
条直线时（两曲柄与机架共线时）从动曲柄有可能反转，即
在曲柄通过机架位置时，存在pp运t课件动不确定。
10
3）逆（反）平行四边形机构
4. 针对高速运动构件的运动弹性动力学研究得到高速发展；
ppt课件
3
§8－2平面四杆机构的类型和应用
一. 平面四杆机构的基本形式 铰链四杆机构
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。
《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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设计步骤：
1、计算极位夹角θ θ=180°(K-1)/(K+1)
2、任取一点D为摇杆固定 铰链中心 ，作等腰三角形 C1C2D，两腰长度等于CD， ∠C1DC2=φ 。
1. 按给定的连杆位置设计四杆机构（续）
◆已知连杆长度，要求机构在运动过程中占据图示 B1C1、B2C2、B3C3三个位置，试设计该四杆机构。
设计步骤：
b12
B1
B2
C1 b23
C2
c23 C3
B3
D
A
2020年9月28日
8
2. 按两连架杆的预定位置设计四杆机构
（1）设计方法 机架转换法或反转法：指根据机构的倒置理论，通
满足预定运动的规 律要求机构示例：
利用两连架杆的转 角关系实现对数计算。
对数计算机构
车门开闭机构 动画
2020年9月28日
设计时要求两连架杆的 转角应大小相等，转向相反， 以实现车门的起闭。
4
一、平面连杆设计的基本问题（续）
又称为刚体引导问题 （2）满足预定的连杆位置要求
即要求连杆能依次占据一系列的预定位置。
2020年9月28日
13
2. 按两连架杆的预定位置设计四杆机构（续） ◆给定两连架杆的对应位置设计四杆机构。
已知：连架杆AB和机架AD的长度，两连架杆三组对应 位置AB1 、AB2 、AB3 和DE1、DE2、DE3。 要求：设计该铰链四杆机构。
提示：用机架转换法，既改
取连架杆CD作为机架，原先
的机架AD作为连架杆，则B
第8章 平面连杆机构及其设计
◆平面四杆机构的基本知识
▲铰链四杆机构有曲柄的条件 ▲四杆机构传动角及压力角
◆平面四杆机构的设计
▲平面连杆机构设计的基本问题 ▲用作图法和解析法设计四杆机构
2020年9月28日
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第8章 平面连杆机构及其设计
本讲教学内容
◆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
过取不同构件为机架，将按连架杆预定位置设计四杆机 构转换为按连杆预定位置设计四杆机构的方法。
机构倒置
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2. 按两连架杆的预定位置设计四杆机构（续）
用机架反转法设计过程
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2. 按两连架杆的预定位置设计四杆机构（续） ◆给定连架杆的两个对应位置设计四杆机构。
◆多杆机构
本讲重点：
★四杆机构设计的图解法
本讲难点： 图解法中反转法原理的应 用
本讲教学目标
◆掌握用图解法设计平面四杆机构的基本方法。 ◆了解采用多杆机构的目的
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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 第一是根据给定的运动要求选定机构型式；
如下图所示,已知一铰链四杆机构ABCD的固定铰链A、D,已 知主动件AB的三个位置和连杆上K点所对应的三个点.
解:此题目与前面题目不同的地方是,该题目已知的是连杆的三个
位置B1K1、B2K2、B3K3(点K是连杆上的点)、以及固定铰链点A、
D的位置,所以采用机架转换法时,选B1K1作为转化机架.
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设计步骤：（续）
3、找过B1、B2’和B3’三点圆弧的圆心，即分别作B1B2’和 B2’B3’的中垂线，两直线的交点就是所求的圆心C1点，也 就是连杆BC与连架杆CD铰链点C的第一个位置。AB1C1D 就是所要求的铰链四杆机构第一位置时的机构图。
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思考：
◆已知连杆长度及两预定位置B1C1、B2C2，设计该四杆机构。 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。 c12
C2
b12
C1
设计步骤：
B1
BB22
附加条件：曲柄 或摇杆长度
A
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D
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机 构 示 例
2020年9月28日 飞机起落架机构
铸造用翻箱机构 动画
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一、平面连杆设计的基本问题（续）
（3）满足预定的轨迹要求
即要求在机构运动过程中，连杆上某些点能实现预
定的轨迹要求。
机构示例：
2020年9月鹤28日式起重机 动画
搅拌机机构 动画 6
8-4 平面四杆机构的设计
一、用作图法设计四杆机构 1. 按给定的连杆位置设计四杆机构
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2. 按两连架杆对应角位移设计四杆机构
设计步骤：
D
A1 A2 A3
B1
B2 B3B4
A4 A5
C
9O B5 A6
A
B6 B7 D1
A7 D2 D3
K1 K2K3KK4 5 K6 K7
D4
D5 D6
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D
D7
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3. 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φ及行程速比系数K。
第二是确定各构件尺寸，同时要满足结构条件、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 （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。
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一、平面连杆设计的基本问题（续）
点总是绕转换机构中的固定
铰链点C转动.然后采用反转
法就可以求出四杆机构。
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设计步骤：
1、以连架杆DE的第一个位置DE1 作为反转的基准位置。作ΔDE1B2’ ≌ΔDE2B2，得到B2点在机构转化过 程中的新位置B2’。
2、继续以连架杆DE的第一个位 置DE1作为反转的基准位置。作 ΔDE1B3’≌ΔDE3B3,得到B3点 在机构转化过程中的新位置 B3’。
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2. 按两连架杆多对对应角位移设计四杆机构
设计要求： 原动件角位移（顺时针）和从动件角位移（逆
时针）对应关系如表所示
位置 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7
i 15 15 15 15 15 15 i 10.8 12.5 14 .2 15.8 17.5 19 .2
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设计要求：已知机架长度d，要求原动件顺时针转过α12角 时，从动件相应的顺时针转过φ12，试设计四杆机构。
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2. 按两连架杆的预定位置设计四杆机构（续） ◆ 给定连架杆的3个对应位置设计四杆机构。
设计要求：已知机架长度d，要求原动件顺时针转过α12、α13角 时，从动件相应的顺时针转过φ12、φ13，试设计四杆机构。